现代制造工艺
黎静（1971-）
男，湖北当阳人，本科，1992年毕业于哈尔滨船舶工程学院水声电子工程系，就职于中船重工集团公司第七一O研究所，主要从事自动控制、信号处理等方面的工作。
摘要：本文简要介绍了当前的创新形势、计算机辅助创新技术CAI及其相关理论——TRIZ和本体论，并对CAI的发展与现状做了简单介绍。
关键词：创新；TRIZ；本体论；CAI
Abstract: This paper introduces the current innovation, Computer Aided Innovation(CAI) technology and some related theories including TRIZ and ontology. This paper also briefly introduces the development and current situation of CAI.
Key words: innovation; TRIZ; ontology; CAI
1 创新形势
现今阶段，随着市场竞争的日益加剧，“创新”几乎已成为了所有企业的经营理念。毋庸置疑，创新能力是企业持续发展的动力，它让企业从被动地适应环境转而主动地创造环境，从而在未来的市场竞争格局中拥有显著的竞争优势，甚至握有市场规则的制定权。而有资料显示，目前我国对外技术依存度高达50%，美国、日本仅为5%左右；我国设备投资有60%以上要靠进口；由于不掌握核心技术，我们不得不将国产手机售价的20%、数控机床售价的20-40%拿出来向国外支付专利费。因此，要避免依赖于人、受制于人，提高企业的核心竞争力，就必须把技术创新真正置于优先发展的战略地位，大力提高自身的技术创新能力，努力打造创新型企业。“十一五”规划更是将“自主创新”从理念层面提升到了国家发展战略的具体运筹层面。
随着国家信息化工程的推进，借助ERP（企业资源计划）和PDM（产品数据管理）、SCM（供应链管理）以及CRM（客户关系管理）等信息化技术，企业的信息及资源集成、共享和协同的整体信息管理解决方案日趋完善。实践表明，这些信息化技术已经为产品研发和企业管理的高效率及低成本的整体信息管理提供了日趋完善的解决方案。它们已构成企业信息化进程中的“效率体系”。
但越来越多的企业还认识到，要想在激烈的市场竞争中占有一席之地，除了要提高效率和降低成本之外，还需要建立高效的“创新体系”，需要高效、实用的创新工具加以支持，这成为了企业信息化建设的新需求。
2 基于知识创新的理论——TRIZ
1946年，当时在前苏联里海海军专利局工作的Genrich Altshuller在研究和整理世界各国著名的发明专利过程中发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是遵循着一定的客观规律的。人们进行发明创新、解决技术难题时，是有特定的方法和规律的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行创新设计并能预测产品的未来发展趋势。
在Altshuller看来，解决发明问题过程中所寻求的科学原理和法则是客观存在的，大量发明面临的基本问题和矛盾（技术矛盾和物理矛盾）也是相同或类似的，一个的技术创新原理和相应的解决问题方案，会在其它领域中一次次地得到应用。
因此，将那些已有的“创新知识”进行提炼和重组，形成一套系统化的理论，就可以用来指导后来的发明创造、创新和开发。正是基于这一思想，在Altshuller的带领下，与前苏联的专家们一起，经过数十年对数以百万计的专利加以搜集、研究、整理、归纳、提炼，建立起了一整套体系化的、实用的解决发明问题的理论方法体系——TRIZ（发明问题解决理论）。
TRIZ的理论前提和基本认识是：
创新是有规律的；
创新就是不断地、不折衷地解决创新过程中所遇到的各种矛盾；
一个学科领域中所采用的创新技术和方法能够应用于其它不同的领域。
TRIZ的核心是消除矛盾和技术系统进化原理，并建立了基于已有知识消除矛盾的逻辑方法，用通用解的方法解决特殊问题或矛盾。
相对于传统的创新方法，比如试错法(Trial-and-error)，头脑风暴法（Brainstorming）等，TRIZ具有鲜明的特点和优势。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目标是完全消除矛盾，获得最终的理想解，而不是采取折衷或者妥协的做法；而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。
基于TRIZ理论，可以有效地解决产品开发过程中的多种技术问题。比如：如果技术人员在研发中遇到了需要某个工程参数既要大，又要小（同理：既要厚，又要薄；既要重，
又要轻；既要转，又要不转；既要强度高，又要强度低等）这种“A”和“非A”的问题，传统上解决起来是十分头痛的。在TRIZ的矛盾矩阵中，表示为可以采用分离原理来妥善解决问题，其它的原理和方法并不奏效。如在TRIZ的指导下，人们已经知道了沿着分离原理的思路去考虑问题肯定是正确的，而具体又有四种分离原理（时间分离、空间分离、条件分离、整体和部分分离）可以为技术人员选用。
又如如何预测下一代产品的技术发展趋势的问题，是一个带有战略决策意味的问题，用试错法等根本无法解决。而在TRIZ理论中，对技术系统的进化法则有着明确的分析和示意，让决策者清晰地了解到在什么阶段该采用什么样的技术来发展自己的产品，抢先一步取得产品的竞争优势。
由以上所述不难看出，TRIZ理论对研发或解决问题的思路有明确的指导性。这种指导性避免了耗费大量人力等资源进行盲目的尝试，让问题的解决变得有律可循、有术可依，给技术创新留下了易操作的空间。让创新不仅仅是一个概念或一句口号。
实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新设计解决方案。它能够帮助我们系统地分析问题，快速发现问题本质或者矛盾，它能够准确确定问题的探索方向，不会错过各种可能；而且，它能够帮助我们突破思维障碍，打破思维定势，以新的视角分析问题；还能根据技术进化规律预测未来的发展趋势，帮助我们开发富有竞争力的新产品。
经过50多年的发展，TRIZ这一方法学体系在实践中不断丰富完善，取得了良好的应用成果。
3 描述知识组织与关联的理论——本体论
本体论（Ontology：O大写）作为一个名词，最初来源于古希腊哲学，由希腊语的ontos（存在）与logos（学说、言论）派生出来，被解释为“关于存在的学说、言论”。哲学上的本体论旨在解决这样的问题——对某一定义的知识进行统一的概念化，主要是从自然内部、从客体与客体之间的联系中去寻找万物的本质，力图摆脱人在自然、客体中的作用和影响，努力构建一个客观世界的本体。
而在人工智能等计算机科学领域，本体论是研究客观事物间相互联系的学科，本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明。
自从20世纪80年代末90年代初以来，随着人工智能和知识工程的发展，本体论被赋予了新的定义，本体论成为了知识工程和知识管理领域研究的热点。例如美国斯坦福大学计算机系的知识系统实验室（Knowledge Systems Laboratory）的R.Fikes教授和T.Gruber等人从20世纪90年代初（1993年）开始了名为“How Things Work”的研究计划，主要目的是研究面向科学工程的基于工程本体（Engineering Ontology）的“共享的可重用知识库（Shared Reusable Knowledge Bases）”。该研究大大推动了知识工程中本体论的研究，较早地提出借用哲学概念本体（Ontology）来描述特定领域相关基本术语以及术语之间的关系（概念模型），并以此作为知识获取和表达，从而建立共享知识库的基本单元。其目标是捕获相关的领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇（术语）和词汇之间相互关系的明确定义。而大规模的模型共享、系统集成、知识获取和重用依赖于领域的知识结构分析。
按照本体论的观点来看，世间万物皆有联系——这种联系近似于一个网状的复杂结构。本体论客观地描述了既有的“世界”（自然成果+人类成果）的关系，并能指导人类去开发和认识未知的世界。
自2001年起，亿维讯从计算机辅助创新（Computer Aided Innovation，CAI）的角度对本体论开展了深入而广泛的研究，把本体论从狭义应用中释放了出来，并创造性地将本体论与TRIZ相结合，把本体论用于计算机辅助创新技术之中。
4 计算机辅助创新技术CAI
在整个产品研发进程中，实现创新的关键是在概念设计阶段。此时，能否有效利用各种创新技术进行创新决定了概念设计的成败。基于成熟创新理论的CAI技术的出现为实现快速技术创新提供了前所未有的利器。许多世界知名企业，如福特、三星、波音等等，都在研发流程中引入了此项技术并获得了巨大成功。
4.1 CAI技术的现状
回顾每一信息化技术的发展历程，我们不难看出，完备的理论是新技术发展的基础；人们的认识与肯定是其发展的动力；而相应软件工具的普及化是技术发展的关键。这一规律同样适用于CAI的发展。经过半个世纪的发展，相关创新理论已经相当成熟，为CAI技术的推广普及打下了坚实的基础。
4.1.1软件工具
以往的经验告诉我们，一项先进技术的推广普及，软件工具的普及是关键。CAI的发展已经有了十多年的历史，但早期的CAI技术仅仅是将TRIZ理论中的创新问题解决方法进行了程序化，是将TRIZ和计算机软件技术的简单结合。那时CAI工具应用的好与不好更多地取决于使用者对TRIZ理论的掌握程度：对TRIZ理解得越深，CAI就越有用，效果就越好。这样，CAI工具就变成了专家级的工具，而CAI也变为“专家辅助创新”而非“计算机辅助创新”。而企业迫切的创新需求需要CAI工具成为真正的普通设计人员能够使用的创新工具。如何使CAI软件工具大众化成为急待解决的问题。
4.1.2社会认知
随着市场竞争的日益激烈，越来越多的人已经认识到了创新的重要性，“创新”成为了各个行业最热门的话题，似乎在社会上，创新已经蔚然成风。然而具体到各个行业的研发工作中如何实现技术创新，却往往大都不知从何入手，在概念和实现之间存在着巨大的鸿沟，创新依然是遥不可及。这就是我们的创新现状：越来越多的人和企业已经意识到创新的重要性，但能够具体进行创新的人却很少。我们所面临的问题是：能否在短时间内“制造”出大批懂得如何创新的专家，如何快速地使人们掌握实现创新的技术和手段。
4.2 CAI技术的新进展
4.2.1对工具
针对上述问题，世界顶级的创新技术专家经过近几年的深入研究，取得了突破性的进展。通过广泛的研究，亿维讯创造性地将发明问题解决理论TRIZ、本体论、多工程领域中的创新技法、现代设计方法学、自然语言处理技术和计算机软件技术相结合，开发出了新一代的CAI技术工具——计算机辅助创新设计平台Pro/Innovator。作为简单易用的
创新工具，Pro/Innovator既继承了TRIZ理论中独特有效的创新技法，又将本体论所描述的对象关系应用于行业创新方案库的组织中，使得创新方案的获得更准确快捷。在正确地描述问题、创造性地解决问题、客观地评价方案，直至全面地保护创新成果等不同阶段，为普通的研发人员提供了全面的计算机辅助创新解决方案。
这一最新的CAI工具使产品的创新设计不再是少数“创新专家”的专属。每一位研发人员都可以在自己的设计中对不同的问题进行创新实践并取得创新成果。创新不再像以前那样神秘，它将成为日常工作的组成部分；创新工具也成为工作中像字处理软件一样不可或缺的工具。
4.2.2对人
科学研究告诉我们，人的创新能力会因年龄的增长和长期从事单一专业造成的思维定势而下降。但这并非说创新能力的下降不可逆转，通过系统科学地训练，可以将创造潜能激发出来。事实上，很多国际化的大公司都已在内部进行技术创新能力的培训，如宝洁、联合利华、三菱研究中心（MRI）、波音、三星等。
将以上研究成果与企业需求相结合而开发出的创新能力拓展平台CBT/NOVA就是采用全面、科学的创新潜能激发手段，通过循序渐进的拓展训练，最终使人们能够在短时间内打破思维定势、以全新的思维方式分析问题，最终能够主观能动地进行创新。创新能力拓展平台CBT/NOVA的诞生使短时间内快速“制造”创新专家成为可能。
5 CAI技术在中国
作为今后企业信息化建设不可或缺的部分，CAI已受到广泛关注。国家科技部863计划软件重大专项特设计算机辅助创新课题，这意味着国家对CAI技术的重视与支持；2004年，机械工程协会也在其所推出的机械工程师认证体系中将计算机辅助创新作为考试科目之一，而且引入CBT/NOVA作为CAI技术认证培训平台，标志着创新技能今后将成为国内机械设计工程师必备的职业素质，表明国家对于加快推进行业科技创新步伐、加快培养高水平创新人才的重视。中国最大的通讯设备制造业上市公司之一的中兴通讯集团于2004年末引入亿维讯的创新体系后短短半年时间内，经过5次进阶性培训，在2005年4月份的中兴通讯应用TRIZ技术创新成果发布会暨中兴通讯与亿维讯战略合作框架协议签字仪式上就发布：在TRIZ理论的指导下以及亿维讯CAI软件Pro/Innovator的辅助下，中兴通讯有21个技术难题取得了突破性进展，其中6个项目递交了相关专利的申请。
6 结束语
纵观全球计算机辅助技术的发展，从最初的二维CAD、三维CAD到CAE、CAM、CAPP、PLM以及近年来兴起的CAI技术，不难预料，CAI将成为全球计算机辅助技术发展的新一轮热点。国外众多应用案例也表明，CAI将成为研发中又一不可或缺的计算机辅助技术，CAI极大地提高了人们的创新效率。
在“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的信息化建设进程中，随着效率体系的逐渐完善，提高企业创新能力的需求日益突显。以成熟的创新理论作为支撑的CAI 技术填补了CAX领域的技术空白，成功地把信息化技术应用到了产品生命周期的最前端。
参考文献
[1] 让“中国制造”成为“中国创造”.人民日报.2006-09-15第12版
[2] Genrich Altshuller. 40 Principles: TRIZ Keys to Technical Innovation. Technical Innovation Center?Worcester,MA. 2001.
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[4] Genrich Altshuller. 创造是一门精密的科学[M]. 北京：北京航空航天大学出版社. 1990.
[5] 刘红阁，郑丽萍，张少方. 本体论的研究和应用现状[M]. 信息技术快报.Jan.2005.Vol.3.No.1.