计算机辅助产品创新设计系统开发_陈林

为了提升企业竞争 力 和 获 得 更 多 的 商 业 机 会，制 造 企业需要不断提高自身的创新设计能力 。 ［１］
创新是企业得以生存和持续发展的内在动力， 也是产品概念设计的重要目标和关键性研究课题， 研究如何创新具有巨大的现实意义。所谓创新指新 的可行解或概念，该 解 或 概 念 与 已 有 的 解 或 概 念 相 比具有明显的竞争优势 。 ［２］
收稿日期：２０１２－０５－０４；修订日期：２０１２－０８－１３。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ０４ Ｍａｙ ２０１２；ａｃｃｅｐｔｅｄ １３Ａｕｇ．２０１２． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７５３５５，５１１０５２６０）；科技部创新 方 法 工 作 专 项 资 助 项 目 （２０１１ＩＭ０１０１００）。Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍｓ：Ｐｒｏｊｅｃｔ
ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．５１１７５３５５，５１１０５２６０），ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ Ｉｎ－ ｎｏｖａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｐｒｏｇｒａｍ，Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１１ＩＭ０１０１００）．
（２）提 供 多 种 创 新 工 具，丰 富 设 计 者 的 思 维 模 式 ，打 破 惯 性 思 维 ，辅 助 其 进 行 产 品 创 新 。
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计算机集成制造系统
第 １９ 卷
正 如 计 算 机 辅 助 设 计 （Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅ－ ｓｉｇｎ，ＣＡＤ）、计 算 机 辅 助 制 造 （Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＣＡＭ）技 术 极 大 地 推 进 了 产 品 的 设 计和制造技术的发 展 一 样，随 着 信 息 技 术 和 计 算 机 技术的发展，计 算 机 辅 助 创 新（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｉｎ－ ｎｏｖａｔｉｏｎ，ＣＡＩ）已经成为推动 创 新 进 一 步 发 展 的 重 要手段。ＣＡＩ融 合 了 发 明 创 造 学、现 代 设 计 方 法、 多工程学科领域知 识 与 计 算 机 软 件 技 术，将 多 个 领 域的科学知识有机 地 综 合 起 来，可 以 在 新 产 品 开 发 的 需 求 分 析 、概 念 设 计 、方 案 设 计 和 方 案 评 价 等 阶 段 为设计人员提供支持［３］，有助于设计者拓宽思 路，打 破 思 维 定 势 ，引 导 设 计 者 综 合 应 用 各 学 科 知 识 ，获 得 突破性创新知识，为 产 品 创 新 源 源 不 断 地 提 供 富 有 创 造 性 的 设 计 方 案 ，已 经 成 为 企 业 提 高 新 产 品 开 发
关 键 词 ：创 新 策 略 ；计 算 机 辅 助 创 新 ；框 架 结 构 ；知 识 库 ；系 统 开 发 ；产 品 设 计 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｙｓｔｅｍ—ＣＡＩＰ
DOI：10.13196/j.cims.2013.02.97.chenl.007
第 １９ 卷 第 ２ 期 ２ ０ １ ３ 年２月
计算机集成制造系统
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ
文 章 编 号 ：１００６－５９１１（２０１３）０２－０３１９－１１
计算机辅助产品创新设计系统开发
Ｖｏｌ．１９ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２ ０ １ ３
陈 林，李 彦＋ ，李文强，陈 娟
（四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 ６１００６５）
摘 要：针对目前国内外已有的计算机辅助创新 设 计 软 件 在 问 题 分 析 工 具 、创 新 求 解 策 略 和 知 识 库 方 面 存 在 的不足，结合产品创新设计的特点和技术创新实施方法论，提出了计算机辅助创 新 设 计 平 台 的 模 型 ，该 平 台 作 为 一 个计算机辅助工具，能在问题分析、策略化求解、知识 数 据 的 支 撑 及 方 案 管 理 评 价 这 一 完 整 的 产 品 创 新 设 计 过 程 ， 辅助设计人员进行创新设计，开拓设 计 者 的 思 维 空 间。 介 绍 了 各 个 功 能 模 块 在 产 品 创 新 设 计 的 作 用 及 采 用 的 工 具 ，并 基 于 Ｊａｖａ技 术 开 发 了 原 型 系 统 的 相 应 功 能 模 块 ，通 过 示 例 说 明 了 系 统 运 行 过 程 ，验 证 了 其 完 整 性 与 可 行 性 。
Ｓｕｉｔｅ
工具
８个模块：项目 导 航 模 块、系 统 分 析 模 块、问 题 分 解 模 块、解 决
４ Ｐｒｏ／Ｉｎｎｏｖａｔｏｒ 方案模块、创新原 理 模 块、专 利 查 询 模 块、方 案 评 价 模 块、专 实例库和效应库、专利查询
利生成模块
５ Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ ３大模块：进化原理模块、冲突矩阵模块、科学效应模块
虽 然 ＴＲＩＺ 理 论 在 实 际 应 用 中 已 得 到 不 断 推 广 和 发 展 ，也 解 决 了 工 程 应 用 中 的 众 多 技 术 难 题 ， 但 是 作 为 众 多 创 新 方 法 中 的 一 种 ，它 也 存 在 很 多 局限 性 ，仅 利 用 ＴＲＩＺ理 论 并 不 能 解 决 所 有 的 工 程 技术问题。上述计算机辅助软件的问题分析工具 多 是 分 析 产 品 已 出 现 的 问 题 ，其 使 用 的 创 新 策 略 不 能 覆 盖 产 品 创 新 设 计 过 程 的 所 有 问 题 类 型 ；另 外 ，它 们 含 有 的 知 识 库 多 是 具 体 的 专 利 或 工 程 实 例 ，主 要 提 供 详 细 设 计 阶 段 的 知 识 辅 助 ，而 对 原 理 性创新的辅助有限。
科 学 效 应 库 、进 化 库 、冲 突 数 据 库
上 述 软 件 大 都 以 发 明 问 题 解 决 理 论 （Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｖｅｎｔｉｖｅ Ｐｒｏｂｌｅｍ Ｓｏｌｖｉｎｇ，ＴＲＩＺ）［９］为 基 础，辅 以 不同的问题分析工 具，并 在 知 识 库 的 支 撑 下 完 成 创 新设计过程。
能力和经济效益的重要手段。
１ 计 算 机 辅 助 创 新 系 统 的 研 究 现 状
１．１ 计 算 机 辅 助 创 新 软 件 的 研 究 现 状 ＣＡＩ的 发 展 已 经 有 十 多 年 历 史，目 前 国 内 外 研
究 ＣＡＩ系统的 机 构 较 多，类 似 软 件 也 不 少，如 美 国 Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅ公司的 Ｇｏｌｄｆｉｒｅ［４］、美国Ｉｄｅａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公 司 的 Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ＷｏｒｋＢｅｎｃｈ［５］、比 利时 ＣＲＥＡＸ 公司的 ＣＲＥＡＸ Ｃｒｅａｔｉｏｎ Ｓｕｉｔｅ［６］、北 京亿维讯科技有限公司的 ＰＲＯ／Ｉｎｎｏｖａｔｏｒ［７］和 河 北 工业大学 的 Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ［８］等，其 中 不 少 软 件 已 有了广泛的应用。
国内外常见创新软件的主要功能模块如表 １ 所示。
表 １ 国 内 外 常 用 创 新 软 件 介 绍
序号
软件名称
功能特征
知识库组成
Ｇｏｌｄｆｉｒｅ
５个模块：优化 器、研 究 器 和 创 新 趋 势 分 析、创 新 资 源 库、知 识 科学效应库及实例、专利 库 和 专 业 网 站、个 人 知
１
Ｉｎｎｏｖａｔｏｒ
ＣＨＥＮ Ｌｉｎ，ＬＩ Ｙａｎ＋ ，ＬＩ Ｗｅｎ－ｑｉａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｊｕａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｉｔｈ ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ ｐｒｏｂ－ ｌｅｍ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏｏｌｓ，ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｎｄ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｂａｓｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ａｓ ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｔｏｏｌ，ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ｆｏｒ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｎｌａｒｇｅｄ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｓｐａｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｏｆ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｔｒａｔｅ－ ｇｉｃ ｓｏｌｖｉｎｇ，ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｄａｔａ ｓｕｐｐｏｒｔ ａｎｄ ｓｃｈｅｍｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ＆ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｖａｒｉｏｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌｅｓ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｏｏｌｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＪＡＶＡ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｔ ｌａｓｔ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｂｙ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｉｔｓ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ；ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｂａｓｅ；ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ； ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ