創新設計的研究與發展

摘 要:指出創新實踐在社會發展中的重要性，系統分析了創新設計方法學的發展歷程，并針對機械產品創新設計，總結了其研究概況#65377;在此基礎上，分析了創新設計研究中有待于解決的關鍵問題及其發展趨勢#65377;

關鍵詞:創新設計;設計方法;產品設計

創新設計是現代產品設計理論的重要內容之一#65377;隨著知識經濟時代的到來，社會的進步與經濟的發展更加依賴于人類的創新實踐活動#65377;開展創新設計的研究對于建設創新型國家有重要意義#65377;

1 創新的內涵

20世紀初，全球社會生產力的發展中只有5%是依靠技術創新取得的，而現在發達國家中的40%是依靠技術創新取得的#65377;

美籍奧裔經濟學家熊彼特(Joseph A. Schumpeter)于1912年在其著作《經濟發展理論》中將“創新”作為一個經濟學概念首次提出#65377;

熊彼特認為創新是發明的第一次商品化，也就是說，把發明引入生產體系并為商業化生產服務的過程就是創新，它意味著建立新的生產函數或供應函數，是在生產體系中引進一種生產要素和生產條件的新的組合#65377;

而發明實際上就是一個產品創新的過程，其關鍵是設計的創新，設計創新是實現產品創新的根本基礎#65377;因此，創新設計的重要性就顯而易見了#65377;

創新設計是一種創造性的智力活動，是設計者充分發揮自己的創造力，利用人類已有的科學技術成果，進行創新構思，應用新技術#65380;新原理#65380;新方法進行產品分析和設計的過程#65377;

2 創新方法的發展

創新是一個及其復雜的過程，人類對創新本質的認識與研究還遠遠達不到科學的層次#65377;但是眾多創新學者，經數十年的研究發現，科學技術的發明創造有一定的規律可循，他們大多是以原則#65380;訣竅#65380;思路形式指導人們克服心理和思維的障礙，改善思維的靈活性的過程#65377;

自20世紀30年代至80年代，世界上出現了300多種創新技法，10多種創造原理#65377;這些創新技法，各自從不同的角度#65380;在一定程度上突破了制約創新的相關因素的限制#65377;

所謂創新技法就是在創造心理#65380;創造性思維方法和認識規律基礎上的技巧#65377;這些創新技法不存在科學的邏輯關系，大多數目前在理論上處于“初生期”，還遠遠未達到純粹的科學水平#65377;

從思維的角度，創新是人類駕馭形象思維與邏輯思維#65380;發散思維與收斂思維的過程#65377;

經過數十年的發展，在掌握已有創新技法的基礎上，結合認知科學#65380;人工智能#65380;設計方法學#65380;科學技術哲學等前沿學科，創新設計方法已成為一門獨立且有待于開發的新的設計技術和方法#65377;

創新設計方法的發展歷程如圖1所示#65377;

最初的創新研究側重于人的創造性思維，總結出一些具有指導意義的規律，形成各種創新技法，如:頭腦風暴法#65380;聯想法#65380;類比法#65380;側向思考#65380;仿生法等#65377;

后來，創新方法的研究開始注重以知識(專利)為基礎，通過對專利的分析與研究，總結創造活動所遵循的創新原理，該階段的典型創新方法是TRIZ理論#65377;

隨著計算機技術的發展，創新方法的研究也出現新的趨勢，在現階段，各種成熟的創新設計方法開始集成化研究與應用，并與計算機(包括網絡)技術相結合，形成計算機輔助創新(CAI: Computer Aided Innovation)技術，如:QFD#65380;可靠性設計#65380;網絡協同創新技術#65380;有限元分析等各種成熟的技術和方法開始融入到創新設計過程中#65377;

3 機械產品創新設計的研究

機械產品創新設計的研究對于提高機械產品的設計水平#65380;提高產品的競爭力有著重大的意義，受到世界各個國家的普遍重視#65377;

機械創新設計是指充分發揮設計者的創造力，利用人類己有的相關科學技術成果(含理論#65380;方法#65380;技術原理等)，進行創新構思，應用新技術#65380;新原理#65380;新方法進行產品的分析和設計，設計出具有新穎性#65380;創造性及實用性的機構或機械產品(裝置)的一種實踐活動#65377;

一般來說，創新設計包括全新設計和適應型創新設計兩類#65377;

需要指出的是，創新設計和概念設計并不是同一個概念，概念設計的核心是進行設計創新，而創新設計并不盡限于概念設計階段#65377;在產品設計的各個階段均有創新設計的問題，但是最主要的是在概念設計階段進行創新#65377;

國內外學者針對機械產品創新設計，分別從設計的本質#65380;設計的過程以及設計的方法等不同方面，做了大量的研究工作#65377;

創新設計理論和方法的研究現狀見表1#65377;

4 機械產品創新設計存在的問題及展望

通過上述文獻的研究可以看出，盡管人們從不同角度對創新設計進行了數十年的研究，取得了一些成果，但是產品創新設計過程中還有一些問題仍沒有解決，成為今后研究的重點#65377;

(1)創新設計本質過程的研究這實際上也是對設計的創新本質的認識#65377;盡管人們從思維方法#65380;設計手段等多方面對創新問題進行探索，現在對創新的實質過程仍沒有一個統一的#65380;深層次的認識，無法形成一個完整的理論去指導創新實踐#65377;在這方面我們仍需要做大量的工作#65377;

(2)創新設計中知識的表達與應用首先，產品創新過程涉及多學科#65380;多種技術，如何將設計知識組織管理，滿足設計主體對知識的需求是今后的研究重點#65377;其次，為創新設計過程建立科學的產品模型，結合現代CAD技術，支持創新方案的快速表達，對于提高設計效率有重要意義#65377;

(3)設計理論研究與設計工具開發存在嚴重脫節人們對于設計理論及創新問題進行了大量研究，但是理論研究與設計工具，特別是產品的結構設計工具存在嚴重的脫節#65377;一方面某些機械結構設計理論和方法的研究較少考慮計算機實現的問題;另一方面設計工具開發時，又沒有適合計算機進行的結構設計自動化和智能化理論#65377;需要深入研究機械產品設計中功——構映射的本質規律#65377;

(4)創新設計過程的集成化技術研究創新設計過程的集成化技術的重點在于概念設計的集成化實現，主要是指產品的原理方案創新與結構方案創新的集成#65377;現有的設計理論或設計工具多是從不同的角度，考慮某階段的創新實現問題，如:TechOptimizer可以輔助實現產品原理方案的創新，但需要其他CAD系統完成結構的設計工作;一些大型的CAD/CAE/CAM商品化軟件，如:UG#65380;Pro/E等均開發出了支持概念設計的工業設計模塊或草圖設計模塊，但是這些模塊基本上仍是計算機輔助繪圖的工具，幾乎不支持原理方案的創新#65377;缺乏統一的創新設計理論指導創新設計過程，是造成原理方案創新與結構方案創新的集成度低的主要原因#65377;

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