计算机辅助策略化产品创新设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种计算机辅助策略化产品创新设计系统及方法，建立符合设计者创新思维与设计行为的计算机辅助创新设计系统，充分利用信息、知识、设计方法及创造性思维方法对设计者创造力的促进作用建立相应的辅助工具；系统的关键作用是辅助和支持设计者的创造性行为；系统主要辅助设计者完成从需求分析、问题定义、策略选择、概念产生、方案生成到方案评价的整个过程，并提供设计过程管理、产品创新设计、网络信息检索、知识资源管理、项目总结报告生成及电子帮助等六组功能。本发明专利技术从设计者的认知角度出发，强调设计者在创新设计中的主体作用，强调人机协同的创新机制，具有较强的实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种产品辅助设计系统，特别是一种计算机辅助策略化产品创 新设计系统。
技术介绍
在知识经济时代，世界科技的发展将更加迅速，产品的技术含量不断提高， 产品生命周期将更加缩短。产品创新设计意味着需要更多的跨学科的知识结 构，更复杂的技术支撑和更完善的创新理论。目前，对于产品的创造设计方法研究虽然已取得一定成果，但各种创造法 则、创造技法大都从单一的角度进行研究，并且理论方法研究多而工具手段研 究少。工程技术人员在进行产品创新时，往往过多地依赖过去的经验，偏重于 个人的专业领域知识，难以克服心理惰性和摆脱思考问题的特定概念框架，不 能完全把握产品创新的关键问题，造成产品开发目标的偏差，难以实现产品创新设计。正像CAD、 CAM技术极大地推进了产品的设计和制造技术的发展一样， 计算机辅助创新技术可以将多个领域的科学知识有机地综合起来，有助于设计 者拓宽思考空间，打破思维定势，引导设计者综合应用各学科的知识，获得突 破性的创新知识，为产品创新源源不断地提供富有创造性的设计方案，成为企业提高新产品开发能力和经济效益的重要手段。目前，已经研究和开发的计算 机辅助创新设计系统由于着眼点不同，系统设计的指导思想也各不相同，大体 可分为两类(1 )基于工程技术发展规律的创新设计系统。这类系统以Altshuller的 专利技术问题解决理论(TRIZ)为核心原理。专利技术问题角年决J里i仑(Theory of Inventive Problem Solving——TRIZ) 是Altshuller及其领导的一批研究人员，在历经1500年'人的研究基础上， 吸收了辩正法、唯物主义和唯心主义的有关哲学概念和认知科学对专利技术家创造 性思维的研究成果，并通过对250万件自然科学技术专利的详细分析，最终提 出了创新问题解决理论，它由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、工具 和算法组成，其目标是使TRIZ成为指导人们进行创新活动的科学。目前，TRIZ技术包括分析工具和基于知识的概念开发工具。其中，分析工 具提供了辨认和形式化问题的方法和计算机工具，其包括物质一场分析、专利技术 问题的解决算法(ARIZ)。物质一场分析是一种对具体问题进行定义并将问题 模型化的方法，而专利技术问题解决算法则是根据物质一场分析定义的问题模型来 导出解决问题的具体方法。概念开发工具包括克服系统对立问题的典型技法、 专利技术问题标准解决方法、物理化学几何效应知识库等，其中，克服系统对立问 题的典型技法是利用40个专利技术原理指明解决问题的关键和解决对策的探索方类，然后再将各类相似问题的解决方法标准化、体系化。在探索具体问题的解 决对策时，实现某些功能所需的物理、化学、几何学等具体原理，则由物理化 学几何效应知识库提供。由于TRIZ理论是以已有系统为主要研究对象，因此，基于这一理论建立 的创新设计系统更适合于产品的适应性设计或改进设计，应用于新产品创新设 ,计有所不足，对需要发挥想象力的原创性产品创新是不利的。(2)基于智能技术的创新设计系统。这类系统将专家系统、类比推理、 实例推理、神经网络、遗传算法等智能技术应用于产品概念设计过程以提高设 计构想数量。由于产品概念设计在很大程度上是一种人的智能行为，特别需要设计人员 的创造性思维以及丰富的领域知识，而人工智能技术目前还缺乏人类的创造性 思维和决策机理的基本理论，并且至今还没有一个统一的概念设计的定义和完 善的概念设计理论作指导，因此基于人工智能技术的创新设计系统的发展受到 很大限制。如何在设计过程中将设计者的创造性思维和计算机的高效处理技术有机 融合，利用计算机辅助系统进行产品创新设计成为目前急待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种会聚认知科学、信息 技术、设计理论与方法的研究思想，提供一种计算机辅助策略化产品创新设计 方法及系统。本专利技术的技术方案是 一种计算机辅助策略化产品创新设计方法，包括以下步骤A、 用户根据设计任务的性质决定是否进行需求分析若目标是设计一 个全新的产品或改进现有产品的性能或外观，则进行需求分析以获 取用户潜在需求；若目标是对现有产品的次要功能进行开发和改进， 则直接转B步骤，进行需求分析时，对输入的用户需求信息采用层 次分析法及^t糊聚类分析法进行用户需求预处理，然后采用质量功 能展开方法将获取的用户需求信息转换成产品设计要求信息，并确 定技术冲突、技术目标值、需求竟争力指数及技术竟争力指数；B、 对A步骤输出的产品设计问题，进行问题定义/表征处理，包括利用 资源分析法进行描述设计问题情境、分析可利用资源、确定约束影 响及确定问题初级表征，然后利用扩大/缩小问题方法对资源分析法 处理后的结果进行扩大和缩小表征，确定和输出要解决的产品设计问题的简要表征；C 、 对B步骤获得的要解决的产品设计问题模式进行创新设计问题求解， 创新设计问题类型分为4类，即现有系统改进问题，全新系统创新问 题、成熟产品次要功能开发和产品形态及造型创新设计问题，用户 根据问题模式选择4类中的一类，其中，现有系统改进问题是对现 有产品或系统进行专利技术问题求解理论中的系统建模、沖突求解和功 能求解、根据冲突问题和功能问题查询知识资源库，并输出创新设 计案例及创新设计方案处理，全新系统创新问题是采用对待设计产 品的总功能进行功能分解处理，并依据分解后的功能分解树查询知 识资源库输出创新设计案例及创新设计方案，成熟产品次要功能开发子模块对成熟产品利用反向鱼图与系统探求法进行产品的特征提 取，建立产品的属性列表与组件列表，并将列表内容作为创造性模 板法中的属性关联模板、替换模板、去除模板及元素控制模板的操 作信息，由用户根据模板操作获得创新设计方案，产品形态及造型 创新设计问题利用随机激励或电子头脑风暴法或检核表法或强制联 想法对设计问题进行处理并获得创新设计方案； D、 对C步骤形成的创新设计方案采用树形结构记录，并进行方案评价 及方案输出。一种计算机辅助策略化产品创新设计系统，包括用户输入输出界面层、应 用程序服务器层、知识资源层，其特征在于该系统包括与用户输入输出界面 层及知识资源层进行数据存储交换的需求分析模块、问题定义/表征模块、创 新设计问题求解模块、设计方案管理模块。其中，由用户输入界面层输入用户需求信息；对于设计全新产品或改进现 有产品的性能或外观的需求信息，则由需求分析模块处理，对于现有产品的次 要功能进行开发和改进，则直接进入问题定义/表征模块的处理；进行需求分 析模块的获取操作时，对已有用户需求信息进行编辑或通过输入界面进行用户 需求信息的输入，并且对获取的信息采用层次分析法及模糊聚类分析法进行用户需求预处理，然后采用质量功能展开方法将预处理后的用户需求信息转换成 产品设计要求信息，再根据用户输入确定的技术冲突及计算机计算后自动获得 的技术目标值、需求竟争力分析结果、技术竟争力分析结果自动生成产品设计问题；问题定义/表征模块获取产品设计问题，包括利用资源分析法和扩大/缩小 问题方法两处理子模块，利用资源分析法子模块包括描述设计问题情境、分析 可利用资源、确定约束影响及确定问题初级表征，扩大/缩小问题方法子模块对 利用资源分析法子才莫块处理后的结果进行扩大和缩小表征，确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机辅助策略化产品创新设计方法，包括以下步骤：　Ａ、用户根据设计任务的性质决定是否进行需求分析：若目标是设计一个全新的产品或改进现有产品的性能或外观，则进行需求分析以获取用户潜在需求；若目标是对现有产品的次要功能进行开发和改进， 则直接转Ｂ步骤，进行需求分析时，对输入的用户需求信息采用层次分析法及模糊聚类分析法进行用户需求预处理，然后采用质量功能展开方法将获取的用户需求信息转换成产品设计要求信息，并确定技术冲突、技术目标值、需求竞争力指数及技术竞争力指数；　Ｂ 、对Ａ步骤输出的产品设计问题，进行问题定义／表征处理，包括利用资源分析法进行描述设计问题情境、分析可利用资源、确定约束影响及确定问题初级表征，然后利用扩大／缩小问题方法对资源分析法处理后的结果进行扩大和缩小表征，确定和输出要解决的产品设计问题的简要表征；　Ｃ、对Ｂ步骤获得的要解决的产品设计问题模式进行创新设计问题求解，创新设计问题类型分为４类，即现有系统改进问题，全新系统创新问题、成熟产品次要功能开发和产品形态及造型创新设计问题，用户根据问题模式选择４类中的一类，其中， 现有系统改进问题是对现有产品或系统进行专利技术问题求解理论中的系统建模、冲突求解和功能求解、根据冲突问题和功能问题查询知识资源库，并输出创新设计案例及创新设计方案处理，全新系统创新问题是采用对待设计产品的总功能进行功能分解处理，并依据分解后的功能分解树查询知识资源库输出创新设计案例及创新设计方案，成熟产品次要功能开发子模块对成熟产品利用反向鱼图与系统探求法进行产品的特征提取，建立产品的属性列表与组件列表，并将列表内容作为创造性模板法中的属性关联模板、替换模板、去除模板及元素控制模板的操作信息，由用户根据模板操作获得创新设计方案，产品形态及造型创新设计问题利用随机激励或电子头脑风暴法或检核表法或强制联想法对设计问题进行处理并获得创新设计方案；　Ｄ、对Ｃ步骤形成的创新设计方案采用树形结构记录，并进行方案评价及方案 输出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦，刘小莹，赵武，麻广林，罗建设，马涛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]