产品创新设计系统关键技术的研究与实现

摘要

由于当前我国的产品创新设计能力低下而使得我国在全球化的市场竞争中往往处于极为不利的严峻形势。同时由于产品的创新主要集中在产品的概念设计阶段，而概念设计阶段由于其复杂性及难以操作性，因而需要高层次的创新方法与计算机技术的支持。
　　而发明问题解决理论（TRIZ）则可以借助其跨学科领域的知识与方法工具为设计师在产品概念设计阶段的问题创新求解指明方向及快速有效地解决产品开发设计中的关键问题，得到创造性的问题解。但由于TRIZ理论主要用于概念设计阶段的问题创新求解，即主要解决“怎样做”的问题，而在“做什么”，即在问题分析、定义与转化方面则存在一定的不足。但通过对质量功能展开(QFD)、层次分析法(AHP)、约束理论(TOC)、功能分析(FA)等方法的有效集成与合理应用则可以解决“做什么”这一关键性问题。基于此，本文提出了集多种设计方法于一体的用于问题分析、定义及求解的产品概念设计过程模型，并以此为基础开发出了计算机辅助产品创新设计系统平台sust/MTGP。本文主要的研究内容及结论如下:
　　(1)研究了TRIZ理论的内涵、体系结构、及基于知识的问题求解工具在工程创新设计中的问题求解过程，并确定了技术冲突与物理冲突的判定方法，为TRIZ理论与其它创新方法的集成及系统平台的构建，特别是问题求解模块的构建奠定了基础。
　　(2)构建了基于多方法的概念设计问题分析与定义过程模型。通过对TRIZ、QFD、KJ法、AHP、TOC、FA、头脑风暴法（BS法）等多个设计理论与方法的研究，提出了用户需求参数获取、层次化归类及用户战略需求参数抽取方法，技术系统内在组件的功能作用关系分析、功能及其属性定义方法，导致系统出现不良问题的核心“根原因”分析与挖掘方法模型，“理想解”设定及求解策略判定方法模型，并在这些方法模型的基础上，构建了系统化的概念设计问题分析与定义过程模型。
　　(3)开发了基于多方法的产品创新设计系统平台。从方法集成与应用集成两方面对TRIZ理论与QFD、AHP、KJ法、TOC等创新方法的有机集成进行具体的研究，并对用户的方案管理、知识库扩充与更新、基于问题的创新求解过程等进行了详细的研究。在此基础上，构建了以TRIZ理论为核心，集多种设计理论与方法于一体的创新型产品创新设计系统框架与逻辑体系，并应用C#2010及SQLserver2008开发出了包括导航模块、问题分析与定义模块、问题求解模块、知识与方案管理模块等在内的产品创新设计系统平台。
　　(4)基于本文开发的产品创新设计系统完成了对杏核去壳机的创新设计及方案管理。并通过该创新实例，全面介绍了软件系统的运行和操作过程，同时也测试与验证了该创新设计系统平台的有效性及合理性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状与分析

1．2．1 基于TRIZ的现代设计方法研究现状

1．2．2 TRIZ与其它方法集成创新的研究现状与分析

1．2．3 基于TRIZ的CAI系统平台的研究现状与分析

1．3 本文主要研究内容及章节安排

2 TRIZ理论及基于TRIZ理论的概念设计问题求解过程模型

2．1 TRIZ理论简介

2．2 TRIZ的技术进化理论

2．2．1 技术进化定律与路线

2．2．2 基于技术进化的工程问题创新求解过程

2．2．3 技术系统或产品的成熟度预测

2．2．4 产品的需求进化定律

2．3 TRIZ的技术冲突与物理冲突

2．3．1 技术冲突与物理冲突的判断准则

2．3．2 TRIZ的技术冲突与物理冲突的问题求解过程

2．3．3 由TRIZ的特解得到创新方案的过程模型

2．4 本章小结

3 基于多方法的问题分析与定义过程

3．1 基于QFD、KJ法、AHP的用户需求获取

3．1．1 QFD简介

3．1．2 基于KJ法的用户需求分析与获取

3．1．3 基于QFD及AHP的用户战略需求参数获取

3．2 系统功能分析

3．2．1 功能的分类

3．2．2 系统功能分析的一般步骤

3．3 系统因果分析

3．3．1 5why分析法与TOC简介

3．3．2 CRT、5why分析法及头脑风暴法相结合的因果分析

3．3．3 基于TOC、5why及头脑风暴法的问题因果分析过程

3．4 系统的“理想解”设定及理想化过程

3．5 技术措施的定义及构建基于QFD的UOQ

3．5．1 技术措施的定义

3．5．2 构建用户战略需求／技术措施HOQ

3．6 基于TRIZ问题求解工具的问题求解策略分析与定义

3．7 本章小结

4 产品创新设计系统平台的实现

4．1 系统的开发工具简介

4．2 系统架构

4．3 系统平台的模块简介

4．3．1 问题分析与定义模块

4．3．2 导航模块

4．3．3 创新问题求解模块

4．3．4 方案与知识管理模块

4．4 系统知识库设计

4．4．1 系统平台中关键知识库的构建形式简介

4．4．2 基于TRIZ问题求解模块的数据库表结构

4．4．3 系统平台的数据检索机制

4．5 本章小结

5 产品创新设计系统平台的应用与分析

5．1 杏核去壳机的开发创新设计背景

5．2 基于系统平台的问题分析与定义

5．2．1 系统登录

5．2．2 用户需求分析、获取与整理

5．2．3 针对当前问题的系统功能分析

5．2．4 系统因果分析

5．2．5 设计措施的抽取与定义

5．3 求解策略分析与创新求解

5．3．1 求解策略分析、问题的标准化定义及知识资源的检索

5．3．2 创新问题求解

5．3．3 创新方案评价与决策

5．4 创新方案管理

5．4．1 历史问题分析与定义信息的查看

5．4．2 方案上传与知识库扩充

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 本文创新点

6．3 有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读学位期间的科研成果目录

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