13章创新设计17讲ppt课件.ppt

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1、先进设计系统,第13章 创新设计,先进设计系统机械系统设计,第 8 章 生产线第 9 章 概念设计第 10章 总体设计第 11章 详细设计第 12章 设计评价第 13章 创新设计第 14章 虚拟设计第 15章 智能设计,先进设计系统,第13章 创新设计,第13章 创新设计,13.1 创新设计的概念与内容13.2 创新精神与创新能力13.3 创新思维13.4 发明问题解决理论TRIZ13.5 创新支持系统ISS,先进设计系统,第13章 创新设计,13.1 创新设计的概念与内容,13.1.1 创新设计的定义、作用与分类 13.1.2 产品系统的创新设计,先进设计系统,第13章 创新设计,13.1.

2、1 创新设计的定义、作用与分类, 创新设计的定义 创新设计的作用 3. 创新设计的分类,先进设计系统,第13章 创新设计, 创新设计的定义,创新是创造一种新事物的活动。 创新是设计的应有之义，并贯穿于设计全过程中。一个技术产品的设计进程由四个主要环节组成：产品规划（product planning），概念设计（conceptual design，国内传统上称方案设计），具体设计（embodiment design，国内传统上也称技术设计），详细设计（detail design，国内传统上称施工设计或工艺设计）。,先进设计系统,第13章 创新设计, 创新设计的定义,德国的Beitz 及Pahl将

3、设计分为三类：新型设计：是在概念设计阶段产生一个全新的原理解， 以满足给定的设计要求；适应性设计：是对已有产品的工作原理作适当改进， 以满足对产品新的要求；变参数设计：是不改变已有产品的工作原理， 对其某些零部件改进设计。,先进设计系统,第13章 创新设计, 创新设计的定义,根据设计活动中创造性的大小，将设计分为如下三类：常规设计：以成熟产品结构为基础，运用常规方法进行的产品设计。它在工业生产中大量存在，是一种经常性的工作。革新设计：为增加原有产品的功能、适用范围，提高其性能或改进其结构、尺寸或外形的变型设计。它是对已有产品的改进，也称为改进设计。它“推陈出新”。常规与创新的中间。创新设计：是

4、提供具有社会价值的、新颖而独特成果的设计，是产生新的工作原理并将其实现的设计。它是“无中生有”。创新设计：在设计中采用新的技术手段、技术原理和非常规的方法而进行的设计。 即一切非常规设计，包含革新设计或改进设计。,先进设计系统,第13章 创新设计, 创新设计的作用,提高产品的竞争能力。国际经济竞争非常激烈，关键是看能否生产出适销对路的新产品，要求设计者必须打破常规，充分发挥自己的创造力。满足市场需求。新产品问世，进一步刺激了人们的需求，增大了人们对商品的选择，也使需求层次不断提高。使各项技术组合成综合优势。对高新技术产品的设计往往需要有针对性地进行创新设计，使设计的产品处于竞争优势。任何单项技

5、术的好坏都是有条件的、相对的，通过创新设计，恰到好处地使各种技术形成总体最佳的效果。,先进设计系统,第13章 创新设计,3. 创新设计的分类,传统设计源远流长，而创新设计包罗万象。创新设计的分类：按创新设计程度进行分类： 发明型创新设计； 实用型创新设计； 技术革新型创新设计； 合理建议型创新设计。按创新设计对象进行分类： 产品功能创新设计； 产品外观创新设计； 生产工艺创新设计； 生产管理创新设计。,先进设计系统,第13章 创新设计,3. 创新设计的分类 (续1),按创新设计规模进行分类： 大型创新设计项目； 中型创新设计项目； 小型创新设计项目。按创新设计创意进行分类： 需要吸引型创新设计

6、； 技术推动型创新设计。按创新设计组织进行分类： 个人创新设计； 集体创新设计。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.1.2 产品系统的创新设计,1. 产品系统创新设计的含义 2. 产品系统创新设计的内容,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 产品系统创新设计的含义,通过设计人员的创新思维、运用创新设计理论和方法设计出结构新颖、性能优良和高效的产品。创新设计的含义是十分广泛的。设计本身就应具有创新。照搬照抄是不可能进行创新设计的。创新设计本身也存在创新多少和水平高低之分。判断创新设计的关键是新颖性，在原理、结构、组合方式上要新。 构思一种新的工作原理就可创造出一种新产品。 例：激光技术的

7、应用，产生了激光加工机床。 创造一种新结构的执行机构就可造就一种新产品。 例：抓斗大王包起帆采用了多自由度的差动滑轮组和复式滑轮机构创造发明了“异步抓斗”。 采用新的组合方式也可创造出一种新产品。 例：美国阿波罗飞船通过选用现有的零部件组合而成。,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 产品系统创新设计的内容, 原理方案的创新设计：这是属于概念设计或方案设计范畴的，其中包括新功能的构思、功能分析和功能结构设计、功能的原理解创新、功能元的结构解创新、结构解组成创新等等。 零部件的创新设计：这是在结构设计阶段进行设计创新，其中包括对零部件新结构的设计，以提高工作性能、减小尺寸重量；采用新材料，以提

8、高零部件的强度、刚度和使用寿命。 产品造型的创新设计：为了增强产品的竞争力，我们应该对产品的造型、色彩、面饰等进行创新设计。造型设计得法，使用者心情舒畅、爱不释手，产品功能得到充分的体现。产品系统创新设计的内容最关键的是：原理方案的创新设计。,先进设计系统,第13章 创新设计,第13章 创新设计,13.1 创新设计的概念与内容13.2 创新精神与创新能力13.3 创新思维13.4 发明问题解决理论TRIZ13.5 创新支持系统ISS,先进设计系统,第13章 创新设计,13.2 创新精神与创新能力,13.2.1 创新人格中的创新精神 13.2.2 创新精神中的创新能力 13.2.3 创造活动的一

9、般过程与特性,先进设计系统,第13章 创新设计,13.2.1 创新人格中的创新精神,1. 创新人格的含义 2. 创新人格的构成,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 创新人格的含义,人格：是指个人在社会中的地位、作用、尊严、价值和品格的总和。而最能体现人的价值和品格的是创新素质 袁隆平，杂交水稻，世界推广已增产1万亿kg,20亿人吃1年创新人格：具有创新素质和创新精神的人才个性创新人才：具有创新人格的人才创新人格的核心是创新精神 创新精神又是由创新能力和创新价值观组合而成,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 创新人格的构成,创新人格的主要构成因素: 图13-1。,精神动力基础：5个要素,

10、行为方式基础：创新能力4个要素,奉献精神、开拓精神的形成过程创新意识和创新认知中动机要素不断社会化的过程。,独立精神、合作精神的形成过程创新思维和创新行为中实践要素不断社会化的过程。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.2.2 创新精神中的创新能力,1. 创新精神的含义 2. 创新行为的特征 3. 创新能力的含义,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 创新精神的含义,广义的创新精神：创新者所具有的智力心理品质与非智力心理品质的有机结合和升华以及由此产生的实际创造活力。狭义的创新精神：是指创新者在知识创新和科技创新活动中所具有的创新行为、创新能力、创新意识、创新方法的有机结合和升华以及由此

11、体现的实际创造活力。 思想是行为的指导，行为是思想的外化。创新行为：是创新人才所具有的创新精神在一定条件下的外部显露。通过创新行为的特征可了解创新精神的实质内容和本质特点,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 创新行为的特征,冒险性。创新有可能一败涂地。 创新行为需要感情的热烈迸发，敢于冒险。反叛性。创新就是敢于突破和反叛。 批判与创新互为条件。独立性。独立思维将导致标新立异、别开生面、不怕讽刺理智性。创新行为需要感情的冷静收敛。 知识结构以及学科知识联系将使行为更为理智坚韧性。创新行为具有愈败愈战、愈战愈强的品质。 专注性和好奇性思维使创新行为极具坚韧性。,先进设计系统,第13章 创新设计

12、,2. 创新行为的特征 (续1),实验性。创新是人们脑体并用、身心合一的创新过程。 实验环节可为人们的探索提供条件，以不断改变方法。直觉性。由于创新思维具有依靠直觉把握事物要点的特性， 这一性质决定了人们的创新行为具有直觉性。新颖性。创新行为的本质特征就是求新、求异， 新颖性是决定创新成果有无生命力和竞争力的关键。合作性。高水平创新，须依靠多学科、专业、人员的合作。 合作可以使个人有限的智力和精力得到多级放大， 也可以改善创新人才的人际关系，增强创新素质。,先进设计系统,第13章 创新设计,3. 创新能力的组成,能力：是指人们有效地完成某一活动所必备的心理条件， 是智力因素和非智力因素在有机协

13、调上的集成。 组成：观察能力。观察：是人们有目的、有计划、有控制的知觉。 培养5方面：坚持观察的客观性、全面性、理论性、分析性、科学性。思维能力。表现为问题性、广阔性、深刻性、独立性、敏捷性。 善于发现问题；透过现象看本质；独立思考和分析；准确抓问题关键。想象能力。想象：是人脑对记忆的表象进行加工并形成事物新形象的心理活动。亚里士多德：想象力是发现、发明等一切创造性活动的源泉。操作能力。包含两类：计算机应用技能：学习和工作须用计算机。 实验技能：应贯彻实验的客观性、理论性、整体性、可重复性原则。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.2.3 创造活动的一般过程与特性,1. 创造过程的4个阶段

14、 2. 创造活动的特性,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 创造过程的4个阶段,准备期：包括发现问题，明确创新目标，初步分析问题，搜集充分的资料。酝酿期：通过长期思考与试验，对问题做各种试探性解决。寻求满足设计目的要求的技术原理以及对各种可能设计方案的构思。常需要加以变换、分解、组合。明朗期：经过长期的酝酿、潜伏或不同寻常的观念和办法，使问题的解决一下子豁然开朗。创新性设计中顿悟的出现有时是受到偶然因素的启发产生的，有时灵感出现。验证期：即对新想法进行检验和证明，并完善创造性成果,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 创造活动的特性,目的性：任何形式的创造，包括创新性设计，其主体都是具有

15、主观能动性的人，并且是一种有目的的活动。新颖性：创造不是单纯的重复和模仿，而是在自己、前人或他人已经获得的结果基础上的新扩展、新开拓。它所追求的是新奇、新颖、独特和非重复性的结果。价值性：创造必须体现为一定的价值。 这种价值可以包括学术价值、经济价值、审美价值等多方面。发明和设计创造的价值主要看其经济价值以及实用性、有效性、可靠性。探索性：创造通常是在知识、手段、方法等不甚充分的条件下进行的活动。,先进设计系统,第13章 创新设计,第13章 创新设计,13.1 创新设计的概念与内容13.2 创新精神与创新能力13.3 创新思维13.4 发明问题解决理论TRIZ13.5 创新支持系统ISS,先进

16、设计系统,第13章 创新设计,13.3 创新思维,13.3.1 思维的两种基本形式13.3.2 灵活思维的几种表现形式 13.3.3 创新思维与创新设计,先进设计系统,第13章 创新设计,13.3.1 思维的两种基本形式,1. 思维的定义 2. 思维的两种基本形式,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 思维的定义,考察设计者在设计中的思维，对于创新设计具有重要的意义。 设计是从市场需求出发寻求满足约束条件的目标解(产品)的过程。 设计行为是思维活动的反映，因而与人的思维密切相关。思维： Thinking作用：思维是心灵的中枢。定义：思维是人脑对知识、信息进行加工、处理的活动。思维的特征：直接

17、和间接、形象和抽象、发散和收敛等。思维的目的：解决问题。,先进设计系统,第13章 创新设计,不同学科对思维的理解,哲学：一般把思维活动看作人的理性认识，是指人在获得感性认识之后所进行的思维活动。即思想，或思考。它通常是指抽象思维。逻辑学：专门研究人的思维形式及规律。其思维形式是指思维所形成的概念、判断和推理。主要是从概念进行判断和推理来理解思维。它通常是指抽象思维，即逻辑思维。心理学：把人的思维当作心理活动的自然过程来研究。重在揭示思维的发生、发展及思维在人的不同生理发展阶段上的特征。它通常也是指抽象思维。一般不讲形象思维。美学：是研究人对对象的审美关系的科学。必然研究审美过程的思维问题。它通

18、常是指形象思维，或艺术思维。形象思维是在感知、想象、理解和情感这四种心理因素的统一中所进行的思维活动。,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 思维的两种基本形式,德国莱布尼兹，充足理由律： 在思维过程中，一个思想被确定为真，总是有充足理由的。根据思维是否符合充足理由律可分为：逻辑思维和灵活思维。逻辑思维：建立在理由充足基础上的思维活动。如：某判决书。 是人脑对客观现实的间接和概括的反映，是认识过程的高级阶段。分类：形式逻辑、数理逻辑和辩证逻辑。特点：自觉性、过程性、必然性、间接性和有序性。思维形式有三种：概念、判断、推理。概念：是人脑对事物的一般特征和本质特征的反映。是思维的“细胞”。判断：

19、是人脑对事物之间关系的反映。推理：是从一个或几个已知判断中推出新的判断。主要包括 归纳推理：从具体到抽象。从特殊到一般。 演绎推理：从抽象到具体。从一般到特殊。,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 思维的两种基本形式,操作方法：分析、综合、比较、抽象、概括、归纳和演绎。分析：是把事物整体分解为部分进行思考的过程。综合：是把事物的各部分联系起来思考的过程。比较：是把事物加以对比，确定异同点的过程。抽象：是把事物的本质特征和非本质特征区分开来的过程。概括：是把事物共有的特征分出来并联合起来的过程。逻辑思维称为词语思维，是用语言进行的。逻辑思维称为抽象思维，以抽象化的概念作为其思维元素。逻辑思维

20、称为收敛思维，归纳和综合大量设想而得出 解决问题的一个好答案。,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 思维的两种基本形式(续1),灵活思维：建立在理由不充足基础上的思维活动。如：魏格纳漂移说。又称为非逻辑思维或非词语思维。特点：自发性、跳跃性、偶然性、直接性和无序性。灵活思维称为形象思维，以形象化的表象作为其思维元素。按哲学说，表象发生于知觉和理性认识之间，它是感性认识。灵活思维称为发散思维，在解决问题时，根据问题提供的信息，沿不同方向和角度进行设想，得出各种可能的答案。发散思维是将创造原点抽象化，由原始解出发辐射出多根思维射线，其终点常常是一些创新解。我们也有可能已经掌握了一个原始解，以其

21、为出发点，去寻找更多更好的解。这些新解不一定是原始解的变异，它很可能是在保证系统功能前提下，一种新的原理和系统。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.3.2 灵活思维的几种表现形式,1. 想象思维 2. 直觉思维 3. 灵感思维 4. 相似思维 5. 相异思维,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 想象思维,想象：是对记忆中的表象进行加工后而产生新形象的思维形式。 它在类比法、模型法和思维实验中都有重要作用。 它是思维力和创造力的基础。想象的主要方式： 联想：它是由一事物引发、通过联系头脑中表象而想到另一事物的思维形式。是一种由此及彼的想象。 联想的形式有：相近、相似、对比、因果、从属和

22、遥远联想等。幻想：是自由奔放的、完全超脱现实的企盼，它建立在理性的智慧之上。猜想：是在一定观察实验的基础上所进行的假设性想象，它常指出活动方向。空想：既无明确的目标又不可能实现的思考。,先进设计系统,第13章 创新设计,智能测验答4,最奔放的答案,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 想象思维,在进行想象时，应注意：想象的合理性。 因为它必须在掌握大量的材料、经验和知识的前提下来进行，有一定明确的目标。想象的有效性。 因为想象毕竟不是事实， 它必须由实践来检验其正确性。,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 想象思维,例：移运设备传统方法 (图13-2a)的缺点是：效率低；转向困难；易伤地

23、面。,有人联想坦克履带和自行车链条，发明了链条式脚车(图13-2b)，提高了效率，但因滚子太小，仍伤地面,图13-2 设备移运脚车的创新,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 想象思维,例：移运设备方法,又有人联想中国过去的四人抬轿原理，发明了车轮式脚车(图13-2c)，其两轮轴都能绕承重桥轴转动，形成一种自由度结构。在每台被移设备下安放四辆脚车。,图13-2 设备移运脚车的创新,为解决在重载下转向问题，联想“要从一摞书底下抽出一本书的动作”，在承重桥底下装一螺旋千斤顶，转向时用于托起设备使车轮卸载，满足了容易转向、不伤地面的要求。,先进设计系统,第13章 创新设计,2. 直觉思维,它是一种

24、不受逻辑规则约束而直接得出问题答案或直接领悟事物的本质的思维形式。它是思维的“感觉”。特点：自发性、直接性、瞬时性、推测性、随机性、自主性直觉可帮助设计者提出设想和作出预见。凭直觉从许多可行方案中选出最佳方案，已成为发明家广泛采用的一条发明原理。直觉受个人知识和经验局限，需实践来检验其正确性。一般来说，形象是人们对外界事物形成的直觉概念， 想象则是以直觉为主体的思维活动。想象和直觉可以帮助人们思考问题更加灵活和更加全面。柏拉图曾说：“直觉是人类智慧的最高层次”。,先进设计系统,第13章 创新设计,3. 灵感思维,它是人在对某一问题百思不解时因某一事物启发而突然出现解决问题的闪光的思维形式。它是

25、创造想象活动接近突破阶段时出现的顿悟。它是由潜意识进入意识产生的。它不是主动想出来的，因而是无法控制的,这是它与联想的本质区别。灵感的特点： 过程性、突发性、自发性、瞬时性、飞跃性和模糊性。艰苦思考是产生灵感的基础。 抓住机遇是产生灵感的关键。 身心放松是产生灵感的有利时机。 随手记录是捕捉灵感的有效方法。,先进设计系统,第13章 创新设计,3. 灵感思维(续1),灵感是长期创造性活动升华的结果。设计者，灵感是在产品知识准备和产品概念酝酿的基础上产生的。不需要逻辑推理，就由此及彼。设计者在这时就会突发奇“招”，建构出新的产品概念。例：美国的赫威梦见一个尖上带孔的长矛向他刺来,意识到缝纫机针眼应

26、靠近针尖。摆脱习惯性思维的束缚，是触发灵感的一个重要方面。 常有这种情况，把非常复杂的问题，搁置几天不去想它， 再重新研究时，竟很容易解决。例：英国工程师皮金顿，一天在帮太太洗碗时，对洗碗水的肥皂沫发生了兴趣，顿悟出灵感，设计出一种制造平板玻璃的新方法。,先进设计系统,第13章 创新设计,4. 相似思维,它利用事物之间的相似性，寻求解决问题的途径。相似性表现的方面：形状、性质、原理、功能、结构、关系和过程。相似思维的应用形式：类比、模拟、仿生、移植和置换等。用相似思维创新就是要“推陈出新”。仿生：指对自然界的某些生物特性进行直接或者间接的模仿例：形状相似：飞机构件中的蜂窝结构； 模仿鸟类的飞机

27、；模仿鱼类的潜水艇。例：功能相似：根据金钱豹与草丛相似的皮毛， 迷惑敌人，保护自己而发明的迷彩服。例：结构相似：组合机床和组合夹具与积木玩具是相似的。,先进设计系统,第13章 创新设计,例： 蜂窝结构,铝蜂窝板采用“蜂窝式夹层”结构，即以表面涂覆耐候性极佳的装饰涂层之高强度合金铝板作为面、底板与铝蜂窝芯经高温高压复合制造而成的复合板材，具有重量轻、强度高、刚度好、耐蚀性强、性能稳定等特点。由于面、底板之间的空气层被蜂窝分隔成众多封闭孔，热量和声波的传播受到极大的限制，与其他幕墙装饰材料相比，铝蜂窝板具有良好的保温、隔热性能。铝蜂窝板属全铝制造，面、底板、芯材均采用高强度合金铝，是绿色环保产品，

28、易于回收，是新型建材发展方向。 铝蜂窝板用途以前只局限在航空领域，近年来随着经济的发展，它的用途逐渐发展到民用领域，如建筑的装饰材料、车辆、船舶的墙板、隔舱等。,先进设计系统,第13章 创新设计,4. 相似思维,例：动作相似：图13-3所示的挖掘机，它由工作装置A、上部转台B、行走装置C、铲斗1、斗杆2、动臂液压缸3、回转液压马达4、油箱5、发动机6、液压泵7、控制阀8、行走液压马达9组成，模仿人手挖土，是很成功的设计,先进设计系统,第13章 创新设计,4. 相似思维,例：动作相似：图13-4所示的搓元宵机也是构思巧妙地模仿人的动作而制作成的，整个机构的动力由旋转圆盘输入，它装配在机架5的一个

29、斜圆孔1内，通过装在圆盘外圈的球形铰链带动连杆2与转动轴销及与连杆固接的工作箱作空间振摆运动，从而使工作箱内的元宵馅在稍许湿润的元宵粉中多方向滚动而制成元宵。,先进设计系统,第13章 创新设计,5. 相异思维,它利用事物的多样性和差异性，从解决问题的已有模式相异的方面，寻求新的解决途径。用相异思维创新就是要“标新立异”。又称求异思维。相异思维有两种应用形式： 逆向思维：又称反向思维。它是对现有的解进行分析，对其每一部分提出疑问，想一下“能否不是这样”，会解脱“思维定势”的束缚，引发出好的想法。 正向思维是基本的思维方式。正向思维是直线前进的思维方式，在科学演绎中运用很多，每证实一步就再往前进一

30、步，直到关系成立。迂回思维：又称侧向思维，或转向思维。它突出反映了创造性人才的灵活性，用侧面代替正面，用间接代替直接，用阶段前进代替一步到位等等。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.3.3 创新思维与创新设计,1. 逻辑思维与灵活思维的关系2. 灵活思维是设计的中心因素3. 创新思维的特性4. 促发创新思维的外部因素5. 影响创新设计的因素,先进设计系统,第13章 创新设计,1. 逻辑思维与灵活思维的关系,逻辑思维研究确定性的规律；灵活思维研究可能性的规律。逻辑思维和灵活思维是对立的。思维总是始于问题。 灵活思维是从多个不同的角度去思考问题，强调灵活和新颖。 逻辑思维是从同一个角度去思考

31、问题，强调规则和严密。逻辑思维和灵活思维是相互依存、相互作用的。 为解决问题，要找出尽可能多的方案，就需要灵活思维的“发散能力”； 要在多种方案中作出抉择，则需要逻辑思维的“收敛能力”。 设计成果是在这两类思维方式相互作用所形成的“张力”之下产生的。 发散能力需要分析和归纳能力，收敛能力需要直觉和联想能力。 数学家借助草稿纸上的符号和图形来推导公式。军事家通过地图或沙盘来考虑作战方针。总之，逻辑思维和灵活思维的关系是对立统一的关系。相互补充和促进。 逻辑思维是在一地向深处挖井，灵活思维是在各地试着挖井，两种挖井。创新思维是逻辑思维和灵活思维的综合，是包括渐变和突变在内的思维过程。,先进设计系统

32、,第13章 创新设计,2. 灵活思维是设计的中心因素,设计过程是以逻辑思维为基础的灵活思维过程。许多物体的形状、功能、尺寸和外观是设计者借助灵活思维设计而成的。几乎每件人工制品的存在，都能反映出设计者头脑中创造的形成的过程。要设计一台机器，设计者常常凭借对正确性和合适性的本能感觉，在该机器上反映出他那独特的灵活思维。虽然有些参数的确定依赖于科学计算，但灵活思维在设计中仍占主要地位。对于设计来说，灵活思维是矛盾的主要方面。例：早期的高速火车车厢，控制仪器，在遇到风雪天气时不能工作，因为风扇把外面的雪吸入到内部的电气系统里。因此，认为设计就是计算，仅把设计作为数学问题时，就会导致不堪设想的后果。人

33、们在学校一直接受逻辑思维的教育。在提倡创新思维时，千万不可反对逻辑思维。逻辑思维是创新的基础，因此，设计者要在加强科学修养的基础上，重视培养自己的灵活思维能力。总之，设计不只是计算和推理。设计的中心要素是灵活思维。,先进设计系统,第13章 创新设计,3. 创新思维的特性,自信性。自信属非智力的心理因素。使创新成为稳定自觉行动批判性。任何新事物都是在批判或否定旧事物的基础上完善起来的独特性。代表着新颖性，其思维角度、思维方法和思维路线别具一格认知性。知识结构不仅应具有综合性，还应具有合理性，有实效好奇性。好奇是思维上的动力。居里夫人将其誉为“人类第一美德”专注性。具有创新思维的人，在思考问题时往

34、往能够做到专心致志。多向性。具有广阔的思维空间、层面、方位和灵活的选择范围形象性。图形、图表以及物体的空间构造等能促进人进行创新思考突发性。当人的思维达到高潮时，往往会突发奇想，灵感降临经过创新思维和创新行为的联合作用，才能形成一个人的创新能力,先进设计系统,第13章 创新设计,4. 促发创新思维的外部因素,促发创新思维的外部因素有：激发创造激情：只有在激情的支配下，人脑的智力活动才能被高度激发，形成突发灵感。这种创造激情可能由市场压力或诱惑等经济因素促成；也可能出自科学家的崇高事业心，也可能出自政治需要。增强信息获取方式：创造建立在大量知识和信息基础上，尤其是处在科技高度发达的年代，有关新技

35、术信息显得特别重要，往往一项新技术的发明会引发出一连串的发明创造促进知识融合：创造发明往往是多学科知识融合的结果。一个发明人大脑中储存的知识不足以构成所求的解。创造各种条件让不同学科的人交流，是促进科学创新的重要手段。,先进设计系统,第13章 创新设计,5. 影响创新设计的因素,创新设计的过程阻碍设计师进行创新设计的“关口” ：认识关。没有认识到问题关键所在，或者误入歧途，因而阻碍了创新设计方案的构思。其错误在于： 不能透过现象看本质； 不能从个性中找出共性； 不能正确区分目的与手段的关系； 不能突破传统意识的束缚； 不能全面正确看待问题； 不能理顺因果关系； 不能明辨表面相似和本质相似的差别

36、。,先进设计系统,第13章 创新设计,5. 影响创新设计的因素,创新设计的过程阻碍设计师创新设计“关口” ：认识关。文化关。若过分拘泥于传统文化和一般常识的束缚，则容易使人形成思想僵化和思维定势。生活在文化社会中的人常常喜欢用形式逻辑解决一切问题，因而陷入墨守成规的困境。感情关，一些人由于缺乏感情上的动力或由于滋生自卑感，也使得思维陷入僵化困境而不能自拔，妨碍了其创新实践的进行。在认识、文化、感情问题等方面，必须超越障碍，打破框框，才能提高和完善创新能力。,先进设计系统,第13章 创新设计,第13章 创新设计,15.1 创新设计的概念与内容15.2 创新精神与创新能力15.3 创新思维15.4

37、 发明问题解决理论TRIZ15.5 创新支持系统ISS,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4 发明问题解决理论TRIZ,15.4.1 TRIZ的产生与定义 15.4.2 TRIZ的主要内容 15.4.3 TRIZ解决技术矛盾的方法 15.4.4 TRIZ的应用实例,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.1 TRIZ的产生与定义,1. TRIZ的产生 TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving） 是俄文中发明问题解决理论的词头。 该理论是前苏联G. S. Altshuller（阿利赫舒列尔）及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1500人

38、年的时间，在分析研究世界各国250万件专利的基础上所提出的发明问题解决理论，总结了解决技术、进行发明创造的科学原理和规律。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.1 TRIZ的产生与定义,发明问题解决理论的核心是技术系统进化原理。按这一原理，技术系统一直处于进化之中，解决矛盾是其进化的推动力。进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生矛盾的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突。G. S. Altshuller研究了消除矛盾的方法，他提出了消除矛盾的发明原理，建立了消除矛盾的基于知识的逻辑方法，过些方法包括：发明原理（Inventive principles）；发明问题解决算法ARI

39、Z （Algorithm for Inventive Problem Solving）及 标准解（TRIZ standard techniques）。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.1 TRIZ的产生与定义,TRIZ不仅在前苏联得到广泛应用、在美国的很多企业特别是大企业，如波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等的新产品开发中得到了应用，创造了可观的经济效益。由于TRIZ将产品创新的核心产生新的工作原理过程具体化，并提出了规则、算法与发明原理供设计人员使用，它已成为一种较完善的创新设计理论。经过50多年的发展，TRIZ已成为技术问题或发明问题解决的有力工具，应用该方法学已解决了前苏联、美

40、国、欧洲、日本等许多国家企业成千上万的新产品开发中的难题。近几年国内开始对TRIZ跟踪研究，基于TRIZ理论的计算机辅助创新软件 Tech Optimizer在美国已获专利。我们的研究成果2007年已获得国家的软件著作权。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.1 TRIZ的产生与定义,2. TRIZ的定义国际TRIZ专家给出TRIZ的定义：TRIZ是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学TRIZ是基于知识的方法TRIZ是面向人的方法TRIZ是系统化的方法TRIZ是发明问题解决理论,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.1 TRIZ的产生与定义,TRIZ是基于知识的方法TRI

41、Z是发明问题解决启发式方法的知识。这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的，TRIZ仅采用为数不多的基于产品进化趋势的客观启发式方法。TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识。TRIZ利用出现问题领域的知识。这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展及进化。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.1 TRIZ的产生与定义,TRIZ是面向人的方法TRIZ中的启发式方法是面向设计者的，不是面向机器的。TRIZ理论本身是基于将系统分解为子系统，区分有益及有害功能的实践，这些分解取决于问题及环境，本身就有随机性。计算机软件只起支持作用，而不能完全代替设计者，需要为处理这些随机问

42、题的设计者们提供方法与工具。TRIZ是系统化的方法在TRIZ中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型中问题的系统化知识是重要的。解决问题的过程是一个系统化的能方便应用己有知识的过程,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.1 TRIZ的产生与定义,TRIZ是发明问题解决理论取得创新解需解决设计矛盾，但解决矛盾的某些步骤未知。未知所需要的情况往往可以被虚构的理想解IFR代替。理想解（Ideal Final Result）：产品处于理想状态的解。不同产品在某阶段进化的方向是不同的，如降低成本、增加功能、提高可靠性、减少污染等都是可能的进化方向。如果将所有产品作为一个整体，低成本、高性能、高

43、可靠性、无污染等是产品的理想状态。通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得。通常理想解可通过已知的系统进化趋势推断。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.2 TRIZ的主要内容,产品进化理论在新产品或工艺的开发策略中，TRIZ的核心是技术系统进化原理。按这些原理，技术系统的进化速度随一般矛盾的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍技术系统进化的深层次矛盾。产品进化理论将产品进化过程分为四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和退出期。产品进化理论还研究产品进化模式、进化定律与进化路线。沿这些路线设计者可较快地取得设计中的突破。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.2 TRIZ的主

44、要内容,分析分析包括：产品的功能分析、理想解IFR的确定、可用资源分析和矛盾区域的确定。分析是解决问题的一个重要阶段。功能分析的目的是从完成功能的角度而不是从技术的角度分析系统、子系统和部件。该过程包括裁剪（trimming），即研究每一个功能是否必需，如果必需，系统中的其它元件是否可完成其功能。设计中的重要突破、成本或复杂程度的显著降低往往是功能分析及裁剪的结果。在分析阶段，若问题的解已经找到，则可以移到实现阶段。若问题的解没有找到，而该问题的解需要最大限度的创新，则基于知识的三种工具：原理、预测和效应等都可采用。在很多的TRIZ应用实例中，三种工具要同时采用。,先进设计系统,第13章 创新

45、设计,13.4.2 TRIZ的主要内容,冲突解决原理原理：是获得矛盾解所应遵循的一般规律。TRIZ主要研究技术与物理两种矛盾。技术矛盾：是指传统设计中所说的折衷，即由于系统本身某一部分的影响，所需要的状态不能达到。物理矛盾：指一个物体有相反的需求。TRIZ引导设计者挑选能解决特定矛盾的原理，其前提是要按标准特征确定矛盾。有3939条标准矛盾和40条原理可供应用。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.2 TRIZ的主要内容,物质-场分析（substance-field） 物-场描述分析方法原理：所有功能都可分解为两种物质和一种场，即一种功能由两种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种

46、实现，因此，可用物质-场分析产品的功能，这种方法是TRIZ的工具之一。图是S-F模型。图解释：能量F作用于工具S2，使S2变换物质S1。S1客体，是一种需要改变、加工、位移、发现、控制等的物质。S1是S2作用的对象，它可以是被控粒子、材料、物体或过程S2主体，是对S1产生作用的 “工具”。S2是控制S1的物质。F能量场。它给予S2能量或力，以保证S2作用于S1，或它们相互作用。F可以是机械能、液压能和电磁能等。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.2 TRIZ的主要内容,效应效应：是指应用本领域或其他领域的有关定律解决设计中的问题。例：采用数学、化学、生物和电子等领域中的原理解决机械设

47、计中的创新问题。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.2 TRIZ的主要内容,发明问题解决算法ARIZTRIZ认为，一个问题解决的困难程度取决于对该问题的描述或程式化方法，描述得越清楚，问题的解就越容易找到。TRIZ中，发明问题求解的过程是对问题不断描述、不断程式化的过程。经过这一过程，初始问题最根本的冲突被清楚地暴露出来，能否求解已很清楚，如果已有的知识能用于该问题则有解，如果已有的知识不能解决该问题则无解，需等待自然科学或技术的进一步发展。该过程是靠ARIZ算法实现的。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.2 TRIZ的主要内容,发明问题解决算法ARIZARIZ是TRIZ的

48、一种主要工具，该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化。该算法特别强调矛盾与理想解的程式化，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在矛盾需要克服，该问题就变成了一个创新问题。ARIZ中，矛盾的消除有强大的效应知识库的支持。效应知识库包含物理的、化学的、几何的等效应。应用ARIZ取得成功的关键在于没有理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化，一直到确定了物理矛盾。该过程及物理矛盾的求解已有软件支持。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.3 TRIZ解决技术矛盾的方法,1.技术矛盾的特征TRIZ理论用39个规范的特征描述矛盾。实际应用中，首先要把组成矛盾的双方内部

49、性能用39个特征(表13-3)中的2个来表示。目的是把实际设计中的矛盾转化为规范的技术矛盾。,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.3 TRIZ解决技术矛盾的方法,2.创新原理G.Altshuller等通过分析和归纳在以往不同领域的发明专利中反复被采用的规则，提出了40条创新原理。每条原理并不是仅能用于某一领域，它们融合了物理的、化学的和各工程领域的原理，适用于不同领域的发明创造。这些原理被称为发明家理想的“发明工厂” 。,表13-4 创新原理,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.3 TRIZ解决技术矛盾的方法,3. 解决技术矛盾的过程 G.Altshuller提出4040阶矛盾

50、解决矩阵，解决了如何在设计中选用创新原理的问题。,表13-5 矛盾解决矩阵,先进设计系统,第13章 创新设计,13.4.3 TRIZ解决技术矛盾的方法,创新原理建立了对应关系。该矩阵的第1行所描述的特征序号为矛盾中恶化的一方，第1列所描述的特征序号是改善的一方。矩阵的元素或空、或有14个数字，这些数字表示40项创新原理中的推荐采用的创新原理序号。应用矛盾解决矩阵的步骤：首先将矛盾中恶化的特征序号从第l行中选取对应的序号，再由矛盾中改善的特征序号从第1列中选取对应的序号，两序号在对应行与列的交叉处确定一特定的矩阵元素，该元素所给出的数字即为推荐采用的创新原理序号。,先进设计系统,第13章 创新设