多种创新方法集成与应用研究，本文主要内容关键词为：多种论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人类探索创新方法的历程已有70年，目前较为成熟的创新方法有340多种[3～8]。虽然创新方法的名目繁多，但并未进行深入系统的梳理与集成应用[1，2]，使得解决问题时快速选择最优的创新方法变得十分困难。本文通过对195种创新方法的集成梳理与应用研究，使创新过程具有综合性与整体性，指导人们合理高效的运用创新方法，提高创新效率与成功率。 1 基于思维碰撞的创新方法梳理与综合集成应用 基于思维碰撞的创新方法集成，是在群体间相互激励的基础上，挖掘本质规律，将创新意识的感性愿望提升到理性的探索上，打破常规，以超常规思维甚至反常规思维视角去思考问题，从而产生独到的、新颖的、有社会意义的创新成果，实现创新活动由感性认识到理性思考的飞跃。相关创新方法的梳理详见表1，在产品制造链中的综合集成应用详见图1。
图1 基于思维碰撞的创新方法综合集成应用 1.1 头脑风暴法案例分析：头脑风暴的实施与应用 头脑风暴法作为打破思维束缚、激发创造性思维的一种有效方法，主要应用于创新、创意相关的各个领域中。 头脑风暴法应用的经典案例——直升机扇雪。 美国有一年，冬天大雪，长距离输电的电线经常会出现被积雪压断的现象，这种现象严重影响了正常通信。为此电信公司某经理召开了一次特殊的会议，本次会议召集了来自于不同专业的工作人员，举行头脑风暴会议解决这一问题： *设计一种专用的电线清雪机 *用电热来化解冰雪 *用振荡技术来化解冰雪 *带上大扫帚乘坐直升机去扫雪 *…… 对于“乘坐直升机扫雪”的这个设想，当时大家心里都觉得很滑稽可笑，也有人对此提出批评，但是会上有个工程师听到这个设想后，大脑突然受到启发，提出了一种简单可行而且效率高的清雪方法：就是在大雪过后，可以让直升机沿着积雪严重的电线处飞行，此时高速旋转的螺旋桨就可以将电线上的积雪通过高速运转的气流带动扇落。 1.2 因果分析法案例 以排水管道漏水的问题为例，运用因果分析法对管道漏水原因进行逐一排查，在施工问题出现的萌芽期就将其消灭，最终实现施工的事前控制。下面以因果分析法中最常用的鱼骨图法来分析可能影响质量特性的因素有哪些，我们将从人、法、机、料、环5个方面来寻找问题产生的原因，最终达到合格的结果就是工程合格，也就是运用因果分析法找到问题的原因，最终实现工程合格并于问题发生前的主动控制。 1.2.1 人的因素 人是所有产品在生产创新过程中最根本的影响因素，所有产品归根结底都是由人制造出来的，工程的质量在一定程度上取决于人的工作状态。因此，产品质量的关键是管理层的管理理念。做好以下方面的工作能够实现对工人的高效控制：岗位责任制的建立非常必要，在安装施工之前，技术与安全交底的工作需要施工人员和质量员共同完成；进行施工时，现场的实时监督应该按规定进行，产品进行周期抽检由质量员完成，并真正将产品责任落实到个人身上；强化管理意识，强烈的管理意识是管理人员必须具备的，现场施工的管理员既要熟悉每个管道的施工要求，又要掌握一定的质量管理理论和方法；培训工作要定期长期开展，一则可以提高工作人员的知识水平；二则也可以总结经验，最终达到质量水平提高的目的。引入激励机制，适当的奖励施工人员和发现施工过程中的质量隐患人员。 1.2.2 材料的选定 所谓的施工对象通常是材料，而且材料的质量在很大程度上影响并决定着工程质量。进场材料的质量控制可从如下几方面着手，PDCA循环(戴明环)的4个阶段，如图2所示。 1.2.3 方法的抉择 合理的施工和组织方案是在施工和质量检查过程中必须有的。工程实际情况要严格按照施工方案进行，这样做有利于降低施工成本、保证施工质量、加快施工进程；而合理进行施工方面的组织是要严格按照组织方案进行，比如说在发生以下情况时需及时整改，施工过程中有管道出现变形、偏移等情况，需立即判断是管材有问题，还是管件有问题，并及时进行整改。管道连接完毕后做水压或灌水试验，只有管道试验合格后，才能覆盖管道。
图2 PDAC循环示意图 1.2.4 施工工具的因素 机械设备的操作和维修是一个复杂的工作过程，在短时间内不能全部掌握，因而施工机具应有专人负责，并建立档案，制定维护计划，并对维护情况进行记录。所有仪器设备都应按规定的周期送检，无检定合格证的仪器设备禁止用于施工。 1.2.5 环境的因素 在所有发生的管路渗漏事故中，我们发现造成的管路破损的因素中，二次维修人为因素所占比例较大。因此，应加强装修人员的职业道德教育。 2 基于思维顺序流动的创新方法梳理与柔性集成应用 基于思维顺序流动的创新方法，是强调流程、测试与检验过程的操作方法，相关创新方法的梳理详见表2，在产品制造链中的柔性集成应用详见图3。
图3 基于思维顺序流动的创新方法柔性集成应用 2.1 形态分析法案例分析：基于形态分析法的多功能环保型折叠壶设计 一种组合发明的方法被称作形态分析法，是把若干个彼此相互独立的因素，进行排列组合，因而产生全新的产品设计方案。下面以多功能环保型折叠壶为例，运用形态分析法进行产品设计。 参考目前国内外环保制作工艺和材料的现状，现计划设计一种便携的多功能环保折叠壶。(1)确定设计目标，设计一种功能多样并便于携带的旅行壶。(2)分解独立的因素，再从功能和结构因素把壶体拆分为支撑及折叠动作从而实现加热、杀菌、氧气供给、环保与保温6个独立的因素。(3)依据因素列举出所对应的形态和绘制形态矩阵表。接着进行方案评价及选优，按照适用、安全、方便、可靠、经济、省力等指标进行分析评价和决策。(4)得出的创新方案是采用一种软体弹簧气囊壶体，其原理为：先内供电加热，再充气保温，再二氧化氯杀菌，再壶体内配备液态氧气，最终形成三维立体面。 2.2 QFD方法的应用 把顾客的需求转化为一系列工程参数特征是QFD的核心。使用QFD方法的重要工具是“质量屋”。质量屋由6部分组成，分别是：用户要求、竞争能力评估、技术措施、最佳技术参数、关系矩阵、用户要求权重。使用QFD具体的步骤如下：(1)目标客户的确定。(2)目标客户的需求调查，评估每项需求的重要性。(3)从客户的需求出发询问并记录客户要求产品最终应具备哪些特性。(4)产品特性与顾客要求之间的相关联的程度需要进行细致深入的调查，可通过调查列表等方式找出那些与客户要求密切相关的产品特性。(5)向顾客询问“这家公司的产品好在哪里”，以此评估产品的市场竞争力，主要记录顾客对产品的满意程度，还可请顾客对比评价本公司产品及竞争对手产品。(6)产品的改进方向可根据以上调查确定。(7)选定需要改进的产品特性，并确定其目标值。 3 基于思维总结的创新方法梳理与内在集成应用 基于思维总结，程序化，基于程序化，利用TRIZ、矛盾矩阵、物—场模型。相关创新方法的梳理详见表3，在产品制造链中的内在集成应用详见图4。
图4 基于思维总结的创新方法内在集成应用 3.1 TRIZ案例分析：基于TRIZ轮式机器人驱动轮的研究 在“国内亚太大学生机器人大赛选拔赛”上要求在3分钟以内的时间参赛的机器人完成比赛项目，所有机器人的行进速度需要得到保证。行进总成是机器人的关键组件，而行进总成设计主要从三方面考虑，包括行进的速度和精度、灵活性和抗干扰能力以及驱动方式。目前参赛机器人大部分采用轮式总成的方式，机器人的车体左右两侧安装驱动轮，通过控制驱动轮的转速、转向，最终实现车体的前进、后退、左右行走等动作。 通过TRIZ理论提供的一系列方法和工具，有效的解决了此类实际工程中的具体复杂问题，在思路和方法上丰富创新设计。 3.1.1 基于CREAX Innovation Suite的机器人驱动轮创新设计过程 为了将机器人的性能在现有的场地上最大化展示，有必要改善驱动轮的结构从而增大抓地力，初步采用选用摩擦系数大的材料和增大驱动轮与场地的接触面积等思路。现由于受3个机器人总重量不能超过50kg的质量限制，目前的计划实施方案增加摩擦力等方式需要保证不额外增加驱动电机的额外负荷。采用基于TRIZ的CREAX Innovation Suite辅助创新软件推荐的解题流程，得出增强驱动轮摩擦力的新方案，进而完善解决方案。 (1)定义驱动轮打滑问题 依据上述背景，进行问题提炼并分析问题。 情景描述：因为比赛场地相对比较光滑，导致地面与驱动轮的摩擦力过小，从而产生打滑现象，进而导致参赛机器人无法在规定时间完成比赛项目。 问题提炼：怎样增强地面与驱动轮的摩擦力，防止发生打滑状况? (2)可用资源及限制 现有资源的优化配置对创新设计起着重要作用。CREAX在问题定义阶段就已经对资源进行优化配置。采用“九屏幕法”从系统内发掘可用资源。 (3)问题再定义 Redefinition工具可以辅助设计者推演问题，激发设计者的创造力并通过“What's Stopping”和“Why”建立阶层式的问题描述架构来对初始问题范围进行缩小和拓展。基于从两个维度分别对问题的描述，确立问题解决的障碍因素和解决问题的预期效果。图5为对机器人驱动轮建立的阶层式问题描述框架。
图5 机器人驱动轮的问题描述框架 (4)理想化 TRIZ理论对于理想的系统和理想的产品是这样定义的：能够执行其所有的预期功能的同时却不以物质形态存在的产品或系统。理想化体现了一种如何极限利用系统资源的想法。技术系统进化法则是TRIZ理论中核心内容之一，而提高理想度法则是技术系统进化法则中最重要的一条进化路线，理想化进化模式是指系统向调高理想化水平方向发展进化。图6为机器人理想化框架。
图6 机器人理想化模型框架 通过对现有问题的重新分析，找出了问题解决的一部分阻碍因素，明确了设计要达到的目标；选用TRIZ中的理想化工具，进而帮助创新设计者明确最终理想解。问题解越接近理想解，现有可用资源就越重要。通过这两个层面的分析，确定了从增大驱动轮与地面接触面积和改变驱动轮表面结构的两个入手点定义问题。根据新确定的问题定义，最后利用TRIZ工具矛盾矩阵和发明原理解决问题。 (5)产生解决方案 利用39个工程问题通用技术参数，通过分析得出驱动轮的技术矛盾有2对，分别是：改善的参数为运动物体的面积，对应恶化的参数为运动物体的质量；改善的参数为形状，对应恶化的参数为力。通过查找矛盾矩阵列表(表3)，为对应的参考发明原理。 注：37热膨胀原则；2抽取原则；35物理或化学参数改变原理；4不对称原则；30柔性壳体或薄膜原理；10预先作用原则；29气压或液压原则；17多维法；19周期作用的原理；40复合材料原则。 注：2抽取原则；4不对称原则；10预先作用原则；17多维法；19周期作用的原理；29气压或液压原则；30柔性壳体或薄膜原理；35物理或化学参数改变原理；37热膨胀原则；40复合材料原则。 (6)驱动轮结构方案的确定 依据矛盾矩阵表中多维法(17号)、复合材料(40号)两个原理，参考设计出3种驱动轮结构。并利用资源分析得出的资源和多维法设计出3种表面结构，进而运用复合材料原理向橡胶内部添加一层海绵从而增强缓冲效果。以下为新设计的结构方案(图7)。
图7 驱动轮结构方案 针对同一个问题，可以考虑采用多种发明原理的综合运用来考虑方案设计，不同的发明原理也可以组合用在同一方案中。根据矛盾矩阵(表3)和驱动轮结构方案(图7)，分析总结出以下结论： A.表中改善的参数为运动物体的面积，对应恶化的参数为运动物体的质量；改善的参数为形状，对应恶化的参数为力这两对技术矛盾，对应的推荐原理都包括抽取原理。实验测试结果显示3种设计方案当中符合要求的a方案，运用到了抽取原理。 B.在实际操作中方案利用不对称原理，也能起到增大与地面的摩擦力的效果；此原理也应用在了a方案和b方案两个方案中。 C.为了增大与地面的摩擦力，采用预先作用原理增加驱动轮的表面粗糙度进而防止比赛时发生打滑。 D.运用到复合材料原理向橡胶里中增加一层海绵。 可见解决问题中多种创新原理的综合运用，不但可以克服人的思维定式，有利于发散思维，还提高人的创造力，从而从多维度找到问题的解决思路，最终形成更加具有创造性和科学性的方法思路去解决日后的新问题。 4 基于产品制造链的创新方法集成应用系统 创新是一项复杂的，并且随时都会受到多种因素影响的过程。因此，在复杂适应系统理论基础上产品制造链上的创新是具有一定的协调性、涌现性、自组织性、动态性、等特性的复杂适应系统，建立产品生命周期全过程的创新方法集成应用模型，为创新的研究提供了新思路，提高创新方法的重叠效应，扩大集成制创新的应用范围。创新方法集成应用系统详见图8。 5 结论 以上介绍的多种创新方法类别分别是从思维碰撞、思维顺序流动和思维总结的方面上来引导我们对产品进行创新设计及管理的方法，在产品发展的不同阶段可以尝试分别使用这几大类别的方法，同时也可以在产品生产的同一阶段尝试使用所有类别的创新方法，最终目的都是为了能产生更多的创新方案，从而使整个产品从设计之初到生产销售都贯穿了创新的思维，在一定程度上改变了产品的生产路径，不仅是工艺还是管理都始终把创新摆在第一位。集成与应用是对产品生产全过程各个环节应用创新方法，最终实现创新性组合及优化，使得产品生产周期的各个环节间以最合理的形式组合在一起，形成产品链上的互补优势，使新产品较以往来说功能上呈现倍增，并适应进化规律。现在创新方法研究的关键之处在于要加强创新方法的集成与应用研究，在归纳梳理的基础上，分析蕴含的相关规律和理论基础，从源头上促进创新的发展。多种创新方法的集成应用突破性的将单个的创新方法连成一个产品制造链的创新流程，从产品生产、研发的整个过程来看，始终指导着产品从设计理念到生产销售的整个过程充满创新的概念。一个产品在不断进化着，一个国家也不断的发展壮大着，民族需要创新，企业需要创新，创新对于整个社会，乃至整个世界来说是不竭的动力，同时也是不灭的指路灯塔。
图8 基于产品周期链的创新方法集成应用系统
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