專利名稱：基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)品設計領域，特別是一種基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法。
背景技術：
創(chuàng)新一詞最早提出是美國學者Jowph Alois kllumpeter從經(jīng)濟學的角度進行提出，發(fā)展到今天，對于創(chuàng)新方法的研究已開展了近百年。研究者們結合創(chuàng)新實踐，通過充分考慮創(chuàng)新者組合、類比、推理等邏輯性思維空間和聯(lián)想、直覺、靈感、頓悟等直覺性思維空間，各自從不同角度提出了一些能有效激勵創(chuàng)新者克服心理和思維困惑、阻滯或定式，進行創(chuàng)造性思考的方法。雖然目前存在的創(chuàng)新方法形式多樣，角度眾多，但突出的問題是這些方法各有優(yōu)缺點和實際應用范圍，缺少一個較為系統(tǒng)的理論體系。如何在設計過程中根據(jù)不同水平設計者的不同需求，將問題進行分類求解，如何在問題求解過程中結合認知理論，激發(fā)設計者的創(chuàng)造性思維，借鑒新技術新方法來更好的輔助設計者進行創(chuàng)新設計，是目前產(chǎn)品創(chuàng)新設計急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，針對現(xiàn)有產(chǎn)品設計方法的不足，提出一種較為系統(tǒng)的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法。本發(fā)明的技術方案是基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征包括如下步驟1)發(fā)現(xiàn)問題包含用戶輸入產(chǎn)品設計對象，確定發(fā)現(xiàn)問題的起點，其次包含有面向產(chǎn)品、面向市場和面向技術三種發(fā)現(xiàn)問題方法面向產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用創(chuàng)造性模板方法；面向市場發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用QFD ；面向技術發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用TRIZ理論中的進化原理。設計者需要對某個產(chǎn)品進行創(chuàng)新，但是又不知道怎么提問。針對這種情況，首先進入發(fā)現(xiàn)問題流程，幫助設計者在研究產(chǎn)品設計對象的基礎上，從產(chǎn)品本身、產(chǎn)品相關的市場和技術來為用戶提供產(chǎn)品開發(fā)的方向，幫助設計者找到達到這個方向所需要解決的問題。 發(fā)現(xiàn)問題的思考方向有三個①從產(chǎn)品本身出發(fā)，對產(chǎn)品本身進行改變，根據(jù)產(chǎn)品本身包含創(chuàng)新全部信息的特點，設計出設計新穎的產(chǎn)品。②以市場為出發(fā)點，調查目前市場顧客的需求，以市場調查理論為基礎，設計出符合顧客需求的產(chǎn)品。③從產(chǎn)品制造技術角度發(fā)現(xiàn)問題，針對目前產(chǎn)品制造技術的特點，以產(chǎn)品制造技術進化理論為基礎，找出目前產(chǎn)品制造技術發(fā)展趨勢，找到改進產(chǎn)品制造技術的路線。2)分析問題首先包含有用戶輸入問題內(nèi)容，其次是采用面向產(chǎn)品性能和面向問題矛盾兩種分析問題的方法面向產(chǎn)品性能的創(chuàng)新方法是采用質量功能展開QFD分析方法；面向問題矛盾采用的分析方法是采用問題系統(tǒng)建模的方法。按照性能分析，從產(chǎn)品本身角度出發(fā)，根據(jù)產(chǎn)品質量功能QFD展開，尋找能使整個設計發(fā)揮最大效益的改進方式；如不滿意結果可進行矛盾分析，以問題產(chǎn)生的矛盾為核心， 找出關鍵問題。因為問題本身就是一個矛盾的內(nèi)容，但是這個矛盾問題的結果又是設計者追求的設計內(nèi)容，因此引入問題建模的工具，對問題沖突進行分析，采用最大化分析問題、 理想解、原理突破、作用原理、形態(tài)結構進行表達，將矛盾進行分離，針對分離的矛盾改進現(xiàn)有問題，對問題進行求解。3)解決問題包含有問題輸入，對輸入的問題首先是本體解析模塊，將問題解釋成本體語言之后，采用直接求解、知識引導、思維引導、群體解決、技術引導和啟發(fā)求解的方法來解決問題，見圖1。設計者已經(jīng)清楚現(xiàn)有的問題，但是不知道使用哪種解題方法。針對這種情況，該方法建立了問題解決策略，在分析問題的基礎上，為設計者提供解決問題的方向，幫助設計者更為高效的解決問題①直接求解是將已有的問題進行本體轉換，建立一個基于本體表示的問題父子關系表，從表中選擇對應的內(nèi)容來確定問題涉及的對象，從而從知識層的各個知識庫中檢索對應的知識，輔助設計者解決問題。②知識引導求解主要是對問題找不到直接求解知識的情況下，轉換引用知識的思考方向，從其他角度幫助設計者思考問題，找到對應的知識，具體的方法是FBS、TRIZ理論、創(chuàng)造性模板法等。③思維引導求解，是針對設計者思維能力較強，采用一種啟發(fā)思維的檢核表法和六帽思維方法。④群體解決，針對團隊設計開發(fā)，在團隊中有時需要發(fā)散思維能力，因此選用頭腦風暴法，有時需要收斂思維，個體思考，采用思維導圖。⑤技術引導求解，從當今先進方法庫、新技術庫、高新論壇報告和新方法原理等中尋找可以借鑒的對象，通過知識推動，借助思維記錄工具，找到問題新思路。⑥ 啟發(fā)求解，是目前不存在的知識解決方法，采用知識遍歷，利用現(xiàn)有的知識對設計者進行刺激，激發(fā)設計者進行思考，產(chǎn)生創(chuàng)新方案。4)方案評估首先是問題解決答案表，選擇合適的評估方法，確定評估指標，選用 QFD方法作為方案評估的管理工具。同一個問題可以有不同的解決方案，設計者需要知道哪種方案才是相對最優(yōu)的，這就需要對已找到的問題解決方案進行管理和評估，然后將評估報告呈現(xiàn)給設計者，以幫助其進行決策。本發(fā)明的有益效果1)本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種以產(chǎn)品設計過程為主線，遵循問題解決流程，以創(chuàng)新方法和創(chuàng)新思維引導多領域知識應用到產(chǎn)品創(chuàng)新設計中。 2)本發(fā)明結合了目前公認的產(chǎn)品設計方法，建立一個產(chǎn)品設計方法知識庫，在產(chǎn)品設計過程中，采用問題解決流程來輔助產(chǎn)品項目的工程開發(fā)，結合認知理論、產(chǎn)品知識、設計信息對設計者創(chuàng)造力進行刺激，輔助設計者在問題解決過程中完成產(chǎn)品創(chuàng)新設計過程?；帽景l(fā)明根據(jù)問題求解不同階段，采用不同的問題求解策略，輔助設計者更好的完成對應階段的問題求解。4)本發(fā)明根據(jù)問題求解過程來完成產(chǎn)品設計，核心思想是復雜產(chǎn)品開發(fā)過程都是問題求解過程?；帽景l(fā)明基于問題求解理論，提出的基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，適用于多領域產(chǎn)品設計，結合認知理論，大幅度的提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質量。


圖1是本發(fā)明基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計總流程圖。圖2是本發(fā)明結合認知理論的問題解決流程圖。圖3是本發(fā)明問題分析流程圖。
圖4是本發(fā)明問題解決流程圖。圖5是本發(fā)明問題求解方案評估圖。
具體實施例方式為了更清楚的理解本發(fā)明，以下對發(fā)明的詳細內(nèi)容，并結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細論述。當確定一個設計任務后，設計者可以按照需求尋找設計任務中的相關知識。首先進入發(fā)現(xiàn)問題，按照發(fā)現(xiàn)問題的創(chuàng)新方法進行知識推送，刺激設計者尋找問題思考方向。然后采用分析問題的策略，將設計者的思考內(nèi)容以問題形式清楚的陳列出來，并做出歸類整理。針對整理的結果，傳遞給解決問題模塊，按照問題的需求特征給出知識。最后將得到的結果給出一個評估結果，完成產(chǎn)品設計開發(fā)。本實施例提出的方法具體步驟如下1.發(fā)現(xiàn)問題首先建立一個結合認知理論的問題解決流程圖，見圖2，這是一個基于問題求解策略，結合設計者的思維模式，在整個設計過程中利用創(chuàng)新方法引導設計者的思維，在具體的思維階段選用相應的知識進行刺激，從多領域知識的角度，輔助設計者完成整個產(chǎn)品設計過程。認知理論的結合是將問題求解更加切合設計者的思維習慣。在問題解決過程中并不僅僅是知識的調用，設計一個符合設計者思維習慣的問題求解策略可以更好的輔助問題求解。設計者的思維模式是一個跳躍的過程，問題求解策略中不能完全確定每一個過程思維就必須處于哪一個階段，但是也不能隨意跳動，思維過程也是遵行流程的，如果超出流程， 思維就很容易混亂。因此本設計模型中針對問題求解策略，設計發(fā)現(xiàn)問題在思維過程中可以為準備、沉思階段；分析問題，可以為準備、沉思和豁朗階段；解決問題可以為沉思、豁朗和驗證階段；方案評估為豁朗和驗證階段。結合認知理論的問題解決模型，能更好的符合設計者的思維習慣，創(chuàng)造性的解決問題。方法層主要是引導設計者思維，尋找相關知識，為詳細的問題求解階段提供對應的知識弓I導。在設計過程中按照問題求解策略對創(chuàng)新方法進行分類，找對應問題求解最合適的創(chuàng)新方法，然后從多領域知識庫中提取知識。多領域知識庫包括基本知識庫、專題知識庫、科學效應知識庫、設計案例庫、專利知識庫。見圖1，發(fā)現(xiàn)問題的選擇方法有三種①面向產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用創(chuàng)造性模板方法；②面向市場發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用QFD ；③面向技術發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用 TRIZ理論中的進化原理。2.分析問題建立問題分析流程圖，見圖3，設計者在遇到問題時，先輸入待解決的問題，在本體知識庫的基礎上通過本體解析、父子關系表(包括載體、行為、作用對象)、進行類提取、類細化和匹配、概念整合等從多領域知識庫中提取與設計問題相關的內(nèi)容，看能否提出標準問題(既規(guī)范化，便于搜索解決的問題)。若能提出標準問題，便可以進入下一步的問題解決；若不能提出標準問題，就需要對問題作進一步的深入分析。深入分析1采用質量功能 QFD，包括信息提示、用戶需求整理、圖標輸出、需求分析結果和需求信息管理。深入分析2 采用問題系統(tǒng)建模，包括核心問題、功能組件(環(huán)境要素、功能和作用對象)。功能包括理想解、原理突破、作用原理、附加功能、矛盾沖突、形態(tài)結構。
3.解決問題見圖1，解決問題包含有問題輸入，對輸入的問題首先是本體解析模塊，將問題解釋成本體語言之后，采用直接求解、知識引導、思維引導、群體解決、技術引導和啟發(fā)求解的方法來解決問題。建立問題解決流程圖，見圖4。產(chǎn)品設計過程，其本質是問題的求解過程，可以將產(chǎn)品設計過程按照設計任務進行劃分，尋找不同設計任務當中的問題。因此，我們對問題進行分類，不同類型的問題在解決過程中運用不同知識策略，這里將問題分為一級問題、二級問題、三級問題和四級問題。當一個問題出現(xiàn)時，設計者并不總是能準確的判定該問題屬于哪一等級，因而在解決問題時就存在盲目性。這就需要建立一個系統(tǒng)的問題解決流程。①一級問題求解此類問題對設計者而言簡單明確，設計者只需要利用其所在企或組織的知識庫直接進行搜索，便能找到解決方案或相似的案例。若搜尋的結果不可行，接著進行深入分析1和深入分析2。②二級問題求解此類問題相對來說比較復雜，解決此類問題時，主要采用知識引導、思維引導和群體解決，從而找到相關的案例和解決方案。③三級問題求解此類問題涉及到的知識一般超出設計者日常所接觸的知識范疇。解決此類問題時，可以嘗試把不熟悉領域的知識和創(chuàng)新工程引入到解題思路中，也可以利用不成熟的創(chuàng)新技術引導設計者解決問題。④四級問題求解此類問題常常讓設計者束手無策，很多設計者在面對此類問題時不知道如何下手，找不到解決問題的突破口。四級問題求解采用知識遍歷和知識搜索進行啟發(fā)，用一切可以產(chǎn)生刺激的信息，不斷刺激設計者的大腦，促進設計的隱性知識產(chǎn)生新的隱性知識，進而解決問題。通過以上四種等級的問題求解選擇，得到可行方案，以顯性知識庫為基礎，進行本體搜索，得出解決方案。方案可行，輸出問題解決方案，方案不可行，進行深入分析或問題選擇。見圖1，在上述發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題中根據(jù)不同水平設計者的不同需求， 選擇不同的問題求解入口。5.方案評估見圖5，問題求解方案評估圖，在問題解決過程中往往存在多個方法，需要方案評估對問題解決進行總結和整理。因此采用方案評估對多個方案進行比較，最終選擇最優(yōu)方案。最后的問題解決方案需要進入①直接解決，經(jīng)過評價得出最后方案；②以決策知識庫和評價方法庫為基礎，進行評價方法獲?。虎垡灶I域知識和市場知識為基礎進行 QFD分析。最后得出評價結果，進行方案審核，方案可行，輸出最優(yōu)解決報告，方案不可行，得出分析方案報告。
權利要求
1.基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征包括如下步驟1)發(fā)現(xiàn)問題包含用戶輸入產(chǎn)品設計對象，確定發(fā)現(xiàn)問題的起點，其次包含有面向產(chǎn)品、面向市場和面向技術三種發(fā)現(xiàn)問題方法面向產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用創(chuàng)造性模板方法；面向市場發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用質量功能展開QFD ；面向技術發(fā)現(xiàn)問題的方法是采用TRIZ理論中的進化原理；2)分析問題首先包含有用戶輸入問題內(nèi)容，其次是采用面向產(chǎn)品性能和面向問題矛盾兩種分析問題的方法面向產(chǎn)品性能的創(chuàng)新方法是采用QFD分析方法；面向問題矛盾采用的分析方法是采用問題系統(tǒng)建模的方法；3)解決問題包含有問題輸入，對輸入的問題首先是本體解析模塊，將問題解釋成本體語言之后，采用直接求解、知識引導、思維引導、群體解決、技術引導和啟發(fā)求解的方法來解決問題；4)方案評估首先是問題解決答案表，選擇合適的評估方法，確定評估指標，選用QFD 方法作為方案評估的管理工具。
2.按照權利要求1所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題中，為了使問題求解更加符合設計者的思維習慣，該方法結合了認知理論，建立了一個符合設計者思維習慣的問題求解策略。
3.按照權利要求1所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題中根據(jù)不用水平設計者的不同需求，選擇不同的問題求解入口。
4.按照權利要求1所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是在解決問題中進行問題分類 一級問題、二級問題、三級問題和四級問題；針對不同的問題，采用不同的問題求解方法。
5.按照權利要求4所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是在一級問題求解時，對問題進行本體解析，設計一個本體概念的父子關系表，針對父子關系表，用戶選擇最能表達問題的本體概念，針對本體表達的問題進行本體檢索，從案例庫、原理庫和各領域知識庫當中最大限度和最準確的找到解決問題的知識。
6.按照權利要求4所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是在二級問題求解中采用知識引導、思維引導和群體解決三種方式；知識引導求解包含有功能-行為-結構(ras)求解方法、創(chuàng)造性模板方法、TRIZ求解方法和其他求解方法；思維引導求解包含有檢核表法和六帽思維求解方法；群體求解方法包含有思維導圖求解方法和頭腦風暴求解方法。
7.按照權利要求4所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是三級問題求解中采用技術引導，從新技術庫和方法庫中引入前沿技術和知識，輔助設計者產(chǎn)生新方案。
8.按照權利要求4所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是四級問題求解中采用啟發(fā)求解，通過知識遍歷等方法，對設計者進行隨機刺激，來產(chǎn)生創(chuàng)新方案。
9.按照權利要求1所述的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，其特征是在四個步驟中運用基本知識庫、專題知識庫、科學效應庫、設計實例庫、專利知識庫。
全文摘要
本發(fā)明涉及產(chǎn)品設計領域，公開一種基于問題解決流程的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法。該方法結合目前公認的產(chǎn)品設計方法，建立一個產(chǎn)品設計方法知識庫，采用問題解決流程來輔助產(chǎn)品開發(fā)，通過結合認知理論、產(chǎn)品知識、設計信息對設計者創(chuàng)造力進行刺激，輔助設計者在問題解決過程中完成產(chǎn)品創(chuàng)新設計。該方法有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和方案評估的四個步驟。發(fā)現(xiàn)問題中采用面向產(chǎn)品、面向市場、面向技術三種方法。分析問題中面向產(chǎn)品用QFD分析方法；面向問題矛盾用問題系統(tǒng)建模方法。解決問題中首先用本體解析模塊，然后用直接求解、知識引導、思維引導、群體解決、技術引導和啟發(fā)求解等方法來解決。從而在問題求解過程中提高了效率和質量。
文檔編號G06F17/50GK102375909SQ20111029644
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2011年9月28日
發(fā)明者周春生, 張凱, 張君松, 張永備, 李拓, 牛振宇, 趙武, 陳領 申請人:四川大學