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CAI系统的开发与应用

作者:原创论文网 时间:2017-05-24 17:50 加入收藏

  在全球经济市场化的大环境下,市场竞争异常激烈,面对激烈的国际市场竞争,企业为了满足人们不断变化的需求,产品更新换代的速度明显加快。新产品创新设计的快慢,决定了产品投放市场的速度,也制约了产品在市场的竞争力。

  1、计算机辅助产品创新设计系统概述

  1.1、计算机辅助产品创新设计系统的概念

  创新是增加企业市场竞争力最有力的手段。因此如何创新是各个企业都在关注的问题。进入信息时代后,计算机的应用大大提高了企业的生产效率。例如计计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)技术极大地推进了产品的设计和制造技术的发展一样,随着信息技术和计算机技术的发展,如今,将计算机技术引入到产品创新中更是大大推动了产品创新的进程。计算机辅助创新 ( Computer Aided Innovation),简称CAI。CAI系统融合了发明 创造学、现代设计方法、多工程学科领域知识与计算机软件技术,将多个领域的科学知识有机地综合起来,可以在新产品开发的需求分析、概念设计、方案设计和方案评价等阶段为设计人员提供支持,有助于设计者拓宽思路,打破思维定势,引导设计者综合应用各学科知识,获得突破性创新知识,为产品创新源源不断地提供富有创造性的设计方案,已经成为企业提高新产品开发能力和经济效益的重要手段。

  1.2、计算机辅助产品创新设计系统的结构

  计算机辅助创新设计平台是创新设计的工作平台。该平台由四部分组成 : 知识库系统、信息检索系统、概念设计空间和创造性思维方法。其逻辑体系结构可以分为三层 : 界面层、应用程序服务器层和资源层。

  1.2.1、界面层

  界面层是系统和用户进行交互的平台。界面层有三部分组成:二次开发接口、应用程序客户端、第三方工具。除了交互的功能,界面层还起到了系统集成的作用。提供了用户与系统的友好访问。

  1.2.2、应用程序服务层

  应用程序服务层是计算机辅助创新设计的核心部分。由六部分组成 : 用户需求分析、设计问题分析、创新设计问题求解、设计方案管理、设计知识管理、设计资源管理。创新设计问题求解之后,就可以得出设计方案。设计方案管理分为三个方面进行管理 : 记录创新设计方案、创新设计方案评估、最佳设计方案输出。

  其中设计方案评估这一步骤非常重要。设计方案的正确性直接影响到实现过程的正确性。问题改正的阶段越早,消耗的精力也就越少。因此进行合理的创新设计评估,是计算机辅助创新系统必不可少的功能。

  1.2.3、资源层

  资源层是一个集成知识资源的平台。包含各种的信息库和知识库。一般来说,资源层分为六个部分,分别是 : 用户需求信息库、科学效益知识库、发明原理知识库、专利知识库、领域知识库、多层次信息检索引擎。

  2、计算机辅助产品创新设计系统开发

  系统开发工具为 SQL Server、My SQL、Oracle 等任何后端数据的 Web 应用程序,计算机辅助创新设计系统主要包含了针对新产品开发及现有产品改良创新的问题分析与定义模块、导航模块、方案求解模块、知识与方案管理模块。这些模块为设计人员提供了基于方法流、过程流、时间流的问题分析、定义、求解及方案与知识管理的一切方法与工具指导。

  2.1、问题的分析与定义模块

  问题的分析与定义对问题的求解方向及准确求解提供了目标与基础,在该模块设计者通过系统平台,应用不同的方法工具进行问题分析与定义,以便为后期应用 TRIZ 的问题求解子模块进行问题创新求解做铺垫,在该模块,设计人员主要通过用户需求分析、系统功能分析、系统因果分析、设计措施定义等4个环节来实现问题的分析与定义。

  首先,设计者根据用户的“战略需求参数”及“核心根原因”等信息设定出系统改进的“理想解”。其次,对“理想解”、用户的战略需求、系统的不良现象与结果、核心“根原因”等进行综合分析,以 BS 法、QFD 等定义出实现用户的核心需求所需的各项技术措施,即将用户功能需求转化为创新设计的技术需求。然后,建立“用户需求—技术措施”关系矩阵,并结合 AHP 分析法确定出技术措施的权重及其排序。最后,进行问题求解策略分析,即根据用户战略需求参数、技术措施等,按照问题求解策略分析方法,将实际设计问题转化为 TRIZ 问题。

  2.2、导航模块

  系统的导航模块是处于问题分析与定义模块与创新问题求解模块之间,是将实际的工程参数或工程问题直接转化为标准 TRIZ问题的重要一步。该模块中主要有技术效应导航、技术进化导航、技术冲突导航、物理冲突导航。

  技术效应导航可以有效的辅助设计人员完成系统所需的功能抽取,及实际功能到标准功能参数的泛化,可用状态的判定及通过物质状态与标准功能进行技术效应及其对应实例的检索。物理冲突导航也可辅助设计人员对当前设计问题中存在的物理冲突参数进行分析与定义,并通过格式化的冲突参数描述,找出可用的分离原理,并通过分离原理进行发明原理及对应工程实例的检索。

  2.3、创新问题求解模块

  系统的问题求解模块是系统平台的最核心部分,该部分主要包含了技术效应求解子模块,技术进化求解子模块,技术冲突求解子模块,物理冲突求解子模块。

  设计人员可通过系统提供的原理、路线及跨学科知识资源,借助系统的技术冲突、物理冲突、技术效应等问题创新求解工具,并应用相关的原理、路线及跨学科的知识库资源,进行创造性的问题求解,得到初步创新解。

  2.4、方案与知识管理模块

  该模块为使用者针对问题的求解过程与结果提供了过程及结果存储接口,并提供了系统知识库的动态更新与扩充接口及网络知识的检索接口。可为自定义知识结构提供存储支持与格式化的上传与输出。方便使用者对问题的分析与定义过程、创新结果、所用知识资源等的查看、重用及积累以及各创新方案与各领域方案的融合,也可使使用者将创新方案融入系统平台的知识资源中,以便对系统平台的知识库进行扩充与更新。

  本文主要研究了计算机辅助创新设计系统的开发,分析了计算机辅助创新设计系统的概念和结构组成,详细的介绍了计算机辅助创新设计系统开发过程中的问题的分析与定义模块、导航模块、创新问题求解模块、方案与知识管理模块,为后续 CAI 系统开发应用打下坚实的理论基础。


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