集成可拓学工具的裁剪创新方法研究

为降低裁剪过程中主观影响元件裁剪顺序的程度,减少裁剪后寻找替代资源的随机性,通过建立待改进产品的功能模型,确定产生负面作用的负面元件,引入可拓学中的优度评价方法计算负面元件的裁剪顺序。根据裁剪规则定义,对替代资源的来源进行分类,并根据分类求解方案。若替代资源来自现有系统内部,则分配有用功能,将寻找替代解的过程转化为矛盾问题求解过程;若替代资源来自现有系统外部,则利用发散分析、可拓变换等工具寻找替代解。将可拓学中的优度评价、发散分析、矛盾问题求解方法融合到裁剪方法中,增强了裁剪元件选择的客观性,为寻找替代资源提供了方向。以剥线机为例对产品进行改进,验证了所提方法的有效性,为可拓学与裁剪方法结合提供了新思路。

基于多智能体的工业数字孪生系统云边端架构与关键技术

基于多智能体的工业数字孪生系统(iDTS)由人、设备、环境、孪生仿真系统和计算系统等多智能体构成,是一个多智能体、AI算法和数字孪生融合驱动的新一代iDTS系统。针对工业数字孪生系统在实时性、智能性和负载均衡等方面的需求,提出了基于多智能体的iDTS系统的典型特征、云边端架构和关键技术体系,主要包括模型驱动智能体自学习优化方法、多智能体交互的同步与共享方法、多智能体协同的分布式控制方法、iDTS系统制造资源协同调度方法和iDTS系统的云边端负载均衡方法等。最后,通过典型案例展示了基于多智能体的iDTS系统的应用效果。所提出的系统架构与关键技术为推动人工智能和数字孪生技术在智能制造过程中的深入应用提供了重要参考。

需求驱动的跨领域专利技术挖掘方法构建

如何从大量的专利信息中快速准确地发掘与企业产品相关的专利技术,仍然是产业界和学术界面临的难题之一。兴奋型需求往往是企业发掘的对象和产品进化的方向,因而,从企业产品创新的需求出发,提出一种需求驱动的跨领域专利技术挖掘方法:通过需求功能映射和功能泛化建立专利检索式,从专利数据库中检索专利,在专利检索式的基础上依据国际专利分类(IPC)进行拓展以保证专利挖掘数据的广泛性,并且通过对专利技术特征、引用关系、法律状态等多个方面的分析,实现对跨领域专利技术的挖掘。该方法使用自然语言处理技术,通过对专利数据的提取和分析,完成跨领域专利技术挖掘、形成了早期方案,并基于技术系统进化理论对所挖掘专利进行创新性评价。通过油烟机实例研究表明,该专利挖掘方法通过功能拓展和IPC分类号的应用,能够全面检索到与目标产品功能相关的专利信息,提高挖掘结果的准确性;且在专利挖掘过程中,引入法律信息、专利引用情况和专利技术文本相似度等指标,并可利用计算机辅助完成大部分工作,能够节省人力资源,提高专利挖掘效率和速度。

设计驱动的产品颠覆性创新方法研究

通过设计驱动创新与颠覆性创新的理论研究,提出了包含意义发掘、功能系统调整、产品语言表达3个阶段的设计驱动产品颠覆性创新过程模型,以完善设计领域对于颠覆性创新方法的研究。首先基于SET洞察市场趋势设想新意义,由内而外接受批评以发掘可行性意义;然后对目标用户进行研究,运用AD将功能需求转化为设计参数,并与源产品技术对比进而进行技术调整,获得颠覆性创新技术解;接着将新意义特征及提升、添加技术所对应的部件确定为意义诠释区域,并采用类比推理选取样本;最后通过相似性分析确定设计原型并提取其特征要素,利用可拓变换优化产品语言表达,获得颠覆性创新产品语言解。以电动轮椅设计为实例验证了该模型的可行性,为其他设计驱动的产品颠覆性创新提供参考。

基于功能表面驱动与可拓工具的产品人机工程问题确定方法研究

为了准确地确定产品人机工程问题,以提升人机交互性能,运用TRIZ (Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatc,发明问题解决理论)提出了基于功能表面驱动与可拓工具的冲突区域确定方法。首先,利用功能表面改进功能过程模型,识别人机工程问题的初始问题功能元,并结合可拓表达和相关分析完成初始问题功能元的转换及最终问题功能元的确定。然后,利用功能表面改进功能关系模型,识别产品的初始冲突区域,并结合可拓表达、相关分析、蕴含分析和优度评价完成初始冲突区域的转换及最终冲突区域的确定。最后,利用标准解对冲突区域中的不良作用进行求解,并通过优度评价完成方案的评价和筛选。通过割草机改进设计实例验证了所提出方法的可行性。研究表明,该方法有助于交互式产品冲突区域的确定,提高了其人机工程问题的解决效率。

面向企业的技术创新方法(TRIZ/C-TRIZ)推广应用模式

国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心(以下简称“中心”)以提升我国企业自主创新能力为使命,围绕企业技术创新过程中急需解决的创新人才、创新能力和创新效率等核心问题,在引进TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)的基础上,加强TRIZ工程化研究开发和集成创新,为新产品、新技术开发提供系统化解决方案,为提高企业自主创新能力提供有效工具。

基于技术预见工具的产品创新特征研究

以降低产品创新的模糊前端的模糊性为目的,将技术路线图作为技术预见工具,分析了技术创新机会发现的原理,从技术、产品、产业和市场等层次对渐进型产品、平台型产品、突破型产品等进行了产品创新特征的研究,提出基于技术路线图的产品特征类别图,为进行产品创新预见提供参考。

计算机辅助创新技术驱动的产品概念设计与详细设计集成研究

针对计算机辅助创新(Computer-aided innovation,CAI)技术提出的创新概念方案不能顺利地输出给CAD系统的问题,从分析具备产品的功能信息及结构信息的CAD装配结构模型入手,通过建立产品装配结构的信息模型图,分析并确定装配模型存在的问题和冲突,然后应用计算机辅助创新(CAI)技术驱动的知识工程(Knowledge based engineering,KBE)及语义处理技术集成的创新技术进行解决,进而驱动产品结构设计,创新性地解决装配结构中存在的问题,形成从构思创新方案产生-形成知识-驱动结构设计的有机创新过程,初步实现了概念设计与详细设计的集成。进而建立了计算机辅助创新(CAI)技术驱动的产品概念设计和详细设计的集成过程模型,通过无磨损蝶阀产品的创新案例验证了该模型的可行性。

多生物效应技术实现方法研究

经亿万年进化的生物已经具备了完善的结构、性状、原理和行为等生物特性,这些特性能为现实多种复杂问题提供有效解决机制。生物为产品设计尤其是仿生设计提供了原始素材,是创新的灵感之源。为充分利用已知的生物原型,进行系统化的产品仿生技术结构设计。建立多生物效应的描述模型,基于灰色聚类提出了生物—技术系统的特征聚类方法;研究生物功能技术实现的类比方法,提出了基于属性的生物-技术功能映射模型及多生物效应驱动的产品原理解构建过程,给出了基于特征聚类的多生物效应技术实现方式;集成上述研究成果形成了面向产品系统设计的多生物效应技术求解模型,并以纽扣电池扣圈装置创新设计为例,验证了本方法的有效性。

集成价值工程与TRIZ求解工具的产品创新设计研究

为解决如何利用价值工程(Value Engineering,VE)和TRIZ求解工具相结合,有效解决产品创新设计过程的问题,基于VE的工作计划过程对VE与TRIZ求解工具进行了对比,探讨了二者集成的可行性,提出在功能构思阶段集成VE与TRIZ的求解工具,并将该求解工具的模型应用于智能网关音箱的创新设计中,提出一种新型智能网关音箱的概念设计方案,验证了模型的可行性与实用性。

设计任务驱动的工具类产品创新

基于传统工程设计框架,设计人员在工具类产品设计初期很少考虑社会技术因素,用户在完成具体任务实现物料加工的过程中所产生的产品交互等实际问题易导致工具类产品本身的设计迭代。通过集成不同的设计理论与方法,如社会技术系统理论(social technology system,STS)、情景分解法、任务分析法、FBS(function-behavior-structure,FBS)模型、TRIZ(teoriya resheniya izobreatatelskikh zadatch)等,在设计阶段融入对使用者的要求,针对工具类产品建立一种以设计任务驱动的产品创新设计过程模型。将工具类产品创新设计过程模型分为设计任务识别、设计任务分析与设计方案产生三个阶段。首先利用情景分解法与任务分析法结合并引入功能分析进行量化来发现、确定设计任务;从社会技术因素与技术因素两方面研究FBS模型,利用功能模型等方法分析设计任务,引入时间参数构建任务元——时间模型;在设计方案产生阶段通过构建基于任务元的设计方案产生过程模型,确定最终设计方案。以曲线锯为例验证了该设计过程的有效性,研究有助于提高产品创新设计效率,减少设计迭代,丰富了设计驱动产品创新研究理论。

基于TRIZ理论提高液晶显示技术企业自主创新能力

为了增强液晶显示技术企业的市场竞争力,提高液晶显示技术企业自主创新能力,根据液晶显示技术的发展特点,采用TRIZ理论中的技术成熟度预测方法,获取了液晶显示专利数量和销售额数据,建立了专利数量曲线和销售额曲线,对液晶显示技术成熟度进行了预测,并分析了液晶显示企业创新战略.将TRIZ理论中的冲突及其解决理论应用到液晶显示领域,讨论了如何发现液晶显示器件中的冲突,并应用解决冲突产生方案的过程实现液晶显示器件的创新设计.该研究将对液晶显示技术企业的技术发展策略制定和新产品研发具有重要意义.

专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法

在生成新产品概念设计方案的过程中,企业常缺乏辅助新产品功能描述、分解及创新的设计知识,且存在功能实现技术检索结果可用性不高、难以有效转化为概念设计方案技术特征的问题。为此,提出一种专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法。首先,使用文本相似度算法,检索国际专利分类表中与设计任务相关的分类号文本,辅助描述新产品的主功能。其次,引入C-K理论将下级分类号释义视为K空间中的元素,新产品子功能视为C空间中的元素,通过元素间转化辅助完成主功能分解。再次,结合专利技术成熟度分析和功能创新策略,确定新产品的功能创新方向,并依据共现分类号释义预测新产品的集成功能,辅助实现新产品的功能创新。接着,应用专利文献跨域特征分析模型,引入技术领域融合度的概念,量化专利技术的知识广度和流动性,辅助优选功能实现技术,并利用语义解析技术自动提取专利独立权利要求中的技术特征,辅助生成新产品概念设计方案。最后,将该方法应用于重型汽车底盘预装设备领域的新产品开发,证明了方法的有效性。

自适应神经模糊推理系统优化的快速上肢评估方法

传统方法对工作相关肌肉骨骼疾病风险评估的输入变量变化敏感性较低,导致风险评估输出结果的精确性和可靠性不足。为更加准确地进行人因工程风险评估,提出了基于自适应神经模糊推理系统的快速上肢评估方法(RULA)。首先,基于卷积神经网络对视频中人体工作姿势的关键点进行检测及识别,并计算关节角度;其次,基于自适应神经模糊推理系统对快速上肢评估方法进行改进,搭建工作相关肌肉骨骼疾病风险评估架构以解决评估不同姿势时获得相同评分的问题;再次,随机选取不同工作姿势的关节角度数据对网络进行训练和检测,调整基于自适应神经模糊推理系统和快速上肢评估方法的工作相关肌肉骨骼疾病风险预测模型的最佳参数;最后,选取关节角度数据集里的前15个工作姿势进行相关性验证,将结果与原始快速上肢评估方法的结果进行比较,应用树枝修剪工具的操作过程进行案例分析以实现风险得分的实时动态评估。结果表明,优化后的快速上肢评估方法比原始方法更敏感,验证了利用自适应神经模糊推理系统能够有效改进快速上肢评估方法并实时预测风险得分。

TRIZ裁剪方法研究进展综述

裁剪作为TRIZ中提高理想化程度的创新方法,目前已经应用在产品创新设计领域,可有效解决产品创新问题。为更好地进行裁剪方法研究,对国内外主要的相关文献进行研究和分析,系统梳理了裁剪相关概念及主要研究内容。首先,介绍裁剪定义、裁剪流程等相关概念;其次,基于国内外相关文献关键词共现图谱,结合文献具体内容,总结出现有裁剪研究主要集中在:对裁剪组件选择,确定裁剪组件后搜索资源进行有用功能分配、裁剪流程优化、裁剪方法的软件实现以及裁剪方法的应用;最后,提出现有裁剪方法存在的问题与不足,为未来进行裁剪方法研究和应用提供参考。

突破性创新及其实现方法研究综述

目的梳理并总结突破性创新的实现方法与路径,为后续突破性创新的实现提供理论指导。方法在查阅突破性创新相关文献的基础上,对突破性创新的概念及其界定进行了梳理,并以创新对超系统的影响程度为标准提出定义。基于不同视角探讨了突破性创新的驱动因素及驱动机制。最后研究了突破性创新机遇的识别方法以及不同影响层面下以不同目标为导向的突破性创新设想的具体产生方法。结果在宏观层面可通过调节驱动因素促进突破性创新的实现;在微观层面可以通过识别创新机遇并建立系统化的创新方法指导突破性创新的实现。结论突破性创新的本质在于解决超系统发展过程中由当前技术系统发展滞后引起的冲突,以该理论为核心将宏观与微观层面的研究结果进行融合与拓展,为突破性创新的实现提供了一条新路径。

冲突敏捷识别驱动的复杂机电产品创新过程模型研究

为了快速、准确地识别复杂机电产品创新设计中的关键冲突问题,提出一种冲突敏捷识别方法。首先利用敏捷当前现实树快速找到影响系统优化的根原因,并采用冲突图的形式表达;然后提出利用冲突图中的各因素影响关系绘制冲突关联图,敏捷地确定关键冲突;在此基础上,应用TRIZ工具解决冲突得到产品设计方案,再利用未来问题结构树和前提条件树结合定量评价算法对方案进行评价和分析;最后构建了冲突敏捷识别驱动的复杂机电产品创新过程模型。应用该过程模型迭代以上过程进行分析与求解,可以实现复杂机电产品的敏捷创新。以某型号工程船舶为实例进行创新设计,验证了所提过程模型的有效性。

声子晶体能带结构仿真的CS-FEM方法及其在拓扑优化设计中的应用

针对声子晶体拓扑优化设计时能带结构和灵敏度计算效率低的缺陷,构造了一种Cell-based光滑有限元法模型(CS-FEM),并结合双向渐进结构优化法(BESO)实现了声子晶体的带隙最大化设计。基于四边形单元构造光滑子域,将梯度光滑技术与Bloch定理结合,构建了声子晶体能带结构计算的CS-FEM数值模型,并将其用于正问题的仿真模拟。在渐进优化准则下,通过BESO算法完成了声子晶体的优化设计。数值算例表明:CS-FEM能够适当软化离散系统的刚度,提供更加准确、高效的能带结构仿真结果;基于CS-FEM进行正问题的计算,在优化设计中得到了最优的拓扑构型,并有效地提高了优化效率,对于实现声子晶体的高效设计具有重要的参考价值。

面向企业产品开发需求的工程创新方法

面向企业产品开发需求构造工程创新方法是工程科学的研究课题。以构建企业产品创新系统模型为背景,以发现和解决工程冲突为主线,通过面向企业转移创新方法的实践与工程科学研究紧密结合,理论研究与实践反复印证,形成了一类渐进性工程创新方法。

基于破坏性创新机理的工程创新方法

面向企业需求挖掘破坏性创新机理,并构造工程创新方法是工程科学的研究课题。以企业需求为背景,以破坏性创新主要条件可归纳性、源产品性能状态可识别性为基础,将工程传统新产品开发过程与破坏性机遇识别、破坏性概念设计与方案评估过程相融合,构造了一类破坏性工程创新方法。