2007PLM征文之6：CAI——充实PLM，助力中国创造

一、前言

    在经过了“甩图板”、“上三维”、“上规模”、“协同设计”、“集成制造”等一系列信息化浪潮之后，国内企业在生产、研发中广泛使用了CAD、CAE、CAM以及ERP、PDM等技术，有效地带动了制造业的发展。但是，在企业软件种类和数量都有大幅度提升的情况下，企业最关键的问题并没有得到解决——即开发拥有自主知识产权、具备国际竞争力的新产品的能力没有得到根本性提高。其中原因，值得关注。

    考查CAX系统可以看到：CAD解决了几何设计概念的表达；CAE解决了力学分析概念的表达；CAM解决了加工概念的表达…。总体上来说，设计者必须先有概念，才可以在CAX诸系统中开展工作。显然，CAX只是解决了概念表达的问题，无法解决设计概念生成的问题。设计概念为什么如此重要？因为解决问题的思路、概念和创意是实现产品创新的重要基础。可是目前的PLM等软件，都不能很好地解决生成设计“思路、概念和创意”的问题。这个任务，历史性地赋予了PLM领域的生力军——计算机辅助创新（CAI）。

    CAI是将发明问题解决理论、本体论、现代设计方法学与IT技术等融为一体的一种高技术软件。CAI帮助设计者在概念设计阶段，有效地利用多学科领域的知识和前人的智慧，遵循创新规律，打破思维定势，正确地发现技术系统中存在的问题，找到具有创新性的解决方案，产生自己的核心技术，同时有效地规避现有的竞争专利，促进原始创新、集成创新、引进吸收消化再创新的实现。此外，CAI还可以有效地积累和管理企业智力资产，为提高企业的持久核心竞争力做好知识储备。

    以CAI软件Pro/Innovator为例，其中主要的模块有：项目导航、技术系统分析、问题分解、解决方案、创新原理、专利查询、方案评价和报告生成、知识库扩充、专利申请等。下文将逐一简要介绍。

     图1 计算机辅助创新平台Pro/Innovator流程图

   · 项目导航

    从项目入手，对具体项目和问题初始情境进行描述，支持导入多幅图像方便对问题的理解和描述。在项目导航中管理整个的创新问题求解流程。

    以关系树的形式，与问题分解模块的每一个子问题相对应，实现方便快捷的导航与操作窗口切换。

   · 技术系统分析——结合价值工程，指出系统改进方向

    技术系统分析是基于能量流分析原理、价值工程原理、TRIZ理论的物质场分析方法及技术系统进化法则等理论而开发的系统分析模块。通过在该模块中建立功能模型，并对其进行分析和评价，可以有效地揭示技术系统中存在的问题，从而找到进一步提升和改进技术系统功能的方向。

    通过系统建模，便于工程师全面系统了解技术系统的工作原理以及各组成部分的功能角色，为工程师交流讨论提供了共同语言，它也是一种结构化的技术系统方案描述方式，有利于创新成果的知识表达和将来的知识重用。

    如图2所示（以某企业电机产品为例），当系统中的每一个系统组件（零部件以及相互作用关系）被列出以后，根据系统的计算，随即得出每个组件对系统的功能贡献有多少，对问题的影响有多少，如果能给出成本分配值的话，那么，可以进一步计算出设计的理想度，进而进行功能-成本分析。

     图2  产品系统的价值工程（VE）分析

    ·问题分解——准确定位问题，发现系统资源

    问题分解：运用三轴问题分析法，沿流程时序轴、系统层次轴和因果关系轴对初始问题进行分析与重定义，将复杂的工程问题分解成为多个子问题。帮助用户发现隐藏在表层问题背后的真正问题，以及充分利用系统资源的途径。

    使用Pro/Innovator软件对某型柴油机油耗的问题进行分解与分析，在对问题进行重新定义之后，软件形成的问题分解树如图3所示：

    图3  柴油机油耗过高的问题分解树

    问题分析树将“柴油机油耗过高”这个初始问题，通过因果轴、系统轴分解，油耗超标的问题被转化成了与渗漏、密封、冷却等相关的为7个子问题：

    子问题1：如何阻止机油在燃烧室渗漏？

    子问题2：如何阻止压缩空气与燃烧副产物经由燃烧室进入曲轴箱？

    子问题3：如何阻止机油在曲轴箱的渗漏？

    子问题4：如何阻止机油油温过高？

    子问题5：如何使用机油冷却器阻止油温过高？

    子问题6：如何使用机油箱体阻止油温过高？

    子问题7：如何使用水冷却系统阻止油温过高？

    如果这7个子问题都能找到解决方案的话，那么“柴油机油耗过高”这个初始问题就会得到妥善解决。