基于模板理论的计算机辅助创新平台研究与开发

1 引言

    CAD、CAE、CAM 技术的应用，极大地推动了机械制造业的迅速发展。随着市场的进一步细分，要求企业能够快速提供与市场相适应的产品，因此快速产品创新开发技术越来越受到研究团体的关注。近年来，国内外学者在产品创新开发方法的研究方面做了许多的基础工作，模板理论就是其中之一。计算机辅助创新（CAI）技术将多个领域的知识有机结合，有利于帮助设计者开拓思考空间，打破思维定势，引导设计者综合应用各个学科的知识，获得突破性的创新知识，为产品创新提供富有创造性的设计方案，成为企业提高新产品开发能力和经济效益的重要手段。

2 产品创新开发模板理论

    2003 年，美国学者雅各布·戈登堡（Jacob Goldenberg）和大卫·马祖尔斯基（David Mazursky）提出：通过研究大量的产品开发成功案例，证实在产品开发中有些“规律”是客观存在的，这些“规律”和方法可以被识别，并且对几乎任何一种产品来说都是一致的，这些规律就是产品创新开发模板。可以利用这些模板来引导企业设计人员的产品构思，从而有效改进产品设计中的创造过程。

    模板是通过研究大量的案例得到的结果。主要有四个方面：属性依赖模板，替换模板，转移模板和组件控制模板。属性依赖模板是在产品的组件中选择相应的两个变量，然后分析这两个变量之间是否存在依赖关系，如果没有则在它们之间添加一种依赖关系，接着分析添加依赖关系后产品的创新性。替换模板是将组成产品的某一组件从产品组态图中移除，留下其构成产品的功能链接，然后在产品的内外部组件中寻找是否有可以替代其功能的组件。转移模板是将组成产品的某一组件及其功能链接从产品组态图中移除出来，分析移除后产品的市场效应。组件控制模板是在产品组态图中分析一个内部组件是否可以与一个外部组件建立一种新的功能链接，从而产生一种新的产品组态关系图。

3 计算机辅助产品创新平台体系结构

    3.1 计算机辅助产品创新平台组成模块

    计算机辅助产品创新平台是以模板理论为基础，将产品功能和组件图与当今高速发展、应用广泛的计算机技术相结合产物。

    如图1 所示，计算机辅助创新平台由4 个模块组成，其中产品组态构建模块用于建立产品间的相互关系图（产品组态图），模板操作模块用来对产品的组态图进行操作，功能原理库和创新案例库用于帮助用户更快构建产品组态图和更高效地获得创新方案。在使用该平台进行产品创新开发时，利用平台便捷的面向对象的画图功能和功能原理库来构建出产品的组态图，同时可以宏观把握产品的总体结构和功能，接着可以利用创新四个模板对应的各种基本操作，从不同角度分析该产品是否可以有创新突破口，在整个使用过程中结合创新案例库可以获得产品创新方案。