基于 TRIZ 和领域本体的计算机辅助创新设计平台框架

    1 企业技术创新的现状与需求
   
    创新已成为当今经济生活中最常用的名词。一方面，人人都在谈论创新，渴望创新;另一方面，却又存在着对创新的种种不正确认识，缺乏实现创新方法和途径。例如，人们把技术创新理解为技术发明创造，仅把它界定在技术领域之中，其实，技术创新的含义比一般的"发明"、"创造"更加丰富而广阔。它是指企业能够创造出自主知识产权的活动，是横\跨在技术和经济两个领域之中的重要社会实践活动。企业的技术创新活动一般包括产品(技术系统)创新和工艺(技术过程)创新两大类;根据创新模式的不同，可分为渐进性创新(改进创新)和根本性创新(原始创新)。
   
    企业技术创新能力是形成企业核心竞争力的基础。指导技术创新的方法学体系，人类已有的发明成果和科技知识，渴望创新并具有创新思维能力的个体和组织是企业实现技术创新必不可少的三要素。
   
    中国加入 WTO后，企业能否把握未来市场，很大程度上取决于企业的技术创新能力与水平。而大部分中国企业目前的现状，使之无法迎接入世后严黯激烈的市场竞争。
   
    (1) 企业尚未成为技术创新的主体。据国家知识产权局统计，目前70%以上的国有大中型企业和50%以上的小型企业没有申请专利。
    (2) 企业技术创新的重点领域、重点方向和重大项目的选择失当，低水平重复研究多。
    (3) 科研机构的专利意识淡薄，重成果、轻专利，重奖励，轻市场。据国家知识产权局统计，国家863 计划中课题超过 6900余项，论文总数达到114.7万多篇，但取得的专利只有 2000余项，其中发明专利仅200余件;"九五国家科技攻关计划"取得2 万多项成果，但只获国内外专利1300 余顶。
    (4) 大多数企业缺乏完善的知识产权战略，不善于通过分析专利信息了解竞争对手，不善于通过专利的申请保护和交易来保护自己。而国外公司的专利抢注，又极大地限制了我国企业技术创新的空间。
    (5) 企业进行新产品研发时，缺乏对产品发展进化趋势的准确预测。
    (6) 企业进行技术改造时，对技术改造的技术来源分析不够，造成投资浪费。
    (7) 企业进行产品创新和工艺创新时，缺乏快速直接的创新解决方案;而通常是顾此失彼，只能取得折衷方案。
    (8) 企业在解决技术难题时，无法快速找到问题的根本原因所在。
    (9) 新成果的专利生成与申请费时费力。
   
    如何从技术创新的三要素入手，借鉴计算机辅助创新理论的最新研究成果，为企业提供辅助技术创新的整体方案，解决企业在技术创新活动中遇到的上述问题，是本文研究的主题。
   
    2 计算机辅助创新理论的发展历程和趋势
   
    计算机辅助创新理论和技术是以分析解决产品创新和工艺创新中遇到的各种矛盾为出发点，基于问题求解理论和已有的知识总结，辅助企业在产品设计和工艺设计中进行功能创新和原理创新，可极大地提高企业技术创新的能力和效率。
   
    2.1TRIZ
   
    源于前苏联的发明问题解决理论是人类已有科技知识维规律和方法的完美结合[山刽z1 0 它通过对世界近 250 万件发明专利的分析研究，总结出人类进行发明创造解决技术难题所遵循的原理和法则，进而建立了一个以辩证法、系统论和认识论为哲学指导，以自然科学、系统科学和思维科学的研究成果为根基和支柱，解决技术系统和技术过程进化中的问题，实现产品创新和工艺创新的各种方法、工具组成的系统化的方法学体系(图1) 。
   
    苏联解体后， TRIZ 理论在美、欧、日、韩等世界各地得到了广泛的研究与应用，取得了巨大的经济效益。目前， TRIZ已成为最有效的计算机辅助创新技术和创新问题求解方法。
   

    2.2 计算机辅助创新理论的发展趋势
   
    经过近半个世纪的研究、发展和应用，TRIZ形成了比较完整的理论体系。作为一门理论，TRIZ 同样是一个技术系统。根据TRIZ 的技术系统进化法则，TRIZ 的进化方向是融合其它设计理论、问题求解理论和创新思维方法，形成一个通用的计算机辅助创新理论，更好地为企业技术创新服务。
   
    这样一个通用的计算机辅助创新理论，需要更好地解决技术创新三要素之间的集成问题，特别是相关领域的科技知识与有效的工具和方法间的集成，以提高创新问题求解的效率和准确性。
   
    创新思维实质上是发散思维与收敛思维的辩证统一。只有收敛，才能发散。发散的程度决定创新的水平。无论是发散思维还是收敛思维，人们都习惯于用联想和类比的方法解决问题。联想和类比来源于事物间的各种联系。因此，从理论上讲，如果能构建出包容入类已有的发明成果和科技知识的知识库，则创新问题解决过程将简化为寻找问题与解决方案之间联系的过程。这种观点在创新工程领域被称作本体论方法。本体论是对工程对象及其间复杂关系进行完整描述的理论体系和计算机实现技术[付。它以创新的知识组织方式为用户提供了一个转变思维方式、突破思维定势、拓展思维空间，看待人类已有知识和发明成果的全新视角。
   
    在此基础上，本文提出了解决创新问题推理过程的数学模型和本体论知识库模型，实现了基于领域本体的相关领域的科技知识与创新工具和方法间的集成，为构建计算机辅助创新设计平台ProlInnovator的功能框架奠定了基础。
   
    3 计算机辅助创新设计平台框架
   
    针对中国企业技术创新的现状与需求，基于创新问题求解理论和领域知识本体，本文构建了计算机辅助创新设计平台 Pro/Innovator 的功能框架，包括专利分析、系统分析和问题定义、系统进化预测和问题求解、方案评价及专利的计算机辅助生成等部分，为企业的技术创新活动提供有力的支持(图 2)。
   

    技术选择的专利分析:专利信息蕴涵巨大的战略价值使得企业技术创新能够站在巨人和前人的肩螃上，节省大量的时间和资金。技术选择的专利分析，为企业新一代产品研发的技术选择提供竞争性分析依据。

    技术系统进化预测:为企业新一代产品研发的技术选择提供发展趋势预测。
   
    系统分析和问题定义:通过问题的因果分析、技术系统的层次分析、复杂流程的时序分析来确定现有产品和工艺流程的根本问题所在和需要改进之处，为产品或流程的失效预测以及故障分析提供创新性的解决方案。
   
    创新问题求解:对欧美日俄专利局数据库中近 25 年的超过 9.000000 件专利进行分析，基于领域本体构建行业创新方案知识库，为企业的技术创新问题提供直接、全面的解决方案。
   
    矛盾问题求解:基于领域本体和矛盾消解原理，为产品或工艺流程的改进设计提供无折衷的创新解决案。
   
    方案评价和综合:为创新方案提供主观评价(单专家评价和多专家评价，可采用技术经济评价等评价模型)与客观评价(专利寻证分析评价)两类评价方式。创新方案的专利辅助生成:申请发明专制是保护企业技术创新成果的最佳手段之一。由于专利制度与市场的紧密联系，申请专利就意味将要占有这个专利技术的市场。创新方案的计算机辅助专利生成可为企业发明创新成果的保护与专利申请节省大量时间。
   
    创新方案的报告生成:以规范统一的格式记录创新问题的求解过程，创新方案的评价结果。形成文档归挡，便于企业内的知识共亭、重用和知识管理自然语言界面:用户只需以自然语言形式描述和定义问题，即可完成 Pro/lnnovator 的输入。