CN102375909A - 基于问题解决流程的产品创新设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及产品设计领域，公开一种基于问题解决流程的产品创新设计方法。该方法结合目前公认的产品设计方法，建立一个产品设计方法知识库，采用问题解决流程来辅助产品开发，通过结合认知理论、产品知识、设计信息对设计者创造力进行刺激，辅助设计者在问题解决过程中完成产品创新设计。该方法有发现问题、分析问题、解决问题和方案评估的四个步骤。发现问题中采用面向产品、面向市场、面向技术三种方法。分析问题中面向产品用QFD分析方法；面向问题矛盾用问题系统建模方法。解决问题中首先用本体解析模块，然后用直接求解、知识引导、思维引导、群体解决、技术引导和启发求解等方法来解决。从而在问题求解过程中提高了效率和质量。

Description

基于问题解决流程的产品创新设计方法

(一)技术领域

本发明涉及产品设计领域，特别是一种基于问题解决流程的产品创新设计方法。

(二)背景技术

创新一词最早提出是美国学者Joseph Alois Scllumpeter从经济学的角度进行提出，发展到今天，对于创新方法的研究已开展了近百年。研究者们结合创新实践，通过充分考虑创新者组合、类比、推理等逻辑性思维空间和联想、直觉、灵感、顿悟等直觉性思维空间，各自从不同角度提出了一些能有效激励创新者克服心理和思维困惑、阻滞或定式，进行创造性思考的方法。

虽然目前存在的创新方法形式多样，角度众多，但突出的问题是这些方法各有优缺点和实际应用范围，缺少一个较为系统的理论体系。如何在设计过程中根据不同水平设计者的不同需求，将问题进行分类求解，如何在问题求解过程中结合认知理论，激发设计者的创造性思维，借鉴新技术新方法来更好的辅助设计者进行创新设计，是目前产品创新设计急待解决的问题。

(三)发明内容

本发明提出的基于问题解决流程的产品创新设计方法，针对现有产品设计方法的不足，提出一种较为系统的产品创新设计方法。

本发明的技术方案是：

基于问题解决流程的产品创新设计方法，其特征包括如下步骤：

1)发现问题：包含用户输入产品设计对象，确定发现问题的起点，其次包含有面向产品、面向市场和面向技术三种发现问题方法：面向产品发现问题的方法是采用创造性模板方法；面向市场发现问题的方法是采用QFD；面向技术发现问题的方法是采用TRIZ理论中的进化原理。

设计者需要对某个产品进行创新，但是又不知道怎么提问。针对这种情况，首先进入发现问题流程，帮助设计者在研究产品设计对象的基础上，从产品本身、产品相关的市场和技术来为用户提供产品开发的方向，帮助设计者找到达到这个方向所需要解决的问题。发现问题的思考方向有三个：①从产品本身出发，对产品本身进行改变，根据产品本身包含创新全部信息的特点，设计出设计新颖的产品。②以市场为出发点，调查目前市场顾客的需求，以市场调查理论为基础，设计出符合顾客需求的产品。③从产品制造技术角度发现问题，针对目前产品制造技术的特点，以产品制造技术进化理论为基础，找出目前产品制造技术发展趋势，找到改进产品制造技术的路线。

2)分析问题：首先包含有用户输入问题内容，其次是采用面向产品性能和面向问题矛盾两种分析问题的方法：面向产品性能的创新方法是采用质量功能展开QFD分析方法；面向问题矛盾采用的分析方法是采用问题系统建模的方法。

按照性能分析，从产品本身角度出发，根据产品质量功能QFD展开，寻找能使整个设计发挥最大效益的改进方式；如不满意结果可进行矛盾分析，以问题产生的矛盾为核心，找出关键问题。因为问题本身就是一个矛盾的内容，但是这个矛盾问题的结果又是设计者追求的设计内容，因此引入问题建模的工具，对问题冲突进行分析，采用最大化分析问题、理想解、原理突破、作用原理、形态结构进行表达，将矛盾进行分离，针对分离的矛盾改进现有问题，对问题进行求解。

3)解决问题：包含有问题输入，对输入的问题首先是本体解析模块，将问题解释成本体语言之后，采用直接求解、知识引导、思维引导、群体解决、技术引导和启发求解的方法来解决问题，见图1。

设计者已经清楚现有的问题，但是不知道使用哪种解题方法。针对这种情况，该方法建立了问题解决策略，在分析问题的基础上，为设计者提供解决问题的方向，帮助设计者更为高效的解决问题：①直接求解：是将已有的问题进行本体转换，建立一个基于本体表示的问题父子关系表，从表中选择对应的内容来确定问题涉及的对象，从而从知识层的各个知识库中检索对应的知识，辅助设计者解决问题。②知识引导求解：主要是对问题找不到直接求解知识的情况下，转换引用知识的思考方向，从其他角度帮助设计者思考问题，找到对应的知识，具体的方法是FBS、TRIZ理论、创造性模板法等。③思维引导求解，是针对设计者思维能力较强，采用一种启发思维的检核表法和六帽思维方法。④群体解决，针对团队设计开发，在团队中有时需要发散思维能力，因此选用头脑风暴法，有时需要收敛思维，个体思考，采用思维导图。⑤技术引导求解，从当今先进方法库、新技术库、高新论坛报告和新方法原理等中寻找可以借鉴的对象，通过知识推动，借助思维记录工具，找到问题新思路。⑥启发求解，是目前不存在的知识解决方法，采用知识遍历，利用现有的知识对设计者进行刺激，激发设计者进行思考，产生创新方案。

4)方案评估：首先是问题解决答案表，选择合适的评估方法，确定评估指标，选用QFD方法作为方案评估的管理工具。同一个问题可以有不同的解决方案，设计者需要知道哪种方案才是相对最优的，这就需要对已找到的问题解决方案进行管理和评估，然后将评估报告呈现给设计者，以帮助其进行决策。

本发明的有益效果：1)本发明针对现有技术的不足，提出一种以产品设计过程为主线，遵循问题解决流程，以创新方法和创新思维引导多领域知识应用到产品创新设计中。2)本发明结合了目前公认的产品设计方法，建立一个产品设计方法知识库，在产品设计过程中，采用问题解决流程来辅助产品项目的工程开发，结合认知理论、产品知识、设计信息对设计者创造力进行刺激，辅助设计者在问题解决过程中完成产品创新设计过程。3)本发明根据问题求解不同阶段，采用不同的问题求解策略，辅助设计者更好的完成对应阶段的问题求解。4)本发明根据问题求解过程来完成产品设计，核心思想是复杂产品开发过程都是问题求解过程。5)本发明基于问题求解理论，提出的基于问题解决流程的产品创新设计方法，适用于多领域产品设计，结合认知理论，大幅度的提高产品开发的效率和质量。

(四)附图说明

图1是本发明基于问题解决流程的产品创新设计总流程图。

图2是本发明结合认知理论的问题解决流程图。

图3是本发明问题分析流程图。

图4是本发明问题解决流程图。

图5是本发明问题求解方案评估图。

(五)具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下对发明的详细内容，并结合附图对本发明做进一步的详细论述。

当确定一个设计任务后，设计者可以按照需求寻找设计任务中的相关知识。首先进入发现问题，按照发现问题的创新方法进行知识推送，刺激设计者寻找问题思考方向。然后采用分析问题的策略，将设计者的思考内容以问题形式清楚的陈列出来，并做出归类整理。针对整理的结果，传递给解决问题模块，按照问题的需求特征给出知识。最后将得到的结果给出一个评估结果，完成产品设计开发。

本实施例提出的方法具体步骤如下：

1.发现问题

首先建立一个结合认知理论的问题解决流程图，见图2，这是一个基于问题求解策略，结合设计者的思维模式，在整个设计过程中利用创新方法引导设计者的思维，在具体的思维阶段选用相应的知识进行刺激，从多领域知识的角度，辅助设计者完成整个产品设计过程。认知理论的结合是将问题求解更加切合设计者的思维习惯。在问题解决过程中并不仅仅是知识的调用，设计一个符合设计者思维习惯的问题求解策略可以更好的辅助问题求解。设计者的思维模式是一个跳跃的过程，问题求解策略中不能完全确定每一个过程思维就必须处于哪一个阶段，但是也不能随意跳动，思维过程也是遵行流程的，如果超出流程，思维就很容易混乱。因此本设计模型中针对问题求解策略，设计发现问题在思维过程中可以为准备、沉思阶段；分析问题，可以为准备、沉思和豁朗阶段；解决问题可以为沉思、豁朗和验证阶段；方案评估为豁朗和验证阶段。结合认知理论的问题解决模型，能更好的符合设计者的思维习惯，创造性的解决问题。方法层主要是引导设计者思维，寻找相关知识，为详细的问题求解阶段提供对应的知识引导。在设计过程中按照问题求解策略对创新方法进行分类，找对应问题求解最合适的创新方法，然后从多领域知识库中提取知识。多领域知识库包括基本知识库、专题知识库、科学效应知识库、设计案例库、专利知识库。

见图1，发现问题的选择方法有三种：①面向产品发现问题的方法是采用创造性模板方法；②面向市场发现问题的方法是采用QFD；③面向技术发现问题的方法是采用TRIZ理论中的进化原理。

2.分析问题

建立问题分析流程图，见图3，设计者在遇到问题时，先输入待解决的问题，在本体知识库的基础上通过本体解析、父子关系表(包括载体、行为、作用对象)、进行类提取、类细化和匹配、概念整合等从多领域知识库中提取与设计问题相关的内容，看能否提出标准问题(既规范化，便于搜索解决的问题)。若能提出标准问题，便可以进入下一步的问题解决；若不能提出标准问题，就需要对问题作进一步的深入分析。深入分析1采用质量功能QFD，包括信息提示、用户需求整理、图标输出、需求分析结果和需求信息管理。深入分析2采用问题系统建模，包括核心问题、功能组件(环境要素、功能和作用对象)。功能包括理想解、原理突破、作用原理、附加功能、矛盾冲突、形态结构。

3.解决问题

见图1，解决问题包含有问题输入，对输入的问题首先是本体解析模块，将问题解释成本体语言之后，采用直接求解、知识引导、思维引导、群体解决、技术引导和启发求解的方法来解决问题。

建立问题解决流程图，见图4。产品设计过程，其本质是问题的求解过程，可以将产品设计过程按照设计任务进行划分，寻找不同设计任务当中的问题。因此，我们对问题进行分类，不同类型的问题在解决过程中运用不同知识策略，这里将问题分为一级问题、二级问题、三级问题和四级问题。当一个问题出现时，设计者并不总是能准确的判定该问题属于哪一等级，因而在解决问题时就存在盲目性。这就需要建立一个系统的问题解决流程。

①一级问题求解：此类问题对设计者而言简单明确，设计者只需要利用其所在企或组织的知识库直接进行搜索，便能找到解决方案或相似的案例。若搜寻的结果不可行，接着进行深入分析1和深入分析2。

②二级问题求解：此类问题相对来说比较复杂，解决此类问题时，主要采用知识引导、思维引导和群体解决，从而找到相关的案例和解决方案。

③三级问题求解：此类问题涉及到的知识一般超出设计者日常所接触的知识范畴。解决此类问题时，可以尝试把不熟悉领域的知识和创新工程引入到解题思路中，也可以利用不成熟的创新技术引导设计者解决问题。

④四级问题求解：此类问题常常让设计者束手无策，很多设计者在面对此类问题时不知道如何下手，找不到解决问题的突破口。四级问题求解采用知识遍历和知识搜索进行启发，用一切可以产生刺激的信息，不断刺激设计者的大脑，促进设计的隐性知识产生新的隐性知识，进而解决问题。

通过以上四种等级的问题求解选择，得到可行方案，以显性知识库为基础，进行本体搜索，得出解决方案。方案可行，输出问题解决方案，方案不可行，进行深入分析或问题选择。

见图1，在上述发现问题、分析问题、解决问题中根据不同水平设计者的不同需求，选择不同的问题求解入口。

5.方案评估

见图5，问题求解方案评估图，在问题解决过程中往往存在多个方法，需要方案评估对问题解决进行总结和整理。因此采用方案评估对多个方案进行比较，最终选择最优方案。

最后的问题解决方案需要进入：①直接解决，经过评价得出最后方案；②以决策知识库和评价方法库为基础，进行评价方法获取；③以领域知识和市场知识为基础进行QFD分析。最后得出评价结果，进行方案审核，方案可行，输出最优解决报告，方案不可行，得出分析方案报告。

Claims (9)

1.基于问题解决流程的产品创新设计方法，其特征包括如下步骤：

1)发现问题：包含用户输入产品设计对象，确定发现问题的起点，其次包含有面向产品、面向市场和面向技术三种发现问题方法：面向产品发现问题的方法是采用创造性模板方法；面向市场发现问题的方法是采用质量功能展开QFD；面向技术发现问题的方法是采用TRIZ理论中的进化原理；

2)分析问题：首先包含有用户输入问题内容，其次是采用面向产品性能和面向问题矛盾两种分析问题的方法：面向产品性能的创新方法是采用QFD分析方法；面向问题矛盾采用的分析方法是采用问题系统建模的方法；

3)解决问题：包含有问题输入，对输入的问题首先是本体解析模块，将问题解释成本体语言之后，采用直接求解、知识引导、思维引导、群体解决、技术引导和启发求解的方法来解决问题；

4)方案评估：首先是问题解决答案表，选择合适的评估方法，确定评估指标，选用QFD方法作为方案评估的管理工具。

2.按照权利要求1所述的产品创新设计方法，其特征是在发现问题、分析问题、解决问题中，为了使问题求解更加符合设计者的思维习惯，该方法结合了认知理论，建立了一个符合设计者思维习惯的问题求解策略。

3.按照权利要求1所述的产品创新设计方法，其特征是在发现问题、分析问题、解决问题中根据不用水平设计者的不同需求，选择不同的问题求解入口。

4.按照权利要求1所述的产品创新设计方法，其特征是在解决问题中进行问题分类：一级问题、二级问题、三级问题和四级问题；针对不同的问题，采用不同的问题求解方法。

5.按照权利要求4所述的产品创新设计方法，其特征是在一级问题求解时，对问题进行本体解析，设计一个本体概念的父子关系表，针对父子关系表，用户选择最能表达问题的本体概念，针对本体表达的问题进行本体检索，从案例库、原理库和各领域知识库当中最大限度和最准确的找到解决问题的知识。

6.按照权利要求4所述的产品创新设计方法，其特征是在二级问题求解中采用知识引导、思维引导和群体解决三种方式；知识引导求解包含有功能-行为-结构(FBS)求解方法、创造性模板方法、TRIZ求解方法和其他求解方法；思维引导求解包含有检核表法和六帽思维求解方法；群体求解方法包含有思维导图求解方法和头脑风暴求解方法。

7.按照权利要求4所述的产品创新设计方法，其特征是三级问题求解中采用技术引导，从新技术库和方法库中引入前沿技术和知识，辅助设计者产生新方案。

8.按照权利要求4所述的产品创新设计方法，其特征是四级问题求解中采用启发求解，通过知识遍历等方法，对设计者进行随机刺激，来产生创新方案。

9.按照权利要求1所述的产品创新设计方法，其特征是在四个步骤中运用基本知识库、专题知识库、科学效应库、设计实例库、专利知识库。

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