基于复杂网络的技术驱动型产品创新概念设计理论与方法研究

Product innovation in conceptual design process is an important innovation ability of an enterprise. In the conceptual design process, product discovery and definition, product features - technical analysis, product technical problem-solving are important sources of innovation. Therefore, technology is playing an important role. How to import the external technologies into product design quickly and efficiently has become an important issue to enterprises. To solve the problem, this study will analyze the mechanism of innovation in product conceptual design from technology aspect. The general technical network and product technology network will be constructed using theory of complex network. Then, according to analysis product function and technology required, statistics of the network and nodes will be used to analyze the degree of network innovation. The key technology nodes will be analyzed through intermediaries’ center calculation. Technical matching will be completed by similarity analysis. The technology node evolution trend will be judged and forecasting by the fitting analysis of network time series. Therefore, the technology recommendation method based on the function-technology mapping technique, the innovative design method based on the similarity analysis of technology node, evolution analysis of technology node and evolutionary algorithms will be proposed, which can implement product innovative design of technology matching , technology adjusting, technology upgrading and technology portfolio. Finally, the theory will be verified by analyze some typical mechanical and electrical products, which can provide new ideas and methods for innovative product conceptual design.

产品概念设计阶段的创新是企业创新能力的重要表现。其中，产品发现和定义、产品功能-技术分析、产品技术问题解决都是创新的重要来源，而技术则扮演着重要的角色。如何将各种技术快速有效地融入到产品概念设计并进行创新，已经成为企业面临的重要问题。本研究针对该问题，从分析技术对产品概念设计中创新生成的作用机理开始，融合复杂网络理论，构建领域技术网络和产品技术网络。分析产品所需功能和技术，并通过对网络和节点的统计，分析网络创新性；通过中介中心度计算，分析关键技术节点；通过相似分析，进行技术匹配；并对技术网络时间序列进行拟合分析，判断和预测技术节点的演化趋势。进而提出基于功能-技术映射的技术推荐方法、基于技术点相似分析、基于技术点演化分析以及基于进化算法的创新设计方法，实现技术匹配型、技术调整型、技术升级型及技术组合型创新设计。最后，根据典型机电产品的部分技术系统进行验证分析，为产品概念设计阶段的创新提供新的思路和方法。

项目组从技术与产品概念设计过程之间的关系入手，围绕技术如何驱动产品的设计与创新，针对技术创新层次模型、技术网络建模、动态模型描述，数据采集与节点匹配、关键技术识别、技术演化分析与预测、设计方案评价、产品创新策略等相关问题进行了资料查阅、文献整理和系统分析。在此基础上展开具体研究工作，取得了如下成果：1）技术驱动型产品创新概念设计过程及模型研究，主要围绕技术与设计过程的作用关系及其对创新生成的作用机理进行分析，建立技术创新层次模型；2）技术网络建模方法及创新分析研究，主要基于专利分析，建立技术网络模型及其动态时序模型，分析特征参数并实现技术网络的创新性分析；3）面向产品概念设计的技术匹配算法及技术演化分析，主要研究了基于多种相似性计算方法的技术节点匹配方法，通过计算中介中心度对技术网络中的关键技术进行识别，并根据技术点的时间序列统计数据研究技术的演化规律，预测技术未来的发展趋势；4）产品设计方案评价方法研究，主要提出了面向产品性能的评价指标权重分配，并在此基础上建立了基于性能预测的产品设计方案评价方法；5）在上述工作的基础上，建立了基于复杂网络的技术驱动型产品创新方法，基于功能-结构映射的技术推荐方法、基于关键节点识别的核心技术分析、基于节点匹配的技术点相似性分析以及基于网络模型的技术演化分析，实现技术匹配型、技术调整型、技术升级型和技术组合型的多策略产品创新方法。围绕上述工作，项目组成员共发表论文5篇，其中2篇SCI检索期刊，1篇EI检索期刊，2篇会议（其中2篇EI检索会议）；已授权专利1项，已提交正在申请过程中的专利4项。具体成果见“成果列表”和“研究工作主要进展和所取得的成果”。