机遇驱动的机械产品突破性创新设计方法研究

Radical innovation is a kind of innovation that delivers a step change in performance improvement of the product. It may change the game, lead the way to long-term growth, even form a new pattern for the growth of the industry. The innovation is also important for technology upgrade for any company. Today, there is no detailed theory system in mechanical domain for this kind of innovation. It is difficult that design engineers mainly rely on experience to develop radical innovative products. The situation has a negative effect for "innovation-driven development" of the nation. So, the study for the development of the theory system is needed and has wide potential application in industry.. In order to fulfil the need of mechanical manufacturing companies for the theory of radical innovation the four aspects will be carried out for the project application. The first, the method to seek opportunities for innovation and the problems from them will be studied. The relationship between the problems and the routes for the radical innovations will be identified. The second, the process models for innovative designs of each route will be set up. The third, how to apply the knowledge in different domains and patent data bases will be studied. The last, all the contents will be integrated to form a systematic method for the radical innovative design of mechanical products. The research results will provide not only the new knowledge for the training innovative engineers in China, but also a theory guidance for the practices for radical innovation in companies to improve the possibility for success.

突破性创新是使产品性能主要指标发生巨大跃迁, 对市场规则、竞争态势、产业版图具有决定性影响, 甚至是致使产业重新洗牌的一类创新，该类创新的实现对企业技术升级具有重要意义。然而，至今机械设计领域还没有建立突破性创新设计的完整理论体系，机械制造企业研发人员依据经验很难开发出突破性创新技术或产品，影响了我国企业的创新驱动发展。因此，开展该类研究具有强烈的现实需求与广阔的应用背景。. 本项目面向机械制造企业对产品突破性创新的需求，研究该类创新机遇搜寻策略与确定方法、问题识别与路径确定方法、面向路径的突破性创新设计过程模型建立。要解决突破性创新设计实现过程中的路径选择、过程模型、跨学科知识应用及专利规避等瓶颈问题。经过集成构建机遇驱动的机械产品突破性创新设计方法。研究成果不仅为培养创新工程师提供突破性创新设计系统知识，还为提高企业该类创新的成功率提供理论指导。

突破性创新属于颠覆性创新，是提升我国企业国际竞争力急需的一类创新。该类创新概念诞生于技术管理领域，已发表的大量论文表明该类创新对提升企业竞争力起着重要作用。但国内外缺乏实施该类创新的过程、方法与知识应用模型，企业依靠实验纠错开发此类技术与产品。本项目以机械产品突破性创新需求为背景，以构建该类创新结构化模型及跨学科知识应用为目标，以我国企业创新工程师为应用对象，在如下几个方面开展理论研究，并取得了相应成果。.(1)突破性创新的机遇识别：论证了突破性创新发生在技术进化成熟期，该阶段是技术替代或突破性创新需求呈现期，研发可由此切入。(2)突破性创新路径确定：从模糊前端、概念设计、技术设计到详细设计开始的创新活动，均有可能实现突破性创新；每条路径实施的重要步骤是采用“敏捷发明过程”，从而实现突破性技术的发明；这些路径与工程传统方法相同，但应赋予新的内涵。(3)构建了突破性创新的操作过程模型，即敏捷发明过程模型：这是工程传统新产品开发方法与TRIZ融合的一种发明方法；该方法根据工程传统开发过程的需要敏捷应用，并调用跨学科知识解决发明问题，从而形成发明。(4)突破性创新中的困难功能元识别：建立了层次型与关系型功能模型的转换方法，通过层次型模型识别与技术无关的功能，该类功能是困难功能元；通过功能裁剪与功能重组得到系统的新功能模型，其中的新功能是困难功能元。(5)基于跨学科知识的困难功能元综合方法：给出了物理效应、LT表、生物效应运用模型及过程模型；这些模型为大数据、云计算与创新方法的有机融合提供了接口，能为企业突破性创新带来新的动力，未来很有发展前景。(6)构建了一类专利规避设计方法：已构建束型、链型、星型、伞型专利组合的规避过程与方法；这些模型不仅能规避竞争对手的专利壁垒、保护自己的知识产权，还能帮助企业实现突破性创新。