创新设计网络平台构建和应用方法

本发明是产品创新设计网络平台构建和应用方法，涉及产品创新设计、信息检 索、计算机辅助设计和计算机网络服务系统等。属数字数据处理装置类(G06F)。

建设创新型国家，首要的是提高我国各企业的产品创新能力，产品创新是 推动产业发展和社会进步的强大动力。一个企业能否持续不断地进行产品更 新，开发出适合市场需求的新产品，成为决定该企业能否实现持续稳定发展 的重大问题。目前，我国大多数企业由于缺乏新产品开发的具体技术和环境 支持，包括创新设计方法和系统等，所以创新能力普遍不足。国内在创新设 计工具方面的研究起步较晚，所进行的研究也还处于比较初期的阶段，而这 些应用资源也并没有得到整合，往往是一些单独、局部的功能程序，或者仅 使用了一种创新设计方法，更深一层的产品创新设计服务平台体系结构的建 立、关键技术及实现方法等问题并没有得到很好的解决。

目前国内设计人员在进行方案创新设计时，主要依靠个人已有的知识和经验， 需要人工查资料，方案基本通过大脑思考、推理、计算获得，虽然设计人员可以 通过网络获得一些有用信息，但还缺乏一种系统化的工具帮助设计人员进行创新设 计，没有用户交互界面，难以满足新产品研发需求。因此建立一个面向各个层次设 计人员创新问题方案求解平台系统具有重要的意义。

本发明提出的创新设计网络平台构建和应用方法，其目的就是解决现有产 品创新设计缺乏系统化工具的问题，同时减少设计人员的人工劳动，提高产 品设计的质量和效率。

本发明技术方案：

创新设计网络平台构建和应用方法，其特征是该方法包括如下步骤：

(一)在服务器5内设置需求分析软件6、知识库系统8、多层次搜索软 件10、在线计算机辅助创新软件12和方案评价软件14；其中

1)需求分析软件6包括下列步骤：

a.建立有用户输入用户需求的需求列表：需求列表根据用户需求的不同而变化。

b.设置包括顾客需求权重和单项需求市场竞争力权重：

顾客需求权重Ki(i＝1，2，.....m，m表示用户需求个数)可取下列6个权 重值，见表1。

表1

  权重值   意义

  0   不考虑

  1   不影响功能实现的需求

  2   不影响主要功能实现的需求

  3   比较重要的影响功能实现的需求

  4   重要的影响功能实现的需求

  5   基本的、涉及安全的、特别重要的需求

单项需求市场竞争力权重Mi(i＝1，2，..m，m表示用户需求个数)可取下列 6个权重值，见表2。                           表2

c.设置技术措施列表，包括技术措施名和技术竞争力：技术措施列表根据 用户需求的不同而变化。

设置技术措施列表的功能：从技术的角度对本公司和竞争者的产品进行评 估，并与用户竞争性评估结果进行比较，检查两者是否一致；否则对所选的 技术措施进行调整。由于每个技术措施的测量标准不一定相同，为了便于评 估，将它们转化成统一的标准，叫做单项技术竞争力Tj(j＝1，2，....，n，n表 示技术措施的数量)，表示的是第j项工程措施的技术水平。这里所谓的技术 水平包括指标本身的水平、本企业的设计水平、工艺水平、制造水平、测试 水平等。可以取下列的数值，见表3。                 表3

  数值   意义

  0   不考虑

  1   技术水平低下

  2   技术水平一般

  3   技术水平达到行业先进水平

  4   技术水平达到国内先进水平

  5   技术水平达到国际领先水平

d.根据用户设置技术措施之间的相互关系，服务器建立冲突矩阵：冲突矩 阵的行数列数均为技术措施数，矩阵表示了技术措施之间的冲突关系。

一般来说，实现一个产品的诸多用户需求3对应着诸多技术措施，各种用 户需求之间有着相互关联影响，从而各种技术措施之间亦有着相互关联影响， 某一种技术措施的改变会影响到其它技术措施跟着变化。据此可以对技术措 施进行分析研究，发现各种技术措施之间可能存在的矛盾，由此重新进行设 计，避免矛盾的产生；

描述技术措施之间的相互关系，一般用符号和数值表示它们之间的关系， 见表4。                      表4

  相互关系   数值

  正相关   1

  负相关   ‑1

  无关   0

e.建立用户需求和技术措施关系矩阵：服务器根据获得的用户需求和技术 措施建立关系矩阵。列数为用户需求数，行数为技术措施数。利用关系矩阵 可以明确技术措施与用户需求间的对应关系。关系度rij(i表示用户需求序 号，j技术措施序号)采用1，3，5，7，9关系度等级，见表5。

表5

f.服务器建立质量功能展开(Quality Function Deployment，QFD)整体 展示图，并在远端计算机显示：图的列标题包括用户需求权重、技术措施及 技术竞争力，行标题是用户需求列表及用户需求竞争力，技术措施之间最上 面建立冲突矩阵及相互关系，其中的数值为前几步设置的数值。

g.确定设计需求数据7：服务器根据设置的权重，确定技术措施重要度，并 重新排序出技术措施，即为设计需求数据；并在远端计算机显示设计需求数据、 综合竞争能力指数C。设计需求数据确定步骤如下：

g1.技术措施重要度确定方法：技术措施重要度就是指加权后的技术措施的 权重hj，按照式1计算：

$h_j=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i{r}_{\mathrm{ij}}(i=\mathrm{1,2,3},...,m)$ (式1)

式中：hj——第j项技术措施重要度

      Ki——第i项用户需求的顾客需求权重

      rij——第i项用户需求和第j项技术措施之间的关系度

      m——用户需求项目数

g2.市场综合竞争能力指数M确定方法：在比较竞争力的时候，比较重要 的指标就是，市场综合竞争力指数，它是在对Mi进行综合以后获得的，M的 值越大越好，说明产品的市场竞争力越大。按照式2计算：

$M=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i/M_i/5\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i$ (式2)

式中：M——市场综合竞争力指数

      Ki——第i项用户需求的顾客需求权重

      Mi——第i项用户需求的单项需求市场竞争力权重

      m——用户需求项目数

g3.技术综合竞争能力指数T确定方法：对产品的技术竞争力的衡量是由 技术综合竞争力指数的大小表示的，T大说明产品的技术竞争力大。T是对 Tj进行综合后得到的，按照式3计算：

$T=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_f{T}_f/5\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_f$ (式3)

式中：T——技术综合竞争能力指数

      Tj——第j项技术措施的单项技术竞争力

      hj——第j项技术措施的权重

      n——技术要求项目数

g4.综合竞争能力指数C确定方法：综合竞争能力指数是市场综合竞争能 力指数与技术综合竞争能力指数的乘积，C值越大越好，按照式4计算：

C＝M*T    (式4)

2)知识库系统8包括下列软件模块：

a.发明原理库，包括：①发明问题解决理论TRIZ中的77条发明原理；② 77条发明原理解释说明；b.科学效应库：包括物理、化学和数学学科的原 理性知识集合；条目按功能基分类，每个学科知识原理条目都分为描述、应 用条件、优点、公式、备注、限制条件和多媒体演示七部分，将每个原理知 识都从形态、逻辑内容、效用内容以及多媒体表征方面进行了详尽的描述； C.专利库：按发明问题解决理论TRIZ中的77条发明原理将专利文件分类和 组织，便形成专利库；D.领域知识库：包括机械制造和电子领域的知识，这 两个领域包括若干知识条目，每个知识条目包含相关专利、优势分析、功能 属性、参考信息、所属领域、工作原理、概念描述、应用实例八个部分。

3)多层次搜索软件10包括在互联网上检索的如下五种搜索方式：自然语 言搜索、引导式搜索、关键词搜索、分类浏览搜索或/和随机搜索。其中：1) 自然语言搜索是让用户直接输入自然语言表达自己的想法，系统通过对自然 语言分析定义搜索关键词；2)引导式搜索是通过系统引导用户表达出需要搜 索的多个关键词；3)关键词搜索是通过单个关键词的匹配返回搜索结果；4) 分类浏览是系统根据《中华人民共和国学科分类与代码国家标准》提供五个 门类、58个一级学科、573个二级学科、近6000个三级学科的三级分类目录， 通过第三级的学科名称作为关键词；5)随机搜索通过随机在系统数据库中抽 取关键词在网络上搜索结果。

4)在线计算机辅助创新软件12；包括如下流程：问题分析：12.1.用户输入 设计需求数据7：包括工程名、问题名称及具体描述；12.2.用户输入各级子系统 名称，以树形结构显示；12.3.用户选择需要改进的子系统，提交给服务器；12.4. 服务器从人、机器、材料、环境、方法、测量六个方面自动提出问题，帮助用 户从这六个方面分析问题原因；12.5.获得多个问题原因数据，显示到远端计算 机；问题求解：12.6.用户选择一个问题原因，提交到服务器；12.7.服务器搜 索知识库系统获得第三原理解，第三原理解显示在远端计算机上。

5)方案评价软件14(见图5)：包括用户输入评价参数、按设置的评价公 式获得评价系数K，按评价系数进行方案评价。

(二)用户1在联网远端计算机2上输入用户需求3，通过网络4将用户 需求输入服务器5；服务器内的需求分析软件6，将用户需求转换成设计需求 数据7；并从服务器端口输出返回远端计算机给用户；

(三)用户将设计需求数据7输入到服务器内的知识库系统8、多层次搜索 软件10或/和在线计算机辅助创新软件12；

(四)用户由设计需求数据7进行如下查询和求解后，服务器自动产生第 一原理解、第二原理解或/和第三原理解，并通过网络返回远端计算机给用户：

1)用户由需求数据7直接查询发明原理库，或/和用户输入产生矛盾的物理参数 查询发明原理库；用户通过功能树分级展开查看科学效应库每个知识条目，或/和 通过关键词搜索直接查询科学效应库；由此服务器产生第一原理解9。

2)用户由设计需求数据7通过多层次网络搜索软件10的五种方式是从紧 密到宽松搜索，自动转换为一个或多个关键词，并通过GOOGLE的搜索引擎进 行搜索，搜索结果为第二原理解11。

3)用户由设计需求数据7通过在线计算机辅助创新软件，首先进入问题 分析：服务器从人、机器、材料、环境、方法、测量等六个方面自动提出问 题，帮助用户从这六个方面分析问题原因；再通过问题求解：用户选择输入 一个问题原因，通过知识库系统搜索以知识条目名称获得第三原理解；

(五)用户通过第一原理解在专利库内直接查询，或/和用户通过功能基在 专利库中查询；用户通过输入第一原理解查询领域知识库的知识条目，获得 第四原理解16；

(六)用户输入评价参数及服务器按评价公式自动进行方案评价。

本发明的有益效果：

1)构建的网络平台和应用方法，提供一种系统化的工具帮助设计人员进 行创新设计，设立用户界面，用户可在任何联网计算机上登陆，全面进行创 新设计。本发明能够为设计人员产生更多的创新方案，提高产品方案设计的 效率和质量，缩短新产品开发周期。2)需求分析软件6帮助设计人员将用户 需求3转换为设计需求数据7，即是将客户对产品的功能需求转换为对应的 产品需要的工程特性。帮助设计人员确定最关注的特性。3)提供的知识库系 统8为用户提供跨领域的知识，打破了专业的局限，得到具有学科交叉性质 的解。全世界90％‑95％以上的发明创造信息都是首先通过专利反映出来的， 专利中蕴含了大量的技术信息、经济信息、法律信息，建立的专利库能有效 地直接的提供服务。建立的领域知识库从多角度、跨领域的为设计者提供知 识来源。4)构建多层次搜索软件10可以在本服务器内知识库系统不能提供 有效知识状况下，借助宽松的网上冲浪进行信息搜索，获得第二原理解。

图1创新设计网络平台构建及应用方法示意图。

图2需求分析软件6流程图。

图3多层次搜索软件组成及检索方式示意图。

图4在线计算机辅助创新软件12流程图。

图5方案评价软件14流程图。

实施例1：

创新设计网络平台构建及应用方法包括如下步骤：

(一)见图1，在四川大学创新设计网络平台服务器5内设置需求分析软 件6、知识库系统8、多层次搜索软件10、在线计算机辅助创新软件12和方 案评价软件14；其中

1)见图2，需求分析软件6包括下列步骤：

a.建立有用户1输入用户需求3的需求列表：见表6。

b.设置包括顾客需求权重和单项需求市场竞争力权重：见表6

表6

c.设置技术措施列表，包括技术措施名和技术竞争力：技术措施列表根据 用户需求的不同而变化，见表7。           表7

d.用户设置技术措施之间的相互关系，服务器建立冲突矩阵：冲突矩阵的 行数列数均为技术措施数，矩阵表示了技术措施之间的冲突关系，见表8。

表8

e.建立用户需求和技术措施关系矩阵：服务器根据获得的用户需求和技术 措施建立关系矩阵。列数为用户需求数，行数为技术措施数。表头分别显示 顾客需求和技术措施。利用关系矩阵可以明确技术措施与用户需求间的对应 关系，见表9。

表9

f.服务器建立QFD整体展示图(见表10)，并在远端计算机显示：图的 列标题包括顾客需求权重、技术措施及技术竞争力，行标题是用户需求列表 及市场竞争力，技术措施之间最上面建立冲突矩阵，其中的数值为前几步设 置的数值。                             表10

g.确定设计需求数据7：服务器根据设置的权重，确定技术措施重要度，并 重新排序出技术措施，即为设计需求数据，见表11；并在远端计算机显示设 计需求数据、综合竞争能力指数，见表12。

表11

  技术措施名   技术措施重要度排序

  吸入功率   114

  整机的密封性   87

  风道设计   52

  滤尘袋容积   34

  管口平面   21

  吸尘器尺寸   19

  吸尘器重量   13

表12

2)知识库系统8包括下列软件：见图1，

a.发明原理库，包括：①发明问题解决理论TRIZ中的77条发明原理； ②77条发明原理解释说明；b.科学效应库：包括物理、化学和数学学科的 原理性知识集合；条目按功能基分类，每个学科知识原理条目都分为描述、 应用条件、优点、公式、备注、限制条件和多媒体演示七部分，将每个原理 知识都从形态、逻辑内容、效用内容以及多媒体表征方面进行了详尽的描述； C.专利库：按发明问题解决理论TRIZ中的77条发明原理将专利文件分类和 组织，便形成专利库；D.领域知识库：包括机械制造和电子领域的知识，这 两个领域包括若干知识条目，每个知识条目包含相关专利、优势分析、功能 属性、参考信息、所属领域、工作原理、概念描述、应用实例八个部分。

3)见图1，多层次搜索软件10包括在互联网上检索的如下五种搜索方式： 自然语言搜索、引导式搜索、关键词搜索、分类浏览搜索或/和随机搜索。其 中：1)自然语言搜索是让用户直接输入自然语言表达自己的想法，系统通过 对自然语言分析定义搜索关键词；2)引导式搜索是通过系统引导用户表达出 需要搜索的多个关键词；3)关键词搜索是通过单个关键词的匹配返回搜索 结果；4)分类浏览是系统根据《中华人民共和国学科分类与代码国家标准》 提供五个门类、58个一级学科、573个二级学科、近6000个三级学科的三级 分类目录，通过第三级的学科名称作为关键词；5)随机搜索通过随机在系统 数据库中抽取关键词在网络上搜索结果。

4)见图4，在线计算机辅助创新软件12包括如下流程：

问题分析：包括

12.1.用户1输入设计需求数据7，包括：①工程名：两栖汽车改进。② 问题名：提高其水上航行速度。③具体描述：水上快速性是两栖汽车的重要 性能之一。然而在动力性、经济性、稳定性等因素约束下，当前从动力方面 对汽车改进已趋于极限。这就需要采用新理论、新技术对其加以创新，以提 高其航行速度、极限速度、速度控制柔性等性能。

12.2.用户输入各级子系统名称，以树形结构显示，见表13。

表13

12.3.用户1选择需要改进的子系统“1.1.减小摩擦阻力”，提交给服务器。

12.4.服务器从人、机器、材料、环境、方法、测量等6个方面自动提出 问题，帮助用户从这6个方面分析问题原因。

12.5.获得多个问题原因数据“材料硬度不足、极速性能不足、操作复杂、 工作噪声大”，显示到远端计算机。

问题求解：包括

12.6.用户选择1个问题原因“极速性能不足”，提交到服务器。

12.7.服务器通过知识库系统搜索知识条目，见表14为其知识条目片段。

表14

获得第三原理解“船形效应”，并显示到远端计算机上。在“问题求解” 中，用户可输入多个问题原因，以从多个角度获得原理解。

5)方案评价软件14：见图5，有步骤：用户输入评价参数：方案成本C及 时间T。由服务器推荐的三种评价公式：K＝‑C‑T、K＝‑10C‑T、K＝‑C‑10*T获 得K值。用三种K值进行评价；K值小，方案越满足设计需求；保存于服务 器存储器备下次使用。

(二)见图1，用户1在联网远端计算机2上输入用户需求3：“提高两栖 汽车水上航行速度”，通过网络4将用户需求输入服务器5；服务器内的需求 分析软件6，将用户需求3转换成设计需求数据7，包括“车体质量、浸湿面积、 水线长度、厚度比、车体表面弯曲系数、流体质量密度系数、流体运动粘度 系数”等减小阻力的技术措施；并从服务器端口输出返回远端计算机给用户。

(三)见图1，用户将设计需求数据7：减小阻力，输入到服务器内的知识 库系统8、多层次搜索软件10或/和在线计算机辅助创新软件12。

(四)见图1，用户需求数据7：减小阻力，进行如下查询和求解后，服务 器自动产生第一原理解、第二原理解或/和第三原理解，并通过网络返回远端 计算机给用户：

1)用户由需求数据7：减小阻力，直接查询发明原理库，或/和用户输入 产生矛盾的物理参数查询发明原理库；用户通过功能树分级展开查看科学效 应库每个知识条目，或/和通过关键词搜索直接查询科学效应库；服务器产生 第一原理解9：摩擦效应、船形效应。

2)见图1，用户由设计需求数据7：减小阻力，通过多层次网络搜索软件 10的五种方式自然语言搜索、引导式搜索、关键词搜索、分类浏览搜索或/ 和随机搜索顺次从紧密到宽松搜索，自动转换为一个或多个关键词，并通过 GOOGLE的搜索引擎进行搜索，搜索结果为第二原理解11：减小阻力的。

3)见图4，用户由设计需求数据7：减小阻力，通过在线计算机辅助创新 软件12，首先进入问题分析，通过输入和点击后，服务器从人、机器、材料、 环境、方法、测量等6个方面自动提出问题：动力不足、极速性能不足、操 作复杂、工作噪声大等，分析问题原因：结构不合理、系统阻力大、工艺性 不足等；用户选择输入一个问题原因，通过知识库系统搜索以知识条目名称 获得第三原理解13：两栖汽车水上推进动力传动装置、船体底盘滑水器、汽 艇泛水装置。

(五)见图1，用户通过第一原理解在专利库内直接查询，或/和用户通过 功能基在专利库中查询；用户通过输入第一原理解查询领域知识库的知识条目， 获得第四原理解16：在船底加上两个水泵，吸收艇前端的波浪进入车体内相应 通道，用加压水泵对水加压，随后从车尾喷出；在汽艇底面中部增加多个喷气 孔，将从水面上吸入的空气压缩处理后从喷气孔喷出，以产生气泡。

(六)见图5，服务器根据用户输入的评价参数；方案成本C及时间T；及 设置的三个评价公式K＝‑C‑T、K＝‑10C‑T、K＝‑C‑10*T获得K值，自动进行方 案评价，K值小，方案越满足设计需求。由此获得最佳方案数据15，并经远端 计算机返回用户(见图1)。