技术矛盾――创新设计问题的切入点
 
任何产品都具有一个或多个功能,如飞机具有运输、侦察等功能。可以说,产品是多种功能的复合载体,为了实现这些功能,产品就要由多个实现相关性能的零部件组成。航空产品的零部件数量更大,如要进行产品的性能改进则需要有强大的辅助工具加以支持。为了提高产品的性能,需要根据功能需求不断地对产品的某个或某些性能进行改进或创新设计。当改变某个元件的设计,即提高产品某方面的性能时,可能会影响到与被改进元件相关联的其它元件,结果就可能导致产品的另一方面的性能受到影响。如果由于改进而产生的影响是负面影响,则改进设计就出现了矛盾。因此可以说,创新设计要做的工作就是解决创新设计过程中的各种矛盾,那么矛盾就是创新设计问题的切入点。
 
在历史上著名的波音737飞机的引擎改进设计中,设计人员遇到了一个技术难题:引擎的改进需要增大整流罩的面积以使其吸入更多的空气,即需要增大整流罩的直径;但整流罩直径的增大将使它的下边缘与地面的距离变小,从而会使飞机在跑道上行驶时产生危险。这样,在“发动机的功率”和“整流罩与地面的距离”之间就产生了技术上的矛盾。
 
下面我们看能否运用CAI软件来解决这一问题。
 
亿维讯同创的CAI软件Pro/Innovator中嵌有一个专门的解决技术矛盾的工具――技术矛盾解决矩阵。它是TRIZ(萃智)的创始人G.S.Altshuller通过对250万件发明专利进行分析研究之后,用总结出的39项用以描述技术中出现的矛盾的技术参数以及TRIZ(萃智)所特有的发明问题解决工具――40个创新原理构建而成的。其中纵轴上的元素表示希望得到改善的技术参数,横轴上的元素表示某技术参数改善时会恶化的技术参数,横纵轴交叉处的数字表示用来解决系统矛盾时所使用的创新原理的编号。矩阵所提供的创新原理既可单独采用,也可组合应用。例如,将卫星送入太空时希望卫星的重量越小越好,因为这将更加容易运载,同时成本也会降低。但若要减小卫星的重量,势必要缩小尺寸,卫星的性能就会受到影响。这样在使卫星更易于运载时,重量和尺寸之间就产生了矛盾,卫星的重量和尺寸分别对应矛盾矩阵中“运动物体的重量”(要改善的)和“运动物体的长度”(恶化的)两个技术参数。矛盾矩阵在上述两参数的交叉处向我们提供了4个创新原理供参考,分别为15、8、29和34号创新原理。
 
图1为技术矛盾解决矩阵的一部分(其中空白处表示两技术参数中的任何一个变化都不会引起另一个技术参数的变化):

 
 
图1 亿维讯同创CAI软件Pro/Innovator中内嵌的技术矛盾解决矩阵(部分)
 
进入Pro/Innovator,运用相应模块分析后,我们选择两个技术参数为“功率”(希望得到改善的参数)和“物质的量”(恶化的参数)。对照技术矛盾解决矩阵,两个参数交叉处的创新原理为4号(不对称原理)、34号(零部件的废弃或再生)和19号(周期性动作)。分析软件所推荐的3个创新原理以及相关的实例,显然34号"零部件的废弃或再生"和19号"周期性动作"创新原理对本方案的改进的意义不大,因此单独采用4号不对称原理。解决方案为:将整流罩由规则的圆形改为不规则的扁圆形(图2),这样在增大发动机功率的时候就不会导致整流罩与地面的距离过小,从而消除了矛盾。"条条大道通罗马",这一问题在历史上的完善解决,恰恰与CAI软件运用了同一原理――不对称原理。 
 

图2 整流罩修改前后对比
 
计算机辅助创新设计平台Pro/Innovator是以著名的发明问题解决理论TRIZ(萃智)为基础,再结合本题论、现代设计方法学、自然语言处理技术综合而成的新兴技术,主要应用于产品概念设计阶段、对产品的创新设计、技术改进给予辅助的计算机软件。软件的可靠性和有效性早就得到验证,在国外一些著名的公司如Ford、Motorola、GM、GE、NASA、Boeing、Honeywell、Samsung等都已使用CAI软件解决了大量的工程技术问题并取得巨大效益。同时期的一项国外的相关调查数据表明,运用CAI,在产品设计和质量改进方案的形成速度上可提高70%至300%。在经过不断地完善和发展后,Pro/Innovator中的物理、化学、几何学等工程原理知识库几乎可以说已包罗万象,已把所有已出现发明创造中所包含的人类智慧容纳其中。