CAI中的问题解决流水线
 
航空工业正在朝着数字化、网络化、集成化、虚拟化、敏捷化、智能化的方向发展,对计算机技术的依赖也与日俱增,在技术改进乃至具体的制造技术中,对强有力的计算机辅助工具的需求愈加急迫。在过去三四十年间,CAD、CAE、CAM、PDM等有效地提升了我们的设计质量和效率,对产品开发和技术改进起到了巨大的推动作用。目前,CAI(计算机辅助创新)正成为计算机辅助技术领域的一颗新星,为产品的概念设计和技术改进提供了强大支持。
 
CAI的出现在很大意义上依赖于TRIZ等创新理论和创新技术的发展,而这些创新理论和技术之所以能够软件化,其主要原因就是发现了创新的规律和包含有许多易流程化的创新问题解决工具,从而将之前杂乱无章、毫无规律可循的创新活动变成了一项普通技术工作。
 
按照TRIZ之父――G.S.Altshuller对创新问题解决方案的五级分类,一、二级解决方案非常简单,可以很容易地获得;而那些复杂的,如三、四级解决方案,如果纯粹运用手工进行系统的分析和求解,则可能在初始阶段就进入歧途,且工作量非常大而异常繁琐,而如果运用CAI软件,则问题将会变得异常清晰,求解过程也会更加容易。最高的第五级创新问题则有待人类科技的重大突破。亿维讯同创CAI解决方案――Pro/Innovator中包含许多创新问题解决方法,包括矛盾矩阵、创新原理、根本原因分析法(RCA)、技术系统分析(TSA)等,为创新设计问题的流水线式解决提供了条件。
 
RCA法主要用于分析创新问题的根本原因,从外部环境、内在因素、时间历程等多角度、全面分析问题。
 
TSA模块则是通过建立模型来理解一个系统并全面地描述系统,
 
它包含有问题分解模块和系统分析模块两个子模块,并且系统分析模块产生的问题可进入问题分解模块进行再分解。
 
CAI认为,一个创新问题解决的困难程度取决于对该问题的描述和问题的标准化程度,描述得越清楚,问题的标准化程度越高,问题就越容易解决。Pro/Innovator中,创新问题求解的过程是对问题不断地描述,不断地标准化的过程。在这一过程中,初始问题最根本的矛盾被清晰地显现出来,该过程运用了RCA法和TSA。通常为了获取最理想的解决方案,需要从宏观和微观上分别分析、提取系统中所包含的物理矛盾,即系统本身可能产生对立的两个特性,例如:同一系统既要冷又要热、既要导电又要绝缘、既要透明又要不透明等。
 
矛盾的消除需要最大限度地利用系统的原有资源,并借助物理学、化学、几何学等工程学原理。如果经过分析原理的应用后问题仍无解,则认为初始问题定义有误,需调整初始问题模型,或者对问题进行重新定义。如下图所示为Pro/Innovator解决创新问题的流程。
 
注:此流程为“已有产品(系统)的改进”流程,“新产品(系统)设计”、“智力资产保护”等流程另有不同。
 
下面是用Pro/Innovator相关模块解决一个创新问题的实例(简略)。
 
某造纸厂用圆木做造纸原料。圆木由卸载处直接用传送带运往切削机进行加工。为了使切削流程顺利完成,圆木最好与传送带轴线方向一致。由于圆木卸下时是杂乱的堆砌在传送带上的,所以需要在传送过程中增加一个圆木定向的工序。这一操作如果由机器人完成,则结构复杂,成本太高。
 
针对这一问题,运用Pro/Innovator相关模块逐步分析如下:
 
1、问题分析
首先,明确解决此问题的目的:不对系统做大的改动,实现圆木传送中的定向。
 
然后,利用系统分析工具对整个系统做进一步的分析,找出产生此问题的区域:传送带与圆木相互作用的区域。根据解决创新问题的模型可得到如下提示:利用系统中已有的资源实现所需的功能。而系统在此区域中的唯一资源是传送带。此时,我们可以得到这样的问题:如何利用传送带自身实现圆木的定向?
 
接下来,借助Pro/Innovator中的问题分析功能从上述问题描述中抽取出本质的问题,经过分析找出实际问题中的矛盾:为定向圆木,传送带表面的不同点应有不同的速度;为传送圆木,传送带表面应以同一速度运动。
 
2、解决问题(即消除矛盾)
问题矛盾确定之后,根据Pro/Innovator中的创新原理提示,经过分析,采用“分割”原理,将互相矛盾的要求分别用相互独立的部件实现:整个传送带以生产所需的速度向前运动,它的附加部件则以不同的速度运动。
 
3、最终方案
将传送带设计成三个部分:中间的主体部分以生产所需速度运动,将圆木送往砍削机;两边的传送带则以一定的相对速度向相反方向错动,摩擦圆木,调整圆木的方向,使其轴线方向与传送带轴向一致,从而达到定向的目的。
 
上述的例子只是给出了采用Pro/Innovator解决技术问题时一个简单流程。Pro/Innovator对于那些问题情境复杂,矛盾不明显的非标准创新问题,显得更加有效和易用。在经历了不断完善和发展之后,CAI软件已成为技术创新的重要支撑和高级工具。在目前航空系统越来越将技术创新作为提升自身科研实力的时期,有效和强大的创新辅助工具愈显重要。