创造学原理论文

创新要有什么样的条件?——关于培养创新人才的一些想法我把学会表达和交流看得很重，认为这也是最基本的“基础”。因为现代社会无论做成一件什么事，都要与人合作，与人共事，就要组织。这就是要把自己的想法告诉大家，使大家明白，并同心协力一起去做。北大总结过一位优秀博士生的经验，他毕业后一年多就被中科院研究所聘为正研究员，不久又被国外大学聘为教授，是很出色的。他在学习中不但求知如渴，而且善于学习，一个重要方面就是善于请教人、与人打交道，动员了很多人为完成自己的任务出力。这是很聪明的。这里，一要有好态度，真诚虚心，不怕丢面子；二要有交流技能。很多中国学生这方面表现比较差，我们的知识分子也好不了多少。在学校里组织交叉学科项目是很困难的。一个重要原因就是不同学科、行业的人不愿交流，不善交流，“语言”不通，互相看不起。我这里所说的“语言”，是指“行语”。比方学物理的叫光的“偏振”，学地质的叫“偏光”，学物理的就会看不起学地质的，说是“概念不清”。对学者，这是最大的“帽子”，其实是语言不通。不同专业的人思维方法、治学方法和看问题的角度都不尽相同，这也可说是文化不同。要做好跨学科合作，就要大家学会“跨文化交流”。这种跨文化交流有利于打破人的思维定势，促进创新。21世纪是国际化的世纪，要走出国门，进行国际交流，没有外语能力不行。现在大家都很重视外语了。我觉得，学外语还是取得创新思维的一个重要手段。语言是思想的载体。只会一种语言，就只能用一种方法思考。用不同语言思维，脑子里的活动区也不同。北大有一位老院士，去世前脑子患病，用汉语不会说话了，却还能用英语表达意思。可见汉语和英语在脑子里是两个不同区域操作的。用双语教学出来的孩子比较聪明，其道理可能就在这里。前一段时间听说美国学生不想学外语，有的学校也不重视外语，认为用英语就可走遍天下。我就想，美国人大概就要衰落了，因为他博采各种文明的优势要丢失了。但是，美国人还是很聪明的。最近，美国高教协会对美国大学生提出要求，强调要掌握英语和第二种语言，要学会多元文化的交流和对外来文化的了解。看来美国非常重视这种优势。我还把数学和计算机工具看成是表达和交流的重要手段。数学不仅是处理数量关系的科学，而且是使任何学科和思维精密化的重要手段。马克思说过：“一种科学只有成功地应用数学时，才算达到真正完善的地步”。21世纪数学将会渗透到各种学科。而计算机更是信息化时代的必要工具，不会计算机等于文盲。以上是说创新的基本基础。这些基础不打好，谈不上创新。其次，要学会创新的思维方法。思维方法是分析问题和解决问题能力的主要方面。现在有很多“创造学”、“创新学”方面的书籍，在讨论创新思维问题；还有许多生理心理研究，在探索脑功能开发问题。这些对培养学生的创新思维都会有帮助，是十分必要的。开设一些这类课程对学生进行有关思维教育也是有用的。但我总觉得，培养正确思维最主要还是靠思维的实践。知道逻辑思维、形象思维、发散思维、求异思维等等名词，让学生有些思维科学意识，自觉地运用这类思维方式去思维当然很好。而根本的还是要从各学科科学家是如何成功地在具体探索科学规律的实例中来启发学生进行科学的思维，并且以解决各学科的实际问题来训练学生正确的科学思维。从这个意义上说，学会正确思维也是“学习”的一个主要内容。第三，要学会选择。人生道路上关键时刻的选择合适与否对一个人的事业成就至关重要。要是当年居里夫人去从事理论研究，杨振宁去搞实验，大概他们不会有后来这样的伟大成就。做科研，选题恰当就是成功的一半。选择并非易事，起码要做到“知己知彼”。“知己”就是对自己的兴趣、爱好、特长、优势及弱点有清醒的认识；“知彼”就是对被选择的对象有明白的了解，还要对社会、国家发展的走势有大致的认识。选择适当就能发展自己的个性，发挥自己的特长优势，而这是创新的一个重要条件。为此，学校要提供给学生广泛选择的自由和条件。“学分制”就是为学生创造多种多次选择的机会，使他们能够充分发展个性，发挥聪明才智。“多次”是因为“学会选择”有个过程，允许失误。在学校里失误还可补救，到社会上，一次失误就无法挽回了，学校是选择的实习场所。学校还要提供导师给以辅导和帮助。帮助学生选择是个性化学习的重要一环，对学生的长远发展很有影响。第四，要培养提出问题的能力。我国高等教育的培养目标一直只提“培养分析问题和解决问题的能力”，而不提“提出问题的能力”。我曾经挖苦地说，这是“仆从教育”而不是“主人数育”。主人提出问题，仆从去解决就是了。科学创新首先就要能发现问题，敢于提出问题。提问题是不容易的：一要提中要害，切中关键，这个问题一解决，一大批问题就迎刃而解，从而推动科学的大步前进；二要提得恰当、及时，已经准备了必要的条件，到了可以解决的时候。屈原在“天问”中提出了一百多个自然和社会问题，却根本不能去解决，就不能算科学，只是诗人浪漫的想象。所以，学校要创造让学生敢于和善于提出问题的环境。我们这辈人在精力最旺盛的时候，是处在“勇于接受任务，拼命完成任务”的环境中，却自己从来不提出任务。对于一个科学工作者，这是致命的。我自己就深感这种缺陷。摆在当代中国青年面前的是要发扬首创精神，就不能光听别人安排了。

机械创新设计是一个极其重要而又困难的实践性较强的研究课题。目前创新设计方法研究虽然已取得一些成果，但创新学还处于发展初期，各种不同理论及工具不断涌现，远没有形成普遍可以接受的统一的理论体系。本文认为，要进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。设计过程充满了矛盾，所获取的知识应有助于矛盾的迅速解决，这就要求知识获取工具紧密集成到设计过程中，因此要统一研究知识获取工具与设计系统。另外，人类的创新设计思维模式是在长期的成功设计经验中总结形成的，因此设计系统必需符合创新设计思维规律。创新设计思维规律应作为算机辅助创新设计系统的理论基础。基于上述考虑，本文从创新设计思维的研究出发，融合知识获取方法，研究创新设计理论，进而开发机械产品创新设计系统。1 机械创新设计思维规律我们常把思维的过程称为“思路”，是因为可用路径问题来说明人类思维过程。本文提出两个机械创新设计思维原则：一是最短路径原则。设计者得到产品的功能要求后，往往首先检索出最佳设计实例，这样可以最迅速接近目标，然后运用价值工程方法，找出价值较低的极少数组件作为研究对象，再分析所得对象存在的矛盾，尝试作最小变动以解决矛盾，如矛盾没有解决则拟作更大变动或扩大研究对象范围，最后得出最优结果。通过这样途径所消耗的能量最少，体现了最短路径原则。二是相似性联想。汤川秀树的定同理论认为，联想能力就是找出事物彼此相似性的创造力，相似性是指事物间的内在联系。要用计算机系统来辅助设计师从自然界中发现形态各异的事物的相似性是很困难的，因此本文只研究从机械产品实例中挖掘相似性，以促进机械创新设计。机械设计过程是从功能要求到作用原理，再到物理结构的映射过程[1]。在CBR系统中，功能要求、作用原理与物理结构可作为实例索引，因此可统称它们为索引项目。同一索引的不同类索引项目之间的联想可称为纵向联想，而不同索引的同类索引的联想可称为横向联想。判断联想是否合理的依据是相似性，相似性由已有产品实例确定。比如，“超声波研磨机产品实例”使“超声波振动”作用原理与“研磨”功能要求纵向地产生了内在联系；又如，多种产品实例可满足同一功能要求，那么它们用于实现该功能的作用原理及物理结构具有相似性。功能要求是联想的起点，经验丰富的设计师通常记忆有大量的设计实例，因而掌握纵向及横向相似性，所以能迅速地进行横向及纵向的联想，能触类旁通，得出具有相似作用原理及物理结构的实例（简称相似实例）并进行组合优化，最后得到最优解。 这两项原则已被多种设计方法不自觉地采用了，基于实例推理不但能迅速接近最优解，体现最短路径原则；物场分析法（简称TRIZ）分析了上百万设计实例，确定功能要求与作用原理及物理载体的内在联系，以及不同作用原理或物理载体的可替代关系，使设计师可根据功能要求找到适当的作用原理及物理载体，体现相似性联想原则。2 计算机辅助创新设计系统 两项创新设计思维原则充分体现在计算机辅助创新设计系统的设计中，系统还利用了多种创新设计方法及人工智能技术。计算机辅助创新设计系统的流程如图1所示，它包含如下关键技术： 2.1 实例检索 利用基于实例推理（CBR）技术时首先要深入研究它的优缺点。CBR是一种以实例为知识载体的知识供应方法。当前它仍有如下不足：首先，系统为了达到实用通常建立庞大的实例库，这导致管理困难，系统运行效率低；其次，通过检索得到的只是一个或很少实例，而其它不符合检索要求但含有适用知识的实例没有利用，支持创新的力度不够；最后，实例调整严重依赖领域知识，难度大，所以很多CBR系统简化为实例检索系统[2]。导致这三项缺点的深层原因是实例是独立的，不同实例所蕴含的知识难以组合利用。为了克服这个矛盾本文提出通过相似性联想找出相似实例，并利用遗传算法进行组合优化，实现实例知识的重用。本系统的实例检索功能用商品化PDM系统IMAN中的产品结构与配置管理功能及搜索功能来实现，实例的可视化表示与管理依靠IMAN的产品结构树功能实现。2.2可视化的实例模型表达及矛盾分析概念设计技术的发展方向为研究一种统一的设计方案表达方法[3]。文献[4]对日本学者吉川弘之提出的FBS图进行扩充，使用两个框架分别描述一个设计方案的功能层次与结构层次，并存储功能单元与结构单元的对应关系，使计算机理解产品的结构及其功能。这种方法的缺点是结构与功能的关系不够直观，因此本系统在功能层次图与结构层次图的基础上增加功能关系图，以语义网络的方式描述结构及之间的作用关系，使结构与功能处于同一张图中，设计者可直观地理解产品原理，根据功能关系图并运用价值工程方法分析实例存在的矛盾。实现创新的关键是正确分析产品中所存在的矛盾[5]。产品设计中的基本矛盾是产品功能成本比不能满足用户要求，它有两种表现形式，一是未能实现某些产品功能质量目标；二是某些功能质量得到改善而某些功能质量却恶化。矛盾分析结果用于指导新作用原理、新物理结构的联想，进而找出相似实例。2.3基于WEB的创新设计知识库本系统的创新设计知识库包括作用原理库、物理结构库与实例库。当系统根据相似性搜索到新作用原理或物理结构后，相应的实例自动调出。作用原理库与物理结构库的开发借鉴了TRIZ的成果，再针对机械领域补充整理出二百四十余种作用原理（其中包括五十余种基本措施）。在每种作用原理下分别存储多种物理结构，形成物理结构库。实例库主要针对几种常见的家电产品进行开发。创新设计知识库是创新设计系统的核心部件，它是一种WEB文本知识库，文本经过笔者开发的机械知识XML标记处理，使知识库建立在国际标准XML文本之上，因此可实现知识资源的异地共享，并且在此知识库之上可建立基于WEB的机械产品计算机辅助创新设计系统，满足异地协同设计的需要。2.4相似性的量化方法及改进的遗传算法每种产品的结构不同，需要不定相同的遗传算法编码。本系统为了提高运行效率，采用浮点数编码方式。在传统的遗传算法中，初始群体是通过用随机的方法来产生的[6]，这具有一定的盲目性。因此本文提出利用实例的作用原理或物理结构的相似性作为筛选实例产生初始群体的依据。实现该途径的关键在于相似性的量化也即相似度的计算方法。相似度实质是实例的关联知识，必须以一定的算法在实例集合中挖掘得到。纵向联想的相似度实质是功能目标与实现手段的关系程度，横向联想的相似度实质是实现手段的可替代关系程度。相似度越高意味着得到已有产品实例的更多支持。根据相似度来筛选初始群体就等于利用以前的设计经历，使初始群体的产生有合理的基础，因此能加快遗传算法的收敛。本文根据相似性联想原理提出如下纵向及横向联想的相似度计算方法。设产品实例集合为C，功能元素集合为F，作用原理或物理结构元素集合为G。分别记为：C={Ci|i=1,2,…,n}; F={Fj|j=1,2,…,m}; G={Gk|k=1,2,…,q}。实例集合中的实例Ci以不同的隶属度uij及uik分别隶属于Fj及Gk。 设元素Gk到元素Fj的纵向联想相似度为rkj，则：rkj = 又设G空间中有元素Gk和Gm。实例Cji分别以隶属度uik和uim隶属于元素Gk和Gm，设从Gk到Gm的横向联想相似度为rkm，则：rkm = 隶属度作为实例对象的一项属性来存储。系统根据以上算法从实例集合中挖掘相似度知识，辅助设计师从相似度较高的方向进行联想，并用于指导遗传算法初始群体的产生，从而促进设计创新。3 结论 本文研究创新设计思维规律并用于指导机械产品创新设计系统的开发，系统的成功应用证明了关于创新设计思维规律论断的正确性以及多种新技术的可行性。系统可通过矛盾分析与联想，搜索到适用的作用原理、措施、物理结构及实例以解决矛盾，完成概念设计阶段的功能优化与原理优化，是实现机械广义优化设计方法的新成果。

1、应用工业工程技术提高洗衣机生产效率

2、工业工程课程体系设置优化研究

3、浅谈工业工程的发展现状与展望

4、工业工程在台湾产业界的典范移转

5、工业工程综合实验平台规划设计研究

6、工业工程与创造学的关系分析

7、工业工程及其在中国企业中的应用

8、浅谈工业工程与经济发展之关系

9、工业工程在当代世界的发展趋势

10、工业工程在生产效率方面改善之应用

(二)选题范围工作研究与效率运用方法研究对工厂生产系统的改进与设计;运用方法研究优化工厂物流系统的设计;运用方法研究提高企业生产效率的设计;动作研究的经济效果分析;利用作业测定制定科学的时间定额,作业标准,对企业减员增产的设计.生产率研究生产率测定的研究;影响企业生产率的因素与生产率提高研究;降低能耗的途径与方法研究.人因工程降低作业疲劳提高作业能力的途径与方法;影响工作质量的环境因素研究;人体测量学在人机系统设计中的应用;人机系统分析与评价;事故与可操作性分析.运筹学应用利用网络计划编制大型工程进度计划;运用排队论进行最优设计和最优控制;利用存储论进行库存优化设计;运筹学其它理论的应用实例.系统工程应用系统评价与决策;系统仿真在生产系统(或服务系统)中的应用;信息系统的开发与应用生产作业层的信息化(如CAI,CAQC,PDM等);管理办公层的信息化(如MIS,ERP,MRPII,OA,WFS);战略决策层的信息化(如:DSS,ES).工程经济企业投资风险分析;工程技术经济效益的评价与分析;经济效益的评价方法研究;工程项目的可行性研究;设备更新的技术经济分析.价值工程价值工程在企业中的应用;提高价值的途径及应用;以最低成本实现产品功能的途径及应用.物流工程企业物流系统规划及合理化研究;物料搬运设备的选用与设计;物流搬运系统优化与设计;现代仓储系统的规划与设计;配送中心规划与设计;物流系统优化与仿真.10,生产与库存管理生产的组织,计划与控制;降低在制品的途径与方法;库存控制与分析;降低库存的途径与方法;ERP,MRPII在企业的应用;JIT应用.11,质量管理与可靠性工程提高产品可靠性的途径;全面质量管理在企业中的应用;制造过程中的质量控制应用;质量成本控制在企业中的应用;12,先进制造模式GT在制造系统中的应用及效益分析;MC相关技术,策略及应用;AM或LP在企业中的应用;VM及应用.