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黎   靜 （1971-）
男，湖北當陽人，本科，1992年畢業于哈爾濱船舶工程學院水聲電子工程系，就職于中船重工集團公司第七一O研究所，主要從事自動控制、信號處理等方面的工作。

摘要：本文簡要介紹了當前的創新形勢、計算機輔助創新技術CAI及其相關理論——TRIZ和本體論，并對CAI的發展與現狀做了簡單介紹。

關鍵詞：創新；TRIZ；本體論；CAI

Abstract: This paper introduces the current innovation, Computer Aided Innovation(CAI) technology and some  related theories including TRIZ and ontology. 
This paper also briefly introduces the development and current situation of CAI.

Key words: innovation; TRIZ; ontology; CAI

1 創新形勢

    現今階段，隨著市場競爭的日益加劇，“創新”幾乎已成為了所有企業的經營理念。毋庸置疑，創新能力是企業持續發展的動力，它讓企業從被動地適應環境轉而主動地創造環境，從而在未來的市場競爭格局中擁有顯著的競爭優勢，甚至握有市場規則的制定權。而有資料顯示，目前我國對外技術依存度高達50%，美國、日本僅為5%左右；我國設備投資有60%以上要靠進口；由于不掌握核心技術，我們不得不將國產手機售價的20%、數控機床售價的20-40%拿出來向國外支付專利費。因此，要避免依賴于人、受制于人，提高企業的核心競爭力，就必須把技術創新真正置于優先發展的戰略地位，大力提高自身的技術創新能力，努力打造創新型企業。“十一五”規劃更是將“自主創新”從理念層面提升到了國家發展戰略的具體運籌層面。

    隨著國家信息化工程的推進，借助ERP（企業資源計劃）和PDM（產品數據管理）、SCM（供應鏈管理）以及CRM（客戶關系管理）等信息化技術，企業的信息及資源集成、共享和協同的整體信息管理解決方案日趨完善。實踐表明，這些信息化技術已經為產品研發和企業管理的高效率及低成本的整體信息管理提供了日趨完善的解決方案。它們已構成企業信息化進程中的“效率體系”。

    但越來越多的企業還認識到，要想在激烈的市場競爭中占有一席之地，除了要提高效率和降低成本之外，還需要建立高效的“創新體系”，需要高效、實用的創新工具加以支持，這成為了企業信息化建設的新需求。

2 基于知識創新的理論——TRIZ

    1946年，當時在前蘇聯里海海軍專利局工作的Genrich Altshuller在研究和整理世界各國著名的發明專利過程中發現任何領域的產品改進、技術的變革、創新和生物系統一樣，都存在產生、生長、成熟、衰老、滅亡的過程，是遵循著一定的客觀規律的。人們進行發明創新、解決技術難題時，是有特定的方法和規律的。人們如果掌握了這些規律，就能能動地進行創新設計并能預測產品的未來發展趨勢。

    在Altshuller看來，解決發明問題過程中所尋求的科學原理和法則是客觀存在的，大量發明面臨的基本問題和矛盾（技術矛盾和物理矛盾）也是相同或類似的，一個的技術創新原理和相應的解決問題方案，會在其它領域中一次次地得到應用。

    因此，將那些已有的“創新知識”進行提煉和重組，形成一套系統化的理論，就可以用來指導后來的發明創造、創新和開發。正是基于這一思想，在Altshuller的帶領下，與前蘇聯的專家們一起，經過數十年對數以百萬計的專利加以搜集、研究、整理、歸納、提煉，建立起了一整套體系化的、實用的解決發明問題的理論方法體系——TRIZ（發明問題解決理論）。

    TRIZ的理論前提和基本認識是：

    創新是有規律的；

    創新就是不斷地、不折衷地解決創新過程中所遇到的各種矛盾；

    一個學科領域中所采用的創新技術和方法能夠應用于其它不同的領域。

    TRIZ的核心是消除矛盾和技術系統進化原理，并建立了基于已有知識消除矛盾的邏輯方法，用通用解的方法解決特殊問題或矛盾。

    相對于傳統的創新方法，比如試錯法(Trial-and-error)，頭腦風暴法（Brainstorming）等，TRIZ具有鮮明的特點和優勢。它成功地揭示了創造發明的內在規律和原理，著力于澄清和強調系統中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目標是完全消除矛盾，獲得最終的理想解，而不是采取折衷或者妥協的做法；而且它是基于技術的發展演化規律研究整個設計與開發過程，而不再是隨機的行為。

    基于TRIZ理論，可以有效地解決產品開發過程中的多種技術問題。比如：如果技術人員在研發中遇到了需要某個工程參數既要大，又要小（同理：既要厚，又要薄；既要重，又要輕；既要轉，又要不轉；既要強度高，又要強度低等）這種“A”和“非A”的問題，傳統上解決起來是十分頭痛的。在TRIZ的矛盾矩陣中，表示為可以采用分離原理來妥善解決問題，其它的原理和方法并不奏效。如在TRIZ的指導下，人們已經知道了沿著分離原理的思路去考慮問題肯定是正確的，而具體又有四種分離原理（時間分離、空間分離、條件分離、整體和部分分離）可以為技術人員選用。

    又如如何預測下一代產品的技術發展趨勢的問題，是一個帶有戰略決策意味的問題，用試錯法等根本無法解決。而在TRIZ理論中，對技術系統的進化法則有著明確的分析和示意，讓決策者清晰地了解到在什么階段該采用什么樣的技術來發展自己的產品，搶先一步取得產品的競爭優勢。

    由以上所述不難看出，TRIZ理論對研發或解決問題的思路有明確的指導性。這種指導性避免了耗費大量人力等資源進行盲目的嘗試，讓問題的解決變得有律可循、有術可依，給技術創新留下了易操作的空間。讓創新不僅僅是一個概念或一句口號。

    實踐證明，運用TRIZ理論，可大大加快人們創造發明的進程而且能得到高質量的創新設計解決方案。它能夠幫助我們系統地分析問題，快速發現問題本質或者矛盾，它能夠準確確定問題的探索方向，不會錯過各種可能；而且，它能夠幫助我們突破思維障礙，打破思維定勢，以新的視角分析問題；還能根據技術進化規律預測未來的發展趨勢，幫助我們開發富有競爭力的新產品。

    經過50多年的發展，TRIZ這一方法學體系在實踐中不斷豐富完善，取得了良好的應用成果。

3 描述知識組織與關聯的理論——本體論

    本體論（Ontology：O大寫）作為一個名詞，最初來源于古希臘哲學，由希臘語的ontos（存在）與logos（學說、言論）派生出來，被解釋為“關于存在的學說、言論”。哲學上的本體論旨在解決這樣的問題——對某一定義的知識進行統一的概念化，主要是從自然內部、從客體與客體之間的聯系中去尋找萬物的本質，力圖擺脫人在自然、客體中的作用和影響，努力構建一個客觀世界的本體。

    而在人工智能等計算機科學領域，本體論是研究客觀事物間相互聯系的學科，本體是共享概念模型的明確的形式化規范說明。

    自從20世紀80年代末90年代初以來，隨著人工智能和知識工程的發展，本體論被賦予了新的定義，本體論成為了知識工程和知識管理領域研究的熱點。例如美國斯坦福大學計算機系的知識系統實驗室（Knowledge Systems Laboratory）的R.Fikes教授和T.Gruber等人從20世紀90年代初（1993年）開始了名為“How Things Work”的研究計劃，主要目的是研究面向科學工程的基于工程本體（Engineering Ontology）的“共享的可重用知識庫（Shared Reusable Knowledge Bases）”。該研究大大推動了知識工程中本體論的研究，較早地提出借用哲學概念本體（Ontology）來描述特定領域相關基本術語以及術語之間的關系（概念模型），并以此作為知識獲取和表達，從而建立共享知識庫的基本單元。其目標是捕獲相關的領域的知識，提供對該領域知識的共同理解，確定該領域內共同認可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯（術語）和詞匯之間相互關系的明確定義。而大規模的模型共享、系統集成、知識獲取和重用依賴于領域的知識結構分析。

    按照本體論的觀點來看，世間萬物皆有聯系——這種聯系近似于一個網狀的復雜結構。本體論客觀地描述了既有的“世界”（自然成果+人類成果）的關系，并能指導人類去開發和認識未知的世界。

    自2001年起，億維訊從計算機輔助創新（Computer Aided Innovation，CAI）的角度對本體論開展了深入而廣泛的研究，把本體論從狹義應用中釋放了出來，并創造性地將本體論與TRIZ相結合，把本體論用于計算機輔助創新技術之中。

4 計算機輔助創新技術CAI

    在整個產品研發進程中，實現創新的關鍵是在概念設計階段。此時，能否有效利用各種創新技術進行創新決定了概念設計的成敗。基于成熟創新理論的CAI技術的出現為實現快速技術創新提供了前所未有的利器。許多世界知名企業，如福特、三星、波音等等，都在研發流程中引入了此項技術并獲得了巨大成功。

4.1 CAI技術的現狀

    回顧每一信息化技術的發展歷程，我們不難看出，完備的理論是新技術發展的基礎；人們的認識與肯定是其發展的動力；而相應軟件工具的普及化是技術發展的關鍵。這一規律同樣適用于CAI的發展。經過半個世紀的發展，相關創新理論已經相當成熟，為CAI技術的推廣普及打下了堅實的基礎。

4.1.1軟件工具

    以往的經驗告訴我們，一項先進技術的推廣普及，軟件工具的普及是關鍵。CAI的發展已經有了十多年的歷史，但早期的CAI技術僅僅是將TRIZ理論中的創新問題解決方法進行了程序化，是將TRIZ和計算機軟件技術的簡單結合。那時CAI工具應用的好與不好更多地取決于使用者對TRIZ理論的掌握程度：對TRIZ理解得越深，CAI就越有用，效果就越好。這樣，CAI工具就變成了專家級的工具，而CAI也變為“專家輔助創新”而非“計算機輔助創新”。而企業迫切的創新需求需要CAI工具成為真正的普通設計人員能夠使用的創新工具。如何使CAI軟件工具大眾化成為急待解決的問題。

4.1.2社會認知

    隨著市場競爭的日益激烈，越來越多的人已經認識到了創新的重要性，“創新”成為了各個行業最熱門的話題，似乎在社會上，創新已經蔚然成風。然而具體到各個行業的研發工作中如何實現技術創新，卻往往大都不知從何入手，在概念和實現之間存在著巨大的鴻溝，創新依然是遙不可及。這就是我們的創新現狀：越來越多的人和企業已經意識到創新的重要性，但能夠具體進行創新的人卻很少。我們所面臨的問題是：能否在短時間內“制造”出大批懂得如何創新的專家，如何快速地使人們掌握實現創新的技術和手段。

4.2 CAI技術的新進展

4.2.1對工具

    針對上述問題，世界頂級的創新技術專家經過近幾年的深入研究，取得了突破性的進展。通過廣泛的研究，億維訊創造性地將發明問題解決理論TRIZ、本體論、多工程領域中的創新技法、現代設計方法學、自然語言處理技術和計算機軟件技術相結合，開發出了新一代的CAI技術工具——計算機輔助創新設計平臺Pro/Innovator。作為簡單易用的創新工具，Pro/Innovator既繼承了TRIZ理論中獨特有效的創新技法，又將本體論所描述的對象關系應用于行業創新方案庫的組織中，使得創新方案的獲得更準確快捷。在正確地描述問題、創造性地解決問題、客觀地評價方案，直至全面地保護創新成果等不同階段，為普通的研發人員提供了全面的計算機輔助創新解決方案。

    這一最新的CAI工具使產品的創新設計不再是少數“創新專家”的專屬。每一位研發人員都可以在自己的設計中對不同的問題進行創新實踐并取得創新成果。創新不再像以前那樣神秘，它將成為日常工作的組成部分；創新工具也成為工作中像字處理軟件一樣不可或缺的工具。

4.2.2對人

    科學研究告訴我們，人的創新能力會因年齡的增長和長期從事單一專業造成的思維定勢而下降。但這并非說創新能力的下降不可逆轉，通過系統科學地訓練，可以將創造潛能激發出來。事實上，很多國際化的大公司都已在內部進行技術創新能力的培訓，如寶潔、聯合利華、三菱研究中心（MRI）、波音、三星等。

    將以上研究成果與企業需求相結合而開發出的創新能力拓展平臺CBT/NOVA就是采用全面、科學的創新潛能激發手段，通過循序漸進的拓展訓練，最終使人們能夠在短時間內打破思維定勢、以全新的思維方式分析問題，最終能夠主觀能動地進行創新。創新能力拓展平臺CBT/NOVA的誕生使短時間內快速“制造”創新專家成為可能。

5 CAI技術在中國

    作為今后企業信息化建設不可或缺的部分，CAI已受到廣泛關注。國家科技部863計劃軟件重大專項特設計算機輔助創新課題，這意味著國家對CAI技術的重視與支持；2004年，機械工程協會也在其所推出的機械工程師認證體系中將計算機輔助創新作為考試科目之一，而且引入CBT/NOVA作為CAI技術認證培訓平臺，標志著創新技能今后將成為國內機械設計工程師必備的職業素質，表明國家對于加快推進行業科技創新步伐、加快培養高水平創新人才的重視。中國最大的通訊設備制造業上市公司之一的中興通訊集團于2004年末引入億維訊的創新體系后短短半年時間內，經過5次進階性培訓，在2005年4月份的中興通訊應用TRIZ技術創新成果發布會暨中興通訊與億維訊戰略合作框架協議簽字儀式上就發布：在TRIZ理論的指導下以及億維訊CAI軟件Pro/Innovator的輔助下，中興通訊有21個技術難題取得了突破性進展，其中6個項目遞交了相關專利的申請。

6 結束語

    縱觀全球計算機輔助技術的發展，從最初的二維CAD、三維CAD到CAE、CAM、CAPP、PLM以及近年來興起的CAI技術，不難預料，CAI將成為全球計算機輔助技術發展的新一輪熱點。國外眾多應用案例也表明，CAI將成為研發中又一不可或缺的計算機輔助技術，CAI極大地提高了人們的創新效率。

    在“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”的信息化建設進程中，隨著效率體系的逐漸完善，提高企業創新能力的需求日益突顯。以成熟的創新理論作為支撐的CAI技術填補了CAX領域的技術空白，成功地把信息化技術應用到了產品生命周期的最前端。

參考文獻

[1] 讓“中國制造”成為“中國創造”.人民日報.2006-09-15第12版

[2]  Genrich Altshuller. 40 Principles: TRIZ Keys to Technical Innovation. Technical Innovation Center?Worcester,MA. 2001.

[3]  Genrich Altshuller. 發明家誕生了：TRIZ創造性解決問題的理論和方法[M].西安：西安交通大學出版社. 2004.

[4]  Genrich Altshuller. 創造是一門精密的科學[M]. 北京：北京航空航天大學出版社. 1990.

[5] 劉紅閣，鄭麗萍，張少方. 本體論的研究和應用現狀[M]. 信息技術快報.Jan.2005.Vol.3.No.1.