包邮创新设计方法

第1章　绪论 1.1　21世纪是创新的世纪 20世纪是知识经济的时代。美国圄家自然基金会(National Science Foundation.NSF)在《提升人类技能的会聚技术》报告中指出.21世纪是创新时代(innovation age).着重点将从“重复” Crepetitive)转向“创造和创新”(creati ve，innovation-based acti vities)。美国《经济周刊》提出.21世纪是从知识经济时代转向创新经济时代的世纪，谁在知识和科技创新方面占据优势，谁就能够在发展上掌握主动。另外，国际上目前对创新的研究也非常重视，如NSF在2006年8月组织了创新和发明的研讨会，在会议总结报告《个人和团队创新和发明的科学基础》中指出，创新能力是未来发展的关键因素，社会心理学、认知科学及工程研究进行学科间的协同和融和，是研究创新和发明的方向。 我国虽然对创新方法的研究和推广起步较晚，但国家政府部门对此非常重视。2008年4月28日，国家科技部、国家发展和改革委员会(以下简称国家发改委)、国家教青部和中国科学技术协会联合发布了《关于加强创新方法工作的若干意见》.强调"自主创新，方法先行"，创新方法是自主创新的根本。2009年5月9日，温家宝总理在福建星网锐捷通讯有限公司调研时说，"创新赢得实力，创新赢得领先，创新赢得发展，创新赢得尊严。一个国家和民族，必须有自己的创新产品、自己的知识产权和高度的创新能力、文化素养，才能赢得全世界的尊重"。2010年6月7日，胡锦涛总书记在两院大会上明确指出，"把增强自主创新能力作为战略基点，着力提升原始创新能力，大力增强集成创新和引进消化吸收再创新能力，提升知识、技术转移转化和规模产业化能力，形成更多具有自主知识产权的创新技术，构建完整的创新体系，牢牢把握发展主动权"。2010年12月9日，科技部部长万钢在2010创新方法高层论坛上指出，创新方法工作是一项基础性、战略性、长期性、开创性工作，要把创新方法工作作为全国"十二五"科技工作的重要抓手，为科技创新提供方法支撑。创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，企业产品创新是企业得以生存和持续发展的内在动力。 1.2 我国技术创新现状 目前我国是制造大国，却不是制造强国，虽然拥有世界上*多的人力资源，但所采用的设计方案、制造方案和制造工具等大多来源于国外。企业获得的大量利润都要支付高额的设备费、专利费和技术服务费。据统计，近几年我国设备投资的2/3依赖进口，其中光纤制造设备的100%.集成电路芯片制造设备的85%，石袖化工设备的80%，轿车工业设备、数控机床、纺织机械、胶印设备的70%都来自于进口。造成这种现象的原因是我国企业缺乏创新意识和创新能力，企业科技人员创新意识和创新能力差的问题没有从根本上得到解决，而且大部分企业根本没有现代化创新方法、创新手段和创新工具，技术创新已成为制约我国经济发展的突出问题。 据联合国世界知识产权组织公布的数据，2010年国际专利申请中，来自中国的12337件国际专利申请只占全世界专利申请总量的7.6%，远远低于拥有44855件的美国(27.5%)、32156件的日本(19.7%)和17171件的德国(10.5%)。此外，如果将国内与国际专利申请一起看，我国与工业化国家的差距更加明显。2010年，我国国内的专利申请量为81.5万件，与国际申请的比例是1:66；而美国在2005年时这一比例仅为1:5。根据世界经济论坛公布的包含139个国家的《全球竞争力报告2010-2011》，我国在综合竞争力指标上排第27位，在高等教育和培训指标上排第60位，在技术敏捷性指标上排第78位。根据"核心竞争国"(指每100万人口获得美国专利与商标局的发明专利授权在15个以上的国家或经济体)标准，我国仅以O.15列第62位，不仅低于发达国家，而且排在巴西和印度等发展中国家之后。 宏著集团创办人施振荣先生提出了著名的“产业微笑曲线”(smiling curve)理论，如图1-1所示。微笑曲线的中间是生产制造环节，左边是研发、咨询环节，右边是售后服务环节。从微笑曲线的变化规律不难看出:在产业链中，产品的附加值更多体现在两端研发和服务，处于中间环节的生产制造的产品附加值*低。因此，产业未来应朝微笑曲线的两端发展，也就是在左边加强研发创造智慧财产，在右边加强客户导向的营销与服务。通过对不同时期的产业微笑曲线变化进行分析不难看出，随着全球进入21世纪，微笑曲线变得更加陡峭，产品的附加值进一步向两端倾斜，而生产制造阶段的产品附加值变得更少。而从资源消耗和对环境污染的角度看，微笑曲线却又正好相反:在产业微笑曲线两端，资源消耗和对环境的污染日趋减少，而更多的资源消耗和环境污染都来源于生产制造阶段。因此，提升我国产业微笑曲线的等级和层次，在产品开发全生命周期实施创新设计战略，建立健全产品服务平台是必由之路。 图1-1 产业微笑曲线 1.3 创新是每个人的能力 创造性是每个人所普遍具有的潜能。人文主义心理学家马斯洛指出，“它极可能是一种每一个人都有的遗传素质。它是一种共同的和普遍的东西。在所有健康儿童中肯定都会发现它的存在”。但是，作为一种潜在的可能，在现实的人身上“它确实会丧失，或被掩盖，或被歪曲，或被抑制，或受到任何可能的阻碍”。 研究表明，在个体智商(IQ)达到一般水平后，智力对创造力的影响就很小。因此，当个体具备设计人员的基本能力时，智力和创造力之间就没有关系了。*新的研究也表明，东亚地区的人的平均IQ测试值高于美国和亚洲其他地区的白种人，但是很明显，东亚地区的人并不具有更好的创造性。是什么原因造成这种局面呢?惯性思维定势和缺乏有效的创新方法是其中的重要原因。 2003年，美国工业设计师协会金奖授予了"荷兰男孩"旋转倾倒系统，如图1-2所示，表彰他一百多年来**次对金属油漆桶进行了有效改造，改变了大家对油漆桶使用的思维定势。"荷兰男孩"油漆桶与原油漆桶相比很容易倾倒、关闭和循环利用，其改变仅仅是开了一个导流口以便在倾倒时不再把桶弄脏，同时做了一个螺丝口的盖子，再附上一个简单的把手。 又如，一种药片破损形状检查装置的改进问题，如图1-3所示，其目的是将有破损的药片剔除出去。传统设计人员多会从检测系统本身出发进行考虑和改进，如增加员工岗位进行手工检测，或者通过开发一套检测剔除系统等。这些方法虽然也能有效解决这个问题，但显然不是好的方案。有个设计人员从药片自身的属性出发进行思考，通过将水平推出的药片竖立推出，利用完整药片和破损药片滚动速度不同导致的动能属性不同，将传送带稍微向后撤离合适距离，则完整的药片将顺利落在传送带上，而破损的药片将因动能不足而落入回收桶中。该方法相比传统的解决方案，不仅节省了人力，而且不需引人复杂的设备系统。创造性思维和科学的创新方法往往可以使问题解决得到事半功倍的效果。 以上两个事例的创新过程都不难，但却需要创造性的思维方法。钱学森曾对思维科学作出过界定“思维科学就只有三部分:逻辑思维，微观法；形象思维，宏观法；创造思维，微观与宏观的结合。创造思维才是智慧的源泉；逻辑思维与形象思维都是手段。”创新具有科技特征、艺术特征和经济性质，因此仅仅利用逻辑思维的方法，或利用现有的经验和知识对创新来说是不利的。本书将面向产品创新设计过程，从创造性思维的产生、各类创新方法的分类与应用、发明问题解决理论、创新工具的开发与实现、创新设计资源的组织与管理、创新过程的质量控制等多个方面对科学思维、科学方法、科学工具和工程创新过程进行系统化阐述。 图1-3 传统药片形状检查方法与改进后的方法 1.4 小结 创新具有多个侧面，有的是因为它提高了工作效率或者巩固了企业的竞争地位，有的是因为它改善了人们的生活质量。创新不一定是出现全新的东西，旧的东西以新的形式出现或者与新的方式结合也是创新。总之，创新是解决新问题、进行新组合、发现新思想和发展新理论的过程。另外，创新也是可以通过学习实现的，每个人都有巨大的创新潜力，通过本书系统的讲解和训练，可以挖掘和提高人的创新能力，每个人都可以学会创新技能。 第2章 产品设计 2.1 概述 在全球化的环境下，企业之间的竞争日益加剧，在产品开发中任何一个环节稍有落后，都可能被竞争者超越，甚至被淘汰出局。企业如何才能以"更低的成本、更短的时间、更高的质量"进行产品开发呢?这正是我们对产品设计进行研究的目的所在。 对于从事产品开发的主体——设计师而言，为避免产品缺陷，就必须了解并使用现代产品实际开发的许多具体于段。同时，设计师还要了解新技术对市场竞争和产品发展趋势的影响，设计出具有良好功能、高质量的产品。这些目标以及相关的方法已经成为设计师确保公司产品在市场上占据领先地位的有力竞争武器。本章将从产品设计概念、原则、类型等方面针对产品设计本身进行论述，使读者对整个产品设计过程及其实现有一个系统性的认识。 2.2 设计与产品设计 2.2.1 什么是设计 设计(design)一词源于拉丁语，由动词“designare”演变而来，其原意为“determine”(决定)。它与技术、工程等的含义不同，设计包含创造、计划和美学意义上的探索，属于人类创造性活动的基本范畴。 设计作为一种活动，从历史上看，可以说和人类的历史一样古老。为了生存，人类不断地对自然进行改造，因此早在石器时代人类就已经开始了设计活动。数千年来，人类创造了辉煌灿烂的文化，无论是上古时代的石刀、石斧等工具，还是当今征服自然的人造卫星、宇宙飞船；从人类幼稚的设计动机，到有计划、有步骤地开发宇窗奥秘的宏图大略；由古代到现代，由低级到高级，由简单到复杂，由狭窄到广阔，设计始终贯穿其中。也就是说，人类在认识世界、改造世界的过程中，无论是物质财富的创造，还是精神财富的创造，都离不开设计。因此，人们生存与生活的世界，应该是自然世界与人造世界的共同体。正如美国著名管理学家，1978年诺贝尔经济学奖获得者西蒙所说“我们生活着的这个世界，是由大自然‘设计'的事物和人类设计的事物共同组成，是一个复杂的混合体。”人类自存在以来，就一直生活在这样一个“混合体”里。这个"混合体"也在不断地发生变化，即由于设计领域的不断拓宽，人造世界的成分越来越多，也就使当代人几乎生活在一个人造的世界里。 设计是人类在有限的时空范围内，在特定的物质条件下，为了满足一定的需求而进行的一种有意识、有目的的创造性思维实践活动。在这一活动中，体现了人的聪明、智慧、才能和创造精神，以及追求新生活的理想、情感和愿望。 设计是一个决策过程。美国工程与技术认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET)在其教学大纲中就将设计正式定义为:为满足目标需求而创造某种系统、部件或方法的过程。它是通过把可确定的设计任务书转化为技术系统的具体表述，以寻找使所有相互矛盾因素和关系在一个多维化状态下协调起来的方法，并在有限的时空范围内，在特定的物质条件下，为满足一定的需求而进行的一种创新思维活动的实践过程。 广义的设计可看做一种文化活动，它已突破了物质生产领域而成为社会文化的一个重要组成部分。它不仅指一般意义上的工程技术与产品开发设计，更可以理解为人类自觉把握、遵循客观规律，并根据人类社会的需要以及社会结构、机制发展的趋势，依照一定的目的，做出有益于人类生产与生活的设想、规划，并付诸实施的综合性的创造性实践活动。这一范畴不仅包含任何社会硬件与软件的设计，如设计一个组织机构、一项城市交通规划、一个社会教育体制或一个生态平衡模式等；而且也包括物质方面的设计，如一系列生活资料、生产工具的设计等，涉及自然科学和社会科学等更宽泛的领域。因此，从*为广泛的意义上来说，人类