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《現代制造技術與裝備雜志》2015年第一期

1認知與創新

1.1產品創新設計的創造性思維通過對認知過程進行全方面的研究，發現人類的認知存在著先天的局限性[2]，即：在信息不夠充足時，認知就會變得有限，甚至會出現錯誤。因此，有目的的去擴充認知通道的數量，拓寬其寬度，去刻意的激勵認知過程，可以更好的幫助產生創造性思維。創造性思維主要產生于人類思維的認知階段，通過結合經驗知識，能夠有效的提高產品設計的創造力。為了有效地在產品創新設計過程中使用創造性思維方法，必須將基于認知科學的創造性思維方法和以工程技術發展規律為基礎的發明問題解決方法相組合，利用一些輔助的思維方式，幫助設計者打破思維定勢，激發直覺思維、形象思維及橫向思維。

1.2產品創新設計過程創新設計過程有四個關鍵的認知行為，即分析、產生、組成、評價?；谏鲜稣J知過程模型，結合設計方法、創造性方法及信息技術建立一個產品創新設計的過程。規范問題的求解途徑，形成具體的設計方案，對設計者的創新設計活動具有一定的指導意義。而在目前存在的諸多創新設計理論和方法中，最有效的當屬TRIZ理論。它可以有效地打破設計者的思維定勢，擴展創新性思維能力，為設計人員提供有效的途徑來獲得問題的創新性解決辦法。

2基于認知激勵解決問題的方法

雖然TRIZ所給出的發明原理和效應是解決問題所應遵循的一般規律，它成為TRIZ解決工程領域不同技術矛盾的關鍵。但是它所給出的具體事例，難以有效獲得領域解，并不能真正給人類指出設計的方向。通過對認知的研究，發現造成這種問題的原因是：并不是創新方法中所給出的所有信息和知識都有利于設計者的理解。成功的理解需要從這些信息及知識中選取有用的信息，并淘汰忽視那些并無用處卻對信息的理解產生負面影響的信息。這時，工作記憶的抑制機制和選擇性注意就發揮了其重要的作用。設計者只有具備了有效的抑制機制，并通過選擇性注意有選擇的進行信息的加工，才能夠對信息正確的理解，從而獲得有效的解決方案。

3TRIZ解決問題的認知過程

3.1工作記憶同中心模型目前對于工作記憶以及選擇性注意的還沒有一個明確的定義，但從多觀點中可以總結出工作記憶和選擇性注意是兩個關鍵的認知概念。工作記憶是一種系統或機制被應用于認知加工過程中，對完成加工任務所需要的信息進行保持。而選擇性注意則是對內外復雜的環境中的信息有選擇的進行加工，并同時淘汰忽視其它無用信息的認知過程。存儲與加工之間的關系是一個重要問題，同中心模型將兩者聯系在一起，并依據其與當前認知任務的關系，把工作記憶的信息內容分為3個功能區域：注意焦點、直接存取區、長時記憶激活部分。如圖1所示。

3.2TRIZ解決問題的認知過程在用TRIZ解決問題的過程中，無論是問題的提取、定義、分析，還是方案的產生、評價，都是一個復雜的認知過程。根據工作記憶的同中心模型所示，注意焦點內的信息為當前認知任務的直接指向，其可存取性最高，但是此區域每次只能加工保持1個信息項目；直接存取區內的信息為當前認知任務的備選集，也可直接存取，此區域每次約能同時加工保持4個信息項目，但是它們之間存在著影響和干擾。而TRIZ的優勢正體現在這里，它可以幫助消除影響與干擾，實現信息項目從直接存取區到注意焦點的轉移，快速完成注意焦點的轉換。我們所掌握的所有信息，都受到注意焦點的限制，并不是所有的信息都能受到重視，只有在注意焦點中的信息才能被意識到并提取出來。因此在產品創新設計問題中，對需要分析對象的選擇和提取正是由選擇性注意來實現的。從同中心模型來看，存儲和加工之間的關系由選擇性注意機制來調節。首先面對具體問題，TRIZ提供可用的工具幫助分析，將領域問題轉化為標準問題。TRIZ再次幫助從發明原理、效應集等工具中搜尋可用的信息進行加工，得到通用解。對通用解及相關事例的選擇性提取與加工，再從工作記憶中選擇性提取可用的資源，獲得最終的解決方案。整個TRIZ解決問題的認知過程如圖2所示。

4應用實例

4.1問題描述游梁式采油機是目前應用較為廣泛的有桿抽油設備，其結構簡單，可靠性高，并適宜于在全天候狀態下工作。其中鋼絲繩的上部嵌在驢頭上，下部懸掛懸繩器，連接驢頭與抽油桿，并將抽油機的動力傳遞給井下的深井泵，它是一種韌性連接。如圖3所示。鋼絲繩受野外工作環境的影響，極易出現銹蝕或斷裂，嚴重影響抽油機的正常工作。而且，工作現場并沒有專門的維護工具，多年來應用的傳統鋼絲繩維護方式是人工涂抹黃油，但是高空作業不利于保證工人的人身安全，且長時間的停井會引起井下作業條件惡化。因此，鋼絲繩的及時保養成為保證游梁式采油機高效工作的重要問題。

4.2解決過程通過上述的表述，首先來定義問題，找到問題的關鍵，將問題轉化標準問題。對于這個問題，通過對描述的閱讀，對有利信息的選擇性提取，得出鋼絲繩的及時潤滑成為解決問題的關鍵。既然找到問題，接下來通過TRIZ所提供的工具來分析問題。分析現有的解決方案，發現常用的人工抹油的潤滑方式存在人身安全隱患，且費時費力。它可以選擇沖突矩陣中的兩個工程參數來描述問題。分別是：No.33操作流程的方便性和No.30作用于物體的有害因素。沖突矩陣推薦的發明原理有：分離（抽?。⒆苑铡C械系統代替和惰性環境。通過進一步的選擇、提取與分析，自服務為問題的解決提供了有效的啟示。如果抽油機在運行中能夠自我完成鋼絲繩的潤滑功能，是比較理想的。再通過對TRIZ中資源進行分析提取，發現超系統中存在的重力場和技術系統中游梁的周期性運動功能是實現抽油機自服務潤滑的關鍵資源。解決過程如圖4所示。

4.3解決方案在驢頭的上方安一個潤滑油容器，并調節好它的位置以及潤滑油油滴的速度，在游梁運動的一個周期內，驢頭處于最低點時，鋼絲繩處于豎直位置，油滴在重力場的作用下，便可順著鋼絲繩流至低端，完成整個鋼絲繩的潤滑。系統自身的周期性運動，實現了潤滑的節奏控制。

5結論

認知科學是跨學科研究心智和智能的本質及規律的新興科學，工作記憶和選擇性注意是兩個關鍵的認知概念，在產品創新過程中存在著大量的認知活動。為了有效地在產品創新設計中獲得創造性的思維，必須有機組合創造性思維方法和發明問題求解方法，激發設計人員的思維，快速實現產品的創新設計。

作者：蘇喚喚 張國富 單位：濰坊學院 機電與車輛工程學院 山東工業技師學院