认知过程的创新方法研究范文

《现代制造技术与装备杂志》2015年第一期

1认知与创新

1.1产品创新设计的创造性思维通过对认知过程进行全方面的研究，发现人类的认知存在着先天的局限性[2]，即：在信息不够充足时，认知就会变得有限，甚至会出现错误。因此，有目的的去扩充认知通道的数量，拓宽其宽度，去刻意的激励认知过程，可以更好的帮助产生创造性思维。创造性思维主要产生于人类思维的认知阶段，通过结合经验知识，能够有效的提高产品设计的创造力。为了有效地在产品创新设计过程中使用创造性思维方法，必须将基于认知科学的创造性思维方法和以工程技术发展规律为基础的发明问题解决方法相组合，利用一些辅助的思维方式，帮助设计者打破思维定势，激发直觉思维、形象思维及横向思维。

1.2产品创新设计过程创新设计过程有四个关键的认知行为，即分析、产生、组成、评价。基于上述认知过程模型，结合设计方法、创造性方法及信息技术建立一个产品创新设计的过程。规范问题的求解途径，形成具体的设计方案，对设计者的创新设计活动具有一定的指导意义。而在目前存在的诸多创新设计理论和方法中，最有效的当属TRIZ理论。它可以有效地打破设计者的思维定势，扩展创新性思维能力，为设计人员提供有效的途径来获得问题的创新性解决办法。

2基于认知激励解决问题的方法

虽然TRIZ所给出的发明原理和效应是解决问题所应遵循的一般规律，它成为TRIZ解决工程领域不同技术矛盾的关键。但是它所给出的具体事例，难以有效获得领域解，并不能真正给人类指出设计的方向。通过对认知的研究，发现造成这种问题的原因是：并不是创新方法中所给出的所有信息和知识都有利于设计者的理解。成功的理解需要从这些信息及知识中选取有用的信息，并淘汰忽视那些并无用处却对信息的理解产生负面影响的信息。这时，工作记忆的抑制机制和选择性注意就发挥了其重要的作用。设计者只有具备了有效的抑制机制，并通过选择性注意有选择的进行信息的加工，才能够对信息正确的理解，从而获得有效的解决方案。

3TRIZ解决问题的认知过程

3.1工作记忆同中心模型目前对于工作记忆以及选择性注意的还没有一个明确的定义，但从多观点中可以总结出工作记忆和选择性注意是两个关键的认知概念。工作记忆是一种系统或机制被应用于认知加工过程中，对完成加工任务所需要的信息进行保持。而选择性注意则是对内外复杂的环境中的信息有选择的进行加工，并同时淘汰忽视其它无用信息的认知过程。存储与加工之间的关系是一个重要问题，同中心模型将两者联系在一起，并依据其与当前认知任务的关系，把工作记忆的信息内容分为3个功能区域：注意焦点、直接存取区、长时记忆激活部分。如图1所示。

3.2TRIZ解决问题的认知过程在用TRIZ解决问题的过程中，无论是问题的提取、定义、分析，还是方案的产生、评价，都是一个复杂的认知过程。根据工作记忆的同中心模型所示，注意焦点内的信息为当前认知任务的直接指向，其可存取性最高，但是此区域每次只能加工保持1个信息项目；直接存取区内的信息为当前认知任务的备选集，也可直接存取，此区域每次约能同时加工保持4个信息项目，但是它们之间存在着影响和干扰。而TRIZ的优势正体现在这里，它可以帮助消除影响与干扰，实现信息项目从直接存取区到注意焦点的转移，快速完成注意焦点的转换。我们所掌握的所有信息，都受到注意焦点的限制，并不是所有的信息都能受到重视，只有在注意焦点中的信息才能被意识到并提取出来。因此在产品创新设计问题中，对需要分析对象的选择和提取正是由选择性注意来实现的。从同中心模型来看，存储和加工之间的关系由选择性注意机制来调节。首先面对具体问题，TRIZ提供可用的工具帮助分析，将领域问题转化为标准问题。TRIZ再次帮助从发明原理、效应集等工具中搜寻可用的信息进行加工，得到通用解。对通用解及相关事例的选择性提取与加工，再从工作记忆中选择性提取可用的资源，获得最终的解决方案。整个TRIZ解决问题的认知过程如图2所示。

4应用实例

4.1问题描述游梁式采油机是目前应用较为广泛的有杆抽油设备，其结构简单，可靠性高，并适宜于在全天候状态下工作。其中钢丝绳的上部嵌在驴头上，下部悬挂悬绳器，连接驴头与抽油杆，并将抽油机的动力传递给井下的深井泵，它是一种韧性连接。如图3所示。钢丝绳受野外工作环境的影响，极易出现锈蚀或断裂，严重影响抽油机的正常工作。而且，工作现场并没有专门的维护工具，多年来应用的传统钢丝绳维护方式是人工涂抹黄油，但是高空作业不利于保证工人的人身安全，且长时间的停井会引起井下作业条件恶化。因此，钢丝绳的及时保养成为保证游梁式采油机高效工作的重要问题。

4.2解决过程通过上述的表述，首先来定义问题，找到问题的关键，将问题转化标准问题。对于这个问题，通过对描述的阅读，对有利信息的选择性提取，得出钢丝绳的及时润滑成为解决问题的关键。既然找到问题，接下来通过TRIZ所提供的工具来分析问题。分析现有的解决方案，发现常用的人工抹油的润滑方式存在人身安全隐患，且费时费力。它可以选择冲突矩阵中的两个工程参数来描述问题。分别是：No.33操作流程的方便性和No.30作用于物体的有害因素。冲突矩阵推荐的发明原理有：分离（抽取）、自服务、机械系统代替和惰性环境。通过进一步的选择、提取与分析，自服务为问题的解决提供了有效的启示。如果抽油机在运行中能够自我完成钢丝绳的润滑功能，是比较理想的。再通过对TRIZ中资源进行分析提取，发现超系统中存在的重力场和技术系统中游梁的周期性运动功能是实现抽油机自服务润滑的关键资源。解决过程如图4所示。

4.3解决方案在驴头的上方安一个润滑油容器，并调节好它的位置以及润滑油油滴的速度，在游梁运动的一个周期内，驴头处于最低点时，钢丝绳处于竖直位置，油滴在重力场的作用下，便可顺着钢丝绳流至低端，完成整个钢丝绳的润滑。系统自身的周期性运动，实现了润滑的节奏控制。

5结论

认知科学是跨学科研究心智和智能的本质及规律的新兴科学，工作记忆和选择性注意是两个关键的认知概念，在产品创新过程中存在着大量的认知活动。为了有效地在产品创新设计中获得创造性的思维，必须有机组合创造性思维方法和发明问题求解方法，激发设计人员的思维，快速实现产品的创新设计。

作者：苏唤唤 张国富 单位：潍坊学院 机电与车辆工程学院 山东工业技师学院