認(rèn)知過程的創(chuàng)新方法研究范文

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《現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備雜志》2015年第一期

1認(rèn)知與創(chuàng)新

1.1產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的創(chuàng)造性思維通過對認(rèn)知過程進行全方面的研究，發(fā)現(xiàn)人類的認(rèn)知存在著先天的局限性[2]，即：在信息不夠充足時，認(rèn)知就會變得有限，甚至?xí)霈F(xiàn)錯誤。因此，有目的的去擴充認(rèn)知通道的數(shù)量，拓寬其寬度，去刻意的激勵認(rèn)知過程，可以更好的幫助產(chǎn)生創(chuàng)造性思維。創(chuàng)造性思維主要產(chǎn)生于人類思維的認(rèn)知階段，通過結(jié)合經(jīng)驗知識，能夠有效的提高產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)造力。為了有效地在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中使用創(chuàng)造性思維方法，必須將基于認(rèn)知科學(xué)的創(chuàng)造性思維方法和以工程技術(shù)發(fā)展規(guī)律為基礎(chǔ)的發(fā)明問題解決方法相組合，利用一些輔助的思維方式，幫助設(shè)計者打破思維定勢，激發(fā)直覺思維、形象思維及橫向思維。

1.2產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程創(chuàng)新設(shè)計過程有四個關(guān)鍵的認(rèn)知行為，即分析、產(chǎn)生、組成、評價。基于上述認(rèn)知過程模型，結(jié)合設(shè)計方法、創(chuàng)造性方法及信息技術(shù)建立一個產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的過程。規(guī)范問題的求解途徑，形成具體的設(shè)計方案，對設(shè)計者的創(chuàng)新設(shè)計活動具有一定的指導(dǎo)意義。而在目前存在的諸多創(chuàng)新設(shè)計理論和方法中，最有效的當(dāng)屬TRIZ理論。它可以有效地打破設(shè)計者的思維定勢，擴展創(chuàng)新性思維能力，為設(shè)計人員提供有效的途徑來獲得問題的創(chuàng)新性解決辦法。

2基于認(rèn)知激勵解決問題的方法

雖然TRIZ所給出的發(fā)明原理和效應(yīng)是解決問題所應(yīng)遵循的一般規(guī)律，它成為TRIZ解決工程領(lǐng)域不同技術(shù)矛盾的關(guān)鍵。但是它所給出的具體事例，難以有效獲得領(lǐng)域解，并不能真正給人類指出設(shè)計的方向。通過對認(rèn)知的研究，發(fā)現(xiàn)造成這種問題的原因是：并不是創(chuàng)新方法中所給出的所有信息和知識都有利于設(shè)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(chǎn)生負(fù)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(fā)揮了其重要的作用。設(shè)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?qū)π畔⒄_的理解，從而獲得有效的解決方案。

3TRIZ解決問題的認(rèn)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(jié)出工作記憶和選擇性注意是兩個關(guān)鍵的認(rèn)知概念。工作記憶是一種系統(tǒng)或機制被應(yīng)用于認(rèn)知加工過程中，對完成加工任務(wù)所需要的信息進行保持。而選擇性注意則是對內(nèi)外復(fù)雜的環(huán)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(rèn)知過程。存儲與加工之間的關(guān)系是一個重要問題，同中心模型將兩者聯(lián)系在一起，并依據(jù)其與當(dāng)前認(rèn)知任務(wù)的關(guān)系，把工作記憶的信息內(nèi)容分為3個功能區(qū)域：注意焦點、直接存取區(qū)、長時記憶激活部分。如圖1所示。

3.2TRIZ解決問題的認(rèn)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(chǎn)生、評價，都是一個復(fù)雜的認(rèn)知過程。根據(jù)工作記憶的同中心模型所示，注意焦點內(nèi)的信息為當(dāng)前認(rèn)知任務(wù)的直接指向，其可存取性最高，但是此區(qū)域每次只能加工保持1個信息項目；直接存取區(qū)內(nèi)的信息為當(dāng)前認(rèn)知任務(wù)的備選集，也可直接存取，此區(qū)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(yōu)勢正體現(xiàn)在這里，它可以幫助消除影響與干擾，實現(xiàn)信息項目從直接存取區(qū)到注意焦點的轉(zhuǎn)移，快速完成注意焦點的轉(zhuǎn)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(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)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(xiàn)的。從同中心模型來看，存儲和加工之間的關(guān)系由選擇性注意機制來調(diào)節(jié)。首先面對具體問題，TRIZ提供可用的工具幫助分析，將領(lǐng)域問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)問題。TRIZ再次幫助從發(fā)明原理、效應(yīng)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(guān)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(rèn)知過程如圖2所示。

4應(yīng)用實例

4.1問題描述游梁式采油機是目前應(yīng)用較為廣泛的有桿抽油設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，并適宜于在全天候狀態(tài)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(huán)境的影響，極易出現(xiàn)銹蝕或斷裂，嚴(yán)重影響抽油機的正常工作。而且，工作現(xiàn)場并沒有專門的維護工具，多年來應(yīng)用的傳統(tǒng)鋼絲繩維護方式是人工涂抹黃油，但是高空作業(yè)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(yè)條件惡化。因此，鋼絲繩的及時保養(yǎng)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(guān)鍵，將問題轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(xiàn)有的解決方案，發(fā)現(xiàn)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(shù)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(fā)明原理有：分離（抽取）、自服務(wù)、機械系統(tǒng)代替和惰性環(huán)境。通過進一步的選擇、提取與分析，自服務(wù)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(fā)現(xiàn)超系統(tǒng)中存在的重力場和技術(shù)系統(tǒng)中游梁的周期性運動功能是實現(xiàn)抽油機自服務(wù)潤滑的關(guān)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(diào)節(jié)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(nèi)，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(tǒng)自身的周期性運動，實現(xiàn)了潤滑的節(jié)奏控制。

5結(jié)論

認(rèn)知科學(xué)是跨學(xué)科研究心智和智能的本質(zhì)及規(guī)律的新興科學(xué)，工作記憶和選擇性注意是兩個關(guān)鍵的認(rèn)知概念，在產(chǎn)品創(chuàng)新過程中存在著大量的認(rèn)知活動。為了有效地在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中獲得創(chuàng)造性的思維，必須有機組合創(chuàng)造性思維方法和發(fā)明問題求解方法，激發(fā)設(shè)計人員的思維，快速實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。

作者：蘇喚喚 張國富 單位：濰坊學(xué)院 機電與車輛工程學(xué)院 山東工業(yè)技師學(xué)院