18、计算机辅助创新与工程分析的协同框架

计算机辅助创新与工程分析的协同框架

1. 创新管理与计算机辅助创新概述

创新是企业成功的关键驱动力之一。有观点认为，创新是成功引入新事物或新方法，是知识在原创、相关且有价值的新产品、流程或服务中的体现、组合或综合。创新对于组织至关重要，没有创新，组织不仅无法成长，还会不可避免地走向衰落。

计算机辅助设计（CAD）在工程师、建筑师和设计师中已广为人知且备受推崇。而计算机辅助创新（CAI）则是一种相对较新的获取市场优势的方式。创新可能因多种原因失败，常见的文化基础设施方面的障碍包括：
- 领导力不足
- 组织不善
- 沟通不畅
- 授权不足
- 知识管理不佳

创新过程中的失败因素有：
- 目标定义不明确
- 行动与目标不一致
- 团队参与度低
- 结果监控不力
- 信息沟通和获取困难

CAI并非简单地在创新过程中使用个人计算机，也不是单纯使用计算机辅助TRIZ工具或其他模型，而是目标导向地采用先进的信息和通信方法与工具，其主要功能集中在集成、虚拟化以及跨学科、多规模和多文化的团队协作上，以避免或克服上述创新障碍。

2. 知识管理平台

2.1 平台概念

基于Web的知识管理平台旨在促进协作并执行特定的知识管理任务。该平台应支持不同类型组织（如团队、部门或组织间网络）内部和之间的知识共享与沟通，推动组织成员积极进行知识管理，以开发新想法、记录现有知识并整合创新过程的各个方面。

一个理想的平台基于三个核心概念：文档管理、组织管理和协作管理，这三个概念构成了整体知识管理方法和现代创新管理的基础。具体如下：
|概念|描述|
| ---- | ---- |
|组织管理|与流程、人员、角色和正式组织相关，平台支持映射组织和知识管理流程|
|文档管理|涉及结构、文档、数据和分类，旨在构建知识组件，捕获编码知识以及隐性经验、能力和网络|
|协作管理|与实践社区、个人动机和群件相关，支持在专业实践社区内开发和共享知识与新想法|

2.2 任务驱动视图

在组织的创新管理任务中，上述三个概念可以组合成不同的方法。例如，在两种方法中，为了加强协作维度，文档管理被降至最低，而组织参数的特点有所不同。

2.3 平台功能

该平台应支持内部和外部沟通、知识虚拟化、决策过程可视化以及团队协作能力。具体功能如下：
- 知识和经验文档管理 ：
- 灵活的模板以捕获知识组件
- 软件系统集成
- 按社区和分类法进行分类
- 包括附件、元数据和时间框架的全文搜索
- 流程和知识组织管理 ：
- 创新和知识流程建模
- 用户权限和角色分配
- 基于流程的文档验证
- 知识社区协作管理 ：
- 基于社区的文档管理
- 可单独配置的工作流管理
- 支持分布式团队和站点
- 协作桌面

2.4 创新管理版

通用平台通常会提供专业版本以满足不同环境和方法的需求。创新管理版支持整个创意管理过程，从创意生成、评估到文档记录，通过高度灵活的工作流涵盖所有人员、流程和组织层面。它具有以下功能：
- 支持团队协作，提供可互换的语言文件
- 支持创意生成和贡献
- 协作工作流促进创意的发展和丰富
- 保证组织成员的匿名性
- 详细的评级和评估筛选出有潜力的创意
- 提供系统分析、统计和报告，为管理层和其他利益相关者提供详细信息

3. 产品生命周期管理（PLM）

知识在创新管理的利润实现中是重要因素。追求产品“率先上市”的公司能够在PLM的初始阶段实现利润。PLM是一种使公司能够更快地将更好的产品推向市场并为客户提供更好支持的策略，应融入公司的整体增值过程。

组织学习和知识管理存在三个层面：个人、团队和组织。知识管理平台促进了这些层面之间的知识共享，包括前馈和反馈过程。前馈知识共享在许多组织中已经建立，而反馈知识共享同样重要，因为开发团队获得的新解决方案或知识可以反馈给管理层、销售和支持部门。

产品的不同状态相互关联，组织需要整合不同利益相关者，收集他们的知识、想法和成功创新。基于计算机的工具结合组织、文档和协作任务是一种成功的方法，可以根据组织需求进行灵活调整。

下面是一个简单的mermaid流程图，展示知识管理平台的核心流程：

graph LR
    A[开发知识] --> B[捕获知识]
    B --> C[共享知识]
    C --> D[保存知识]
    D --> E[应用知识]
    E --> F[评估知识]

4. 计算机辅助工程中的协同分析框架

4.1 CAE与协同分析背景

计算机辅助工程（CAE）在许多工程领域是常见的分析方法，具有成本效益、时间效率和提高工作能力等优势。对于大型CAE工作，将对象划分为多个分区，分配给不同专业领域的专家进行分析，然后统一整合，这种分布式分析任务被称为协同分析。

4.2 分布式分析文件库

协同分析中的分区文件分布到各个专家或专家的本地存储子系统中。分布式文件库采用点对点方式构建，与从中央文件库演变而来的其他分布式文件库不同，它没有复制文件，也不需要进行文件状态更改操作（如签入/签出或发布/废弃）。文件所有者只能在其本地存储中创建、修改和删除文件，远程工作者可以访问缓存文件，但登出后缓存文件将被删除。

文件库有一个服务点用于存储元数据，但没有专门的文件存储服务器。原始文件仅存于所有者的本地存储中，这种文件位置的设置是出于保护专家知识的考虑，有助于专家在隐藏知识的情况下发挥创新作用。

协同分析通过更改与分区相关的文件状态来进行。一个分区的分析完成后，文件会显示给其他远程工作者，标记为“待检查”。当相关分区的分析文件都显示“待检查”时，协作工作者会结合相关分区的文件进行更大规模的分析，并报告结果。只有当所有相关分区的结果都通过时，文件状态才会变为“通过”，所有相关分区的文件状态都变为“通过”后，这些文件将被标记为“批准”。

4.3 对象分区与统一

在协同分析中，将对象划分为多个分区进行分析，然后再统一成整个对象。分区可能会在某些功能块上重叠，例如结构分析和疲劳分析的分区可能会在同一功能块上有交集。当所有分区的结构分析或疲劳分析都通过后，会分别统一成一个总视图。由于不同分区之间可能存在相互影响，可能需要进行跨领域分析，并根据分析结果调整标准，进行进一步的分析。

4.4 协同分析过程

批准分区的分析结果将被收集并统一成对象。在分析过程中，需要适当规定参数条件，这一条件在划分对象时由领导者和工作者确定。分析的源数据（如CAD文件）可以通过数据库传递，输入数据由源数据创建并存储在工作者的本地存储中，而输出数据不一定存储在数据库中。由于初始规定的标准可能不合适，划分、协同分析和统一的过程可能会重复多次。

下面是一个mermaid流程图，展示协同分析的主要流程：

graph LR
    A[划分对象为分区] --> B[各分区分析]
    B --> C{结果是否通过}
    C -- 是 --> D[统一分区结果]
    C -- 否 --> B
    D --> E{是否需要跨领域分析}
    E -- 是 --> F[跨领域分析并调整标准]
    F --> B
    E -- 否 --> G[完成分析]

通过协同分析，有望开发出高质量的产品。随着该框架的发展实现知识管理，用户不仅可以获得更好的产品，还可能衍生出创新技术。在构建和升级协同分析系统的过程中，系统将朝着解决协同CAE中出现的问题的虚拟工程系统方向发展。

5. 未来趋势

5.1 知识外部化与信息复用

在当前的创新管理中，通常只有个别工程师、开发者或决策者清楚某个潜在解决方案被采纳或放弃的原因，而且对产品生命周期的整体了解往往局限于参与特定项目的人员。目前，信息和知识的复用主要依赖于员工之间的非正式网络和沟通。

未来，面向未来的应用程序的目标是将这些知识和相关信息外部化，让更多人能够获取和利用。同时，需要使用特定的工具和方法，实现信息在整个产品生命周期管理（PLM）过程中的有效复用。

5.2 创新过程优化

优化创新实施过程和创新节奏是战略目标。在产品开发过程中，应借助通用工程系统提高创新质量。创新需要进行正式和系统的描述，并且能够衡量其成熟度，这有助于提高创新质量并降低总体成本。

为了实现系统的创新过程和满足相关要求，需要制定适当的方法和策略。这些方法和策略应注重集成风险管理，以便在开发早期识别产品和过程风险，并制定预防性质量策略和措施。此外，还需要建立专门的创新成熟度模型，并对静态和动态过程参数进行综合测量，以控制创新过程。同时，要收集用于在创新实施过程中根据质量关口验证创新的方法。

5.3 应对创新管理的复杂性

当前，开放式创新等趋势以及对协作需求的不断增加，给创新管理带来了更多的不确定性因素，决策过程变得越来越复杂。因此，需要为企业找到易于应用的评估方法，并根据企业的实际情况进行调整。

以下是未来趋势相关要点的列表总结：
- 知识外部化，提高信息复用率
- 优化创新过程，提高创新质量和可衡量性
- 建立风险管理和评估方法，应对创新管理复杂性

6. 结论

创新是一个需要特定工具、规则和纪律的管理过程。理想的基于Web的平台为组织提供了易于使用的工具，可根据具体需求实现创意或创新管理解决方案，甚至可以在整个产品生命周期管理过程中发挥作用。这些必要的规则集成在应用程序中，成为其核心部分，而软件中的特殊功能则有助于维持纪律。

然而，组织中的人员才是使系统运转的关键。因此，在部署计算机辅助创新系统（尤其是用于整个产品生命周期管理的系统）时，不仅要结合方法和理论，还应尽早让员工和合作伙伴参与进来。

下面是一个表格，对比计算机辅助创新（CAI）和计算机辅助工程（CAE）协同分析的特点：
|特点|计算机辅助创新（CAI）|计算机辅助工程（CAE）协同分析|
| ---- | ---- | ---- |
|核心目标|促进创新，克服创新障碍|提高大型CAE工作分析质量|
|主要方法|采用先进信息和通信工具，强调团队协作|划分对象为分区，进行分布式分析和统一|
|关键功能|知识管理、团队协作、决策支持|文件管理、分区分析、跨领域协作|
|适用场景|企业创新管理、产品生命周期管理|工程领域大型分析任务|

最后，用一个mermaid流程图展示从部署计算机辅助创新系统到实现创新成果的过程：

graph LR
    A[部署系统] --> B[人员参与]
    B --> C[知识共享与协作]
    C --> D[创新过程优化]
    D --> E[创新成果产出]

通过以上对计算机辅助创新和计算机辅助工程协同分析的探讨，我们可以看到这些技术和方法在推动企业创新和提高工程分析质量方面具有重要作用。随着技术的不断发展和应用的深入，它们将为企业带来更多的机遇和竞争优势。