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企业技术创新方法的应用模型

 论文栏目:技术创新论文     更新时间:2014-4-24 16:11:35   

针对北京地区小企业和科研机构较多,它们对创新方法的学习和应用无法承担高成本的特点,本文构建一个基于技术创新流程的创新方法应用模型,这一应用模型有3个特点:一是按企业技术创新流程设计,企业人员更易接受和认同;二是标明创新流程各阶段常用的创新方法,具有非常强的直观性、简明性和应用性;三是使用该模型可以避免过多地学习预备知识和基础知识,可直接进入实际应用和操作阶段,大大降低企业人员的成本付出。总之,使用该创新方法应用模型,可以使企业人员在短时间内找到适合各流程的创新方法,从而提升技术创新效率。

1企业技术创新流程

由于该应用模型基于企业创新流程设计,本文首先对企业创新流程进行确定与分类。美籍奥地利经济学家约瑟夫•熊彼特(J.A.Schumpeter)在其著作《经济发展理论》(1912年)中指出,创新的主体是企业家,创新是企业行为。创新不等于发明,一种发明只有成功应用于经济活动时才能算是创新。创新者不是实验室的科学家,而是有胆识,敢于承担风险又有组织实干才能的企业家。一般认为企业技术创新过程应该包括创新构思产生、研究开发、技术管理与组织、工程设计与制造、用户参与、市场营销等一系列活动。在创新过程中,这些活动相互联系、相互衔接,形成循环交叉或并行的关系。学界对创新流程也有相关研究成果,主要体现为创新流程模型的构建。新产品开发及创新是一个复杂的过程,是敲开未知世界大门的钥匙。创新过程模型的建立基于创新的基本定律,可以解释管理创新流程中的过程、顺序、路径。(1)创新漏斗模型。近年来,创新漏斗(Innovationfunnel)(见图2)是应用较多的创新过程模型。该模型将创新分为模糊前端、新产品开发及商业化等3个阶段。(2)技术创新过程分段。张武城[3]在《技术创新方法概论》一书中提出产品技术创新的3个阶段,即制造前端、生产制造和制造后端(见图3),是从企业生产活动的视角对创新过程的一种阐述。(3)制造业“6+1”模型。郎咸平指出现代制造业可以用“6+1”模式涵盖其整条产业链(见图4)。产业链当中最有价值的部分为大物流环节,包括产品设计、原料采购、仓储运输、订单处理、批发和零售等6个环节,也就是“6+1”中的“6”。谁掌握了这6个环节,谁就掌握了定价权,而这6个环节往往掌控在发达国家手中。“6+1”中的“1”是制造环节。中国玩具业正是因为只掌握了“6+1”中的“1”,即“制造”环节,导致中国完全丧失定价权;而欧美通过定价控制了我国劳动密集型行业的毛利率。所以中国制造业,尤其是传统劳动密集型产业,越辛勤地制造,越使发达国家富裕。参考已有创新流程模型,本文将企业技术创新生产流程分为计划与概念开发、产品设计、测试改进、生产制造等4个阶段(见图5)。如果能够找到有效的方法推动这4个技术创新环节的顺利开展,将能够有效提升企业技术创新效率。

2创新方法应用模型构建

在梳理技术创新方法和工具的基础上,依据各创新流程的需求以及各创新方法的作用,构建基于企业创新流程的创新方法应用模型如下(见图6):该模型通过生产过程与不同类别创新方法一一对应,勾画出创新流程对应的创新方法,及其应用的可能性和效能。(1)在计划与概念开发阶段,一项重点工作是在制定技术创新战略和识别客户需求的基础上,确定产品研发方向,形成产品开发创新。通过有效用户需求分析、技术战略管理等创新方法为企业决策提供高效率的分析工具,辅助企业决策行为。(2)全流程管理方法覆盖创新流程各个阶段。该方法着眼于企业创新全流程的监控和统筹,确保企业生产每一个环节都在为企业创新活动及企业终极目标服务。因此全流程管理方法适用于企业创新的所有环节。(3)逻辑思维方法适用于全流程。现代技术研发的综合性、系统性和复杂性决定了系统中的问题不会都有最优解,在解决问题过程中会不断形成新的问题。面对任何一类创新问题,都要基于现存状况、逐层分析直到本质问题出现;在实践验证过程中对已有方法的可行性进行分类排序,并对问题解决的程度进行评估,将最优方案应用于系统中;在解决旧问题的过程中,对新问题进行提炼,进入下一个解决问题的循环。因此逻辑思维方法适用于创新各流程。(4)非逻辑思维方法重在对创新问题的思考和解决,在新产品研发初期具有重要作用。创造学方法是对创造性思维活动中成功经验的提炼和总结。创造学方法中的非逻辑思维方法能提升创造性活动的效率,在概念开发、产品设计、测试改进各阶段,可帮助企业高效解决问题。(5)基于创新规律的方法重在探寻技术系统规律,在此基础上找到符合技术系统进化方向的技术难题解决方案,使技术系统进化方向可预期;解决技术难题的方法系统化、可掌握;企业技术难题、技术创新问题的解决,有经验可循、有方法可依,极大地提升企业的技术创新效率。目前,技术难题解决方法的研究逐渐成为一门科学,对企业产品研发、设计和测试改进具有重要意义。(6)创新活动管理方法重在改进与提升常规生产制造活动的效率能够辅助提升创新活动的整体效率。

3验证:全浸液精密数控转台研制中创新方法应用

3.1技术研发背景

北京市电加工研究所主攻研究课题是难加工材料的复杂曲面零件制造问题,课题组通过自主创新,攻克了五轴联动精密数控电火花加工技术及装备关键技术,自主开发出五轴联动精密数控电火花加工系列机床,主要技术参数均达到或超过国际同类产品指标。在技术研发过程中,课题组首先应用TRIZ抽取/分离原理,将所要研制的电火花加工机床分割成6个独立技术系统:①五轴联动电火花加工数控;②难加工材料电火花加工;③高效精微脉冲电源及其控制;④电火花精密数控转轴;⑤全浸液精密数控转台;⑤复杂曲面零件五轴联动精密电火花加工工艺。下面以全浸液精密数控转台研制为例,介绍产品研制过程中技术创新方法的应用,以验证模型效果。

3.2全浸液精密数控转台研制中创新方法应用

3.2.1产品概念生成阶段创新方法应用

在概念生成阶段,课题组依据任务书规定,仔细研究了五轴联动电火花机床的各项考核指标,并对其中涉及专用全浸液数控转台的指标进行提取。在提取过程中,运用“客户心声法”,即聆听客户心声,收集确认客户需求,最终迎合和满足市场需要。通过提取和研究机床考核指标,课题组明确了课题目标、任务和要求。

3.2.2研发设计阶段创新方法运用

研发设计是产品设计的一个重要环节。在此阶段,课题组按照图7所示的流程完成了研制方案的制定。(1)信息收集。在方案调研环节,课题组运用信息收集方法,对国内外同类产品进行了调研,同时通过各种电子数据库搜集相关资料。通过信息收集和整理,课题组了解到目前先进机床主要采用的是力矩电机式数控转台,其结构简单、精度较高,代表了未来转台的发展趋势。根据调研得到的产品信息和实际操作人员的使用反馈,结合电加工所现有电火花加工设备的技术特点,课题组多次召开研讨会,最终确定转台研制方案。(2)运用类比分析和创意十二诀技法开展技术指标设计。国内外数控转台产品很多,课题组首先运用类比分析,对代表国际先进水平、具有广泛应用前景的瑞士3R、日本松本机械、德国JS等国际高端旋转轴附件进行解剖分析、检测及试验,为设计开发具有国际先进水平的全浸液数控转台提供技术指标参考。在降低成本并充分利用有效资源的指导思想下,课题组运用创意十二诀技法中的“加一加”、“学一学”理论,在电加工所现有的三轴、四轴联动机床结构的基础上,通过参考对比分析得出优势指标,设计与现有结构匹配的、增加高端设置又能够满足新要求的全浸液数控转台。(3)应用TRIZ40发明原理进行全浸液数控转台整体开发。全浸液数控转台开发是一个复杂庞大的系统,在制定研制方案的过程中,课题组应用TRIZ抽取/分离原理将需要解决的关键技术进行分解和抽取,将整体研制方案分解为4个相对容易的子难点,分别为:①转台结构设计;②回转工作台密封技术研发应用;③回转工作台高精度零件加工技术研发应用;④回转工作台可靠性技术研发应用。

3.2.3详细设计阶段创新方法运用

在此阶段,课题组着手转台机械结构设计。主要包括:转台采用的整体结构设计;高精度零件加工技术设计;转台密封技术开发。(1)转台整体结构设计中属性列举法应用。课题组成员在确定转台结构的过程中,集中列举了现有转台结构的优势特性,并比较优劣后作出最终选择。第一种:蜗轮蜗杆结构,可承载大型零件加工,具有较高的刚性,但其体积很大,传动效率低,蜗轮和蜗杆的精度制作要求很高。第二种:谐波减速器结构,结构体积小、传动效率高、传动精度高、间隙小,维护保养简单,但刚性较低,不耐冲击。第三种:全闭环力矩电机直接驱动结构,其机械设计简单,运动准确性高;应用力矩电机,对轴承偏摆精度要求小,但是大力矩、大半径的力矩电机很难保证偏摆精度。由于电火花加工属于非接触加工,没有切削力,对承载能力要求不高,专用数控转台只要能满足工件质量与动静态性能要求即可,因此最终选用力矩电机直接驱动结构的小型号(直径≥100mm)专用数控转台。(2)信息交合法(魔球理论)在转台设计中的应用。在转台设计过程中,课题组运用信息交合法思路,从以下5个方面对机床转台的设计进行了研讨:①有无类似的转台结构,原有结构与新设计转台结构在原理、结构、性能、制造工艺、材料、用途、价格、寿命和经济效益等方面是否有耦合或超越;②该结构被成功采用后,其经济价值和社会价值对企业的贡献如何;③完成结构革新需要涉及哪些知识和技术,哪些技术是关键性的;④产品设计完成后,根据国内生产加工水平,能否完成机床主机的加工制造;⑤研究确定产品开发的近期任务和长期计划。(3)转台密封技术中组合法应用。全浸液数控转台密封问题是方案中的关键问题,课题组成员利用组合创新方法,将基于气室加压静密封和多层复合动密封、磁流体动密封等多种密封方案相结合,提出了满足全浸液数控回转工作台密封要求的设计方案(见图8)。

3.3模型验证效果

按照模型标识,在概念开发阶段运用用户需求分析方法精确锁定用户需求和技术开发的战术方向;用创造学方法厘清技术开发思路。按照模型标识及产品设计阶段,借助全流程管理方法确保设计研发工作符合企业既定技术开发战略;借助逻辑思维方法厘清设计的关键问题;借助创造学方法以及基于创新规律的方法帮助研发设计者进行技术的设计研发工作。在本案例研究中,研发设计者应用了客户心声法、信息收集法、组合法、信息交合法、属性列举法等创造学方法,以及TRIZ发明原理、创意十二诀技法等基于创新规律的方法,为技术研发提供思路和工具。通过使用上述创新方法,全浸液精密数控转台研制项目取得了可喜的成效和进展。转台结构设计更加明晰,降低了设计难度和加工制造难度,增强了项目进度的可预见性;同时在课题组内建立了良好的协调机制,激发了课题组成员的创新积极性和工作热情,提高了研发效率。本案例研究证明了客户心声法等用户需求分析方法、创造学方法以及基于创新规律的方法在概念生成阶段和产品研发阶段的作用和意义。

作者:张国会 于浩 单位:北京科学学研究中心 北京持国技术评估事务所 

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