■ 现代产品设计的哲学是“扬弃”，是无止境的创新过程。

■ 创新源于多领域知识，工程领域与生物领域广泛的知识是创新之源。　

■ 创新是有规律可循的，实质上是知识融合与矛盾求解过程。

■ 创新的解不是结果，而是新的创新的开始，是可持续发展的过程。

制造业是反映国家综合竞争力的支柱性产业，也是科学技术发展的载体和转化为生产力的工具与桥梁。目前，我国制造业的工业增加值居世界前列，但产品自主开发能力远远落后于世界先进水平，与“制造大国”的地位极不相称。提高产品的创新设计能力，实现从制造大国到创新强国的跨越，已成为我国科技界和制造部门共同面对的任务。

产品创新设计有没有方法？如何以创新方法推进创新型国家建设和企业发展？对这些问题，国家发改委、教育部、科技部和中国科协等有关部门给予高度重视，建议将创新方法作为提升企业创新能力的源头，把国家技术创新工程引导与创新方法推进纳入国家创新体系建设。

产品设计是整个制造业的灵魂，有人说产品与其说是制造出来的，不如说是设计出来的。现代产品设计的哲学是“扬弃”，即保留与继承了已有产品中有积极意义的部分，同时融合了新的多领域知识，实质上是一个螺旋式创新的过程。

创新的源泉：多领域知识                

现代产品设计是一个多领域知识驱动的创造过程，它包含了对知识的继承、集成、创新和管理。传统的创新设计多依赖于发明者自身的经验和知识，制约了创新的多样性发展。随着科技的发展，产品的功能诉求趋于复杂化，现代产品开发经常会面临复杂产品的设计问题。复杂产品的特点是功能复杂，结构复杂，产品技术复杂，制造过程复杂，知识管理复杂，例如汽车、飞机、大型装备、武器系统等。这类产品的零部件繁多，各功能机构互相关联，互相作用，共同构成功能整体，本质上是一个复杂系统。例如波音的787 大飞机，覆盖机械、电子、材料、冶金、仪器仪表、化工等几乎所有工业门类，集成了数学、空气动力学、材料学、人机工程学、自动控制学、流体力学等上百种学科和7000余项技术，参与其中的工程技术人员数不胜数。因此，复杂产品的创新设计是多学科多领域的协同设计过程。

跨行业、跨领域的知识是现代产品创新设计的主要源泉。产品的创新设计往往会借鉴其他领域的设计知识，例如，通用的萨博AeroX概念车借鉴了喷气式飞机的舱盖设计，有效增加了驾驶员的视野。很多知识在本领域驱动了产品创新，同时也带动了其他领域的产品创新，例如，陀螺技术最早是用于航海导航，随后它在航空航天领域得到了创新的应用，用于导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导。虽然各个企业有自己的知识库模型，但由于相互竞争的原因，缺乏各企业跨行业、跨领域的知识共享，严重制约了多领域知识驱动的创新进程。TRIZ理论从专利的角度实现了多领域知识的共享，通过对多领域的数以百万计的专利文献和自然科学知识进行研究和归纳，建立了跨领域的创新设计原理性知识，可支持跨领域的创新设计；本体理论从知识的一致性表达的角度实现了多领域知识的一致性建模，为跨领域的知识共享提供了语言与平台支持。当然，最终实现跨领域的知识共享还是需要各企业之间能达成共识，建立良好的知识共享环境。

自然界的知识是现代产品创新设计的另一源泉。如果说工程领域中的多领域知识之间的共享存在着企业“私利”的制约，那么大自然中存在的广泛的知识则对所有企业都是“无私”的，因此，很多学者开始关注自然界的知识。生物物理学家Schmitt在上世纪50年代首次提出Biomimetics（仿生学）一词，在同时期美国的精神病学家Steele提出了Bionics（仿生学）一词；直到上世纪90年代，Benyus建立了Biomimicry Institute，仿生设计得到了广泛的研究。在仿生设计的研究基础上，本世纪初，更多的研究者开始拓展了仿生设计的领域，提出了生物激励设计（Biologically inspired design）。生物激励设计是在仿生学（Bionics）和设计学（Design methodology）的基础上发展起来的一门新兴学科。首先，仿生设计主要是对生物现象的拷贝（copy），而生物激励的设计更着重于从工程领域的问题出发，实现生物领域知识激励的工程领域的设计；其次，生物激励的设计更强调创新，而非仿生设计的模仿；最后，生物激励的设计更强调系统的方法，即从设计方法学的角度进行研究。利用自然界的知识进行创新设计的例子很多，例如，利用电活性聚合物膜模拟肌肉的功能代替以往的机电传动系统，创新设计出水下机器人；借鉴生物系统的自组织管道，创新设计出碳素管纳米材料；借鉴荷叶的自清洗功能，创新设计出防水材料。

创新的机制：知识融合与矛盾求解                

如何利用多领域知识实现创新设计呢？创新的途径和机制是什么呢？有人说创新实质上是灵感的突现；也有人说创新是不断试错的结果。因此出现了很多创新方法，如试错法、头脑风暴法等，以试错法为例，最著名的是美国发明家爱迪生发明的电灯，用了1600多种金属材料和6000多种非金属材料，经历了大量的失败。传统的创新方法往往无规律可循，具有突发性，而且受限于使用者的经验；随着社会的进步，人们更需要有一种规范的、科学的创新设计方法，以适应快速多变的现代市场的要求。实际上，创新是有规律可循的，如果人们能够掌握这些规律，就能能动地进行产品创新设计。创新不是凭空想象的产物，它是多领域知识融合的过程；创新不是风平浪静的产物，它是矛盾的不断解决的过程。

创新过程实质上是知识融合过程。创新过程不仅仅是多领域知识在“物理”层面上的集成，更是在“化学”层面上的融合。例如，在传统的手机中加入摄像头，成为能拍照的手机，这是“物理”层面上的集成创新；将星光测量理论与知识融入到导弹创新设计中，则是“化学”层面上的融合创新。知识融合需要解决两方面的问题，一方面是语义级的知识融合，即从众多分布式异构的网络资源中搜索和抽取相关知识，并转换为统一的知识模式，为某一领域求解构造有效的知识资源；另一方面是设计级的知识融合，即对大量数据及知识资源进行组织和管理，结合行业领域的应用需求对知识进行建模、推理和融合，从而获得有价值的可用的创新设计解。知识融合驱动创新设计需要解决三个关键技术，多领域知识的一致性建模技术；面向需求的知识聚类与融合技术；融合创新解的评价与优化技术。

创新过程实质上是矛盾的求解过程。人类进化进程中有三大进化理论：达尔文的生物进化论、马克思的历史唯物主义社会进化论、技术系统进化理论。前两个理论分别从生物进化和社会进化两个角度展开，而现代产品设计的创新机制的理论基础是技术系统进化理论，即矛盾的解决过程推动了技术的进步。例如：产品轻量化与强度的矛盾，产生了创新解：复合材料，既满足了轻量化要求，又提高了强度，解决矛盾的过程实质上是创新的过程。TRIZ理论提出了解决问题的矛盾矩阵，通过矛盾的解决产生创新解。在利用TRIZ理论解决问题的过程中，研究人员首先将待解决的技术问题或技术矛盾表达成为TRIZ问题，然后利用TRIZ中的发明问题解决工具求出该TRIZ问题的普适解，最后再应用普适解的方法解决特殊问题或矛盾，产生创新设计解。TRIZ理论与方法已在波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等大企业中得到了广泛应用，取得了可观的经济效益。

创新的持续：知识与创新的双向驱动                

创新是一个可持续发展的过程。很多企业通过自主创新取得了本行业的领先地位，但由于缺乏知识的积累，最终未能保持领先，失去了可持续发展的机遇。实际上，知识与创新之间是双向驱动的，多领域知识的融合产生创新解，创新解实质上就是新的知识，是接下来创新的源泉。例如，弹道导弹最早是无线电指令制导，融入了陀螺技术（知识），产生了创新的惯性制导（创新解），形成了弹道导弹惯性制导技术（知识），为接下来的星光-惯性制导（创新解）提供了技术储备。很多企业将自己的创新产品申请专利，这其实是在保护自己的知识，为下一轮的创新做准备。很多企业都建立了自己的创新研发中心，如微软的创新中心、FORD汽车公司的创新研发中心等。一方面利用企业自身的知识产生创新产品，另一方面不断更新企业知识库，实现可持续良性发展。

每一个创新的技术都经历了四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、衰退期。一个企业要想在激烈的市场竞争中始终处于领先地位，就需要不断地创新，实现可持续发展。以汽车为例，最早以汽车速度作为创新的目标，随着技术的进步，汽车速度的进化已经进入了成熟期，为了继续进步，企业需要瞄准另外的目标，融入新的知识，实现进一步的创新；于是汽车安全性、操控性、环保指标等成为了新的创新目标。当一个技术系统进化到一定程度的时候，原有的研发极限被突破，必然会出现一个新的技术系统替代它，即现有技术替代老技术，新技术又替代了现有技术，形成技术上的交替，实现可持续的发展。

16世纪前，世界科技史上的前27项重大发明，有18项是属于中国人的发明，中国可称为发明大国。目前，中国正处于从制造大国向创新强国转型的关键时刻，借助无形的知识实现中国企业的可持续创新发展，成为迫切需要解决的课题。老子曰：“以天下之至柔，驰骋天下之至坚”。气势磅礴的知识经济浪潮正在造就一个前所未有的创新时代，印证先哲的预言。

学者小传                

胡洁，上海交通大学机械与动力工程学院教授，博士生导师。2001年毕业于浙江大学机械工程系，获博士学位；2001年12月进入清华大学自动化系国家CIMS工程技术研究中心博士后流动站；2003年12月进入上海交通大学机械与动力工程学院工作。研究方向为：基于知识的工程（KBE）、知识融合与创新设计、生物信息处理及编码等。

近年来，以项目负责人主持21项科研项目，包括：4项国家自然科学基金、1项国家973计划课题、1项国家863计划项目、8项省部级项目、1项国际合作项目和6项其他项目。2007年获得上海市科技进步一等奖（排名第四），2008年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2008年获得上海交通大学“晨星青年学者奖励计划”优秀青年教师后备人才一等奖，2009年获得上海交通大学SMC优秀青年教师A类计划，2009年与2012年两次获得上海交通大学优秀教师奖，2011年入选上海科委“白玉兰科技人才奖励计划”。出版著作2部，发表论文80多篇，其中被SCI/EI收录60多篇。