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工程设计学报
Chinese Journal of Engineering Design  2026, Vol. 33 Issue (1): 3-16    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2026.05.167
Theory and Method of Mechanical Design     
Market-driven high-level innovative design process under design 4.0+
Runhua TAN1(),Fei YU1(),Lulu ZHANG2
1.National Engineering Research Center for Technological Innovation Method and Tool, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China
2.School of Control and Mechanical Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China
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Abstract  

Corresponding to the process of industrial development, design has entered the 4.0+ era. As an important part of it, innovative design 4.0+ has become an urgently needed innovative design method for enterprises. Based on the background of normalized changes and the characteristics of design 4.0+, this paper firstly proposed that the innovative design 4.0+ should be a high-level innovative design. However, achieving this type of design had the two challenges of defining goals and agile innovation, while also meeting market-driven enterprise needs. To address the above challenges and demands, based on the analysis of typical literature on invention classification in TRIZ (Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch), it was proposed that the goal of innovative design 4.0+ was to create market-driven high-level inventions and innovative products. Then, the agile invention process in C-TRIZ was introduced into the design process to achieve agile innovation design, and high-level innovative opportunities were determined by establishing a change-driven innovation opportunity identification model. Finally, a market-driven agile innovation design process model was constructed, and an AI-assisted cross-domain knowledge search path for the high-level invention process in the model was proposed. The market-driven agile innovation design process model is an innovation design 4.0+ process model, providing enterprise designers with a feasible solution for design process innovation.

Key words： design 4.0+      innovative design 4.0+      high-level invention      agile invention process      market-driven      agile innovation design      process model     
Received: 04 August 2025      Published: 01 March 2026
CLC:  TH 122  
Corresponding Authors: Fei YU     E-mail: rhtan@hebut.edu.cn;fyu@hebut.edu.cn
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Runhua TAN
Fei YU
Lulu ZHANG
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Runhua TAN,Fei YU,Lulu ZHANG. Market-driven high-level innovative design process under design 4.0+. Chinese Journal of Engineering Design, 2026, 33(1): 3-16.

URL:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/10.3785/j.issn.1006-754X.2026.05.167     OR     https://www.zjujournals.com/gcsjxb/Y2026/V33/I1/3


设计4.0+下市场拉动的高级别创新设计过程研究

对应着工业发展的历程，设计进入了4.0+时代，作为其重要组成部分的创新设计4.0+成为企业急需的创新设计方法。根据变化是常态的背景与设计4.0+的特点，首先提出了创新设计4.0+应为一种高级别创新设计，实现该类设计具有确定目标和敏捷创新两个挑战，同时还要满足市场拉动的企业需求。为了应对上述挑战与需求，在分析TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch，发明问题解决理论）发明分级相关典型文献的基础上，提出了创新设计4.0+的目标是创造市场拉动的高级别发明与创新产品。然后，将C-TRIZ中的敏捷发明过程引入设计过程以实现敏捷创新设计，通过建立变化驱动的创新机遇识别模型确定高级别创新机遇。最后，构建了市场拉动的敏捷创新设计过程模型，并提出了面向该模型中高级别发明过程的AI辅助跨领域知识搜索路径。市场拉动的敏捷创新设计过程模型为一类创新设计4.0+过程模型，为企业设计人员提供了一种设计过程创新的可用方案。


关键词： 设计4.0+,  创新设计4.0+,  高级别发明,  敏捷发明过程,  市场拉动,  敏捷创新设计,  过程模型 
Fig.1 Schematic diagram of IFR and its evolution
Fig.2 Roadmap for transformation of research achievements in scientific research institutions
Fig.3 Relationship between invention classification and product innovation paths
Fig.4 Change-driven process model for identifying innovation opportunities
Fig.5 Evaluation of ideas and process of defining high-level innovation projects
Fig.6 High-level innovation classification and its relationship with S-curve
Fig.7 Hybrid-driven innovation process
Fig.8 Model of agile invention process in manufacturing
Fig.9 Model of market-driven agile innovation design process
Fig.10 11 types of invention processes and their invocation relationships in C-TRIZ
Fig.11 Cross-domain knowledge search paths for C-TRIZ invention process
序号企业名称与实施时间

项 目

名 称

项目初

始场景

创新设

计目标

所采用的

创新方法

解决方案数量/个最终实施解所用的原理/技术/结构
1

海洋石油工程股份有限公司

（2013.5—2013.9）

水下分离器内沉积砂的清除问题（863计划子项目）863计划项目“水下分离器关键技术研究”中，水下分离器内沉积砂的清除是一难题，必须解决对从深海油井中采得的油气水砂混合物，需将砂与油气水分离，且不能产生过大流体扰动

·技术冲突

·物质-场分

析与标准 解

·效应

4

·文丘里效应

·康达效应

2

中信重工工程技术有限责任公司

（2019.5—2020.7）

解决高温粉状物料冷却器冷却效果差的问题第1代高温粉状物料冷却器已是出口产品，但其冷却效果需要进一步提高输入冷却器的高温粉状物料的温度为1 000 ℃，输出温度高于环境温度（65 ℃），新要求是将输出温度控制在65 ℃以下

·功能分析

·因果分析

·理想解分 析

·资源分析

·技术冲突

·物理冲突

·效应

·技术进化

8

·喂料装置增加 撒料箱

·在换热管道底 部增加料仓

·冷却介质采用 四通道旋流进 入

·换热管道底部 采用文丘里射 流器

·中部增加缩口

·顶部采用四心 旋流器

3

浙江常安电工有限公司

（2020.5—2021.5）

解决断路器灭弧室烧毁问题企业向日本松下株式会社出口低压小型断路器。客户在土耳其、俄罗斯等地作额定分断能力测试实验时烧毁了灭弧室，导致产品不通电。需改进灭弧装置，满足客户要求新产品的机械寿命和电寿命是IEC标准的2倍，能通过不同国家的型式测试而不烧毁灭弧室

·功能分析

·因果分析

·资源分析

·技术冲突

·物理冲突

·效应

·技术进化

·物质-场分 析与标准

解

8

·技术进化

·物理遏制效应

·强迫对流效应

4

中车石家庄车辆有限公司

（2023.1—2024.1）

解决蓄冷式冷藏箱续航能力不足的问题蓄冷式冷藏箱是采用相变蓄冷无源技术的续冷装置。在夏季高温环境下，冷藏箱保温时长为96 h，低于设计时长120 h改进已有产品的设计，在不增加动力源的前提下，使其保温时长在规定工况下达到120 h

·功能分析

·因果分析

·理想解分 析

·资源分析

·技术冲突

·物理冲突

35

·规范作业要求： 在冷环境下进 行开门作业

·改变内管翅片 形状为螺旋状

·在内管中增加 扰流装置

·壳体表面设计 成折齿形状

·设计前后两个 隔热帘联动结 构
Table 1 Summary of implementation of C-TRIZ projects in technology transfer process of National Innovation Center
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