通用創(chuàng)新原理和技法

1、機械創(chuàng)新設計,通用創(chuàng)新原理和技法 呂 鯤,第二講,導言,創(chuàng)新和創(chuàng)造是人類一種有目的的探索活動，創(chuàng)新原理是人們在長期創(chuàng)造實踐活動的理論歸納，同時它也能指導人們開展新的創(chuàng)新實踐，講介紹的創(chuàng)新基本原理，可為創(chuàng)新設計實踐提供創(chuàng)新思維的基本途徑和理論指導。,原理與技法,創(chuàng)新過程中人們采用的具體方法(創(chuàng)新技法)據不完全的統(tǒng)計有數(shù)百種之多，最常用的方法也有數(shù)十種之多。仔細研究這些方法可以

2、發(fā)現(xiàn)，這些方法從理論上講均源于一定的創(chuàng)造原理。就是說：任何創(chuàng)造技法的產生均有一定的創(chuàng)造理論為基礎。而創(chuàng)造理論與實踐結合產生出來的可操作的程式、步驟和方法，就是創(chuàng)新技法。因此，創(chuàng)造原理是指導人們開展創(chuàng)新實踐活動的重要理論基礎，也是指導人們創(chuàng)造新技法的基本理論基礎。,2.1 創(chuàng)新的基本原理,1綜合創(chuàng)新原理2分離創(chuàng)新原理3移植創(chuàng)新原理4逆向（反）創(chuàng)新原理5還原創(chuàng)新原理6迂回創(chuàng)新原理7群體創(chuàng)新原理8完滿創(chuàng)新原理,2.1.1 綜（組

3、）合創(chuàng)新原理,也稱加法創(chuàng)造原理組合創(chuàng)新的比例越來越大,組合的方式,同類組合：情侶自行車、多缸發(fā)動機異類組合：帶日歷和溫度計的表重組組合：田忌與齊威王賽馬；機構組合中將原有的構件順序改變，重新組合。綜合組合：解析幾何是代數(shù)學和幾何學綜合的結果；廣義相對論是萬有引力和狹義相對論組合的結果。,從工程的角度看,功能組合：組合機床材料組合：滑動軸承、合金技術組合：機電一體化信息組合：集智法,案例,美國畫家海曼發(fā)明了帶橡皮的鉛筆

4、,2.1.2 分離（解）創(chuàng)新原理,,力的分解光分解為單色光垃圾箱活里活面衣服,2.1.3 移植創(chuàng)新原理,以它山之石，攻己之玉。把一個研究對象的概念，原理和方法等運用于或滲透到其他研究對象，而取得成果的方法，就是移植創(chuàng)新。,三個層次：,把某一學科領域中的某一項新發(fā)現(xiàn)移植到另一學科領域，使其他學科領域的研究工作取得新的突破。把某一學科領域中的某一基本原理或概念移植到另一學科領域之中，促使其他學科的發(fā)展。把某一學科領域的新技術移

5、植到其他學科領域之中，為另一學科的研究提供有力的技術手段，推動其他學科的發(fā)展。例如：磁懸浮列車、激光手術、X光片,案例,在19世紀中期，病人手術后，傷口化膿十分嚴重，很多病人(約80％)死于刀口感染，很多人誤以為化膿是傷口愈合過程中的必經階段。而英國醫(yī)師李斯特為解決這個問題進行了大量的研究，但始終沒有找出刀口化濃的原因。恰恰在這個時期，法國微生物學家巴斯德發(fā)現(xiàn)了細茵，并發(fā)現(xiàn)許多疾病都是由細茵引起的。李斯特了解到巴斯德這一新發(fā)現(xiàn)后，深受

6、啟發(fā)，并將巴斯德的這一新發(fā)現(xiàn)移植到自己研究的醫(yī)學領域中，結果不但發(fā)現(xiàn)了刀口化膿的原因，而且發(fā)明了外科手術的消毒方法，極大地降低了外科手術的死亡。,2.1.4 逆向（反）創(chuàng)新原理,逆向創(chuàng)新原理是從反面、從構成要素中對立的另一面思考，將通常思考問題的思路反轉過來，尋找解決問題的新途徑、新方法。逆向創(chuàng)新法亦稱為反向探求法。,案例,18世紀初，人們發(fā)現(xiàn)了通電導體可使磁針轉動的磁效應，法拉弟運用逆向思維反向探求，“能不能用磁產生電呢?”于是，法

7、拉弟開始做大量實驗，終于在經過9年的實驗之后于1831年獲得成功——發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，制造出了世界上第一臺感應發(fā)電機。,地質力學的創(chuàng)建,20世紀20年代，李四光在研究構造體系的過程中，著手創(chuàng)建新的地質力學，他認為地質構造現(xiàn)象都是地殼運動的產物，在地殼運動中，由于地應力的作用，使巖石發(fā)生形變，因而可以反過來根據地質構造現(xiàn)象來研究力的作用方式，進而探索地殼運動的方向和起源，這種方法被稱為“反序法”。,2.1.5 還原創(chuàng)新原理,研究已有事物

8、的創(chuàng)造起點，并追根溯源深入到它的創(chuàng)造原點，或從原點上解決問題，或從創(chuàng)造原點出發(fā)另辟新路，用新思想、新技術重新創(chuàng)造該事物，這就是創(chuàng)造原理的還原原理。實質上是逆向思維和發(fā)散思維的綜合,案例,洗衣機和洗衣粉,2.1.6 迂回創(chuàng)新原理,在創(chuàng)造活動中常會遇到棘手的難題，此時不妨暫時停止在該問題上的僵持，轉入對下一步問題的思考，或從事另外的活動，或試著改變一下觀點，或研究問題的另一個側面，讓思考帶著未解決的問題前進。也許，當其他問題得到解決時、該

9、問題就迎刃而解了，這就是創(chuàng)造中的迂回原理。,案例,1781年英國天文學家威廉·赫歇爾發(fā)現(xiàn)了天王星。但經過長期觀察，他發(fā)現(xiàn)天王星的運行軌道總是與計算結果有出入，他和其他許多天文學家根據這種跡象判斷：天王星外應該還有一顆尚未發(fā)現(xiàn)的行星，但經過長時間的搜尋一直未找到這顆行星。于是科學家們停止了搜尋，而采用迂回的辦法——根據天王星所受到的攝動量來計算這顆未知行星的質量、軌道和運行參數(shù)。經過大量的計算與天王星攝動量的比較，基本上確定了未

10、知行星的運行參數(shù)，于是又重新有目的地進行搜尋。1846年9月18日，法國天文學家勒維烈終于發(fā)現(xiàn)了這顆科學家們長期夢寐以求的未知行星——海王星。,2.1.7 群體創(chuàng)新原理,在一個研究群體中，人與人往往彼此相互影響，優(yōu)勢互補，相互促進，從而形成更大的創(chuàng)造力。但是群體原理并不意味著一個課題組人數(shù)越多越好。最佳創(chuàng)造群體有一個最佳人數(shù)和最佳知識結構組成問題。后面我們講到的集智法就是群體創(chuàng)新原理的應用。,2.1.8 完滿創(chuàng)新原理,完滿原理又可稱

11、為完全充分利用原理。凡是理論上未被充分利用的，都可以成為創(chuàng)造的目標：創(chuàng)造學中的“缺點列舉法”、“希望點列舉法”、“設問探求法”都是在力求完滿的基礎上產生出來的。廢物利用、一物多用、多功能開發(fā)等,2.2 創(chuàng)新技法,見下表,,,列舉類(裴旭明主編的《創(chuàng)新設計》),一、缺點列舉法二、希望列舉法三、屬性列舉法四、綜合列舉法五、成對列舉法,集智類（智力激勵類）,一、頭腦風暴法二、六三五筆寫法三、三菱式MBS法四、特爾斐設想法五、

12、集思廣益法,解決問題類,一、檢核目錄法二、和田十二法三、6W2H法四、目標設定法五、探索方略法,組合類,一、分解組合法二、成對組合法三、輻射組合法四、信息交合法五、形態(tài)分析法,聯(lián)想類,一、焦點法 二、聯(lián)想法 三、入出法 四、綜攝法五、二元坐標組合法,整理類,一、KJ法二、NM法 三、ZK法 四、TCT法 五、OCU法,2.2.1 頭腦風暴法（brain storming）,頭腦風暴法

13、是集智法的一種風暴法或BS法，是創(chuàng)造學的奠基人——美國學者奧斯本于1939年創(chuàng)立的。智暴法是運用群體創(chuàng)造原理，充分發(fā)揮集體創(chuàng)造力來解決問題的一種創(chuàng)新設計方法。,BS法的基本步驟,選擇成員：1個組長、5-10個組員、1-2名記錄組織會議：組長簡明扼要的敘述問題，組員將構想寫在卡片上，輪流說出一個構想，并寫在黑板上，在此基礎上繼續(xù)補充（腦力激蕩）。匯總評估：將構想評估分類，先進行個別評估后進行團體評估（準則可以是提前準備的，也可以由評

14、估人補充），團體評估時進行第二次腦力激蕩。決策報告：將評估結果合成為一個決策表，選出幾個合理的設計概念。最后的結案報告由團體評估、個別評估和構想圖解組成。,BS會議的規(guī)則,會中不得批評天馬行空、思緒自由翱翔鼓勵給出盡量多的構想組合與改進構想,集智法還有,635法——書面集智法：6個組員、每人在卡片上寫3個問題、每輪5分鐘。德爾菲法——函詢集智法。,2.2.2 類比創(chuàng)新法（analogy）,類比法是運用移植創(chuàng)造原理進行聯(lián)想比較、

15、模擬仿效的創(chuàng)新方法。采用類比可以擴展人的思維，跳出定勢的束縛，從而可以獲得更多的創(chuàng)造性設想。古往今來的許多發(fā)明創(chuàng)造都源于人腦的類比聯(lián)想，因此，這種方法特別適于新方案的提出、新產品的開發(fā)。類比離不開聯(lián)想,由此演化出的創(chuàng)新技法,反求創(chuàng)新仿生創(chuàng)新類似聯(lián)想類比聯(lián)想對比聯(lián)想,案例（鋼筋混凝土的發(fā)明）,19世紀中期，法國巴黎有個花匠叫莫里哀，他培育的花草遠近聞名，前來觀賞的游客絡繹不絕，但經常有游人碰壞花壇，他嘗試用圍欄圍住花壇四周，用告

16、示牌請游客注意不要踏踩花壇，但無濟于事。怎樣才能使人們不踏碎花壇成為莫里哀經常思考的問題。 首先他想用更耐久的水泥，但水泥硬而脆，多次試制，效果不理想。 有一次，他將一盆木本的花移種，不小心將花盤打碎了，突然他發(fā)現(xiàn)由于花的根須縱橫穿插，交織成網狀結構，竟把松軟的泥土箍得非常堅固，用拳頭去搗，將其摔到地上，都沒有破碎。觀察到這種現(xiàn)象后，莫里哀想到“仿照花木的根系用鐵絲織成網狀結構，再與水泥砂石澆

17、在一起，砌成花壇．應該會堅固一些?！庇谑撬惆凑兆约旱脑O想，砌起了一個帶鐵絲網骨架的花壇。果然，這個花壇非常堅固，一直沒有被人踏碎。莫里哀的發(fā)明于1867年獲得專利。這樣，將花草根系網狀結構移植到建材領域，產生了至今廣泛采用的鋼筋混凝土結構。,案例,建筑爆破——結石爆破人工培育珍珠——人工培育牛黃思考： 如何在顯微鏡下觀看無色透明的細菌？（對比聯(lián)想）,思考：,答案：,2.2.3 形態(tài)表分析法(morphologi

18、cal chart analysis),步驟： （1）定義設計對象的主要參數(shù)（功能因素） （2）列出設計參數(shù)的可能子解 （4）構建形態(tài)學矩陣 （5）找出可行解,舉例,挖掘機的設計方案：挖掘機必須具備五個獨立的功能因素，即動力、移動、移動的傳動系統(tǒng)、挖掘和 挖掘的傳動系統(tǒng)共五個功能因素。挖掘機設計方案的形態(tài)學矩陣見下3—2。,挖掘機設計的形態(tài)學矩陣,形態(tài)表分析法特點,適合于能分解成子

19、系統(tǒng)的問題。適合于個人使用可能的方案很多，包括變形方案和全新構想。,思考：,開發(fā)洗衣機的形態(tài)學分析法,2.2.4 設問探求法,好的提問往往就意味著問題已經解決了一半。設問探求法就是針對創(chuàng)造目標從各個方面提出一系列有關的問題，設計者針對提問進行分析和思考，通過思維的發(fā)散和收斂逐一找到問題的理想答案。是大家公認的創(chuàng)造技法之母。檢核表法（checklist）是一種典型的設問探求法，也是由創(chuàng)造學之父美國的奧斯本創(chuàng)立的。,檢核表法,檢核表

20、法是現(xiàn)將問題列成一個分析表，再針對表中的每一項，從問題的要點、范圍或可能性等方面提供暗示。檢核表是針對任何一項計劃而體溫低旨在技法構想的一組問題。檢核表可以是設計初期提出的一組問題，也可以是設計中包含的一組特征，也可以是最終設計必須滿足的一組準則。奧斯本認為創(chuàng)造有兩種類型：一種是先有創(chuàng)造的目標，然后根據目標去尋找實現(xiàn)目標的方法；另一種是先有一種事實，然后想象這一事實將有什么用途，即從方法入手去實現(xiàn)創(chuàng)造的目標。檢核表更適合后一種。,“檢

21、核表法”從以下幾個方面設問并進行檢核的,Put to other use:現(xiàn)有的發(fā)明成果有無更多的用途？或稍加改進后有無新的用途？Adapt: 有無類似的東西可以借用?可以模仿?modify: 能否修改? 如形狀、形式、方法、顏色、聲音或味道等。 Magnify: 能否增加什么？如擴大使用范圍、增加功能、延長壽命、添加部件、提高強度、加倍、加長、加高、加大等。,續(xù),Minify: 能否減少點什么?能否省略一部分?能否微型化”能否

22、濃縮?能否分割?能行再小點、再輕點、再短點、再低點、再薄點?Substitute: 能否取而代之?采用其他工藝?其他元件?其他動力?其他配方?其他材料？Rearrange: 能否重新配置?改變元件的型號?改變順序或結構?改變配方或方案？Reverse: 能否顛倒?如上下顛倒、正負顛倒、里外顛倒、工藝方法顛倒等。Combine: 能否組合?如方案組合、目標組合、部件組合、材料組合等。,保溫瓶,另一種設問探求法——5W2H法,5W2

23、H設問法，是通過回答為什么(why)、做什么(what)、何人(who)、何時(when)、何處(where)、怎樣(how)和多少(how much)7個方面的提問來創(chuàng)造設想的技法。,小結（創(chuàng)新原則）,新穎性、實用性、經濟性、人機友好性、環(huán)境友好性。價值優(yōu)化原則： 在設計、研制產品(或采用某種技術方案)時，設計研制所得成本為c，取得的功能(即使用價值)為F，則產品的價值v為：,作業(yè),列舉不少于5種創(chuàng)新技法，簡要說明其特點。選一種

24、你熟悉的機器列出其檢核表和形態(tài)學矩陣。試述BS法的基本步驟。,摩托車的形態(tài)學矩陣,設計輕型摩托車的動力傳動系統(tǒng)；(1)主要的獨立設計參數(shù)為：1)動力源的種類。2)速度控制（檔）的種類。3)傳動機構的種類。4)轉速比的種類。(2) 設計參數(shù)的所有可能子解為：1)動力源：汽油發(fā)動機、噴射發(fā)動機、施特林發(fā)動機。2)速度控制：手排、自排、混合3)機構；齒輪、帶傳動、鏈傳動、傳動軸、混合，4)轉速比：三速、四速、連續(xù)變速、其