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1、2.创新设计方法创新设计方法2021/9/231n2.1 常规设计与创新设计n2.2 创新设计方法n2.3 TRIZ理论与创新思维2021/9/232n面临着激烈的技术竞争和市场竞争，要求改造老机械、开发新机械，开拓新局面，因而要进行创造性设计。n创造技法就是创造学家根据创造思维发展规律总结出的创造发明的一些原理、技巧和方法。n我国劳动人民在几千年前就注意从自己的创造活动中总结出许多为世人所瞩目的创造工艺和创造技法(指南车）。2.1 常规设计与创新设计常规设计与创新设计2021/9/233n2.1.1常规性设计与创新性设计n 在机械系统设计中，无论是确定技术原理、技术过程或者确定机器系统的功能
2、结构、工作原理、结构布局以至具体零件的尺寸、形状、制造方法等等，都有个求解的问题。n所谓求解，就是寻求消除不足之处，达到希望的结果或性能。n而创造性设计方法就是提出新方案，探求新解法，它是提高设计质量，开发创新产品的重要基础。n爱因斯坦曾说过：“想象力比知识更重要，现实世界只有一个，而想象力却可以创造千百个世界”2021/9/234n工程设计按其性质可分为常规性设计与创新性设计。n常规性设计以成熟结构为基础，运用常规方法进行产品设计。n创新性设计是在设计中采用新的技术手段、技术原理和非常规的方法进行设计，以满足市场需求，提高产品的竞争能力。2021/9/235n机械系统设计，一般具有下面三个基
3、本特征。n1)约束性n 机械系统设计是在多种因素的限制和约束下进行的，其中包括科学、技术、经济等发展状况和水平的限制，也包括生产厂家所提出的特定要求和条件，同时还涉及环境、法律、社会心理、地域文化等因素。这些限制和要求构成了一组边界条件，形成了设计人员进行谋划充分发挥自己的创造力才能办到。n2)多解性n 一般说来，解决同一技术问题的办法是多种多样的，要满足一定目的的设计方案通常也并不是唯一的，任何设计对象本身都是包括多种要素构成的功能系统，其参数的选择、尺寸的确定、结构形式的构思等都有很强的可选择性，有很大的思维空间。n3)相对性n设计结论或结果都是相对准确的，而不是绝对完备的。n比如既要降低
4、成本，又要增加安全性、可靠性等。这种相互矛盾的要求给设计工作增加了难度，加上事先难以预料的一些因素的影响，使得设计者在对设计方案的选择和判定时，只能做到在一定条件下的相对满意和最佳。2021/9/236n2.1.2 创新设计的特征与一般过程n1创新设计的特征创新设计的特征n1）独创性n创新设计不是单独的重复和模仿，而是在自己、前人或他人已经获得的研究成果基础上的新n扩展、新开拓。它所追求的是新奇、新颖、独特和非重复性的结果，有敢于怀疑、突破框框n、敢于破陈规、独具卓识的思维。n2）综合性n善于进行综合思维，把已有的概念、事实、信息通过巧妙的结合，形成新的成果。n3）人为目的性n任何形式的创新设
5、计，其主体都是具有主观能动性的人，并且是一种有目的的活动。n4）社会价值性n创新必须体现为一定的价值（这种价值可以是多方面的，包括学术价值、经济价值、审美价n值等）。作为工程技术人员，技术发明和工程技术设计创造的价值主要看其经济价值以及是n否具有实用性、有效性、可靠性。n5）探索性n创新通常是在知识、手段、方法等不甚充分的条件下进行的探索活动。n6）推理性n 对于某一种现象或想法，善于由此及彼地进行纵向、横向、逆向推理。n7）多向性n 善于从不同的角度思考问题。通过发散（提出多种设想、答案）、换元（变换诸多因素中的某一个）、转向（转变受阻的思维方向）等途径，以获得新的思路和方案。2021/9/
6、2371）准备期n包括发现问题、明确创新目标、初步分析问题、搜集充分的资料等准备工作。2）酝酿期n通过思考与试验，对问题做各种试探性解决。寻求满足设计目的要求的技术原理，常需要加以变换、分解、组合，对各种可能设计方案进行构思。如果原有技术原理不能解决问题，还必须通过大量实验、试验与理论分析探索新的原理，或将已有的科学理论开发成技术原理。3）明朗期n经过长期的酝酿，或采用不同寻常的观念和办法，使问题一下子豁然开朗得到解决。创新性设计中顿悟的出现，有时是受到偶然因素的启发产生的，有时以灵感的形式出现。4）验证期n即对新想法进行检验和证明，并完善创造性成果。2创新设计的过程创新设计的过程2021/9
7、/2382.1.3、创造性思维、创造性思维走进思维的新区走进思维的新区 思维和感觉、知觉一样，是人脑对客观现实的反映，但是，它们之间又有所不同，创造思维是指有创见的思维，它不仅能揭示事物的本质，而且能提出新的、具有社会价值的产品。1.思维的类型 创造性思维是整个创造活动中体现出来的思维方式，它是多种思维类型的复合体，把握创造性思维的关键是在认识不同思维类型的特点和功用的基础上，进行思维的辩证组合与综合运用。思维类型可依据不同的角度来划分，如下所述。2021/9/2391)形象思维与抽象思维 形象思维所使用的材料是形象化的意象（意象是对同类事物形象的一般特征的反映），不是抽象的概念。例如，设计一
8、个零件或一台机器时，设计者在头脑中浮现出该零件或机器的形状、颜色等外部特征，以及在头脑中将想象中的零件或机器进行分解、组装等的思维活动，就属于形象思维。在工程技术的创新活动中，形象思维是基本的思维活动，工程师在构思新产品时，无论是新产品的外形设计，还是内部结构设计以及工作原理设计，形象思维都起着不可忽视的作用。运用形象思维，可以激发人们的想象力和联想、类比能力。抽象思维是以抽象的概念和推论为形式的思维方式，概念是反映事物或现象的属性或本质的思维形式。掌握概念，是进行抽象思维、从事科学创新活动的最基本的手段。形象思维具有灵活、新奇的特点，而抽象思维较为严密，在实际的创新过程中，应该把二者很好地结
9、合起来，以发挥各自的优势，互相补充，相辅相成，创造出更多的成果。2021/9/23102)发散思维与集中思维n 发散思维指思维者根据问题提供的信息，不依常规，多方位的寻求问题的答案，如砖头可作建筑材料，还可作锤子、压纸块、攻击武器等。n 集中思维是一种在大量设想或多种方案的基础上，引出一两个大家认为最好的答案。这两种思维活动在一个完整的创造活动中是相互补充、相辅相成的，发散思维的能力越强，提出的可能方案就越多样化，因而才能为集中思维在进行判断时，提供较为广阔的回旋余地，也才能真正体现集中思维的意义。但是反过来，如果只是毫无限制地发散而无集中思维，发散也就失去了意义，因为在严格的科学试验和工程技
10、术设计等活动中，实验结果或设计方案最终只能是有限的少数几个。因此，一个创新成果的出现，既需要以充分的信息为基础，设想多种方案，又需要对各种信息进行综合、归纳，从多种方案中找出较好方案，即通过多次的发散、收敛、再发散、再收敛的循环，才能真正完成。2021/9/23113)逻辑思维与非逻辑思维 逻辑思维是严格遵循逻辑规则按部就班，有条不紊地进行思维的一种思考方式，它注重分析、综合、归纳与演绎。非逻辑思维是与逻辑思维相对而言的另一类思维方式，它是一种不严格遵循逻辑规律，突破常规，更具灵活的自由思维方式，其思维方式是联想、想象、直觉和灵感。2021/9/23124)直达思维与旁通思维 直达思维始终靠近
11、解决问题的要求而进行思考，它对于简单问题较有效。旁通思维通过对问题的分析，将问题转化为另一个等价或中介问题间接求解。旁通思维与直达思维应互为补充，尤其重要的是只有通过旁通思维以后又反归到直达思维，才能较好地解决所提出来的问题。如美国的莫尔斯根据马车到每个驿站要换马的启发，采用设立放大站的方法，解决了有线电视远距离信号传递衰减的问题，就是旁通思维的例子。2021/9/2313n2 创造性思维创造性思维n1)创造性思维的概念n创造性思维是指有创见的思维，即通过思维不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提出新的、具有社会价值的产品。创造性思维使人们突破各种束缚，在一切领域内开创新的局面，不断满足人类
12、的精神与物质需要。n2)创造性思维的特点 n 突破性与求异性,具备与前人、众人不同的独特见解，突破一般思维的常规惯例，提出新原理，创造新模式，贡献新方法。并联机床就是突破了传统机床床身和导轨的结构形式，采用了腿结构的杆式结构，而使机床有一个质的飞跃。n 独创性思维具有求异性，敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的习惯挑战，敢于否定自己思想上的“框框”，从新的角度分析问题。n 如灯的开关许多年来一直是机械式的，随着科学技术的发展，出现了触摸式、感应式、声控式开关，光控式开关能在一定暗度下使路灯自动点亮，而在天明时又自动熄灭。红外线开关在人进入室内时自动亮灯，并准确做到“人走灯灭
13、”。2021/9/2314n3.创造性思维的误区创造性思维的误区n 创造性思维要敢于冲破以下各种思想的束缚，走出思维的误区。n(1)“我没有创造性，只有天才才能创造”，“发明创造高深莫测，发明创造是科学家的事”。这是一种典型的错误思想，事实上是每个人都具有创造性，创造力是可以培养和训练提高的。n(2)只相信权威的答案，盲目地遵循书本上的设计规则。要注意书本上的设计规则的应用范围，如要想具有创造性，就要敢于怀疑，冲破传统观念的束缚，努力去寻找多个答案，并养成提出多种不同类型问题的习惯。n(3)逃避风险，害怕失败，有消极的思想。要有积极进取的思想，失败是成功之母。n(4)创造无意义或危害他人身体健
14、康与安全的发明。2021/9/23152.2 创新设计的方法n2.2.1 创新能力的开发创新能力的开发n1.灵感是创新设计的火花灵感是创新设计的火花n在创新设计中，有时会陷入困境，冥思苦想，不得其解。突然，脑海闪过一星“火花”，茅塞顿开，这种现象，人们称之为“灵感”。科学家十分重视灵感的作用n爱因斯坦说：“我相信直觉和灵感”。如他多年思考“如果我以光速追踪一条光线，我会看到什么”，但这个问题一直未解决。n有一天早上起床时，他突然想到：对于一个观察者来说是同时的两个事件，对别的观察者来说就不一定是同时的，于是，“狭义相对论”就在灵感的启示下创立了。心理学家曾对一些科学家作过调查，询问他们在解决一
15、些科研重大难题时，是否受过灵感的启示，结果部分科学家的回答是肯定的。2021/9/2316n灵感是我们在创造性活动中经常出现的心理现象，它的心理结构主要由创造性思维、创造性想象和记忆组成。这是一种创造力的飞跃，具有突如其来、稍纵即逝的特点。如果我们能主动触发和及时捕捉灵感，不但可以提高创造效率，而且对生活、工作和学习也有极大的意义。n人们往往经过长时间思索，会出现思路堵塞，倘若在紧张之余做些轻松愉快的事，如与亲密朋友交谈、在乡间田野漫步、听美妙的音乐，都可触发灵感。正如心理学家赫尔姆霍茨说：“在紧张思考之后，安闲自在的时刻，灵感就会到来。”2021/9/2317n 习惯性思维容易使人思路闭塞和
16、思想僵化。因此，摆脱习惯性思维的束缚，也是触发灵感的一个重要方面。常有这种情况，把非常复杂的问题，搁置几天不去想它，待过去的思想和联想被遗忘或淡漠后，再拣起来重新研究时，竟很容易地解决了。n与别人讨论和争辩，因大脑处于积极活动状态，思维的灵活性、敏捷性提高，容易产生强化或否定自己观念的思想火花，所以也有助于触发灵感。著名物理学家海森堡、狄拉克、鲍利的许多新思想，常常是在咖啡馆的争论中萌发的。n灵感并非天赋神赐，它是长期创造性活动升华的结果。只有积极开展创造性活动，才会迸发灵感。2021/9/2318n2 掌握创新设计技法的必要性掌握创新设计技法的必要性n设计过程是一个创造过程，设计人员创造能力
17、的高低及发挥如何，将直接影响产品创新程度和设计质量。为此，必须使广大工程技术人员掌握创新设计技法，调动和训练工程技术人员的创造性思维能力。n一位技术人员与测量打了多年交道，发现专用量规制造成本高，且磨损后就要报废，而通用量规测量效率低。针对这个矛盾，他经过反复琢磨和试验，终于设计出一种游标量规卡尺。在游标量规卡尺上加副游标尺，上下有4个量爪，其中有3个量爪可以移动调整，形成了不同尺寸的过规和不过规。这种卡尺把通用量具的可调性与专用量具的高效性结合起来，解决了多品种批量测量的需要。2021/9/23192.2.2 创新设计的基本原理与法则1.创新设计方法的基本原理2021/9/2320（1）主动
18、原理 即创造者经常保持有强烈的好奇心，勇于设问探索。（2）刺激原理 即广泛留心和接受各种外来刺激，善于吸纳各种知识和信息，对各种新奇刺激有强烈兴趣，并跟踪追击。（3）希望原理 即不安于现状，不满足于既得经验和既成事实，追求产品的完善化和理想化。2021/9/2321（4）环境原理 即保持自由和良好的心境，有容许失败的社会环境。（5）多多益善原理 即树立创造性设想越多，创造成功的概率就越大的信念，解决任何问题都要有多个方案，只有设想很多方案，才能在比较鉴别的基础上选择出最优方案。（6）压力原理 人不能在高压中生活，但是可以利用高压来为人类服务。从心理学观点来说，人是“有恃无恐”的。“有恃”则有惰
19、性；惰性就不可能有所创造，而且天长日久，意志衰退，智慧枯竭，才干丧失。可见压力是驱散惰性，激发强烈的事业心，使求知欲和永不枯竭的探索精神增加，从而产生所需创造力的最有效的杠杆。人们的智力只有在各种主客观要素结构的强大压力场内，才能真正释放出全部容量。2021/9/2322n1)分析与综合法则n分析与综合法则就是先把设计所提出的要求，分解为各个层次和各种因素，分别加以研究，分析其本质，然后再按设计要求，综合成为一个新的系统。n 例如，要求设计一个在方形罐头上自动贴商标的机器。对于这样的工艺动作要求，可以将其分解成以下几个简单的动作：n （1）从一叠商标纸中分离出一张，并给其涂上胶水；n （2）罐
20、头进入贴商标的位置；n （3）将商标纸自动贴上并压紧；n （4）罐头退出。2021/9/23232 创新设计法则创新设计法则 所有的创新设计法则都是根据基本法则加以实现的，有的是几个法则的组合运用。常用的创造法则有如下几种。2021/9/2324n然后逐个分析、研究实现这些动作的运动规律。n要从一叠商标纸中取出一张，解决这个问题可以参考相同或相似的有关专业机器的动作，如啤酒瓶上贴商标或印刷机械印刷时从大量的纸张中分离出一张纸张的方法，它们都是成熟的工艺动作，可供参考。n在商标纸上上胶，可借鉴邮票上胶机的技术，也可采用间接上胶法，即先把胶水刷在胶水辊上，再将胶水辊上的胶水涂到商标纸上并粘取一张商
21、标纸，最后再把带有胶水的商标纸贴到方形罐头上。n将罐头自动送入和送出贴商标工位，可根据整机的情况选用传送方式，如采用各式各样的自动传送带(例如采用圆弧形传送带)，利用罐头传送盘将罐头送到正确工位，贴上商标，采用压刷或橡胶压盖等方法将商标压紧在罐头上，然后利用传送盘将罐头送出。2021/9/2325n2)还原法则（抽象法则）n还原创造法的定义是：任何发明和革新都有创造的起点和创造的原点n创造的原点为基本功能要求，是唯一的；n创造的起点为满足该功能要求的手段与方法，是无穷的。n创造的原点可作为创造起点，但并非任何创造起点都可作为创造的原点；研究已有事物的创造起点，并深入到它的创造原点，再从创造原点
22、另辟门路，用新的思想、新的技术重新创造该事物或从原点解决问题。n即是抽象出其功能，集中研究实现该功能的手段和方法，或从中选取最佳方案，这就是还原创造法的目的。2021/9/2326n 家用洗衣机的发明，可以说就是一个很好的例子。n洗衣机的发明开始是从创造的起点考虑的，即模仿人的洗衣方法，如搓揉。但要设计一个机构像人那样搓揉衣服又要适合不同大小的衣服是不容易的；如改用刷子擦洗，怎样才能使衣服各处都能刷到，也很难解决。此外还可用古老的捶打法，动作简单，但易损坏衣服，如扣子会被打碎等，故在相当长的时间内家用洗衣机难以发展。n采用还原法创新，即跳出以往考虑问题的起点，从人们的洗衣方法而还原到问题的创造
23、原点。洗衣机的创造原点并不是揉、搓、刷、擦、捶，它们仅是考虑问题的起点。n那么原点是什么呢？应该是“洗”和“洁”，再附加一个“安全”，即不损伤衣服。n至于采用什么方法，并没有限制。因为衣服上有脏物，才要“洗”而达到“洁”的目的。“洗”的作用是把衣服和脏物分离，而脏物主要是灰尘、油腻和汗渍。n将这些脏物与衣服分离，可采用洗衣粉这种表面活性剂，外加一个机械运动帮助它脱离滞留层。至于用什么机械运动并不限制，故除了搓、刷、擦、揉外，还可以用振动、挤压、漂洗等方法。从结构简单、安全等角度考虑，于是发明了漂洗的家用洗衣机，它用一个波轮旋转，搅动水流，使衣服在水中不断运动，互相摩擦达到清洗的目的。2021/
24、9/2327n另外一个例子是全干式潜水泵的发明。n一般水泵从井中打水，电机和泵均在地面上，而井中的水位一般不能太低，否则会影响水泵的效率。能否设想把电机连带水泵均沉入水中，这样就提高了水泵的效率。n但这种水泵用的电机就需特殊的结构，一般水进入电机的通道是电机的转轴与电机的机壳之间的间隙，为了不让水进入电机，可采用类似于一般机器为了防止尘埃进入的办法，即采用密封圈，但事实上密封圈挡不住水。n因此有人就提出不密封，允许水进入，但要采用耐水的定子导线，即把通常的漆包线（不耐水）改用耐水塑料导线，这样导线外径变粗，加大了电机的尺寸；另外，水中常有泥沙混入，易嵌入转子和定子之间，会增大摩擦、降低效率。n
25、于是又有人设想了一种电磁传动装置，将电机绝对密封，两磁铁之间有一非磁性材料将电机与外界完全密封，但这种传动的效率很低，不实用。n另一种是机械式完全密封的传动装置，当主动轴转动时，带动从动件转动，而连杆的中点是不动的，用这一点固结在橡皮隔膜上，将电机和水隔离。这种空间机构用了两个球铰链，制造困难；其次只有当轴向尺寸很大时才有较高的效率，这是潜水泵所不能允许的n故以上设想均失败。2021/9/2328n究其失败的原因是：它们都是以“隔离”作为创造的起点，而采取各种隔离的办法。如回到问题的原点进行构思，即水为什么会进入电机内部？n由分析可知，当电机和水泵在地面上装配好时，电机中的空气压力为一个大气压
26、，放入水底后还是一个大气压，但水底的压力却为水深压力加一个大气压，因此水就不可避免的要进入电机。n此外当电机工作后要发热，空气膨胀，气压增高，将气体排出；电机停止工作后，空气冷缩，压力降低，水又再一次进入。n分析清楚后，于是就设想出只要保持电机中的气体压力恒与井底的压力相等，水就不可能进入电机，因而发明了全干式潜水泵。n泵上装有电机内外压力平衡检测器，电机内部有压力平衡发生器，可以根据电机内的压力状况发生气体。为了防止水汽进入电机，电机中还有吸湿剂。这种用普通电机组成的潜水泵效率高、经济，是一项很成功的发明。2021/9/2329n3)对应法则n常用的对应法则有：n（1）相似对应联想:设计时，
27、人脑中会自然地产生一种倾向，会联想起同这次设计要求相似的设计过程和经验。n（2）对比对应联想:联想起与这次设计要求完全相反的经验。n（3）接近对应联想:联想起在时间上或空间上与这次设计要求相关联的经验。只有掌握对应联想的法则，把自己身边或岗位上革新的成果与发明对象进行联想，就会产生许多意想不到的设想。n 如偏心轮泵因隔离片与偏心轮的摩擦、磨损等原因使两者间密封破坏，影响到压缩效率，所以该产品被淘汰了。但它的结构简单、振动噪声小和寿命长等优点吸引工程师们不断去探讨和改进它。2021/9/2330n4)移植法则n这是一个把原研究对象的概念、原理和方法等运用于其它研究对象并取得成果的认识方法。n5)
28、离散法则n 离散法则是冲破商品互补型观念的限制，把互补型商品予以分离，创造发明出一种或多种新产品的一种方法。如把眼镜的镜架和镜片分离出来，发明出一种新型产品隐形眼镜。隐形眼镜不用镜架，缩短了镜片与眼球之间距离，同时起到美容和校正视力的双重作用。2021/9/2331n6)强化法则n 通过强化手段，提高质量，改善性能，增加寿命。如为提高刀具的耐磨性，可采用电火花强化刀具的工艺。为提高零件的强度，可对零件表面进行喷丸处理等。n7)换元法则n 换元又称替换或代替，如代用材料、代用零件、代用方法等。通过换元发现新的办法，进一步完善被代替的事物而进行创新。n如探测高能粒子运动轨迹的仪“气泡室”的发明原理
29、，就是美国核物理学家格拉塞尔在喝啤酒时，看到啤酒杯中一串串上升的气泡，猛然想到自己一直在研究的怎样探测高能粒子的飞行轨迹的课题。于是，他就用啤酒代替高能粒子穿越的介质，顺手拣起几粒碎小鸡骨代替高能粒子，等到酒杯中的气泡冒完之后，将其丢入杯中啤酒里，只见随着碎骨粒的沉落，周围不断冒出气泡，气泡显示出了碎骨粒的下降轨迹。于是他急匆匆地赶回试验室，经过不断试验，得出当带电粒子穿过液态氢时，所经路线出现的一串串气泡，清晰地呈现出粒子飞行轨迹的试验结果，格拉塞尔并因此荣获诺贝尔物理奖。2021/9/2332n。n8)迂回法则n 当你在解决问题的过程中遇到一个屡攻不克的难关时，不妨暂且停止在这个问题上的僵
30、持，而先转入下一步的工作，带着这个问题继续前进；或者试着改变一下视点，不在这个问题本身上钻牛角尖，而去注意一下与这个问题有关的各个侧面。当你解决了其它问题后，这个悬而未决的问题往往也就迎刃而解了。n9)组合法则n 组合现象是十分普遍的，也是十分复杂的。如同是碳原子，以不同的晶格组合便可合成坚硬的绝缘体金刚石和脆弱的良导体石墨两种完全不同的物质。有时了解决某个技术问题，或设计某种多功能产品，将两种或两种以上的技术思想或物质产品的一部分或整个部分进行适当的结合，就会形成新的技术思想，或设计出新产品。这种技术创造就叫做组合创造，如组合音响、收录机、组合机床、混凝土搅拌车等就是根据组合法则而发明的。2
31、021/9/2333n10)逆反法则n 经验证明，人们在解决问题时，每当采取一种特定的思路取得成功后，这种思维方式就被视为“法宝”，而继续沿用这个“法宝”去处理新的问题，这种思维方式的稳定性与重复次数成正比，即重复次数越多，其稳定性越强，这在心理学上叫“思维定势”。要克服思维定势，必须对熟悉的事物持陌生的态度，用新的观点，从新的角度去看待事物。如留声机就是根据电话机逆反思维得到的。n11)造型法则（仿形法则）n 如百叶窗，因其排列密、间距小，清除尘埃较麻烦。为解决这个小难题，设计出仿手指形状的一种清洁百叶窗的工具，这种工具设有8个手指状的刷子，使用时它可以灵活方便地伸入栅格间，再通过静电作用吸
32、灰除尘。nn12)群体法则n为什么名牌大学学生的素质优于普通学校学生的素质，名牌大学培养的“尖子人才”多？这是因为在名牌大学有一种共生效应，该校的学生在优越的学习环境中，自觉或不自觉地受到刺激和共振，而共同进步。2021/9/2334n定义n创新技法是从创造技法中套用过来的。是创造学家根据创造性思维发展规律和大量成功的创造与创新的实例总结出来的一些原理、技巧和方法。n作用 n它的应用既可直接产生创造、创新成果，同时也可启发人的创新思维。可以提高人们的创造力、创新能力和创造、创新成果的实现率。2.2.3 创新设计方法创新设计方法2021/9/2335n创新技法重要性创新技法重要性n如果把创造创新
33、活动比喻成过河的话，那么方法和技法就是过河的如果把创造创新活动比喻成过河的话，那么方法和技法就是过河的桥或船。桥或船。n方法和技巧可以说比内容和事实更重要。方法和技巧可以说比内容和事实更重要。2021/9/2336n法国著名的生理学家贝尔纳曾说过：“良好方法能使我们更好地发挥天赋的才能，而笨拙的方法则可能阻碍才能的发挥”。n黑格尔说：“方法是任何事物所不能抗拒的、最高的、无限的力量”。笛卡儿认为：最有用的知识是关于方法的知识。2021/9/2337n自本世纪初开始发明创造技法研究以来，国内外已有多种方法问世，n但是其中最常用的只有10多种，如智力激励法、列举法、设问法、检核表法、联想法、组合法
34、、形态分析法、信息交合论法、等价变换法和物场分析法等。n此外，缺点逆用法、废物利用法、反相法、相反相成法、归纳法等应用也较广泛。n对于一个科技工作者，充分发挥创造性思维，掌握和熟练地运用创造技法是很重要的。它不仅能使人们提高工作效率，而且能使工作开拓前进，不断创新。2021/9/2338一、移植法一、移植法 六、设问法法六、设问法法二、头脑风暴法二、头脑风暴法 七、专利利用法七、专利利用法三、戈登法三、戈登法 八、逆向异想法八、逆向异想法四、联想法四、联想法 九、九、5W2H5W2H法法五、组合法五、组合法 十、类比法十、类比法2021/9/23391 移植法n发明者把某一技术领域中的技术手段
35、和方法，移植应用到另一技术领域，从而搞出新发明，这就叫做移植法。移植法常与类比思维相结合。2021/9/2340技术手段移植；技术原理移植；技术功能移植 n例如，将电吹风技术手段移植成冷暖式空调帽，空调帽主要有外帽和半球斗形的中空能盛水冷冻的内帽组成，外帽内顶端中间部位固定有电扇。n外帽与内帽之间（或内帽内）留有通风管道。n打开电扇开关，冷风通过通风管吹向人体各个部位。n内帽内可置入充电试电热器取暖御寒。n运用已有的空调技术移植应用到普通的帽子中，调节人体的温度，突破了传统的给人体取暖和给人体降温的方式，根据此原理还可移植程被褥烘干机。2021/9/23412 头脑风暴法n头脑风暴法是一种从心
36、理上激励群体创新活动的最通用的方法，n形容创造性思维自由奔放、打破常规，创新设想如暴风骤雨般地激烈涌现。n为了排除由于害怕批评而产生的心理障碍，头脑风暴法采用了延迟评判原则。建议把产生设想与对其评价过程在时间上分开进行，要由不同的人参加这两种过程。2021/9/2342头脑风暴法会议的原则n 1）自由畅想原则 n 2）严禁评判原则 n3）谋求数量原则 n 4）借题发挥原则 2021/9/2343砸核桃 n在头脑风暴法会议进程中，可得到多个砸核桃的产品方案。2021/9/23443 戈登法戈登法n戈登法是是一种由会议主持人指导进行集体讲座的技术创新技法。n 头脑风暴法存在以下缺点。n 第一，头脑
37、风暴法在会议一开始就将目的提出来，这种方式容易使见解流于表面，难免肤浅。n 第二，头脑风暴法会议的与会者往往坚信唯有自己的设想才是解决问题的上策，这就限制了他的思路，提不出其他的设想。n 为了克服上述缺点，戈登法规定除了会议主持人之外，不让与会者知道真正的意图和目的。在会议上把具体问题抽象为广义的问题来提出，以引起人们广泛的设想，从而给主持人暗示出解决问题的方案。2021/9/2345新型剪草机n 剪草机的功能可抽象为“切断”或“分离”，可选“切断”或“分离”为议题。n但是如果定为“切断”，则使人自然想到需要使用刃具，对打开思路不利，于是就选定“分离”为议题。2021/9/23462021/9
38、/23472021/9/23484 联想法联想法n联想发明法是依据人的心理联想而发明的一种创造方法。n那么，联想是什么呢？心理学认为，联想就是由一事物想到另一事物的心理现象。n这种心理现象不仅在人的心理活动中占据重要地位，而且在回忆、推理、创造的过程中也起着十分重要的作用。n许多新的创造都来自于人们的联想。2021/9/2349n例如注射青霉素前先要进行过敏试验，目前常用的是皮下试验，这样除了病人有痛感和试验时间长外，还会出现假阳性、假阴性，造成误诊。n经研究发现，在青霉素的结构中有带负电荷的酸根。这时就想到用电导原理，将青霉素透入皮肤内。提高了试验的敏感度，只要5分钟就可得到试验结果。202
39、1/9/2350n它借助一只由微电脑调控的自动注射器,采用“点对点”超微渗透技术，定位、定层、定量的把高能量原生液，直接输送到所需的皮肤组织，。2021/9/23515 组合法组合法n组合创新是很重要的创新方法，把人们认为不能组合在一起的东西组合到一起也是创新。发明有两条路，第一条是全新的发现，第二条是把已知其原理的事实进行组合。n 组合是任意的，各种各样的事物要素都可以进行组合。n例如，不同的功能或目的可以进行组合；不同的组织或系统可以进行组合；不同的机构或结构可以进行组合；不同的物品可以进行组合；不同的材料可以进行组合；不同的技术或原理可以进行组合。n不同的方法或步骤可以进行组合；不同的颜
40、色、形状、声音或味道可以进行组合；不同的状态可以进行组合；不同领域不同性能的东西也可以进行组合；n两种事物可以进行组合。多种事物也可以进行组合。n可以是简单的联合、结合或混合，也可以是综合或化合等。2021/9/2352 多功能水果刀2021/9/2353 设问法的特点n1以提问的方式寻找发明的途径n设问法的首要特点是抓住事物带普遍意义的方面进行提问，所以它的应用范围很广，不仅可用于技术上的产品开发，还可用于改善管理等范畴。n 2从不同的角度、多个方面来进行设问检查，思维变换灵活，利于突破框框6 设问法2021/9/2354设问法的适用范围n适用于各种类型与场合的创造活动，它能够帮助人们突破思
41、维与心 理上的障碍，从多方面多角度引导创新思路，从而产生大量的创造性设想。n设问法被誉之为“创造技法之母”。n发明、创造、创新的关键是能够发现问题，提出问题。设问法就是对任何事物都多问几个为什么。2021/9/2355n根据产品使用实际情况，是否可能对现有产品进行改型？n这个问题的提出有助于使设计产生意想不到的发明创造。n例如，将蜡烛的形状变为球形，放在玻璃杯中使用非常漂亮；n将滚柱轴承的滚柱改变为圆球形，发明了滚珠轴承；n将平面形镜子改变成各种各样的曲面形，便创造了令人开心的哈哈镜等。2021/9/2356n能否将现有的产品结构更换一下型号或更换一下顺序？重新安排、更换位置通常会带来许多创造
42、性设想。n例如，飞机诞生的初期，螺旋桨在头部，后来装到了顶部，便成了直升飞机n原始的汽车喇叭按钮装在方向盘的轴上，每次按喇叭总要把手向上移到轴心上，既不方便，又容易失手肇事，后来有人把喇叭按钮改装在方向盘的下半圆周上，只要手指轻按一下这个半圆的任何一处，喇叭就响起来，这种更换了一下位置的新式喇叭深受汽车业的欢迎。2021/9/2357n现有的发明可否缩小体积，减轻重量或者分割化小等等？n 最初发明的收音机、电视机、电子计算机、录音机等体积都很庞大，结构也非常复杂，n现在经过多次改革，它们的体积都比当初大大缩小，结构也相对简单多了，并出现了许多小型的或超小型的机器 2021/9/2358n现有的
43、发明是否可以颠倒过来用？n 例如：火箭是向空中发射的，但是，人们要了解地底下的情况，将火箭改为向地下发射，就发明了一种探地火箭。2021/9/2359n现有的几种发明是否可以组合在一起？n例如，橡皮头铅笔，就是将铅笔和橡皮组合而成的。将卷笔刀与塑料瓶组合在一起，发明了一种能使铅笔屑不掉在地下的卷笔刀 2021/9/23608 逆向异想法n发明者运用逆向思维来构思发明项目，从而发明设计出新产品或发明出新方法，这就叫做逆向异想法。n英国的法拉第是一位逆向思维科学家。n1820年臭斯特发现了金属导线通电后，在其周围产生磁场，能使附近的磁针运转。这一消息引起法拉第注意，他想，既然“电能生磁”，为什么不
44、能“把磁变成电”呢？法拉第通过试验，终于发现了在磁场中运动的金属导线中能够产生电流，n于1931年他运用逆向异想法发明出直流发电机。他在这个时期还发明了玩具电动机。2021/9/2361n美国的爱迪生运用逆向异想法发明留声机。n1877年，他在试验改进电话时，意外地发现传话器里的膜板随着说话声音会引起相应的震动。话声低，颤动慢；话声高，颤动快。n他想：既然说话的声音能使短针颤动；那么。反过来，这种颤动能否使它发出原先的说话的声音呢？根据这一设想，终于制造出了世界上第一架会说话的机器 一 留声机 2021/9/2362n设计出能调温度的水杯,能“变脸”的杯子,只要往杯里注入热水，太阳娃娃就变色，
45、同时露出了面纱下的笑脸，还会出现微笑字样。而当水温慢慢变凉，太阳娃娃又藏起了自己的笑脸。原来杯子上的太阳娃娃是由感温的特殊材质制成，在不同温度下，就会显现出不同的颜色，从而组成不同的图案。n能显示时间的水杯，它由显示时间的杯子盖，向下凹陷的凹槽，装入凹槽内的隔热防震垫和表芯，嵌入凹槽边口嵌入槽内的表蒙所构成。n还可设计成能识别用户身份和含有标记的水杯，盖能加密的水杯，双盖水杯等。2021/9/2363 美国陆军部提出5W2H法 即：通过连续提六个问题，构成设想方案的制约条件，设法满足这些条件，便可获得创新方案.9.5W2H2021/9/2364n为此他写了一首小诗：n“我有几位好朋友，曾把万事
46、指导我，n你若想问真姓名，名字不同都姓何：n何事、何故、何人、何如、何时、何地、何去，还有一个西洋名，姓名颠倒叫几何。n若向八贤常请教，虽是笨人不会错。”我国著名教育家陶行知先生把这种提问模式叫做教人聪明的“八大贤人”。2021/9/2365Why 为什么需要创新？What 创新的对象是什么？Where 从什么地方着手？Who 谁来承担创新任务？When 什么时候完成？How 怎样实施？How Much 何去 达到怎样的水平？Which 几何5W2H法2021/9/23661、Why为什么需要?为实现什么目标?为达到什么功能？为取得什么样的社会和经济效益？为达到什么样的功效指标？为达到什么样的
47、质量标准？为什么不用机械代替人力？为什么非做不可？为什么制造此种产品要经过这么多环节？为什么做成这个样子（形状、大小、颜色）？为什么要这样生产？2、What是什么发现？是什么产品？是什么方法？是什么材料？是什么样的生产方法？是什么样的商标？目的是什么？重点是什么？与什么有关系？功能是什么？规范是什么？2021/9/2367 3、Who 来办最方便？谁会生产？谁可以办？谁是顾客？谁被忽略了？谁是决策人？谁会受益？4、When 何时要完成？何时安装？何时销售？何时是最佳营业时间？何时工作人员容易疲劳？何时产量最高？何时完成最为时宜？需要几天才算合理？5、Where 何地最适宜某物生长？何处生产最经
48、济？从何处买？还有什么地方可以作销售点？安装在什么地方最合适？何地有资源？2021/9/2368 6、How to 怎样省力？怎样最快？怎样做效率最高？怎样改进？怎样得到？怎样避免失败？怎样求发展？怎样增加销路？怎样达到效率？怎样才能使产品更加美观大方？怎样使产品用起来方便？7、How much 功能指标达到多少？销售多少？成本多少？输出功率多少？效率多高？尺寸多少？重量多少？2021/9/2369案例案例某商店改变生意清淡的方法某商店改变生意清淡的方法序号序号提问项目提问项目提问内容提问内容情况原因情况原因改进措施改进措施1为什么为什么此处设这个店行不行此处设这个店行不行有需求有需求应保留应
49、保留2作什么作什么批发零售？百货专营？维批发零售？百货专营？维修服务搞不搞？修服务搞不搞？本处适合零售本处适合零售零售为主增加零售为主增加服务项目服务项目3何地何地店设何处？离车站近店设何处？离车站近 离居离居民区也近民区也近为旅客服务为旅客服务增加旅客上车增加旅客上车前后所需商品前后所需商品2021/9/2370续前表续前表序号序号提问项目提问项目提问内容提问内容情况原因情况原因改进措施改进措施4 4何时何时何时购物？旅客寄存行李后何时购物？旅客寄存行李后无处寄存无处寄存办理托运办理托运 特别是特别是晚上晚上5 5何人何人谁是顾客？旅客？居民？谁是顾客？旅客？居民？未把旅客当作主未把旅客当作
50、主要顾客要顾客增加为旅客服务项增加为旅客服务项目目6 6怎样怎样怎样招徕更多旅客？怎样招徕更多旅客？此店不醒目此店不醒目增设路标增设路标购物指示牌购物指示牌7 7多少多少改进需多少投入？能得多少改进需多少投入？能得多少效益效益本店有投资能力本店有投资能力装修扩大需装修扩大需1 15 5万万预计增长预计增长20%20%2021/9/237110 类比法n类比发明法是一种确定二个以上事物问同异关系的思维过程和方法。即根据一定的标准尺度，把与此有联系的几个相关事物（这既可是同类事物，也可是不同类事物）加以对照，把握住事物的内在联系进行创造。n 类比方法，在人们的日常生活中也是常常运用到的。n比如，为