材料加工新技术与新工艺第4章常用创新技法48857.pptx

机械系统创新设计机械系统创新设计机械工程与自动化学院机械设计系机械工程与自动化学院机械设计系姚立纲姚立纲 第四章第四章 创新设计方法创新设计方法第一节第一节 群体集智法群体集智法一、智力激励法一、智力激励法二、书面集智法二、书面集智法三、函询集智法（德尔菲法）三、函询集智法（德尔菲法）第二节第二节 系统分析法系统分析法 一、设问探求法一、设问探求法 二、缺点列举法二、缺点列举法 三、希望点列举法三、希望点列举法 四、特性列举法四、特性列举法 五、形态分析法五、形态分析法 1)1)有无其他用途有无其他用途?现有事物还有没有新的用途现有事物还有没有新的用途?或稍加改进能扩大它的用途或稍加改进能扩大它的用途?2)2)能否借用能否借用?能否借用别的经验能否借用别的经验?有无与过去相似的东西有无与过去相似的东西?能否模仿点什么能否模仿点什么?3)3)能否改变能否改变?意义、颜色、活动、音响、气味、式样、形意义、颜色、活动、音响、气味、式样、形状等能否作其他改变状等能否作其他改变?4)4)能否扩大能否扩大?能否增加什么能否增加什么?时间、频度、强度、高度、长度、厚度、附加时间、频度、强度、高度、长度、厚度、附加价值、材料能否增加价值、材料能否增加?能否扩张能否扩张?5)5)能否缩小能否缩小?能否减少什么能否减少什么?再小点再小点?浓缩浓缩?微型化微型化?再低些再低些?再短些再短些?再轻些再轻些?省略省略?能否分割化小能否分割化小?能否采取内装能否采取内装?6)6)能否代用能否代用?能否取而代之能否取而代之?其他材料其他材料?其他制造工艺其他制造工艺?其他动力其他动力?其他场所其他场所?其他方法其他方法?7)7)能否重新调整能否重新调整?可否更换条件可否更换条件?用其他的型号用其他的型号?用其他设计方案用其他设计方案?用其他顺序用其他顺序?能否调整速度能否调整速度?能否调整程序能否调整程序?8)8)能否颠倒过来能否颠倒过来?可否变换正负可否变换正负?颠倒方位颠倒方位?反向有何作用反向有何作用?9)9)能否组合能否组合?混成品、成套东西是否统一协调混成品、成套东西是否统一协调?单位、部分能否组合单位、部分能否组合?目的能否综合目的能否综合?主张能否综合主张能否综合?创造设想能否综合创造设想能否综合?设问探求法被称为设问探求法被称为“创造技法之母创造技法之母”，它适合，它适合各种类型和场合的创造性思考，主要基于以下几点各种类型和场合的创造性思考，主要基于以下几点原因：原因：例：自行车的新创意例：自行车的新创意 以自行车为创新设计对象，运用设问探求法提以自行车为创新设计对象，运用设问探求法提出有关自行车的新产品概念，结果如表所示。出有关自行车的新产品概念，结果如表所示。序号序号设问项设问项目目新概念名称新概念名称创创意意简简要要说说明明1 1有无其它用途有无其它用途多功能保健多功能保健改进自行车、组合式多功能家用健身器改进自行车、组合式多功能家用健身器2 2能否借用能否借用自助自助借用机动车传动原理，成为自助车借用机动车传动原理，成为自助车3 3能否改变能否改变太空太空改变传统形态，椭圆形链轮，设计出太空车改变传统形态，椭圆形链轮，设计出太空车例：自行车的新创意例：自行车的新创意 序号序号设问项设问项目目新概念名称新概念名称创创意意简简要要说说明明4 4能否扩大能否扩大新型鞍座新型鞍座扩大鞍座、舒适、储物扩大鞍座、舒适、储物5 5能否缩小能否缩小儿童儿童儿童微型车儿童微型车6 6能否代用能否代用新材料新材料新材料、轻便、高强度新材料、轻便、高强度例：自行车的新创意例：自行车的新创意 7 7能否重新调整能否重新调整长度可调长度可调调整前后轮距、缩小占地空间调整前后轮距、缩小占地空间8 8能否颠倒能否颠倒可后退可后退开发可后退自行车、方便使用开发可后退自行车、方便使用9 9能否组合能否组合自行车水泵自行车水泵三轮三轮小型水泵与自行车结合，方便农村使用小型水泵与自行车结合，方便农村使用设计三轮自行车、供两人同乘设计三轮自行车、供两人同乘五、形态分析法五、形态分析法 1 1、形态分析的特点、形态分析的特点 因素和形态是形态分析中的两个基本概念。因素和形态是形态分析中的两个基本概念。因素指构成某种事物的特性因子。如工业产品，因素指构成某种事物的特性因子。如工业产品，可以用若干反映产品特定用途或功能作为基本因素。可以用若干反映产品特定用途或功能作为基本因素。相应的实现各功能的技术手段，则称之为形态。相应的实现各功能的技术手段，则称之为形态。将将“控制时间控制时间”作为某产品的一个基本因素，作为某产品的一个基本因素，那么那么“手动控制手动控制”、“机械定时器控制机械定时器控制”和和“电脑电脑控制控制”等技术手段，则为相应因素的表现形态。等技术手段，则为相应因素的表现形态。形态分析是对创造对象进行因素分解和形态综合形态分析是对创造对象进行因素分解和形态综合的过程。的过程。这一过程中，发散思维和收敛思维起着重要的作这一过程中，发散思维和收敛思维起着重要的作用。用。创造过程中，应用形态分析法的基本途径，是先创造过程中，应用形态分析法的基本途径，是先将创造课题分解为若干相互独立的基本因素，找出将创造课题分解为若干相互独立的基本因素，找出实现每个因素要求的所有可能的技术手段实现每个因素要求的所有可能的技术手段(形态形态)，然后加以系统综合而得到多种可行解，经筛选可获然后加以系统综合而得到多种可行解，经筛选可获得最佳方案。得最佳方案。2 2、形态分析法的运用程序、形态分析法的运用程序 1)1)因素分析因素分析 因素分析确定创造对象的构成因素。因素分析确定创造对象的构成因素。分析时，要使确定的因素满足分析时，要使确定的因素满足3 3个基本要求：个基本要求：一是各因素在逻辑上彼此独立；一是各因素在逻辑上彼此独立；二是在本质上是重要的；二是在本质上是重要的；三是在数量上是全面的。三是在数量上是全面的。如何满足这些要求？如何满足这些要求？确定哪些共同的子系统或过程，确定哪些共同的子系统或过程，确定可能影响最终方案的重要因素确定可能影响最终方案的重要因素 理解因素的本质及重要性理解因素的本质及重要性 避免因素彼此包含或不重要避免因素彼此包含或不重要 避免遗漏因素，导致创造性设想遗漏。避免遗漏因素，导致创造性设想遗漏。2)2)形态分析形态分析 列出多因素可能的全部形态列出多因素可能的全部形态(技术手段技术手段)。要求发散思维要求发散思维 列出满足功能要求的多种技术手段列出满足功能要求的多种技术手段 列出本专业领域的和其他专业领域的列出本专业领域的和其他专业领域的3)3)方案综合方案综合 采取形态学矩阵或综合表的形式采取形态学矩阵或综合表的形式 形态学矩阵综合表，形态学矩阵综合表，若因素为若因素为A、B、C，对应的形态分别为对应的形态分别为3、5、4个，则理论上可综合出个，则理论上可综合出35460个方案。如个方案。如A1-B2-C3为一组方案。在全体方案中，既包含有意义为一组方案。在全体方案中，既包含有意义的方案，也包含无意义的虚假方案。的方案，也包含无意义的虚假方案。形形 态态因素因素AA1A2 A3 BB1 B2 B3 B4 B5CC1C2C3 C4 4)4)方案评选方案评选 要对可行方案进行评选，找出最佳的可行方案。要对可行方案进行评选，找出最佳的可行方案。评选时先要制订选优标准，一般用新颖性、先评选时先要制订选优标准，一般用新颖性、先进性和实用性三条标准进行初评，再用技术经济进性和实用性三条标准进行初评，再用技术经济指标进行综合评价，好中选优。指标进行综合评价，好中选优。例：运用形态分析法探索新型单缸洗衣机的创意例：运用形态分析法探索新型单缸洗衣机的创意 1907年 手动洗衣机1910年 电动洗衣机例：运用形态分析法探索新型单缸洗衣机的创意例：运用形态分析法探索新型单缸洗衣机的创意 “托尔”电动洗衣机海报1922铸铝桶体旋转洗衣机1)1)因素分析因素分析 从洗衣机的总体功能从洗衣机的总体功能“洗涤衣物洗涤衣物”，得到，得到“盛盛装衣物装衣物”、“分离脏物分离脏物”和和“控制洗涤控制洗涤”等分功能，等分功能，作为形态分析的作为形态分析的3 3个因素。个因素。2)2)形态分析形态分析 对应分功能因素的形态，是实现这些功能的对应分功能因素的形态，是实现这些功能的各种技术手段或方法。各种技术手段或方法。为列举功能形态，应进行信息检索，密切注意为列举功能形态，应进行信息检索，密切注意各种有效的技术手段与方法。各种有效的技术手段与方法。在考虑利用新的方法时，可能还要进行必要的在考虑利用新的方法时，可能还要进行必要的试验，以验证方法的可利用性和可靠性。试验，以验证方法的可利用性和可靠性。3 3个分功能中，个分功能中，“分离脏物分离脏物”是最关键的功能因是最关键的功能因素，列举其技术形态或功能载体时，要针对素，列举其技术形态或功能载体时，要针对“分离分离”二字广思、深思和精思，从多个技术领域二字广思、深思和精思，从多个技术领域(机、机、电、热、声等电、热、声等)去发散思考。去发散思考。3)3)列形态学矩阵并进行方案综合列形态学矩阵并进行方案综合 经过一系列分析和思考，在条件成熟时即可建经过一系列分析和思考，在条件成熟时即可建立起表所示的洗衣机形态学矩阵。立起表所示的洗衣机形态学矩阵。理论上可组合出理论上可组合出44344348 48 种方案。种方案。因素因素（分功能）（分功能）形形 态态（功能解）（功能解）1234A盛装衣物盛装衣物铝铝桶桶塑料桶塑料桶玻璃玻璃钢钢桶桶陶瓷桶陶瓷桶B分离分离赃赃物物机械摩擦机械摩擦电电磁振磁振荡荡热胀热胀超声波超声波C控制洗控制洗涤涤人工手控人工手控机械定机械定时时电脑电脑自控自控 4)4)方案评选方案评选 方案方案1 1：A1-B1-C1 是一种最原始的洗衣机。是一种最原始的洗衣机。方案方案2 2：A1-B1-C2 是最简单的普及型单缸洗衣机。是最简单的普及型单缸洗衣机。这种洗衣机通过电动机和这种洗衣机通过电动机和V带传动使洗衣桶底部的带传动使洗衣桶底部的波轮旋转，产生涡流并与衣物相互摩擦，再借助洗波轮旋转，产生涡流并与衣物相互摩擦，再借助洗衣粉的化学作用达到洗净衣物的目的。衣粉的化学作用达到洗净衣物的目的。方案方案3 3：A2-B3-C1是一种结构简单的热胀增压式是一种结构简单的热胀增压式洗衣机。它在桶中装热水并加进洗衣粉，用手摇洗衣机。它在桶中装热水并加进洗衣粉，用手摇动使桶旋转增压，也可实现洗净衣物的目的。动使桶旋转增压，也可实现洗净衣物的目的。方案方案4 4：A1-B2-C2所对应的方案，是一种利用电所对应的方案，是一种利用电磁振荡原理进行分离脏物的洗衣机。这种洗衣机磁振荡原理进行分离脏物的洗衣机。这种洗衣机可以不用洗涤波轮，把水排干后还可利用电磁振可以不用洗涤波轮，把水排干后还可利用电磁振荡使衣物脱水。荡使衣物脱水。方案方案5 5：Al-B4-C2是超声波洗衣机的设想，即考是超声波洗衣机的设想，即考虑利用超声波产生很强的水压使衣物纤维振动，虑利用超声波产生很强的水压使衣物纤维振动，同时借助气泡上升的力使衣物运动而产生摩擦，同时借助气泡上升的力使衣物运动而产生摩擦，达到洗涤去脏的目的。达到洗涤去脏的目的。其他方案。其他方案。图示为超声波洗衣机的基本图示为超声波洗衣机的基本原理。原理。先在洗衣桶先在洗衣桶1 1内放人要洗的内放人要洗的衣物和洗衣粉，并注入适量衣物和洗衣粉，并注入适量的水。的水。启动电磁式气泵启动电磁式气泵4 4，压力风，压力风经气泵送气管经气泵送气管5 5，风量调节器风量调节器7 7和送气管和送气管6 6至桶至桶底部的空气分散器底部的空气分散器2 2，产生微，产生微细气泡，并在桶内上升。细气泡，并在桶内上升。微细气泡相互碰撞，当逸出水面时破裂。气泡破微细气泡相互碰撞，当逸出水面时破裂。气泡破裂时产生裂时产生505030 000Hz30 000Hz的超声波，尤其是的超声波，尤其是20 000Hz20 000Hz以上的超声波，可以产生很强的水压，使衣物纤维以上的超声波，可以产生很强的水压，使衣物纤维振动，产生洗涤作用。振动，产生洗涤作用。在超声波乳化作用的短时间内，衣物的油脂或污在超声波乳化作用的短时间内，衣物的油脂或污垢被分离。垢被分离。磁悬浮无水洗衣机磁悬浮无水洗衣机 Orbit Orbit开始工作后，放入脏衣服的圆球会被磁浮力来推动，开始工作后，放入脏衣服的圆球会被磁浮力来推动，而这个速度可以把二氧化碳与有机物质产生像干冰的气流。而这个速度可以把二氧化碳与有机物质产生像干冰的气流。整个洗衣过程不会产生噪音，时间也只需数分钟而已。整个洗衣过程不会产生噪音，时间也只需数分钟而已。磁悬浮无水洗衣机磁悬浮无水洗衣机 其操作过程非常简单：首先用户将衣服放入不碎玻璃制其操作过程非常简单：首先用户将衣服放入不碎玻璃制造的球体内造的球体内(不需洗衣粉和水不需洗衣粉和水)，然后透过顶上的触控按键，然后透过顶上的触控按键开机，最后把它放在环状机上的底座板就可以了。开机，最后把它放在环状机上的底座板就可以了。第三节第三节 联想类比法联想类比法一、联想法一、联想法 联想是从一概念想到他概念，从一事物想到联想是从一概念想到他概念，从一事物想到他事物的一种心理活动或思维方式。他事物的一种心理活动或思维方式。联想思维由此及彼、由表及里，形象生动、联想思维由此及彼、由表及里，形象生动、无穷无尽。无穷无尽。联想犹如心理中介，通过事物之间的关联、联想犹如心理中介，通过事物之间的关联、比较、联系，逐步引导思维趋向广度和深度，从而比较、联系，逐步引导思维趋向广度和深度，从而产生思维突变，获得创造性联想。产生思维突变，获得创造性联想。1 1、相似联想、相似联想 相似联想是从某一思维对象想到与它具有某些相似联想是从某一思维对象想到与它具有某些相似特征的另一思维对象的联想思维。相似特征的另一思维对象的联想思维。这种相似，既可能是形态上的，也可能是空间、这种相似，既可能是形态上的，也可能是空间、时间、功能等意义上的。时间、功能等意义上的。传统的金属轧制方法如图所示，两轧辊反向同传统的金属轧制方法如图所示，两轧辊反向同速转动，板材一次成型。速转动，板材一次成型。采用这种方法，由于一次压下量过大，钢板在采用这种方法，由于一次压下量过大，钢板在轧制过程中极易产生裂纹。轧制过程中极易产生裂纹。日本为解决上述问题冥思苦想，当技术员看到日本为解决上述问题冥思苦想，当技术员看到用擀面杖擀面时，其连续渐进、逐渐擀薄的过程，用擀面杖擀面时，其连续渐进、逐渐擀薄的过程，由此联想，发明了行星轧辊，使金属的延展分为由此联想，发明了行星轧辊，使金属的延展分为多次进行，消除了钢材裂纹，取得专利。多次进行，消除了钢材裂纹，取得专利。美国工程师斯潘塞在做微波空间分布情况的试美国工程师斯潘塞在做微波空间分布情况的试验时，发现衣兜内的巧克力被熔化。验时，发现衣兜内的巧克力被熔化。常温下什么原因使巧克力熔化呢常温下什么原因使巧克力熔化呢?斯潘塞分析是微波使巧克力内部分子发生振荡，斯潘塞分析是微波使巧克力内部分子发生振荡，从而产生热能。从而产生热能。他由此联想到，微波能熔化巧克力，一定也会他由此联想到，微波能熔化巧克力，一定也会使其他食品由于内部分子振荡而受热，通过联想使其他食品由于内部分子振荡而受热，通过联想发明了微波炉。发明了微波炉。为提高汽油在气缸中的燃烧效率，必须为提高汽油在气缸中的燃烧效率，必须使汽油与空气均匀混合。使汽油与空气均匀混合。美国工程师道立安看到用喷雾器往身上喷美国工程师道立安看到用喷雾器往身上喷洒香水形成均匀雾状的形态而联想到了使空洒香水形成均匀雾状的形态而联想到了使空气和液体均匀混合的方法，从而发明了汽车气和液体均匀混合的方法，从而发明了汽车化油器。化油器。章动齿轮的工作原理源于一个在桌面上绕圆周章动齿轮的工作原理源于一个在桌面上绕圆周摆动的硬币。摆动的硬币。章章动动传传动动 它将重锤它将重锤2与浮子与浮子1浮力的浮力的平衡原理以及将回转运动变平衡原理以及将回转运动变换成直线运动的运动变换原换成直线运动的运动变换原理加以联想和扩展，并将两理加以联想和扩展，并将两者巧妙组合，从而发明出简者巧妙组合，从而发明出简单可靠的记录仪。单可靠的记录仪。浮子浮子1的升降转变为小齿的升降转变为小齿轮轮3的转动，从而带动固接有的转动，从而带动固接有记录笔的齿条记录笔的齿条4移动，在钟表移动，在钟表发条机构发条机构5驱动下作匀速转动驱动下作匀速转动的卷筒纸上，就可得到液位的卷筒纸上，就可得到液位升降记录。升降记录。图示为液面升降自动记录仪。图示为液面升降自动记录仪。2 2、接近联想、接近联想 接近联想是从某一思维对象想到与它有接近关接近联想是从某一思维对象想到与它有接近关系的思维对象上去的联想思维。系的思维对象上去的联想思维。接近关系可能是时间和空间上的，也可能是功接近关系可能是时间和空间上的，也可能是功能和用途上的，还可能是结构和形态上的等等。能和用途上的，还可能是结构和形态上的等等。俄国化学家门捷列夫在俄国化学家门捷列夫在18691869年宣布的化学元素周年宣布的化学元素周期表仅有期表仅有6363个元素。个元素。他将其按质量排列后，看到了空间位置的空缺，他将其按质量排列后，看到了空间位置的空缺，其空间位置的接近性使他产生联想，进而推断出空其空间位置的接近性使他产生联想，进而推断出空间位置有尚未被发现的新元素，并给出了基本化学间位置有尚未被发现的新元素，并给出了基本化学元素属性。元素属性。美国发明家威斯汀豪斯一直希望寻求一种同时美国发明家威斯汀豪斯一直希望寻求一种同时作用于整列火车车轮的制动装置。作用于整列火车车轮的制动装置。当他看到在挖掘隧道时，驱动风钻的压缩空气当他看到在挖掘隧道时，驱动风钻的压缩空气是用橡胶软管从数百米之外的空气压缩站送来的现是用橡胶软管从数百米之外的空气压缩站送来的现象时，运用接近联想，脑海里立刻涌现了气动刹车象时，运用接近联想，脑海里立刻涌现了气动刹车的创意，从而发明了现代火车的气动刹车装置。的创意，从而发明了现代火车的气动刹车装置。这种装置将压缩空气沿管道迅速送到各节车厢这种装置将压缩空气沿管道迅速送到各节车厢的气缸里，通过气缸的活塞将刹车闸瓦抱紧在车轮的气缸里，通过气缸的活塞将刹车闸瓦抱紧在车轮上，从而大大提高了火车运行的安全性，至今仍被上，从而大大提高了火车运行的安全性，至今仍被广泛采用。广泛采用。3 3、对比联想、对比联想 客观事物之间广泛存在着对比关系，诸如冷与客观事物之间广泛存在着对比关系，诸如冷与热、白与黑、多与少、高与低、长与短、上与下、热、白与黑、多与少、高与低、长与短、上与下、宽与窄、凸与凹、软与硬、干与湿、远与近、前与宽与窄、凸与凹、软与硬、干与湿、远与近、前与后、动与静等等。后、动与静等等。对比联想就是由事物间完全对立或存在某些差对比联想就是由事物间完全对立或存在某些差异而引起的联想。异而引起的联想。由于是从对立的、颠倒的角度去思考问题，因由于是从对立的、颠倒的角度去思考问题，因而具有背逆性和批判性，常会产生转变思路、出奇而具有背逆性和批判性，常会产生转变思路、出奇制胜的良好效果。制胜的良好效果。l901年时的除尘器只能吹尘，飞扬的尘土年时的除尘器只能吹尘，飞扬的尘土令人窒息。令人窒息。英国人赫伯布斯运用对比联想，吹尘不好，英国人赫伯布斯运用对比联想，吹尘不好，吸尘如何吸尘如何?他用捂着手绢的嘴试着吸尘土，结果成功他用捂着手绢的嘴试着吸尘土，结果成功了，他继而发明出带有灰尘过滤装置的负压了，他继而发明出带有灰尘过滤装置的负压吸尘器。吸尘器。在曲柄摇杆机构中，即使曲柄匀速转动，摇杆在曲柄摇杆机构中，即使曲柄匀速转动，摇杆摆动的角速度也并不均匀。摆动的角速度也并不均匀。工程中，有时希望摇杆能获得近似均匀的角速工程中，有时希望摇杆能获得近似均匀的角速度。度。曲柄摇杆机构是将主动件曲柄的匀速转动变成曲柄摇杆机构是将主动件曲柄的匀速转动变成从动件的变速运动，反过来，让变速运动的摇杆作从动件的变速运动，反过来，让变速运动的摇杆作主动件，就可使曲柄作匀速运动，若不作整周转动，主动件，就可使曲柄作匀速运动，若不作整周转动，即可得匀速摆动。即可得匀速摆动。图示为输出件近似匀速摆动的连杆机构。该连图示为输出件近似匀速摆动的连杆机构。该连杆机构由两个曲柄摇杆机构对称串联而成，前一机杆机构由两个曲柄摇杆机构对称串联而成，前一机构中变速摆动的摇杆构中变速摆动的摇杆3 3正是后一机构中的主动件。正是后一机构中的主动件。该机构中输出件该机构中输出件1能够获得能够获得120120150 150 摆角的近摆角的近似匀速的摆动运动，其角速度曲线如图。似匀速的摆动运动，其角速度曲线如图。4 4、强制联想、强制联想 强制联想法是综合运用联想方法而形成的一种强制联想法是综合运用联想方法而形成的一种非逻辑型创造技法，是由完全无关或亲缘相当远的非逻辑型创造技法，是由完全无关或亲缘相当远的多个事物及间接之间，牵强附会地找出其联系的方多个事物及间接之间，牵强附会地找出其联系的方法。法。例如，椅子和面包之间的强制联想，能例如，椅子和面包之间的强制联想，能引发出：面包引发出：面包软软软呼呼的沙发；面包软呼呼的沙发；面包热热局部加热的保健椅，如按摩椅、远局部加热的保健椅，如按摩椅、远红外保健椅等。红外保健椅等。建筑师萨里受委托在纽约肯尼迪机场设计建筑师萨里受委托在纽约肯尼迪机场设计一座建筑。一座建筑。柚子那漂亮的外壳柚子那漂亮的外壳使他联想到了与之风使他联想到了与之风马牛不相及的建筑，马牛不相及的建筑，因而设计出了完全流因而设计出了完全流线型式样、把弯曲和线型式样、把弯曲和环转包涵其内的世界环转包涵其内的世界一流建筑。一流建筑。二、类比法二、类比法 比较分析两个对象之间某些相同或相似之点，比较分析两个对象之间某些相同或相似之点，从而认识事物或解决问题的方法，称为类比法。从而认识事物或解决问题的方法，称为类比法。类比法以比较为基础。将陌生与熟悉、未知与类比法以比较为基础。将陌生与熟悉、未知与已知相对比，这样，由此物及于彼物，由此类及于已知相对比，这样，由此物及于彼物，由此类及于彼类，可以启发思路，提供线索，触类旁通。彼类，可以启发思路，提供线索，触类旁通。采用类比法关键是本质的类似，并且不但要分采用类比法关键是本质的类似，并且不但要分析本质的类似，还要认识到它们之间的差别，避免析本质的类似，还要认识到它们之间的差别，避免生搬硬套，牵强附会。生搬硬套，牵强附会。1 1拟人类比拟人类比 拟人类比是将人设想为创造对象的某个因素，设拟人类比是将人设想为创造对象的某个因素，设身处地想像，从而得到有益的启示。身处地想像，从而得到有益的启示。拟人类比将自身思维与创造对象融为一体。在人拟人类比将自身思维与创造对象融为一体。在人与人关系中，设身处地地考虑问题；以物为创造对与人关系中，设身处地地考虑问题；以物为创造对象时，投入感情因素，将创造对象拟人化，体验问象时，投入感情因素，将创造对象拟人化，体验问题，产生共鸣，从而悟出某些无法感知的因素。题，产生共鸣，从而悟出某些无法感知的因素。2 2直接类比直接类比 将创造对象直接与相类似的事物或现象作比较称将创造对象直接与相类似的事物或现象作比较称为直接类比。为直接类比。直接类比简单、快速，可避开盲目思考。类比对直接类比简单、快速，可避开盲目思考。类比对象的本质特征愈接近，则成功率愈大。象的本质特征愈接近，则成功率愈大。2 2直接类比直接类比 物理学家欧姆将电与热从流动特征考虑物理学家欧姆将电与热从流动特征考虑进行直接类比，把电势比作温度，把电流进行直接类比，把电势比作温度，把电流总量比作一定的热量，终于首先提出了著总量比作一定的热量，终于首先提出了著名的欧姆定律。名的欧姆定律。3 3象征类比象征类比 象征类比是直觉感知，并使问题关键显现、简象征类比是直觉感知，并使问题关键显现、简化。文学作品、建筑设计多用此法。像玫瑰花喻爱化。文学作品、建筑设计多用此法。像玫瑰花喻爱情，绿色喻春天，火炬喻光明，日出喻新生等。情，绿色喻春天，火炬喻光明，日出喻新生等。象征类比是借助事物形象和象征符号来比喻某象征类比是借助事物形象和象征符号来比喻某种抽象的概念或思维感情。种抽象的概念或思维感情。4 4因果类比因果类比 因果类比需要联想，要善于寻找过去已确定的因因果类比需要联想，要善于寻找过去已确定的因果关系，善于发现事物的本质。果关系，善于发现事物的本质。两事物间有某些共同属性，根据一事物的因果两事物间有某些共同属性，根据一事物的因果关系推出另一事物的因果关系的思维方法，称为因关系推出另一事物的因果关系的思维方法，称为因果类比法。果类比法。4 4因果类比因果类比 加入发泡剂的合成树脂，其中充满微小孔洞，具加入发泡剂的合成树脂，其中充满微小孔洞，具有省料、轻巧、隔热、隔音等良好性能。日本的铃有省料、轻巧、隔热、隔音等良好性能。日本的铃木运用因果类比例尺，联想到在水泥中加入发泡剂，木运用因果类比例尺，联想到在水泥中加入发泡剂，结果发明了一种具有同样优良性能的新型建筑材料结果发明了一种具有同样优良性能的新型建筑材料汽泡混凝土。汽泡混凝土。广东海康药品公司通过研究发现，牛黄生成的机广东海康药品公司通过研究发现，牛黄生成的机理是因为混进胆囊内的异物刺激胆囊分泌物增多，理是因为混进胆囊内的异物刺激胆囊分泌物增多，日积月累形成胆结石。他们联想到河蚌育珠的过程，日积月累形成胆结石。他们联想到河蚌育珠的过程，由此作因果类比，在牛的胆囊内植入异物，果然形由此作因果类比，在牛的胆囊内植入异物，果然形成胆结石成胆结石牛黄。牛黄。三三仿生法仿生法 仿生法具有启发、诱导、拓宽创造思路之功效。仿生法具有启发、诱导、拓宽创造思路之功效。从自然界获得灵感，再将其应用于人造产品中从自然界获得灵感，再将其应用于人造产品中的方法，称为仿生法。的方法，称为仿生法。仿生法不是自然现象的简单再现，而是将模仿与仿生法不是自然现象的简单再现，而是将模仿与现代科技手段相结合，设计出具有新功能的仿生系现代科技手段相结合，设计出具有新功能的仿生系统。这种仿生存在于创造思维的全过程中，它是对统。这种仿生存在于创造思维的全过程中，它是对自然的一种超越。自然的一种超越。1 1原理仿生原理仿生 蝙蝠用超声波辨别物体位置的原理使人类大开蝙蝠用超声波辨别物体位置的原理使人类大开眼界。经过研究发现，蝙蝠的喉内能发出十几万赫眼界。经过研究发现，蝙蝠的喉内能发出十几万赫兹的超声波脉冲。这种声波发出后，遇到物体就会兹的超声波脉冲。这种声波发出后，遇到物体就会返射回来，产生报警回波。蝙蝠根据回波的时间确返射回来，产生报警回波。蝙蝠根据回波的时间确定距障碍物的距离，根据回波到达左右耳的微小时定距障碍物的距离，根据回波到达左右耳的微小时间差确定障碍物的方位。人们利用这种超声波的探间差确定障碍物的方位。人们利用这种超声波的探测本领，测量海底地貌、探测鱼群、寻找潜艇、探测本领，测量海底地貌、探测鱼群、寻找潜艇、探测物体内部缺陷、为盲人指路等。测物体内部缺陷、为盲人指路等。模仿生物的生理原理而创造新事物的方法称为模仿生物的生理原理而创造新事物的方法称为原理仿生法。比如模仿鸟类飞翔原理的各式飞行器；原理仿生法。比如模仿鸟类飞翔原理的各式飞行器；按蜘蛛爬行原理设计的军用越野车等。按蜘蛛爬行原理设计的军用越野车等。1 1原理仿生原理仿生 乌贼靠喷水而前进，且十分迅速、灵活。人们模乌贼靠喷水而前进，且十分迅速、灵活。人们模仿这一原理，制成了靠喷水前进的仿这一原理，制成了靠喷水前进的“喷水船喷水船”。这。这种喷水船由柴油机带动轴流泵，轴流泵带动的叶轮种喷水船由柴油机带动轴流泵，轴流泵带动的叶轮先将水吸入，再从船尾的喷水口把水猛烈喷出，靠先将水吸入，再从船尾的喷水口把水猛烈喷出，靠反作用力推动船体向前行驶。反作用力推动船体向前行驶。香蕉皮比梨皮、苹果皮等其他水果皮要滑。人香蕉皮比梨皮、苹果皮等其他水果皮要滑。人们研究发现，香蕉皮由几百个薄层构成，且层间结们研究发现，香蕉皮由几百个薄层构成，且层间结构松弛、水分丰富，这就是香蕉皮比其他果皮要滑构松弛、水分丰富，这就是香蕉皮比其他果皮要滑一些的原因。据此原理，人们发明了层状结构的优一些的原因。据此原理，人们发明了层状结构的优良的润滑材料良的润滑材料二硫化钼。二硫化钼。2 2结构仿生结构仿生 苍蝇和蜻蜓是复眼结构，即在每一个小六角形苍蝇和蜻蜓是复眼结构，即在每一个小六角形的单眼中，都有一小块可单独成像的角膜。在复眼的单眼中，都有一小块可单独成像的角膜。在复眼前边，即使只放一个目标，但通过一块块小角膜，前边，即使只放一个目标，但通过一块块小角膜，看到的却是许多个相同的影像。人们仿照这种结构，看到的却是许多个相同的影像。人们仿照这种结构，把许多光学小透镜排列组合起来，制成复眼透镜照把许多光学小透镜排列组合起来，制成复眼透镜照相机，一次就可拍出许多张相同的影像。相机，一次就可拍出许多张相同的影像。模仿生物结构取得创新成果的方法称结构仿生法。模仿生物结构取得创新成果的方法称结构仿生法。比如，从锯齿状草叶到锯子。比如，从锯齿状草叶到锯子。2 2结构仿生结构仿生 蜂房的特殊的结构具有同样容积下最省料的特蜂房的特殊的结构具有同样容积下最省料的特点。经研究，人们还发现蜂房单薄的结构还具有很点。经研究，人们还发现蜂房单薄的结构还具有很高的强度，据此，人们发明了各种重量轻、强度高、高的强度，据此，人们发明了各种重量轻、强度高、隔音和隔热等性能良好的蜂窝结构材料。隔音和隔热等性能良好的蜂窝结构材料。法国园艺家莫尼哀看到盘根错节的植物根系结构法国园艺家莫尼哀看到盘根错节的植物根系结构使植物根下泥土坚实牢固、雨水都冲不走的自然现使植物根下泥土坚实牢固、雨水都冲不走的自然现象，用铁丝做成类似植物根系的网状结构，用水泥、象，用铁丝做成类似植物根系的网状结构，用水泥、碎石浇制成了钢筋混凝土。碎石浇制成了钢筋混凝土。3 3外形仿生外形仿生 “船鳍船鳍”不仅减少了船舶倾覆的危险，而且还具不仅减少了船舶倾覆的危险，而且还具有降低驱动功率、提高航速的作用。有降低驱动功率、提高航速的作用。研究模仿生物外部形状的创造方法称外形仿生研究模仿生物外部形状的创造方法称外形仿生法。比如，从猫、虎的爪子想到在奔跑中急停的钉法。比如，从猫、虎的爪子想到在奔跑中急停的钉子鞋；从鲍鱼想到的吸盘等等。子鞋；从鲍鱼想到的吸盘等等。仿袋鼠行走方式，发明了跳跃运行的汽车仿袋鼠行走方式，发明了跳跃运行的汽车4 4信息仿生信息仿生 通过研究、模拟生物的感觉通过研究、模拟生物的感觉(包括视觉、嗅觉、包括视觉、嗅觉、听觉、触觉等听觉、触觉等)、语言、智能等信息及其存储、提、语言、智能等信息及其存储、提取、传输等方面的机理，构思和研制出新的信息系取、传输等方面的机理，构思和研制出新的信息系统的仿生方法称信息仿生法。统的仿生方法称信息仿生法。根据水母根据水母“耳耳”腔内有一带小柄的球，在腔内有一带小柄的球，在8 813Hz13Hz的风暴产生频率传来时，它便振动并刺激的风暴产生频率传来时，它便振动并刺激“耳耳”神经。人们发明了风暴预警器。神经。人们发明了风暴预警器。4 4拟人仿生拟人仿生 人脑头盖骨由八块骨片组成，形薄、体轻，却人脑头盖骨由八块骨片组成，形薄、体轻，却非常坚固。罗马体育馆的设计师将人脑头盖骨的结非常坚固。罗马体育馆的设计师将人脑头盖骨的结构、性能与体育馆的屋顶进行类比，成功地建造了构、性能与体育馆的屋顶进行类比，成功地建造了著名的薄壳建筑著名的薄壳建筑罗马体育馆。罗马体育馆。通过模仿人体结构功能等进行创造的方法称为通过模仿人体结构功能等进行创造的方法称为拟人仿生法。拟人仿生法。随着科学技术的不断进步，具有各种功能的机器随着科学技术的不断进步，具有各种功能的机器人逐渐进入了我们的生活之中。人逐渐进入了我们的生活之中。第四节第四节 转向创新法转向创新法 创新活动是探索性的实践活动，现代的创新活动创新活动是探索性的实践活动，现代的创新活动通常是有计划、有目的的实践活动。通常是有计划、有目的的实践活动。一变换方向法一变换方向法 在创新实践活动中，人们按照自己的计划去探索在创新实践活动中，人们按照自己的计划去探索未知世界的秘密，按照预想的方法解决那些尚待解未知世界的秘密，按照预想的方法解决那些尚待解决的问题。决的问题。在实践过程中，人们会发现某些计划、方法在实在实践过程中，人们会发现某些计划、方法在实践中行不通，这时应根据实践过程提供的信息，及践中行不通，这时应根据实践过程提供的信息，及时修正计划、修改方法，继续有效地探索。时修正计划、修改方法，继续有效地探索。第四节第四节 转向创新法转向创新法1 1变元法变元法一变换方向法一变换方向法 人们在探索某些问题人们在探索某些问题(函数函数)解的过程中通常将一些因素解的过程中通常将一些因素(自变量自变量)固定，探索另外一些因素固定，探索另外一些因素(变量变量)对所求解问题的影对所求解问题的影响，但有时求解的关键因素恰恰在被固定的那些因素当中；响，但有时求解的关键因素恰恰在被固定的那些因素当中；由于思考问题的习惯模式的限制，往往把某些影响因由于思考问题的习惯模式的限制，往往把某些影响因素看作是不变的素看作是不变的(将变量看作常量将变量看作常量)，这就限制了求解区域。，这就限制了求解区域。意识到这一点，在问题求解的过程中通过变换求解因素，意识到这一点，在问题求解的过程中通过变换求解因素，常可获得意外的结果。这种方法称为变元法。常可获得意外的结果。这种方法称为变元法。第四节第四节 转向创新法转向创新法1 1变元法变元法一变换方向法一变换方向法 公元公元2 2世纪，托勒密提出关于天体运行的系统理论，称世纪，托勒密提出关于天体运行的系统理论，称为为”地心说地心说”。第四节第四节 转向创新法转向创新法1 1变元法变元法一变换方向法一变换方向法 天文观测表明，行星相对于地球的速度忽快、忽慢、忽天文观测表明，行星相对于地球的速度忽快、忽慢、忽进、忽退。为解释行星的运动，托勒密使用了本轮加均轮进、忽退。为解释行星的运动，托勒密使用了本轮加均轮的模型：即行星在一个较小的圆周的模型：即行星在一个较小的圆周(本轮本轮)上运动，本轮的上运动，本轮的圆心又在较大的均轮上运动圆心又在较大的均轮上运动(这种模型很像机械中的行星这种模型很像机械中的行星轮系轮系)。这种模型对天体的解释符合人们的日常观察习惯，。这种模型对天体的解释符合人们的日常观察习惯，在天文观测精度不高的情况下也能解释观测结果。在天文观测精度不高的情况下也能解释观测结果。随着观测精度的提高，人们发现观测数据与托勒密的体随着观测精度的提高，人们发现观测数据与托勒密的体系不符，于是不断修正托勒密体系，在原来的体系上再增系不符，于是不断修正托勒密体系，在原来的体系上再增加新的本轮和均轮，到加新的本轮和均轮，到1616世纪时经改进的托勒密体系已经世纪时经改进的托勒密体系已经拥有拥有7979个本轮和均轮，其复杂程度令人难以置信。个本轮和均轮，其复杂程度令人难以置信。第四节第四节 转向创新法转向创新法1 1变元法变元法一变换方向法一变换方向法 哥白尼认真研究了大量的天文观测资料，并亲自从事了哥白尼认真研究了大量的天文观测资料，并亲自从事了3030多年的天文观测。他发现托勒密的体系太复杂，而且与多年的天文观测。他发现托勒密的体系太复杂，而且与观测结果不符。他发现如果不是将地球放在宇宙的中心，观测结果不符。他发现如果不是将地球放在宇宙的中心，而是将而是将太阳放在宇宙的中心太阳放在宇宙的中心，则对许多问题的解释就简单，则对许多问题的解释就简单多了。他突破了传统的多了。他突破了传统的“地心说地心说”的束缚，创立了新的天的束缚，创立了新的天体理论体系体理论体系“日心说日心说”。第四节第四节 转向创新法转向创新法1 1变元法变元法一变换方向法一变换方向法 普通水闸通常沿垂直方向开启和关闭，而英国泰晤士普通水闸通常沿垂直方向开启和关闭，而英国泰晤士河防潮闸则设计为如图所示的结构，闸门