书城教材教辅创新能力培养与应用
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第21章 创新方法训练(4)

(三)创新示例

南京市某中学丛小郁同学利用“加一加”的办法发明了带水杯的调色盘。

为了上图画课,既要带调色盘,又要带装水用的瓶子或杯子,既麻烦又不方便使用。丛小郁同学想,为什么不改进一下呢?如果将调色盘和水杯“加一加”,变成一个东西,不就解决了吗?为了实现将水杯和调色盘组合在一起的设想,她借用可伸缩旅行水杯的方法使杯子收缩,并联想到用螺纹联接的办法,把调色板中心的圆边和杯底部制成螺纹形的,既可随意安装,又可随时拆卸。这样,她就发明了使用方便的带水杯的调色盘。

上海市某小学五年级女学生方黎发明的“多用升降篮球架”,先后在上海《少年报》“居里夫人奖”竞赛、“上海市中小学科学小发明作品竞赛”及“第一届全国青少年科学创造发明比赛”中获奖,并由上海、无锡等地厂家投产,在上海、无锡、南京、苏州、徐州、长沙、广州等地畅销。那么,方黎小同学是怎样发明“多用升降篮球架”的呢?她是根据具体课题情境中的需要产生发明设想的。

首先,冬季上体育课,操场不大,只有一个篮球架,全班几十名学生排队轮番投篮,一节课每人只投12次,大部分时间临风而立,既锻炼不了身体,也提高不了技术。其次,篮球架高大,不适于不同年龄的同学用。于是她想,要把篮球筐“加一加”倒很容易,但要把篮球架随意升降就难得多了。一天,方黎小同学从可调高度的落地电风扇得到启示,顿时想到把篮球架“缩一缩”,用落地电风扇升降的道理成功发明升降式篮球架,解决了问题。

第三节组合型技法

组合是宇宙中十分普遍的现象。所谓组合法,是指按照一定的技术原理或功能、目的,将现有的科学技术原理或方法、现象、物品作适当的组合或重新安排,从而获得具有统一整体功能的新技术、新产品、新形象的创造技法。

一、组合型技法的特点与适用范围

(一)创造性

说“组合就是创造”似有夸张之嫌,其实,稍事推敲便能有所领悟。创造的实质,最终可归结为信息的截断和再结合,正是在这种信息分散后,又以新观点的再组合过程,才会产生新的事物与方法。从总体来说,通常创造发明的结果产生了世界上原先没有的东西;但若从其构成的细节来说,则大多数是利用世界上已有的旧东西,再以新的形式重新组合而已。当然,组合并非简单地罗列或机械地叠加。

例如,把车床、钻床、铣床和圆锯装在一个机身底座上并不带来新的使用功效,所以算不上是创造。但是,如果通过巧妙的设计,使它们共用一个动力与变速机构,使原来车床的刀架可以夹持工件,原来的卡盘也可以用来夹持钻头、铣刀或圆盘锯,于是就有了明显的创新效果:本来需要几种机床加工的活可以由这样一台体积并没有怎么增大的新机床全部承担,具有了占地少、使用方便的优点。

由此可见,能被称之为创造的组合,必须具有三个要素:

⑴由多个特征组合在一起;

⑵所有特征都为单一的目的共同起作用,它们相互支持、促进及补充;

⑶产生一个新的效果,就如系统论中所描述的那样,系统的效果必须大于系统内各元素单独效果之和,即应能达到1+1>;2的效果。

(二)广泛性

组合是宇宙间十分普遍的现象,所以组合创造技法广泛适用于各个领域。

⑴范围广泛:几千年的人类文明史,在我们的周围积累了不可胜数的发明创造产物。技术的普遍存在给人们提供了无限广阔的组合基础,从简单的日用品组合到诸如宇宙开发等尖端技术,从普通的小改、小革到新学科、新理论的创建,从单纯的编辑到传世的艺术创作等,都可以根据不同情况作不同层次组合的创造。

⑵易于普及:就技术上的创造发明而言,由于此法是按照一定的功能需要去选择若干成熟的技术加以组合,因而不像原理突破型创造那样,要求具备很深的专业理论基础,便于广大群众学习与应用。

⑶形式多样:组合的形式可以是“近亲结合”。比如用于同一场合或目的的不同物品组合:橡皮+铅笔→橡皮头铅笔,裤子+袜子→连裤袜。也可以是“远缘杂交”:空气+煤炭→尼龙。还可以是跨越时空的联姻:如中西合璧、古为今用等。

现在有不少疗效奇特的电子装置其实就是传统中医与现代技术相结合的产物。还可以是技术上的组合,比如不同的元件或物品的组合,或者是艺术上的组合。鲁迅先生说,他小说里创造的人物是嘴在浙江、脸在北京、衣服在山西,并由此拼凑而成的角色。

⑷方法灵活:组合的方式可以是二元组合、多元组合、附加式组合、辐射式组合、综合性组合等,它们可随不同需要灵活选用。例如以推广新技术为目标者,可用辐射式组合,即以该技术为中心,同多种传统技术进行组合,形成技术辐射。

(三)时代性

发明创造有两大类别,一类是原理突破型,即由于发现了新的自然规律,导致探索出了新的技术原理,并突破了将科学原理转化为技术原理的方法而做出的发明。另一类是组合型,它不具有原理的突破,而是利用已有的成熟技术,通过适当的组合而成。比如:

(1)内燃机代替蒸汽机,电力代替蒸汽动力,晶体管代替真空管,等等。

(2)诺贝尔生理学医学奖获得者豪斯菲尔德发明的CT扫描仪,是通过把X射线照相装置同电子计算机结合在一起实施的。而这两项技术本身都是成熟的技术,并无什么原理上的突破。但合成一体后,便可诊断出脑内疾病及体内癌变,这一特殊功能是原来两项技术单独使用时所没有的,因而是一项重大发明。

据说,有人分析了1900年以来的480项重大创新成果发现,技术创新的性质和方式在20世纪50年代发生了重大变化,原理突破型成果的比例开始明显降低,而组合型创造上升为主要方式。据统计,在现代技术开发中,组合型成果已占全部发明的60%~70%。

组合的时代性还表现在组合的思想已作为处理技术问题的思考方式渗透到许多现代设计方法中。例如模块化设计,就是把产品看成若干模块的有机组合,只要按照一定的机械工作原理,选择不同的模块或不同的方式进行组合,便可获得多种有价值的设计方案。

(四)运用组合原理创新时的注意事项

⑴选择组合要素的量要适度,要素越多当然组合的可能情况越多、越全面,但相应地耗费的精力、时间也会越大。

⑵组合可以使产品具有不同的功能,成为多功能、通用型的产品,但过分追求“万能”也不足取,会出现增加成本、制造困难、功能多余等弊端。

⑶参与组合的各要素越是风马牛不相及,由“远缘杂交”形成的新产品其创造性越强。

二、组合型技法的基本类型

组合法通常可分为:

⑴非切割组合:将现有的事物照搬于新的目的;

⑵切割后组合:利用现有事物中的某些要素(功能)于新的目的;

⑶飞跃性组合:综合大量有用的要素(功能),创造出与现有事物有本质区别的新事物。

事实上,组合的具体类型有很多,大致可归为六种主要类型。

(一)同物组合

同物组合也称同物自组,是若干相同事物的组合。同物组合的创造目的是:在保持事物原有价值、功能和意义的前提下,通过数量的增加,来弥补功能的不足或获取新的功能、产生新的意义,而这种新功能或新意义,是原有事物单独存在时所缺乏的。其特点为:

⑴组合的对象是两个或两个以上的同一事物,或者是同一类事物;

⑵组合的过程中,各个参与组合的对象组合前后的基本原理、基本结构一般没有实质性的变化;

⑶同物组合的产物,往往具有组合的对称性或一致性的趋向。

最简单的同物组合,例如:两支钢笔或两块手表装在一只精巧的礼品盒中,便成了象征友谊与爱情的“对笔”、“对表”。类似产品还有子母台灯、双拉链、鸳鸯宝剑、双插座等。据说,赫赫有名的日本松下电器公司就是靠发明了双插座发财起家的。

(二)异类组合

两种或两种以上不同领域的技术思想组合,两种或两种以上不同功能的物质产品组合,都属异类组合。其特点是:

⑴组合对象(思想或物品)来自不同的方面,一般无主次之分;

⑵组合过程中,参与组合的对象从意义、原理、构成、成分、功能等任一方面或多方面互相渗透,整体变化比较显著;

⑶异类组合是异中求同,因此范围很广、创造性很强。

根据参与组合的对象不同,异类组合可有下述各种情况。

1.元件组合

元件组合并非为一般的零件装配,而是把本来不是一体的两种或两种以上的事物适当安排在一起。目前市场上有许多产品都属于元件组合的创造成果。如收录机、电子表笔、闪光装饰品、香味橡皮、音乐贺卡等皆是。据说,对台湾经济起飞立有一功的就是电子表笔。

当前,令人瞩目的“机电一体化”趋向给人们提供了许多崭新的产品,它就是传统的机械工程与新兴的微电子工程相结合的成果。如电子秤、自动照相机、全自动洗衣机、数控机床、工业机器人等,它们都以结构简单、体积小巧、性能优良、成本低廉而前途无量。

2.功能组合

这是将某一物品加以适当改变,使其集多种功能于一身。

有人将一金属片适当加工后,便可以代替包括小刀、开罐头刀、螺丝刀、开瓶器、扭转碟形螺帽工具、锯、指甲锉、镜子等八种不同的工具。在由武汉市青年联合会、武汉晚报、武汉市科协联合举办的“家庭实用科技设计竞赛”活动中,获前4名的都是“多功能”作品,它们设计奇巧、使用方便、替代性强,可以少花钱、多办事,因而备受欢迎。

3.材料组合

大家知道,材料对产品性能有着直接的影响,而有些产品还要求材料具有相互矛盾的特性。对此,利用材料的组合便可解决这一矛盾。

钢芯铜线电缆、钢筋混凝土、混纺毛线、玻璃纤维制品、塑钢门窗等均可达到不同材料取长补短的作用;划玻璃的刀具、机加工的车刀、轧钢的复合轧辊等可使昂贵的材料用到关键的部位,以节省成本;将磁性粉末与橡胶或塑料混合制成的“磁铁”便富于弹性,既可弯曲又耐摔打;有人设计了一种新型牙刷,其中心为硬尼龙毛,四周是软尼龙毛,使之兼有清洁牙齿、保护牙龈的好处。

4.方法组合

在生产工艺和处理技术中,把两种以上独立的方法组合起来,也会有新的效果。

我国上海一些科技工作者发现,当单独用激光或超声波对水作灭菌处理时,都只能杀死部分细菌。如果先后用两种方法处理,仍有相当一部分细菌不死。但如果两种方法同时使用,则细菌就全军覆没,这就是“声-光效应”。这种方法不仅在灭菌方面有效,在化学研究方面也有着潜在的巨大价值。

5.技术原理与技术手段的组合

技术原理与技术手段的组合可使已有原理或手段得到改造或补充,甚至形成全新的产品。

弗朗克·怀特把喷气推进原理与燃气轮机相组合,发明了喷气式发动机;英国分子生物学家艾伦·克卢格把衍射原理与电子显微镜组合在一起,发明了晶体电子显微镜;我国西北工业大学青年教师熊小伟,把中医耳针的经络理论与现代电子技术相结合,发明了“速效止痛治疗器”,它集诊断与治疗于一体,被誉为“魔针”、“口袋里的医院”,在第38届尤里卡世界发明博览会上获六枚奖牌。

6.现象与现象的组合

现象组合是指将不同的物理现象组合起来,形成新的技术原理,导致新的发明。

联邦德国科学家发明的一种清除肾结石的方法,就是两种现象的组合:一种现象是电力液压效应——水中两个电极进行高压放电时,产生的巨大冲击力能把坚硬的宝石击碎;另一种现象是在椭球面上的一个焦点上发出声波,经反射后会在另一个焦点上汇集。同时利用这两种现象便可设计出击碎人体内肾结石的装置。其治疗过程是让患者卧于温水槽中,并使结石位于椭球面的一个焦点上,把电极置于椭球面的另一个焦点上。经过约一分钟的不断放电,分散通过人体的冲击波就可汇集作用于结石,将结石击得粉碎。

(三)重组组合

在事物的不同层次分解原有组合,再按新的目的重新安排,即为重组组合。其特点有:

⑴组合在一件事物上实施;

⑵组合过程中,一般不增加新的东西;

⑶重组主要是改变事物各组成部分之间的相互关系。

据《人民日报》报道,宁波标准件二厂的工人魏山,就发明了“变形金刚”式的“万能自行车”。这种自行车只要凭借一把扳手,不用任何其他附件,就能变换出108种各不相同的车型。据称,这是目前世界上可变换车型最多的自行车,可广泛应用于代步、康复、娱乐、载货、车技训练等方面,并将令骑着自行车踢足球、打篮球、打曲棍球甚至左右开弓打马球等成为可能。

重组在商店的柜台安排、工厂的流水线布置中都是有用的,不同的安排与布置会对销售额或生产率有影响。有的产品通过重组,就能很快形成不同形式型号的新产品。

如真空吸尘器,它由三个基本部件组成:电机、贮尘箱、吸尘器。先将它们作各种可能的排列,如电机与贮尘箱按并列结构、垂直结构、内藏结构、分离结构等方式排列,再加上吸尘器的不同连接,便可组合成15种形式。