书城教材教辅创新能力培养与应用
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第22章 创新方法训练(5)

(四)共享与补代组合

1.共享组合

有些物品,其构成中常会有一些完全相同的零部件,那么,设法将这几种物品组合,使其相同的部件共享共用,达到节省方便之目的。

市场上曾流行一种系列儿童玩具,设计者设计了一个共用的电动底座,让它可以同各种车身组装结合,于是便能同时拥有公共汽车、卡车、警车、翻斗车、吊车等儿童喜爱的多种玩具车。大家熟知的客货两用车同样是共享组合的创新典型,它是在共用发动机与驾驶室的基础上,实现客货两用的。

收音机、电动剃须刀、手电筒等物品都以干电池为动力源,电池长期不用便会自动放电变质,甚至损坏物品。从节约能源的角度出发,有人设计了一种以手电筒为基础的多用小电器。这种小电器的基础件和共用件是电池筒和开关,可与之灵活配装的有照明头、鞋刷头、微型风扇头、微型吸尘头、收音机头等,按需选用,非常实用。

2.补代组合

补代组合是通过对某一事物的要素进行摒弃、补充或替代而形成的组合,据此形成一种在性能上更为先进、新颖、实用的新事物。

门锁这一日常所需的家庭卫士,其品种经历了从明到暗、从无声到有声、从机械到电子的变化。产生这些变化是补代组合的创新成果。挂锁可以防盗,但却告诉小偷室内无人;于是将锁与门相结合,开发了暗锁——弹子门锁,并从单保险向双保险、多保险发展;将电子技术引入门锁便有了报警锁;而微处理器的介入更使门锁升级换代,出现了卡片锁、声控锁、指纹锁,甚至可以用“眼睛”来控制的锁。而今,市场上各显神通的防盗门是将门与锁更为有机组合的创新产物。

(五)概念组合

概念组合是以命题或词类进行组合。

有人总结了这样一条组合规则:如果两个命题中有能表示一定意义的连续相同的文字,那么,将其相同部分去掉,但不改变剩余部分的结构顺序,再结合在一起,就能得到一个新的并且对其正确性可加以判断的命题结论。

创造发明有时就是由若干个特殊信息命题重新组合而成。例如:

命题一:水壶盖在水蒸气作用下能连续做功;

命题二:能连续做功的装置可设计成一种动力机。

去掉两个命题中的重复部分“能连续做功”后再拼接组合,便得到一个新的结论:水壶盖在水蒸气作用下的装置可设计成一种动力机。显然,这就是蒸汽机的原理。

另一种是将选定的课题与尽可能多的一系列有关的动词相结合,以触发新的思想。

假如你要设计一种新的活动玩具,那么就先列出运动类的各种动词(必要时可借助某种同义词词典)。如:牵、拉、拖、撞、挪、移、搬、转、滚、推等,以及走、跑、振颤、波动、飘、散步、舞蹈、跳跃、流动、喷射、飞行、滑翔、滑动、飞奔、旋转、掠过等。然后再将原来的设想或目标与这些词逐一组合,并仔细琢磨其中是否还包含值得进一步发展的内容,很可能从中获得启迪,设计出新颖别致的玩具来。

(六)综合

综合可视为一种更高层次的组合。现代科技表明,在知识激增、信息按指数规律增长的条件下,综合方法在整个发明创造中的作用愈来愈重要。反之,在许多发明创造中,所用的主要创造思维方法无不包括有综合特征。

首先,当今不断涌现的新兴学科、边缘学科均以综合为前提、为先导,创造学便是在研究哲学、美学、心理学、人才学、思想史、科学技术史、教育学、科学学、逻辑学、管理科学、自然辩证法、大脑生理学、传记文学等学科的基础上将其综合而创立的。

其次,科技发展史也表明,近代和现代科学的三次大综合就先后产生了三次大革命和三次大创造。

第一次大综合即牛顿综合开普勒的天体运行三定律和伽利略的物体垂直运动定律、水平运动定律,创造了经典力学体系,引起了以蒸汽机为标志的技术革命。

第二次大综合即麦克斯韦综合法拉第的电磁感应理论和拉格朗日、哈顿的数学方法,完善了电磁理论,并引起了以发电机、电动机为标志的技术革命。

第三次大综合指狄拉克综合爱因斯坦的相对论和薛定锷方程,创造了相对论量子力学,引起了以原子能技术和电子计算机技术为标志的新技术革命。

再者,各种类型的创造发明实例也充分说明了综合就是创造。请看下面的例子。

⑴综合已有的不同的科学原理,可以创造出新原理。如爱因斯坦综合了万有引力理论与狭义相对论,创立了广义相对论。

⑵综合已有的知识成果可以发现新规律。如门捷列夫从原子属性与原子量、原子价的关系入手,系统综合了从拉瓦锡到纽兰兹近百年中发现的元素周期变化的事实和论点,终于发现了元素周期率。

⑶综合已有的不同科学方法,可以创造出新方法。如笛卡尔引进了坐标系,综合几何学方法和代数方法,创造了解析几何的新方法。

⑷综合已有的不同学科,能够创造出新学科。如信息科学、环境科学、生态科学、能源材料科学、海洋科学、空间科学、城市科学、决策科学、科学学等皆属综合性学科。

⑸综合已有的不同的技术,能够创造出新技术。如日本先后引进了奥地利的氧气顶吹炼钢技术、法国的高炉重油技术、美国和前苏联的高炉高温高压技术、西德的熔钢脱氧技术、瑞士的连续铸钢技术和美国的带钢轧制技术,创造了先进的钢铁工业技术体系。

⑹综合各种艺术手法,能够创造出新的艺术样式。如综合美术、音乐、舞蹈、文学、戏剧、摄影的艺术手法,创造了现代影响最大的影视艺术。

值得指出的是,当代一切重大的科学技术项目都是综合性的产物,都是综合利用各种不同门类的技术的结果。

美国的阿波罗飞船,全部构件共有300多万个,调动了2万多家公司企业,120所大学、实验室的42万余名研究人员,历经11年的艰苦工作,才把宇航员送到月球并返回地面。然而,当阿波罗登月总指挥韦伯谈到有关技术时,则说:“阿波罗飞船计划中,没有一项是突破性的新技术,关键在于综合。”

三、主体附加型组合法

(一)基本原理

主体附加(或添加)型组合法是指以某一特定的对象为主体,通过置换或插入其他技术或增加新的附件而导致发明或创新的方法,它又可称为内插式组合。此种方法最适用于产品不断完善、改进时期。

比如:最初的洗衣机只是代替人的搓洗功能,以后又增加了甩干、喷淋装置,使其有了漂洗和晾晒功能。电风扇也是如此,在逐渐增加摇头、定时、变换风量等装置后才成为今天的样子。附加与插入除了可更好地发挥主体的技术功能外,有时还可增加一些辅助功能或相关功能。比如:在老人用的手杖中插入电筒、警铃、按摩器等后就成了多功能拐杖;在自行车上安装里程表、挡雨罩、折叠货物架、小孩坐椅等便也使之用途更广。

(二)实施步骤

⑴有目的地选定一个主体。

⑵运用缺点列举法,全面分析主体的缺点。

⑶运用希望点列举法,对主体提出种种希望。

⑷考虑能否在不变或略变主体的前提下,通过增加附属物以克服或弥补主体的缺陷。

⑸考虑能否利用或借助主体的某种功能,附加一种别的东西使其发挥作用。

比如:选电视机为主体,对其作缺点分析。其中之一为,电视机工作时,放射出的超紫外线有害于人体。于是设计一种电视光栅过滤屏,在收看电视时将它置于荧光屏前,便可消除所有的超紫外线,并吸收22.5%的可见光而减少图像的闪烁。

(三)注意事项

运用主体附加法往往可使主体获得多种附加功能而成为多功能用品,然而作为多功能物品的设计者应该全面考虑,权衡利弊,否则会事与愿违,费力不讨好。

例如:有人在学生的文具盒上不断地进行“功能附加”,结果使普通的学习用品成了布满按键机关的玩具,既价格昂贵,又容易分散学生的注意力,以致有不少小学老师明令禁止学生携带这种功能过多的文具盒进教室。

(四)创新示例

我们知道,笔记本是最常用的文化用品,销路平常。可是,以此为基础,附加上其他的功能之后,日本人开发上市的“万用手册”却异常畅销,上班族、企业干部、秘书人员、学校教师,几乎人手一册。

目前,市面上出售的万用手册大都组合聚集了以下功能:

⑴记事本:个人资料表、年历、每日每周每月直至每年的计划表、一年的回顾与总结、家属生日表、亲友通信录等。

⑵工作情报手册:世界各国地图、常用电话号码及长途电话区号、世界时刻对照表、度量衡换算表、日息与年息换算表、商业通信资料、航空公司订位电话等。

⑶备忘录:可随时记下防止遗忘的事情,并另外附有单面粘贴纸,用做袖珍备忘录与索引卡,可贴在任何物体上。

⑷企划表:可依个人需要的不同,制作生活目标表、财务收支管理表、专业企划表、学生活动考核表等。

⑸皮夹与钥匙袋:皮夹可放名片、纸币、计算器、信用卡,而钥匙袋则可放钥匙与零用的硬币。

进一步的创新是:以往的记事本或工商日志都是以年为单位,一年结束得换新本子。而万用手册采取六孔活页设计,使用者可以随时补充更迭其中的资料,保存必须的,添加新增的,使万用手册“万年”可用。

万用手册的广阔市场还带动了相关产品的创新开发,如推出了与万用手册内页大小相同的影印机、文字处理机、电脑扫描机以及六孔式电脑打印纸。已经电脑化的任何资料,都可直接在六孔打印纸上输出,之后装入万用手册便可随身携带查阅。

四、二元坐标组合法简介

众所周知,平面直角坐标系由两条数轴正交组成,横轴和纵轴的任一对实数都可以确定平面上的一个点。二元坐标组合法就是利用这一特性,通过在坐标轴上标出不同的事物,借助横轴与纵轴交叉确定的点提供所列的客观事物相互联系起来,并对每组联系作创造性想象,以便从中产生前所未有的新形象、新设想,再经可行性分析确定技术创造课题的方法。

五、焦点组合法简介

焦点组合法与二元坐标组合法都是强制联想法。区别在于焦点组合法是以某一预定事物为中心(焦点),依次与罗列的各元素一一组合构成联想点的方法,而二元坐标组合法则是各元素间的两两组合。

六、形态分析组合法

我们知道,把几个独立存在的东西加以组合,往往可以产生新的设想或发明。问题是,怎样才能找到更多的组合要素,形成大量的设想或发明呢?美国加州理工学院兹维基教授创造的形态分析组合法,为此提供了形式化的科学手段。

那是在第二次世界大战期间,法西斯德国集中了一批科学家全力研究火箭,美国也不甘落后,奋起直追。1943年,由瑞士来的天文学家P.兹维基在参加美国火箭研制过程中,为找出众多的方案,灵机一动,采用了数学中常用的排列组合原理。他按照火箭各主要组成部件所可能具有的各种形态的不同组合,在当时的技术水平上,利用他自己创立的所谓“形态学方阵”的技法,居然在一周之内交出了576种火箭设计方案,其中不乏有创见的设想。特别有意思的是,在这些方案中,竟还包括了当时法西斯德国正在研制并严加保密的带脉冲发动机的F-1型巡航导弹和F-2型火箭。

有意思的是,德国如此重要的核心机密,却无须神通广大的间谍们劳神,而仅仅通过兹维基的“纸上谈兵”便洞若观火了。战后,前苏联有人对兹维基的方案作了研究,认为只要补充一些被忽略的因素,便可获得1万~2万种火箭结构方案。

形态分析组合法是一种利用系统观念来网罗组合设想的创造发明方法。其思路是先把技术课题分解成为相互独立的基本要素,找出每个要素的可能方案(形态),然后加以组合,得到各种解决技术课题的总构想方案。总构想方案的数量就是各要素方案的组合数。

此法的一个突出特点是,所得的总构想方案具有全解系列的性质。即只要把课题的全部要素及各要素的所有可能形态都列出来,那么经组合后的方案将是包罗万象的。另一特点是,此法具有形式化性质,它主要并非取决于发明者的直觉和想象,而是依靠发明者的认真、细致、严密的分析和精通与发明有关的专门知识。

应该说明的是,当问题比较复杂、要素及形态较多时,组合的数目便会激增,以致评价筛选的工作量很大。因此,要求使用者能抓住主要矛盾选取基本要素,并具有敏锐准确的评价能力。形态分析组合法可广泛应用于新技术和新产品的开发以及技术预测等许多领域,实施时既可以小组运用,也适于个人使用。

【形态分析组合法趣例】

台湾有位学者运用形态分析组合法分析了中国历史上众多的爱情故事,发现这些故事虽然年代、地点和人物姓名各不相同,但却有一个雷同的模式,即“书生落难、小姐搭救、后花园私定终身、应考及第、衣锦团圆”。此模式中独立可变的要素有书生、落难、小姐、搭救、后花园、私定终身、应考及第、衣锦团圆8个。而每个要素的形态分别为:

A.书生。a.旧式书生;b.新式大学毕业生;c.音乐家;d.未成名的工程师;e.画家;

f.中国书生;g.外国书生;h.老童生;i.未成功的企业家;j.到外国去的中国厨师;k.青年科学家;l.医生;m.文学家;n.女性书生;等等。

B.落难。a.没有路费;b.被冻在风雪之中;c.途遇强盗;d.患病;e.游泳遇险;f.车祸;g.画卖不出去;h.工程受到意外损失;i.未婚妻变心;j.从事科学研究心身疲惫;k.开演奏会无人光顾;l.演奏时昏倒;m.写完小说不能出版;n.在国外洗盘子;等等。