科学方法论技术方法

第七章科学方法论 技术方法 本章内容 技术发明方法技术创新方法工程技术方法 开篇 技术方法主要回答如何去变革 控制和利用自然的方法 我们从一般方法论层面上 概括普遍适应于各类技术发明 技术创新和技术开发活动所遵循的共同法则 提炼出一般技术方法 为各类技术研究和开发人员提供方法论启示 技术发明与工程技术方法 工程技术方法包括 一般技术发明方法和具体工程技术方法两个层次 技术发明方法主要是指一般的技术发明 创造 革新的方法 工程技术方法主要是指集成建造人工物或人工系统的方法 科学发现 技术发明 工程建造关系 技术发明是科学技术研究中非常重要的一个环节 它起着承上启下的作用 一方面 它在科学发现的基础上 把人们对于自然界认识的成果 自然界的本质和规律转化和提炼为技术原理 技术方法 原理模型 实物样品等技术发明的成果形式 另一方面 它为工程技术活动 即把技术发明的成果转化为新产品 新工艺 新材料 新物品 使其系统化 实物化 产品化 商品化 成为现实的生产力提供了技术原理 技术要素等方面的依据 科学发现 技术发明 工程建造关系 如果说科学发现是科学技术研究的起点站 那么 技术发明则是科学技术研究的中转站 而工程建造活动则是人类认识自然 改造自然的终极目的 第一节技术发明方法 技术发明的特点 类型和成果形式 系统介绍技术发明创造的途径和方法 创造性思维在技术发明中的作用 一 技术发明的特点 类型和成果形式 1 技术发明及其特点定义 技术发明是指在科学发现的基础上 把已有的对于自然界的认识成果 即科学理论 科学原理和科学知识 运用创造性思维的方法 构思出一种新的技术原理 或创造一种技术原理的新的运用方式 或创造出一种以原理模型 生产样品等为主的技术物品 技术发明作为人类的一种技术创造活动 有着自身的基本特点 技术发明的特点 1 新颖性 这是指新的技艺发明应是前新未有的 2 先进性 这是指某项发明要比目前现有的技术水平先进 3 科学性 这是指某项发明必须建立在一定的科学技术背景之下 根据当时的科学技术发展状况而进行技术原理的构思和开发研究 4 经济性 这是指任何一项发明除了要追求它的社会需要外 更多地是追求它的经济性 特别是在市场经济的条件 这一特点就显得更加突出 5 社会性 这是指任何技术发明不仅具有自然属性 即科学性 而且具有社会属性 技术发明类型 2 技术发明的类型 按发明的理论应用程度可划分为 原理性发明和经验性发明 按发明的思维方式可划分为 联想发明 综合发明 类比发明 检表提问发明 转换发明 机遇发明 仿生发明等 按发明的创新程度可划分为 全新发明 再造发明和改造发明 按发明是否取得专利权可划分为专利发明和非专利发明 技术发明成果形式 3 技术发明的成果形成 1 技术原理的发明 技术原理是一个技术系统进行运转的工作原理 它是指在技术发明创造过程中帮助人们将多种不同的技术要素结成具有特定功能的技术系统的理论依据 技术原理大体上可分为两类 一是适用于一大类技术的普遍原理 如机械原理 电工原理 制冷原理 生物工程原理 临床诊断学原理等 二是适用于某种特定技术的工作原理 如加速器工作原理 程控机床工作原理 核磁共振技术原理 电子显微镜原理 射电望远镜原理等 前者一般称之为技术理论 后者是技术理论应用的具体表现 技术原理的最大特点就是它的知识属性 它往往以知识形态的方式存在 技术发明成果形式 2 技术物品的发明技术物品则体现的是技术的实物形态 主要包括原理性模型 试验性模型 原理性样机 生产性样机等实物样品 技术物品的实质或特点就是物化了的知识 技术物品的发明是在构思技术原理的基础上 并按照技术目的 技术系统的特性和功能 的要求 通过技术方案的设计 评价 试验 试制等环节而完成的 技术发明的特点 类型和成果形式 3 技术方法的发明技术方法的发明主要包括文字 图形 符号 软件等 一般体现为设计方案 研究报告 图纸 说明书 工艺 流程 程序 规则等技术资料和技术文件 它主要回答在技术发明创造过程中 怎样做的问题 所以 其本质是一种程序性 方法论的认识 它是技术体系中非常活跃的因素 也是凝结技术成果的最为简洁的存在方式 技术物品是技术发明中的 硬件 技术方法和技术原理是技术发明的 软件 二 创造性思维在技术发明中的作用 任何一种技术发明的成果形式 从技术原理到技术物品再到技术方法 它们的产生都离不开创造性思维的作用 1 技术原理的构思是一个创造性思维的过程2 技术物品的发明需要较强的创造性思维能力3 技术方法的发明包含着丰富的创造性 三 技术发明创造的方法 1 科学原理推演法这是指由基础科学中的关于自然界的普遍规律向技术科学和工程技术中的特殊规律的推演 由此实现科学原理向技术原理的转化 在有些情况下 形成一个技术原理需要通过多种科学原理的组合 一般而论 科学理论所显示的技术端倪 并不能直接导致技术发明 它还要经过一系列的中间过渡环节 其中最重要的是通过科学实验 把握和选择科学原理所反映的自然规律起作用的条件 并通过思维加工 提炼出技术原理 三 技术发明创造的方法 2 实践经验发明法这类技术发明和技术创新具有很强的经验性 意外性和偶然性 它不是依靠已有的科学原理进行的 而是在观察实验中 凭借对经验的总结或偶然的顿悟所完成的 善于对技术开发和生产实践中的经验进行总结 勤于观察实验 具有敏锐的观察力和判断力 留心意外现象 勇于探索新问题 积极参与技术原理的构思和设计 是进行技术发明和技术创新的重要方法和途径 三 技术发明创造的方法 3 技术转移法第一 把其它领域的技术研究成果借鉴 移植到我们所从事的技术领域 进行技术原理的构思 同样是技术发明创造的重要途径和方法 第二 引进国外技术 进行吸收消化 并在此基础上进行技术原理的构思 实现二次创新 技术发明创造的方法 4 技术综合法 或称技术集成法 技术综合法是指把两个或两个以上的若干技术成果综合在一起 进行技术原理构思的方法 在当代科学技术发展到登峰造极的境况下 要想发明一个原始性技术是非常困难的 所以 只有综合已有各家或各种技术之所长为我所用 才能开发出新产品 保持技术领先的优势 20世纪50年代后日本看准了这一点 提出了 综合就是创造 的思想 并在这一思想的指导下进行技术原理的构思和创新 开发出了许多新产品 使其在很短的时间内技术上取得了优势 经济上取得了繁荣 技术发明创造的方法 5 自然模拟法这是指以自然界的某种事物作为原型 通过对其形态 结构 功能或过程的认识 来构思技术原理 以模拟和建构能够满足人们的某种需要的人工系统的方法 这种方法不仅是基础科学研究的一种重要方法 如米勒关于生命起源的实验研究 而且是技术原理构思的有效工具 仿生法就是以生物为原型的模拟方法 它在技术发明中已成为一种重要的方法 技术发明创造的方法 6 联想发明法这是指从某一概念想到其他概念 或从某一事物想到其他事物而进行创造发明的一种方法 例如 人们从对自身大脑结构和功能的认识 而联想到对于电子计算机的发明 从对各种生物形态 结构 功能的认识而联想到了飞机 潜艇 坦克 大炮等的发明 这既是一种自然模拟发明法 也是一种相似联想发明法 技术发明创造的方法 7 类比发明法这是指在比较和分类的基础上 将两个或两类事物的某些形态 结构 特性或功能进行比较 发现它们在某些方面相同或相似 从而推断出它们在其它方面也可能相同或相似的一种思维方法 技术发明创造的方法 8 智力激励法 智裹团法或头脑风暴法 定义 这是指根据某种技术需求 设立一个特定的技术论题 聘请十人左右对所设定的技术议题有独特见解的专家进行讨论 席间可畅所欲言 各抒已见 使与会者相互启发 取长补短 思想共鸣 从而引起创造性思想的连锁反应 产生许多新颖的设想和方法 最后由决策者进行综合和选择的一种创新方法 其主要规则有 在思想形成阶段不允许批评别人提出的设想 以防止节外生枝 转换论题 提倡无拘束的自由思考 无论多么富于幻想的怪诞意见都需记录在案 尽量多提设想 多多益善 会上不做任何结论 鼓励把各种设想结合起来 并加以引伸和发展 技术发明创造的方法 9 检表提问法围绕现有产品或现有发明 借助于发散式思维 从不同的角度加以审视 提问和讨论 从而挖掘出许多创造性设想的一种发明方法 其基本内容如下 可否对现有发明或产品的制造方法 形状 颜色 声响 味道等方面加以改变 能否将现有发明和技术原理应用到其他领域 能否在现有的发明中 引入其他创造性设想或略加改造 以增强其特性和功能 能否将现有的发明或产品缩小体积 减轻重量或分割化小 能否将现有的几种发明或产品要素组合在一起 实现混合与重组 能否将现有发明或产品的位置组成 工艺流程进行互换或颠倒过来 能否用其他材料代替原有产品的材料或发明新的材料等等 第二节技术创新方法 技术创新是在科学发现和技术发明的基础上进行的 如果说科学发现为技术发明提供了科学理论 技术发明则为技术创新提供了技术原理 技术模型和技术方法等方面的支持 如前所述 技术发明的成果形式 既有知识形态的东西 又有实物形态的东西 而技术创新的目的就是要使技术发明的成果 知识形态或实物形态 产品化 商品化 市场化 转化成为现实的生产力 以满足社会的需要 促进社会经济的发展 因此 把握技术创新的特点 了解技术创新的一般过程 掌握技术创新的途径和模式以及技术创新的类型则是本节讨论的内容 一 技术创新的概念及其特点 关于对技术创新概念的外延与内涵的界定 较有权威的人士有我国技术创新理论专家柳卸林博士认为 技术创新 指人类通过新技术改善经济福利的商业活动 研究技术创新 就是研究有商业化价值的技术活动 而不是一般意义上的技术活动 技术创新的范围 是指与新产品的制造 新工艺过程或设备的首次商业应用有关的技术的 设计的 制造及商业的活动 这些活动包括三个方面 产品创新 过程创新 扩散 一 技术创新的概念及其特点 技术创新具有如下几个特点 市场性创造性综合性经济性风险性 二 技术创新的一般过程 技术创新常以技术发明活动的终点作为其起点 从众多的技术发明成果中选择部分成果构成创新项目 把一部分成果从信息符号形态 技术原理 图纸 说明书 报告 专利 或模型样机等形式转化为现实的技术系统或产品 再经过生产销售等经济活动取得经济和社会效益 技术创新的一般过程 可以说技术创新活动就是技术发明成果产品化 商品化的过程 但是 在这里需要指出的是 从广义上说 技术创新活动也可以包括技术发明活动 反过来说 技术发明活动未必能够延伸到创新过程 发明并不必然导致创新 我们在这里所讨论的技术创新的一般过程正是从广义的角度来展开的 所以 对于技术创新这一过程的许多环节 在技术发明创造过程中也同样是适用的 一般来讲 技术创新过程主要有以下几个阶段 二 技术创新的一般过程 根据社会需求和科技自身发展需求 发现和提出技术问题阶段 确定技术研究项目 课题 阶段 技术目的设定阶段 技术后果评估阶段 技术原理构思阶段 技术方案设计阶段 技术方案评价阶段 技术研制和技术试验阶段技术鉴定阶段产品生产和销售阶段 三 技术创新的途径和模式 一 技术创新的途径技术创新的途径除了如前所述的技术发明创造的途径和方法 九个 在这里是同样适用的外 还有一个很重要的途径 那就是用户 用户在企业技术创新中起着非常重要的作用 一方面 技术创新主体可根据用户所提出的技术系统的形状 特性 功能等方面的要求 进行构思 设计 试验 研制 从而生产出能够满足客户所需要的产品或工艺 另一方面 用户还可以根据制造商所提供的产品或工艺在使用中所出现的问题或不合理现象 及时反馈于制造商 以便进行改进 革新和创新 直至达到满意为止 这种企业和用户之间的双向作用的矛盾运动是技术创新的重要源泉和动力 三 技术创新的途径和模式 二 技术创新的模式1 技术创新的线性模式 这是一种传统的技术创新模式 它是指技术创新是从基础研究 自然科学 开始的 经过应用研究 技术科学 再到产品的设计 开发和生产 直至市场销售为止这样一种单向 线性模式而进行的 其过程如下图所示 技术创新的线性模式 三 技术创新的途径和模式 2 技术创新的环形回路模式 这是一种在线性模式的基础上形成的创新模式 它是指创新主体在创新过程中 根据每一个创新行为的后果 每一个环节 尤其是产品在市场上销售的信息 及时反馈于生产者 设计者或决策者 以便产品能够适应市场的需求和变化 而不断调整自己的创新行为 其过程如下图所示 技术创新的环形回路模式 三 技术创新的途径和模式 如图所示 产品在市场上销售后 作为技术创新主体 应进行跟踪服务 以便把用户对产品使用后的各种意见 建议等信息 及时反馈到技术创新过程的相应阶段或环节 要么是产品生产质量问题 要么是产品的设计或试验阶段的问题 或者是所构思的技术原理有问题 同样 在生产试制或设计各个阶段所出现的问题都可以向前反馈 至于是哪个环节出了问题 应根据具体情况来确定 直到产品能够达到预定的技术目的 技术特性和功能 为止 三 技术创新的途径和模式 这种技术创新模式的特点是 始终把技术创新的着眼点和归宿点放在市场上 以市场的现实或潜在需要确定创新项目 又以产品在市场上的信息反馈而调整创新行为 而且 在创新过程的每一个环节上都可形成一个反馈回路 但这种创新模式仅把创新主体的创新行为局限在企业与市场之间 而忽略了其它环境因素对技术创新活动的影响 因而这就迫切需要一种新的技术创新模式所取代 三 技术创新的途径和模式 3 技术创新网络系统模式这是一种系统化了的技术创新模式 这种创新模式实际上是从 国家创新系统 这一概念发展和分化过来的 1987年英国著名技术创新理论专家弗里曼在对英国 德国 美国 尤其是日本的经济和技术发展的历史进行分析后 提出了 国家创新系统 的概念 认为 一个国家的技术要领先 经济要发展 仅靠企业内部的技术创新和市场拉力是远远不够的 还必须要有国家的参与 要有一个国家的创新系统和战略 技术创新的途径和模式 进入90年代后 欧 美 日本 中国等国家的学者和学术群体广泛开展了对国家创新系统的研究 他们普遍认为 一个国家的创新系统 从载体上看 不仅包括企业 高校 科研机构 还应包括政府部门 金融机构和中介机构等 从内容上看 不仅有知识创新系统 技术新系统 还应包括知识传播系统和知识应用子系统 在国家创新系统中 各个载体要素既有分工 又有合作 形成了一个相互促进的网络系统 三 技术创新的途径和模式 3 技术创新网络系统模式企业的功能主要是以技术创新和知识应用为主 高等院校的作用主要是以知识的传播 扩散 创新和高素质人才培养为主 科研机构则是以知识的创新和转移为其主要目的 金融机构的任务则是为企业 高校和科研机构等创新载体提供一定的资金支撑 3 技术创新网络系统模式 中介机构主要承担着科技成果及其供求信息的传播 扩散和转移的媒介角色 政府部门的职能主要是通过创新计划 创新政策 创新法规和税收财政支持等宏观措施进行管理 引导和调控 为创新提供良好的社会生态环境和氛围 这就基本上为国家创新系统从内容到载体上确定了系统的边界范围 并明确了各要素的职责和功能 技术创新的网络系统模式 四 技术创新的类型 原始性技术创新 集成性技术创新 转移性技术创新 技术创新的类型 1 原始性技术创新这种技术创新主要是指一些基础性 共性或关键性技术的发明及其应用 它是建立在已有的基础科学的研究之上 通过基础性应用研究而在技术原理上有重大发明和突破 并经过构思 设计 研制 生产出新产品 新工艺 新材料或新方法等 其特点是具有明显的新颖性 创新性和广阔的应用前景 技术创新的可持续发展主要依靠这一途径而实现 技术创新的类型 原始性技术创新20世纪40年代美国贝尔电话研究所肖克莱 巴丁 布拉坦等人对晶体管技术的发明就是建立在量子力学 固体物理学 能带论 扩散理论和导电机理模型等科学理论基础之上 从而开创了电子技术的新时代 生物工程技术的产生和应用则是建立在现代分子生物学理论基础之上 技术创新的类型 2 集成性技术创新这种技术创新主要是通过综合和集成现有的技术成果 经过构思 设计和研制 开发出具有特定功能的技术系统 新产品 新工艺 这是一种短 捷 快的技术创新方法 其特点是投资少 见效快 具有较高的应用价值 只要我们善于构思和设计 勇于实践和创新 并紧追市场的需求 定会有更多的技术创新成果的出现 美国阿波罗登月计划没有一项新创造的技术 都是对现有技术的综合和集成 技术创新的类型 3 转移性技术创新这种技术创新主要是通过引进外国技术或借鉴移植其它学科的技术 通过消化吸收 实现再创新 这实际上是一种跨国家 跨地区或跨学科 跨领域的技术性转移 严格讲 这一类型的技术创新本应归属于集成性技术创新 只所以把其分化出来 是因为通过这一途径进行技术创新的成果较多 转移性技术创新的重点在于消化吸收 实现二次再创 切记模仿制造 其出发点和归宿点就是要拥有自己的知识产权 技术专利 核心技术和拳头产品 以便企业在市场上具有较强的竞争力 第三节工程技术方法及其基本特点 工程技术方法是指人们为了建造某一工程物在工程建构实践活动中所遵循的途径 程序 法则 手段和方式的总称 就其本质而言 它是指人们为了建造某一人工系统而对已有的科学理论 科学原理和科学定律以及所创造的技术发明成果这一潜在的生产力进行优化性的科学 技术集成 使其转化为现实的生产力的工程建构实践活动中所使用的手法 作为以集成建造为目的的工程技术及其方法 主要具有以下基本特点 实践性集成性科学性社会性经验性复杂性 二 工程技术方法的类型 1 一般工程技术方法这是指各个工程技术领域普遍使用的方法 如工程情报资料的搜集法 工程项目的确定和规划方法 工程技术原理的构思法 工程技术的发明创造法 工程方案设计法 工程方案的评估法 工程试验方法及工程实施方法等 一般工程技术方法是工程技术方法论研究的主要对象 主要研究工程技术方法的性质 条件 程序及其发生发展的规律 并从各门特殊的工程技术方法中总结概括出具有普遍指导意义的一般工程技术方法 二 工程技术方法的类型 一般工程技术方法又可分为两类 一是关于工程技术研究的理论性方法 如技术预测 技术规划 技术评估 技术转移的方法 以及技术哲学 技术社会学 技术经济学中用以分析问题的方法 二是关于工程技术研究的创造性方法 如工程技术的发明构思方法 工程方案设计方法 工程方案试验方法及方案的实施方法等 二 工程技术方法的类型 2 特殊工程技术方法指各门工程技术专业研究所使用的具体方法 它只适用于一个或几个工程技术领域 不具有普遍的方法论意义 例如 金属冶炼中的氧化还原法 电解法 选矿中使用的浮选法 重选法 磁选法 在医学治疗中的高压氧法 针灸法 灼热法 冷冻法等 这些方法只能解决特定专业技术领域的问题 还提升不到一般的工程技术方法 但它们是形成一般工程技术方法的前提和基础 二 工程技术方法的类型 3 工程技术决窍这是由极少数人掌握的 对完成某种产品的生产和工程建造有实用价值的技术知识 技术技能 技术经验的独有方法 在技术生产中所谓的 绝活 拿手戏 就属于这一类 它不是一般技术人员能够所有的 而是掌握这种 技术决窍 的人凭借自己的知识 经验 才干 技能 技窍 经过长期的实践操作而积攒起来的 因而 更不具有普遍的工程技术方法论意义 三 工程技术方法与技术发明方法 科学方法的关系 1 工程技术方法与技术发明方法 科学方法的联系三者都是对前人或他人在方法成果方面的应用 都是从各种个别的特殊方法中总结概括出来的 具有普遍的指导性 都有自己的实践基础 有着明确的可操