题模式(学时).ppt

第三讲课题模式,发明课题基本理论0发明课题水平(1学时)1课题矛盾（1学时）2课题模式（2学时）3物场分析（4学时）440个发明原理（4学时）5解决课题的措施（4学时）,2课题模式2.1建立课题模式2.2排除课题矛盾的基本机制,(1)发明情景,发明情境：系指任何一种工程情境，它突出某种不能令人满意的特点。工程情景举例：为制作预应力钢筋混凝土，需要拉伸钢筋(钢条)。在拉伸状态把钢筋固定在模型里并注入混凝土。在混凝土硬化后，把钢筋两头松开，钢筋缩短并使混凝土收缩，从而提高了混凝土强度。方案举例：电热拉伸法普通钢筋：把钢筋加热并通电，使其延长，并在这种状态中把它固定好。把钢条加热到400就能得到需要延伸长度。强度高的钢筋：温度700就能把钢丝拉伸到计算值，但钢丝加温到400以上时就丧失了高强度机械性能，但耐热钢丝作钢筋价格昂贵。,(2)课题,课题表述：在制作预应力钢筋混凝土时，用电热法拉伸钢丝。但加热到计算值700时，钢筋丧失机械性能。怎样消除这一缺点?给定的条件应得结果“给定的条件”可能包含多余的信息，“应得结果”一般以管理矛盾和技术矛盾的形式表述，但不精确、不完整，有时甚至不正确。解决课题应从建立课题模式开始它能言简意赅，准确无误地反映课题的本质：技术矛盾和要素(原技术系统的各部分)以及它们之间的矛盾造成的技术矛盾。,(3)建立课题模式,课题模式表述给定热场和金属丝。如加热到700，金属丝得到需要的延长量，但丧失强度。从课题过渡到课题模式排除专门术语，只留下足可表述技术矛盾所必要的要素。课题模式中所有多余要素也被删去了。没提到“制作钢筋混凝土”的字样怎样拉伸钢丝，为什么要拉伸，这都无关紧要。没提到用电流加热钢丝。说明可以采用别的方法加热。课题模式表述的意义：在从发明情境课题课题模式过程中方案选择数量大大减少了课题的提法的矛盾（冲突）更加突出。,(4)发明战略,同一情境可产生不同的发明课题。对发明家特别重要的是善于把情境变成最小课题或最大课题。小课题：减少原系统的缺点或增加所需要的优点。大课题：通过彻底取消限制(要求)，允许用原理上新的系统取代原系统。在任何情况下应从最小课题开始为宜解决最小课题能取得积极结果，同时并不要求系统本身有什么实质性变化，从而易于实现和获得经济效益。解决和实现最大课题可能需要付出毕生代价。,(5)课题模式的表述方式,表述1：如果改善A，B则恶化如果把钢丝加热到700，钢丝就能得到必要的延长量，但丧失强度（热场钢丝）表述2：如果改善B，A则恶化如果不把钢丝加热到700，钢丝能保持强度，但不能得到必要的延长量。表述方式：用肯定的方式表述技术矛盾，表述中应以改善(保持、加强等)基本生产作用(性能)为准,(5)课题模式的表述方式,筛选方案：从课题情境过渡到课题模式的过程中，很多可能的解决办法都被筛选掉了（利用液压千斤顶等）。课题只保留了电热法：它有很多优点，只需要排除它的唯一缺点。暴露物理矛盾：分析过程：能不能就采用700温度，尽管这么高的温度与钢丝天然特性相左，但不至于使它损坏不可能答案：将机械拉伸与电热拉伸同时作用，在400时就可得到伸长量,(5)课题模式的表述方式,课题模式描述规则:要素:利用物场分析术语：“物质”、“场”、“作用”建立课题模式。结构:一对矛盾有一个要素一定是制品，第二个要素多半是工具，或者两个要素都是制品。如果把制品(钢丝)从课题模式中去掉，那么就会回到原课题情境那些习惯性想法：“如何设法代替钢筋混凝土的钢筋呢?不拉伸行吗?”下一步：利用物场分析寻找解决矛盾的方案途径！,(5)课题模式的表述方式,课题中有几对同类“制品工具”时，取一对矛盾课题模式只包括矛盾的要素，不包括整个技术系统。例如:在坚固的气密的金属容器里放置3040块不同合金，容器里灌满侵蚀性液体。试验的目的是弄清侵蚀性液体在高温、高压条件下对合金表面的作用。遗憾的是侵蚀性液体同时也作用于容器壁。因此容器壁需要用贵重金属制作。这样造价太高。怎么办?技术系统包括三个要素：容器，金属片与作用于金属片的液体，课题模式中只剩下了两个要素：金属片(制品)和液体(制品)。那么容器哪里去了?液体当然在容器里。但课题模式没有必要反映整个技术系统，它只需要显示需要解决的“症结”,（6）三大类型课题模式,原技术系统的物场分类是这种分类的基础。课题分成三种类型：第一种类型是给定一个要素；该模式的主要特性是力图构建一个完整的物场,几乎总是依据物场补构规则加以解决。第二种类型是给定两个要素；第二种类型课题（两个要素）是经典的发明课题。第三种类型是给定三个以上的要素。如果按课题条件给定一个物场(即三个要素)，那么要把这个物场当成一个要素(物质)，并按一般规则把它与其他物质和场结合起来转化为第二种类型课题.,2.2排除课题矛盾的基本机制,排除技术矛盾基本机制排除课题矛盾具体步骤,排除技术矛盾基本机制：,指导思想：通过表述最终理想结局把课题模型中给定的技术系统转变成理想系统；课题模式：由技术矛盾转变成物理矛盾；排除矛盾：利用物场转换方法排除物理矛盾；利用操作系统包括克服矛盾最有效的方法及全部资料：40个发明原理阿奇舒勒矛盾矩阵;发明问题标准解法;发明问题标准算法;典型技法表、物理效应应用表与索引等,排除课题矛盾具体步骤,由发明情境转变成发明课题；转变成课题程式，从而产生一系列答案：理想答案表述理想最终结果（IFR）物场答案找到了物场形式的答案物理答案表述了物理矛盾，找到了消除物理矛盾的物理原则制定技术答案；拟定解决课题的设想；制定计算（设计）答案，论证新技术系统的基本特性。,排除课题矛盾步骤说明,最后两个阶段解决发明课题的答案过渡到产品设计,这时专业知识与经验起主要作用。“发明”阶段与“设计”阶段紧密联系：有时不得不从设计阶段回到发明阶段，对提出的设想进行修正，有时在设计过程中也必须解决基本课题衍生的个别课题。,讨论：发明理论的定位,基本术语：措施、方法、理论,基本术语,措施是一次性的基本操作:措施属于解决课题的人的行为用于课题中所要研究的技术系统比如：“把系统分割”、“把几个系统联成一个系统”。是个标量没有指向性很难说什么时候这个措施好，那个措施坏或反之。如：在某种情况下类比法可以导致课题的解决，而在某种情况下却离开了解决问题的道路。措施本身是不发展的，当然补充和完善一整套措施是可能的。,基本术语,方法是一个操作系统，规定操作次序:如:“智力激励法”（大胆的设想）的一系列运演：将“思想家”和“批判家”相结合，进行大胆的设想并选择计策。对如何产生、筛选设想，都有一定的操作规定。方法一般都基于某种原则和假定。比如说，智力激励法、头脑风暴法认为，只要让不可控的设想流从潜意识中奔流而出，就能得到课题解决方案。方法的发展是很有限的，一般总脱离不了初始原则的框架。,基本术语,理论是很多方法与措施的体系:规定了在认识客观实践发展规律的基础上有目的控制解决课题过程的方向。措施、方法、理论构成类似于：“砖房子城市”“细胞器官有机体”结论：解决发明课题程序是处于方法与理论的交界处,摆脱思维定势几种思考方法最终理想解IFR（idealfinalresult）小人建模法MMD（minimandesign）大小、时间、价格STC算子scale（size），time，cost,实质：抛开客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解抽象解释：在想象中模拟试验过程，将课题简化升华为一种理想化状态。具体解释：在大脑中设立理想模型，通过思想试验来研究客体运动规律。理想系统：没有实体、没有物质、不消耗能源，但能实现所需功能理想过程：只有过程的结果，而无过程本身，突然获得结果理想资源：无穷无尽、随意使用、不必付费理想方法：不消耗能量和时间，通过自身调节获得所需功能理想机器：没有质量、体积，但具备功能没有机器,最终理想解（IFR）,IFR：抛开客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解,一、理想化水平=有用功能之和有害功能之和二、理想化方法部分理想化、全部理想化三、最终理想解_特点保持了原系统的优点消除了原系统的不足没有是系统变得更复杂没有引入新的缺陷四、最终理想解确定_步骤1、设计的最终目的是什么？2、理想解是什么？3、达到理想解的障碍是什么4、出现这种障碍的结果是什么？5、不出现这种障碍的条件是什么？,问题1风从哪里来,问题:需要研究牛棚中的空气运动，需测量气流速度。牛棚很大，顶棚很高，空气速度依赖于腔和棚顶的温度，需要多次测量。IFR：需要抓住某种矛盾特点的事物，它应该在任何一处，任何地方，但又不能无处不在，从而使空气清晰，以便观察。蜡烛布置会有间距烟无处不在气泡与空气稍有不同，气流大的地方将呈现长条形的气泡,问题2：移动钢轨,问题：铁路工人移动笨重的钢轨，将撬棍插在钢轨下面，听到号令将钢轨一点点移到正确位置，困难且危险！规则规则1：在解决问题之前找出为什么出现问题为什么难以移动？管子容易移动，钢轨难以东不是因为笨重，而是因为规则2：说明矛盾原型的钢轨较易移动，但不能有圆形钢轨，因此应该保持增加规则3：想象解决问题理想答案IFR将钢轨两端装上轮子,问题3永不脱落的油漆,家具公司经理：“去年我们向幼儿园销售了一百套家具，令人遗憾的是买主抱怨说孩子们将漆从家具上刮下来”工程师：“这不是我们的问题，也许他们应该买不油漆的家具。”家具公司经理：“不，幼儿园需要绚丽的家具，也许我们能找到能渗透到木板里面的油漆。”突然，一个发明家诞生了,返回,小人建模法（MMD）,方法：想象一个物体（机器、仪器）是由一群小矮人组成的，小矮人可以思考、根据实际情况可以分离、组合，避免自我的损坏，充满智慧地完成其任务。是一种思维模式：需要非常强的想象力，想象这个物体包含许多会思考的小生命，不是分子或原子。他们会怎样感觉？怎么行动？怎么合作？优点：避免了有机体在“融入设想法”中的损坏。,问题4任性的跷跷板,问题：一个水计量器做的像一个跷跷板，仪器的左边有一个液体容器。计量器一装满水就倾斜，水流出后左边变轻，跷跷板恢复原状，问题是测量不精确，不是所有的水都流出来。跷跷板上有男孩和女孩，女孩是液体男孩是平衡物容器接受物体重量，跷跷板降下来,问题5裹着豹皮的船,轮船外部裹上豹皮，以减少船与水、船与空气之间的摩擦；当然还可以设想停泊着这类船只的码头，快艇、远洋轮、油轮裹着其它动物的毛皮，不过这不太符合保护动物者的口味，设计赛艇时考虑该方法却是有意义的,返回,STC算符,条件的限制：大小、时间、价格发明家应该考虑：某物的体积缩小会发生什么？反之？某动作所用的时间减少会怎样？反之？增加新的条件会发生什么？造价增加或反之？利用STC算符并不能直接给出问题的答案，但可以打破我们思维的心理惰性,问题6断案中的科学,侦探故事侦探：这支枪应该检查一下，以便了解它是否在一周前射过子弹专家：不知如何解决，枪筒已被擦拭，里面没有积炭。如果枪在10秒前发射，则枪筒应该是热的，但温度记忆很短，不可靠！金属有没有其他记忆呢？有！？利用什么物理效应突然，一个发明家诞生了弹药所产生的气体不仅只对子弹起作用，也对枪筒起作用。通常地球磁场会给枪筒上磁，射击之后磁性消失，34周后枪筒重新被磁化，时间越长，磁性记忆逐渐消失同时应用了STC算符,技术系统八大进化法则,技术系统的