论创新思维方式与产品创新设计

1、论创新思维方式与产品创新设计创新是人类文明进步的原动力。创新对人类科学的发展产生了巨大的影响，使 科学成为历史上推动社会进步和社会变革的有力杠杆。创新为建立现代科学体系奠定 了知识基础，也使人类视野得到前所未有的拓展。创新是技术和经济发展的原动力，是国民经济发展的基础，是体现综合国力的 重要因素。当今世界各国之间在政治、经济、军事和科学技术方面的剧烈竞争，实 质上是人才的竞争，而人才的竞争的关键是人才创造力的竞争。20世纪是知识不断创新，科技突飞猛进，世界深刻变化的世纪。21世纪科技创新将进一步成为社会和经济发展的主导力量。世界各国综合国力竞争的核心是知 识创新、技术创新和高新技术产业化。加强

2、技术创新、发展高科技，实现产业化是 一项系统工程，对提高国民经济质量和效益，提高我国国际竞争力有决定性的意义。创造强调新颖性和独特性，而创新是创造的某种实现。技术创新的特点是以市场为导向，以提高竞争力为目标。技术创新的内容包括 从新产品或新工艺设想的产生，经过技术的研究、开发、工程化、商业化生产到市 场应用的整个过程。设计是人类社会最基本的一种生产实践活动，它是创造精神财富和物质文明的 重要环节。创新设计是技术创新的重要内容。工程设计是建立技术系统的第一道工序，它对产品的技术水平和经济效益起决 定性的作用，据统计，产品成本的75%80%是由设计阶段确定的。设计的本质是革新和创造。强调创新设计是

3、要求在设计中更充分发挥设计者的 创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有竞争 力的新颖产品。设计一般分为产品规划、方案设计、技术设计、施工设计等四个阶段。产品规划阶段进行详细的需求调查、市场预测、确定设计参数和制约条件，最 后给出详细的设计任务书作为设计、评价、决策的依据。方案设计阶段确定产品的工作原理，并对产品的执行系统、原动系统、传动系 统、测控系统等作方案性设计，将有关机械机构、液压线路或电控线路用简单形式 表达。技术设计阶段在原理方案基础上进行具体结构化设计，选材料，定零件的构形 和尺寸，进行各种必要的性能计算，最后画出部件的装配图。为了提高产品的竞争力 还

4、需应用先进的设计理论和方法提高产品的价值（改善性能、降低成本），进行产品 的系列设计，考虑人机工程原理提高产品的宜人性，利用工业美学原则对产品进行更 好的外观设计等，使产品既实用，又适应市场商品化的需要。这阶段往往要通过模型 试验检验产品的功能原理和性能。施工设计阶段进行零件设计和部件装配图的细节设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书、工艺卡、使用说明书等技术文件。正式投产前产品的试制将检验加工工艺和装配工艺，并进行详细的成本核算， 从而提出修改意见，进一步完善整个产品的设计。计算机的应用大大推进设计速度。目前可通过计算机辅助设计进行方案设计、 技术设计并绘制图形。或者直接输入信号，进行产品的

5、数控切削加工或成型加工。 但不论采用什么设计手段，合理掌握设计过程，抓住每个设计阶段的特点和重点， 有利于调动设计人员的创新精神，提高产品的设计质量。根据设计的内容特点，创新设计可分为开发设计、变异设计和反求设计三种类 型。1、开发设计。针对新任务，提出新方案，完成从产品规划、原理方案、技术设 计到施工设计的全过程。2、变异设计。在已有产品的基础上，针对原有缺点或新的工作要求，从工作 原理、机构、结构、参数、尺寸等方面进行一定变异，设计新产品以适应市场需要， 提高竞争力。如在基本型产品的基础上，开发不同参数、尺寸或不同功能性能的变 型系列产品就是变异设计的结果。3、反求设计。针对已有的先进产品

6、或设计，进行深入分析研究，探索掌握其 关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型的创新产品。开发设计以开创、探索创新，变异设计通过变异创新，反求设计在吸取中创新， 创新是各种类型设计的共同点，也是设计的生命力所在。为此，设计人员必须发挥 创造思维，掌握基本设计规律和方法，在实践中不断提高创新设计的能力。创新设计必须具有独创性和实用性，取得创新方案的基本方法是多方案选优。1、独创性。创新设计必须具有其独创性和新颖性。设计者应追求与前人、众人不同的方案，打破一般思维的常规惯例，提出新功 能、新原理、新机构、新材料，在求异和突破中体现创新。2、实用性。创新设计必须具实用性。纸上谈兵无法体现真正的创

7、新。发明创造成果只是一种潜在的财富，只有将它们转化为现实生产力或市场商 品，才能真正为经济发展和社会进步服务。1985年1995年中国发明协会向社会推荐和宣传的发明创造成果有11000多项，其中只有15%转化为生产力；而这10年 中我国的专利实施率仅在25%30%左右，看来专利、科研成果和设计的实用性都是 需要解决的问题。设计的实用化主要表现为市场的适应性和可生产性两方面。3、多方案选优。创新设计从多方面、多角度、多层次寻求多种解决问题的途 径，在多方案比较中求新、求异、选优。以发散性思维探求多种方案，在通过收敛 评价取得最佳方案，这是创新设计方案的特点。创新既针对一些大的事物，也针对一些小的

8、事；既针对一些复杂事物，也针对 一些简单事物。有些人认为，创新吗，当然就是对一些重大的科研项目而言的，它是指一些惊 天动地的发明创造。这种观点是不全面、不准确的。它当然是一种创新，而对日常工 作和生活中常见的事物作一些改动，使其更有利于人们的工作和生活，同样属于创新 的范畴。例如：1、改变大小。原先的手机是大而笨拙的 大板砖”，而改成了现在的小巧玲珑的 袖珍型；原先只能放置在桌子的大而沉的电脑， 改成了便携式的手提电脑，这都是创 新。2、改变颜色。前些年男式服装的颜色以灰、蓝等为主打，而现在却以五颜六 色的服饰为主打。3、改变质地。原先的建筑物里安装的下水管道，一般都是采用是铸铁管件，不 美观

9、不说，还经常发现渗漏现象。而现在改用PUC系列，则有效地克服了这些缺点。总之，创新的内容很多。人类文明的历史，可以说是人类不断创造的历史，构木为巢，结纯记事”，上九天揽月，下五洋捉鳖”，是创造的成果，与人们工作、生活、学习、娱乐息息相关 的各种各样的事物是创造发明的结晶， 创造发明的源泉是人类思维的创造性， 也即创 造性思维。人类现代文明的一切成果无不是人的创造性思维的结果，创造性思维是人们从事创造发明的源泉。下面就谈一谈创新思维方式之一逆向思维对产品创新设计的一点启示。对于问题的思考，人们或者按常情、常理、常规去想；或者按事物发生发展的 客观顺序去想，比如从前到后，从上到下，从近到远等等，也

10、就是按常规所言一一顺着想。这样想问题容易照准切入点，思考问题解决问题的效率也会比较高，人与人之 间的思想交流也较容易理解和沟通，便于产生共鸣。这也是人们从古到今一直沿袭 的思考方式。但万事有利便有弊，顺着想固然有众多的好处，但我们过分地痴迷于此，必然 会只注意此端，而忽略彼端，造成顾此失彼、以偏盖全的错误。长此下去，势必会影 响我们在工作和学习中创新思维的发挥。有没有其他更行之有效的方法呢？多少年来，人们一直对司马光砸破水缸智救同伴的故事津津乐道，无不叹服他 小小年纪的非凡智慧。但对于司马光为什么砸缸的心理并没有深入分析。如果按着常情、常理、常规的顺序，一个小孩掉进水里，首先想到的应该是设 法

11、将他捞出来，也只有使人离开水，小孩才能脱险。这无疑是对的。但是，因为水缸 很高大，实施营救的人员又都是够不着缸沿的孩子， 旁边又没有一个大人。如果还沿 用原先的老办法来对付这突然出现的新问题显然是不行的，是会酿成大祸的。怎么办？司马光情急生智，瞬间掉转了思考方向，既然人离开水”能得救，为什么就不能 水离开人”呢，它不也能救人吗？于是，在千钧一发的危急关头，司马 光采取砸缸放水这一绝招，使同伴获救。这就是逆向思维。世界上的任何事物的矛盾性是不同的，解决矛盾的方式也必然会多种多样。而这些解决方法不是谁的头脑里凭空想象和杜撰出来的，逆向思维同其他思考方法一 样，也是亿万人民实践的结果，是人类思维实践

12、的经验总结和提炼， 归根结底，它也 反映着事物的客观规律。我们对倒过来想总结出它的几点特性：1、事物之间关系的所谓 顺”也好，倒”也好，其实都是相对的。在庞大的错综 复杂的关系网中，事物之间互为条件，互相依存而不能孤立。从一个角度去看，甲 事物与乙事物可能是 顺”关系，从另一个角度看，他们之间也可能是 倒”的关系。 如在第二次世界大战期间，苏军利用黑夜袭击德军通过使他们什么也看不见”，这是顺”的关系，而苏军利用140台大型探照灯同时射向德军阵地， 达到使德军什么 也看不见”这同一目的便是 倒”的关系。2、客观世界的许多事物，存在着转化关系，甲能产生乙，乙也能产生甲。例 如：电能生磁，反过来磁也

13、能生电。再比如，说话声音的变化在一定条件下能引起 金属薄片产生相应的颤动，倒过来，金属薄片的颤动在一定条件下也能引起说话声 音发生相应的变化。3、客观世界的许多事物，在相反的条件下会产生同样的结果。 例如，睡眠过少， 人的头脑会发昏，精神状态会不好；相反，睡眠过多，人的头脑也会发昏，精神状态 也不好。4、有的事物之间，当它发展到一定的阶段，原有的关系会发生颠倒。例如，我 国改革开放以前，长期以来都是 以产定销”。产品与市场的关系是 产品一 一市场”。即：工厂根据上级下达的计划决定和安排产品的生产，然后由商业部门 送到市场上去出售。而现在则发生根本性的变化，产品与市场的关系倒过来成为 市 场一一

14、产品”，也就是工厂根据市场的需求 以销定产所以，因为事物的矛盾在发生变化，我们解决矛盾的思想也应随之变化，不能 墨守成规。在 顺”着解决问题不太顺利的情况下，不妨 倒”着来一回，人们不是常说 条条大路通罗马”呢？一切事物的存在和发展，任何问题的产生和解决，都要依赖于一 定的内外因条件的制约与改变，必然会引起事物结果的相应改变。将 事物的依存条件倒过来想，从而解决问题的办法，在国外屡见不鲜。岛国日本兵库县有个叫因波的小村子，在已经非常富足的日本，是个非常贫瘠 的地方。因为村子土地贫瘠，什么出产都没有，加上交通闭塞，既不通铁路，到处是 一片荒凉的景象。多少年来，村里的人都想尽快地摆脱贫困，但谁也没

15、有致富的法子。为此，他 们从首都东京请来了一位专家，帮助他们来出点子。专家从左到右，从动到西对全村 进行了实地考察，按照 要想出售的多，才能换回的多”的顺着想的思路思考，却怎么 也想不出一个切实有效的良方来。出售什么？村里什么都没有，搞旅游开发吧，又没 有任何景点可供游人游览，有的只是彻头彻尾，实实在在的穷。穷一一对了，何不从 它入手，专家机灵一动。于是他向村民提出：你们要想富起来， 又没什么产品和可利 用资源可供出售，那就只有出售你们的贫穷和落后。 从现在起，你们就不要再住房子 了，要住到树上去；不要再穿布做的衣服了，要披树叶穿兽皮，像几千年前的老祖宗 那样生活。这样城里人就会来参观旅游，你

16、们的日子就会富裕起来。 太荒唐可笑了！” 村民们大惑不解。经专家的一再解释、说服，大家才勉强同意一试。后来，经过媒体和记者的报道宣传，这个小村很快便引来了无数的好奇者，一 来二去，村里真的富了起来。这位专家的致富思路，听起来非常离奇，但实际上却非常简单，他不过是把致 使村子落后的原因： 无人关心”和无人帮助”，倒过来想，将它颠倒过来变成 粉人 瞩目”和粉人支援”而已。也就是这看似简单的颠倒，竟然能解决了衬里真的富了起来”这个大问题。任何事物，随着矛盾的主观与客观的制约转化，也必定会给结果带来变化，可 谓物极必反，顺着不能化解的矛盾，也许在 倒过来”时就能迎刃而解了。事物的普遍存在，并不是孤立的

17、。事物间都存在各种各样的作用。既可以起正 方面作用，也可以起反方面作用。事物和人的关系也是如此，此时是有利作用，彼 时可能就是不利作用。人们通过采取一定的措施，往往能使事物的性质、特点发生改变，从而起到同 原有作用正好相反的作用，比如把对人不利的作用转变为对人有利的作用， 也就是人 们通常说的避害趋利。下面是个这方面的例子。格德约是加拿大一家公司的普通职员。一天，他不小心碰翻了一个瓶子，瓶子 里装的液体淹湿了桌上一份正待复印的文件。文件非常重要。格德约很着急，心想这下可闯祸了，文件上的文字可能看不清了。他赶紧抓起 文件来仔细察看，结果让他暗自庆幸，文件上被液体浸染的部分，其字迹依然清晰 可见。

18、太出人意料了。当他拿去复印时，又一个意外情况出现了，复印出来的文件， 被液体污染本来清晰的那部分，竟变成了一团黑斑。不由得他转喜为忧。为了消除 文件上的黑斑，他绞尽脑汁也一筹莫展。突然，头脑中冒出一个针对 液体”与 黑斑” 倒过来想的念头。自从复印机被发明以来，人们不长为文-5件被盗印而大伤脑筋吗？为什么不以这种 液体”为基础，化其不利为有利，而研制 一种能防止盗印的特殊液体呢？格德约利用这种逆向思维，经过一段艰苦努力，最终把这种产品研制成功，但 他最后推向市场的不是液体，而是一种深红色的影印纸，并且销路很好。塞翁失马，焉知非福”，不用我解释，大家也都知道它的含义。同样，从文件 上出现 黑斑”

19、这件让人 闯祸”的事上，格德约并没有垂头丧气，而是马上转变思维， 变不利为有利，开始着手发明防止盗印的影印纸。 这是通过采取一定的措施，是对事 物发生作用的方向发生改变，从而带动事物发生根本性的改变。因此，通过采取一些必要的措施，使矛盾的性质、特点发生改变而起到同原作 用相反的作用，或使它对人们的不利作用变为有利作用，这其中的差距用天壤之别 来形容，当不为过吧。事物之间互相起着正反两方面的作用，事物自己的起作用的方式”又都不尽相同，它是事物的一种基本属性。事物起作用的方式，同事物本身的性质与作用有密切地联系。我们根据某种特 殊的需要使某一事物起作用的方式有所颠倒，那就可能会引起该事物的性质、特

20、点 或作用也相应地向我们需要的方向改变。日本科学家熊田长吉对传统锅炉所做的重大改进，就是沿着方式颠倒”的思路进行思考的。过去工矿用的工业锅炉及日常生活的锅炉，大都采取在室内安装许多水管，用 给水管加热的方式使热水上升产生热蒸汽。但这种锅炉的热效值并不高。熊田长吉很早就想对这种锅炉加以改造， 他把主要思路放在如何进一步实施炉 内加热，以提高热效。但很长时间以来，没有取得很大的进展，致使这方面的研究 转进了牛角尖。后来，他将给水管加热的思路倒过来思考，想到了它的相反的另一面，就是让 管子吸热。改变思路的熊田长吉觉察到，炉内水管子加热的水只能向上升，这对热水和冷 水的循环不利，也会影响锅炉热效的发挥

21、。接着他又进一步深想，假如把众多热水管中的一根加粗一些，并在粗管内再安 装一根使冷水向下降的细管子，这样，粗管里的热水上升，里面的细管使冷水下降， 这样不就能使水流和蒸汽加速循环，从而大大提高热效了吗？果然，按他这一设想而生产的锅炉，一经实际使用，热效一下提高了10%,熊田长吉对锅炉的改进，不但改变了锅炉史，也为自己赢得了崇高的国际声誉。我们知道，矛盾是既对立又统一的整体。对立亦即相反。利用相反的作用方式是解决问题的一种手段，也是众多解决问题方式中的重要一种，它的目的是为了使 事物产生和谐，或者说是产生统一这样的结果。基于事物与其起作用的方式之间，存在着彼此依赖、相互转化的关系，那么我 们把事

22、物起作用的方式给以颠倒，对于矛盾的解决将产生至关重要的作用。雨果曾说： 世界上最重要的事，不在于我们在何处，而在于我们朝什么方向走。”对事物发展起作用的是过程，而过程又具有明显的方向性，它能显示出事物发 展的趋势。当矛盾着的事物在发展过程中因人的认识角度的改变，必然会影响其发 展方向。这种发展过程方向的改变，有时能使人们处理矛盾的结果发生积极的变化。比如，我们坐在电影院里看电影。我们坐在那里，相对地说处于静止状态，而 故事情节的发展是通过放映机使画面移动来展开的。画面的移动变化，把人们带进感 人的剧情之中，画面是动的。这种动与静的完美结合，给我们以没的享受。而现在某些发达国家正在把这种习惯倒转

23、过来，发明了地铁电影或者隧道电 影。这种电影的画面是静止不动的，是画在地铁或隧道两边的墙上的。同时像电影 胶片那样，把每个具体动作画成24幅画，让地铁列车以每小时70公里的速度运行， 那么人们看到的画面正好和电影里每秒钟放映 30个画面相等，再配上壁画顶部的灯 光和车厢里的音响，一部形象逼真的电影就这样被我们而不是放映机 放映”了出来。再如，我们经常会遇到这样一种情况，一个人去洗澡间洗澡，为了能够消除后 背上的污垢，只能拿毛巾反复在背上来回拉动。有人倒过来思考，改变用手来回拉 动毛巾这个过程的方向，而是将毛巾固定在墙上让人的后背在毛巾上上下左右地移 动，这样不但省力而且更加舒适自在。现实生活中

24、这样的小例子很多，在科学发明创造方面，也是屡见不鲜，请看下 面的两个真实例证。圆珠笔发明以后曾风行一时，但不久就暴露出笔油泄漏的毛病，虽几经改进， 但这个问题始终没有得到解决。漏油的原因很简单，就是由于使用中笔芯中的笔珠 磨损造成间隙过大引起泄漏，人们试验用各种不同材料组合以提高耐磨性，甚至使 用宝石等贵重材料制作笔珠，但是容纳笔珠的笔珠槽的磨损仍会引起泄漏。日本人 中田藤三郎运用倒着想的方法成功地解决了这个问题。他发现圆珠笔不是一开始使 用就有漏油的现象，而是通常书写两万多字以后才由于磨损引起泄露漏的，中田没 有像其他人那样设法提高笔珠的寿命，而是向相反的方向寻求问题的解，他创造性 的提出，

25、如果控制圆珠笔芯中油墨的量，使得所装油墨只能书写大约一万五千字左 右，当漏油的问题还没有出现时笔芯就已被丢弃了。经过试验，效果良好，这个困 扰人们多年的问题就这样巧妙地解决了。对于隧道的挖掘，传统的方法是：先挖洞，挖过一段距离后，便开始栽木桩， 用以支撑洞壁，这样一段一段的连接起来，便成了隧道。这样的挖法，要是碰上坚硬的岩石算是走运，一旦碰上土质疏松的地段，困难就大了。有时还会造成塌方而把 已经挖好的隧道堵死，甚至会有人员伤亡。对于这样的难题，美国有一位工程师，对原有的挖掘方法采取了倒过来想”的思考方式，对挖掘隧道的过程采取颠倒的做法：先按照隧道的形状和大小，挖出一 系列的小隧道，然后往这些小

26、隧道内灌注混凝土，使它们围拢成一个大管子，形成 隧道的洞壁。洞壁确定以后，接下来再用打竖井的方法挖洞。实践证明，这种先筑洞壁，后 挖洞的新的隧道修筑法，不仅可以避免洞壁倒塌，而且可以从隧道的两头同时挖掘， 既省工又省时，效果非常明显，被世界上许多国家采纳。按照传统的也是所谓的 正宗”的隧道挖掘方法，应该是 先挖洞”，然后 栽木 桩”，一一这种做法不但进度慢、效率低，而且有时因塌方而造成 人员伤亡”。单通 过美国一位工程师用先挖出 小隧道”围拢“成大管子”，再用 打竖井”的方法，也 就是将完成工作任务的过程的方向加以改变，既能两头开掘，又安全且进度快，可以说一举多得。事物起作用的过程具有确定的显

27、著的方向性，显示着事物的某种发展趋势。当 事物的发展趋势发生了方向逆向的重大改变， 人们对它的认识和态度也就自然需要随 之作相应的调整。因此，在某一创新问题的思考过程中，如果将问题的原发展过程倒 过来思考，便有可能引发和促成头脑中产生与问题的新发展趋势相适应的新念头。对事物起作用的过程一旦方向有所颠倒， 人们对它的认识和态度也要随之有所 改变，新的解决矛盾的方案也会随之而萌生。两个（含多个）事物之间，在空间上具有一定的位置关系，或两两相对，或一 上一下，或一前一后，或一左一右，事物的这种位置对应关系，决定着事物的存在 状态。相反，改变事物位置的对应关系，同样也会造成事物存在形态的改变。简单地说

28、，人呈倒立状态，就会出现天空和白云在自己脚下这种感觉；让一个 犯了校规的学生坐在校长的办公椅上，校长站在他的面前，犯规的学生会很快认识 到自己所犯的错误，他的态度也会比较端正；让一个肇事的汽车司机去医院里当护 士，负责照顾被他撞伤的伤员，体会被汽车撞伤的痛苦，对司机今后的安全行车都 大有好处。我们在看待事物、解决现实中的问题时，积极地变换位置，做异位思考，必然 会丰富我们的创新思路，找到解决问题更佳的方案。意大利著名物理学家伽利略曾受医生的请求设计温度计，但一次又一次的实验都失败了。有一次他在给学生上实验课时，突然发现水的温度能引起水的体积的变 化，那么反过来，水的体积的变化，也能导致水温的变

29、化吗？沿着这条思路，他终 于设计出了当时的温度计。同样，英国物理学家戴维根据化学能可转换为电能，倒 过来研究发现，电能也可以转换为化学能。他们都是根据我们前面已经探讨过的， 有的事物之间，甲能产生乙，乙也能产生甲这种倒过来思考问题的方法而获得成功 的。对于具有互为因果关系的甲乙两事物，我们把事物的结果乙作为出发点，倒回 去思考作为原因的甲，往往会对甲以及甲乙两事物之间的关系产生新的认识。下面就是一些用颠倒因果关系而创新的例子。1799年，意大利科学家伏打将锌片和铜片放在盛有盐水的容器中，发明了能够 将化学能转变为电能，并能提供稳定电流的 伏打电池”。有一些科学家将因果关系颠 倒过来认识到这一过

30、程的逆过程的重要的科学意义，并开始进行将电能转化为化学能 的实验。他们最后电解了水，接着用电解法发现了金属元素钾、钠、钙、锹、铁和硼 等元素，产生了深远的影响。自从丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应后，法拉第认为电现象与磁现象之间的关系是辨证的关系，既然电能够产生磁，那么磁也应能产生电。最终经过10年的努力发现了磁场引起的电磁感应现象。爱迪生发明的留声机也是对声音能引起振动现象中的原因和结果的颠倒应用,而热机的发明则是将 作功可以产生热”的现象中的原因和结果的颠倒，使热能作机 械功。具有一般互为因果关系的甲乙两事物之间，从作为结果的事物乙出发，倒回去 思考作为原因方的事物甲，以及思考形成事物乙的发展过程，就如同我们坐车到了 终点站，而往回想一样，一路上的风景很快便呈现在我们的面前。为了我们的思想更加活跃，思路更加扩展，从结果处（终点站）出发，倒回去 思考原因处（起点站）以及它们的发展过程，将会有意想不到的惊人发现。如果我说身着 被破烂烂千疮百孔”是一种美，你会认为我这是歪理邪说。可 是在街头巷尾，