机械创新设计 课件 第1-3章 绪论、我国古代机械发展史与IASE创新方法、问题识别与问题类型

第一章绪论机械创新设计目标课程目标知识目标掌握IASE创新方法，具备创新方法的应用能力。能力目标具备机构与机械结构创新设计能力。素质目标创新、集成、变换。目标知识内容1机械创新设计2创新方法发展与现状3常用的创新方法简介什么是创新设计？创新设计需要方法吗？1.1机械创新设计怎么保护创新设计？创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用现有的相关科技成果进行创新构思，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性成果的一种实践活动。创新是设计本质的要求，是设计的核心、灵魂、及追求。创新设计是创新理念与设计实践的结合，发挥创造性的思维，将科学、技术、文化、艺术、社会、经济融汇在设计之中，设计出具有新颖性、创造性和实用性的新产品。创新设计可以从以下几个侧重点出发：1）从用户需求出发，以用户为中心，满足用户的需求。2）从挖掘产品功能出发，赋予老产品以新的功能、新的用途。3）从成本设计理念出发，采用新材料、新方法、新技术，降低产品成本、减少缺陷、提高产品质量、提高产品竞争力。创新设计分为：1）无中生有，根据用户需求或市场调研结果设计全新的产品。2）别出心裁，挖掘已有产品的新功能或新用途，让现有产品焕发新生命。3）查漏补缺，针对已有产品的不足，探求补足的方法或降低成本，使现有产品物美价廉。创新方法是创新活动中带有普遍规律性的方法与技巧，能够协助人们实施创新过程。它是通过研究一个个具体的创新过程，例如创新的产品是如何设计的？创新的方案是如何构思的？方案又如何变为现实等，从而揭示创新的一般规律和方法。创新设计成果具有以下特点：1）目的性：任何创新设计都有一定的目的，这个特性贯彻于创新设计过程的始终。2）变革性：创新设计是对已有事物的改革和革新，是普通技术人员不易想到的技术方案。3）新颖性：创新是对现有的不合理事物的扬弃，革除过时的内容，确立新事物。4）实用性：创新成果具有实际应用价值，能够制造或者使用，并且能够产生积极效果。创新设计成果有时以发明的形式展现，发明是应用自然规律解决技术领域中特有问题而提出创新性方案、措施的过程和成果。发明是一种新颖的技术成果，提供前所未有的东西，或提供比以往技术更为先进的东西。1.2创新方法发展与现状创新方法是从哪里来的呢？创新方法现状怎么样了？创新方法未来如何发展呢？1912年，美国经济学家约瑟夫·熊彼特首次提出创新（Innovation）的概念，并认为技术创新是资本主义经济增长的主要动力，由此拉开了创新理论研究的序幕。在分析众多学者研究成果的基础上，发现技术创新方法就是在技术创新过程中，创新主体针对待解决的问题，进行分析、形成新设想、产生新方案、解决问题的系统性方法和策略。创新方法由来最早的创新方法可追溯到公元4世纪的启发法，现已发展到三百多种。这里按照时间顺序，将创新方法的发展历程分为三个阶段：远古研究阶段（公元4世纪~19世纪）、近代研究阶段（20世纪初~20世纪50年代）、现代研究阶段（20世纪60年代~至今）。创新方法发展的远古阶段提出了“启发方法（heuristics）”，亦称为探索法，是人们根据一定的经验，在问题空间内进行搜索，寻求解决问题的经验，从而快速解决目标问题的一种方法。启发法的内涵实质上是“单凭经验的方法”、有根据的推测、直觉的判断或者只是常识，典型的启发法是试错法（Trailanderror，亦称为试探或试凑）。这个阶段也发展了逆向思维方法，如田忌赛马、司马光砸缸等故事就体现了逆向思维。1865年英国哲学家密尔提出了联想四法则：接近律、类似律、对比律、因果律，进而推动了联想创新方法的发展。创新方法发展的近代阶段是指20世纪初～20世纪50年代，主要的创新方法是头脑风暴法、形态分析法、综摄法、5W2H法、检核表法、属性列举法等。创新方法发展的现代阶段是指从20世纪60年代至今。主要的创新方法是TRIZ理论、可拓创新方法、中山正和法、信息交合法、六顶思考帽法、公理化设计法、和田十二法、质量功能展开QFD(QualityFunctioDeployment)等。

目前对创新方法的研究主要是对已有创新方法改善，例如檀润华团队在研究TRIZ的基础上提出了破坏性创新使能技术、集成创新使能技术、渐进性创新使能技术等创新方法，赵敏团队在整合TRIZ理论的集成上提出了U-TRIZ理论。创新方法发展现状在国外，Otto等通过QFD（质量功能展开）将用户需求与设计过程集成，Lee提出QFD与功能分析及发明问题解决理论(TRIZ)中冲突矩阵相结合解决概念设计中的技术冲突问题，Teminko将QFD与TRIZ的理想解相结合。在国内，河北工业大学檀润华教授将TRIZ技术进化原理与过程建模方法IDEF3相结合，建立了基于结构进化的产品设计过程模型，将TRIZ与QFD相结合建立了二者集成的概念设计过程模型；河北工业大学曹国忠副教授将AD（公理化设计）与TRIZ中的功能基、效应集成，形成SAFE集成型概念设计过程模型，将功能、效应和实例相结合提出了FEE（Function-Effect-Example）概念设计过程模型；通过上述的分析，可以看出创新方法研究呈现如下发展趋势：（1）创新方法朝系统化、理论化、实践化的方向发展目前创造方法研究已取得一定成果，但各种创造法则、创造技法大都从单一的角度进行研究，比较多的软件都是基于TRIZ理论或可拓学，而未对创新方法全面进行筛选并形成系统原型和辅助工具。

创新方法发展趋势（2）群体创新方法日益受到重视创造力究其本质是个体的一种属性，然而由于它通常仅能在群体创新活动中被有效开发，因而，大多数创新方法都是在特定的团队内（如在企业、研发机构中）提出并实施的，如智力激励法、综摄法、KJ法等都是针对群体情景下提出的创新方法。（3）创新方法研究将融合多学科交叉、会聚的方法

随着系统工程理论、复杂系统学说和知识管理理论的提出，对创新方法的研究越来越朝多学科交叉、会聚的方向发展。创新方法成为涉及哲学、认知科学、心理学、经济学、系统学、管理学、工程学、信息科学等多个领域的交会学科。创新的展望现代喷气民用飞机空客A380波音－747中国商飞－C919创新的展望未来的飞机1.3常用创新方法简介古人云：“工欲善其事，必利其器”，前总理温家宝指出：“自主创新、方法先行”，说明创新也需要创新方法的支持。创新方法是指：协助人们实施创新过程的方法，或技巧等的总和。

目前世界上共有400多种创新方法，如模仿法、创意列举法、综摄法（类比创新法）、组合法、移植法、逆向法、头脑风暴法、奥斯本检核表法、形态分析法、和田十二法、质量功能展开（QFD）、TRIZ理论、可拓创新方法等。

模仿创新法就是一种人们通过模仿旧事物而创造出与其相类似的新事物的创造方法。从模仿的创造性程度而言，可分为机械式模仿、启发式模仿和突破式模仿三种。

1.3.1模拟创新

1、机械式模仿是把别人成功的经验和先进的生产方式直接地吸收过来，加以借用，所以很少独创。一般用这种模仿方法，是在模仿对象和被模仿者具有相同条件、相同的要求上进行的。也就是说，首先要搞清楚事物在什么地方有问题，找到问题的原因，然后找到被模仿对象究竟先进在什么地方，哪些先进的东西可以模仿、借用，从而作出优化的选择。例如QQ模仿MSN。

2、启发式模仿不是在二者相等条件下进行的，而是在其他对象的启发下，而借用过来作新的创造。例如，目前在废水处理中应用的活性污泥处理法，在自然界河川中夹杂的有机污泥流入海洋，海洋并不会因此受到污染。原因是什么呢？经科学家研究发现，原来是海洋中生长着有消化有机物质的净化细菌，有机物质经它消化后变成水和二氧化碳，从而使海洋具有自净化作用。

这种自然现象的启发下，科学家们就把它借用到现在的废水处理上来，人们模仿海洋的自净化作用，设计了一种净化池，在池中放入有净化细菌的污泥，然后再鼓入氧气，使净化细菌大量繁殖，废水在净化细菌的作用下，变成无污染的净水。

3、突破式模仿是指按自己所模仿的东西发生质的变化，而成为我的东西。这虽然有模仿的痕迹，但却是一种全新的创造。例如人们模仿（蜻蜓）发明了直升机，人们模仿（蒲公英）发明了降落伞等等。

1.3.2创意列举法创意列举法主要分为属性列举法、希望点列举法、优点列举法和缺点列举法四种。类型具体解释说明属性列举法先观察和分析属性特征，再针对每项特征提出创新构想。这种方法是一种创意思维策略。强调人们在创造的过程中，先观察和分析事物或问题的属性特征，然后再针对每项特性提出相应的改良或改变的构想。希望点列举法不断地提出理想和愿望，针对希望和理想进行创新。这种方法是指人们不断地提出理想和愿望，针对这些希望和理想，寻找解决问题的对策、实现这些理想和愿望的方法。优点列举法逐一列出事物优点，进而探求解决问题的方法和改善的对策。这种方法指的是人们通过逐一列出事物的优点，从而寻求解决问题、提出改善对策的方法。缺点列举法列举和检讨缺点和不足之处，找出解决问题的方法和改善的对策。与优点列举法相对应，这种方法是人们针对一项事物，不断地列举出其缺点和不足之处，然后分析这些缺点，从而找出解决问题和改善对策的方法。创意列举法案例

类比创新法是根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同的一种思维形式和逻辑方法。1.3.3综摄法（类比创新法）综摄法（类比创新法）直接类比法因果类比法对称类比法仿生类比法拟人类比法综合类比法从自然界或者人为成果中直接寻找出与创意对象相类似的东西或事物，进行类比创意。直接类比：纳克医生很想发明一种能够诊断胸腔里健康状况的听诊设备，一天到公园散步，看到两个小孩在玩翘翘板，一个小孩在一头轻轻地敲翘板，还有一个小孩在另一头贴耳听，虽然敲者用力轻，可是听者却听得极清晰。他把要创造的听诊器与这一现象类比，终于获得创意设计听诊器的方案，世界上听诊器就这样诞生了。使创意对象“拟人化”，也称亲身类比、自身类比或人格类比。这种类比就是创意者使自己与创意对象的某种要素认同、一致，自我进入“角色”，体现问题，产生共鸣，以获得创意。拟人类比：

工业设计经常应用拟人类比。著名的薄壳建筑罗马体育馆的设计，就是一优秀例证。设计师将体育馆的屋顶与人脑头盖骨的结构、性能进行了类比：头盖骨由数块骨片组成，形薄、体轻，但却极坚固，那么，体育馆的屋顶是否可做成头盖骨状呢？这种创意获得了巨大成功。于是薄壳建筑风行起来。罗马体育馆悉尼歌剧院意大利佛罗伦萨主教堂自然界和人造物中有许多事物或东西都有对称的特点，可以通过对称类比的关系进行创意，获得人工造物。对称类比：物理学家狄拉克从描述自由电子运动的方程中，得出正负对称的两个能量解。一个能量解对应着电子，那么另一个能量解对应着的是什么呢？狄拉克从对称类比的思想中提出存在正电子，结果该假设被实践证实了。两个事物之间可能存在着同一种因果关系，因此，可根据一个事物的因果关系，推测出另一事物的因果关系。因果类比：在合成树脂中加入发泡剂，得到质轻、隔热和隔音性能良好的泡沫塑料，于是有人就用这种因果关系，在水泥中加入一种发泡剂，结果发明了既质轻又隔热、隔音的气泡混凝土。仿生类比就是人在创意、创造活动中，常将生物的某些特性运用到创意、创造上的意思。仿生类比：事物属性之间的关系虽然很复杂，但可以综合它们相似的特征进行类比。综合类比：考试模拟就是最综合的类比，综合了将来正式考试中可能会出现的题型、覆盖面、题量和难度，以及考生可能出现的竞技心态，使考生对正式考试各种情景有所了解，并能对自己准备的程度作出评价，然后有针对性地做好进一步应考的准备。介绍了这么多类比方法，大家发现其实类比的两个事物都是风牛马不相及的。请大家谈谈自己的看法。作答主观题10分组合创新法是指按照一定的技术原理，通过将两个或多个功能元素合并，从而形成的一种具有新功能的新产品、新工艺、新材料的创新方法。组合创新法几乎覆盖了人们日常生活的各个领域。1.3.4组合法组合法同物自组法重组组合法异类组合法主体附加法主体附加法有些商品的功能已被用户普遍接受，通过组合可以为其增加一些新的附加功能，适应更多用户的需求。主体附加法例1：带橡皮头的铅笔例2：自行车从代步功能到添加载货、测速、照明、辅助观察等功能例3：具有温度显示功能的婴儿奶瓶异类组合法例4：双蜗杆传动提高承载能力例5：自带牙膏的牙刷例6：带有折叠凳子的拐杖同物自组法将同一种功能或结构在一种产品上重复组合，满足人们更高的要求，这也是种常用的创新方法。同物自组法例7：有两个方向插孔的电源插座例8：双人自行车例9：双色或多色圆珠笔重组组合法任何事物都可以看作是由若干要素构成的整体。各组成要素之间的有序结合，是确保事物整体功能和性能实现的必要条件。如果有目的地改变事物内部结构要素的次序，并按照新的方式进行重新组合，以促使事物的性能发生变化，这就是重组组合。家具与家用电器的组合：床+桌子=床头桌床+灯=床头灯衣柜+桌子=组合柜衣柜+镜子=穿衣镜田忌赛马，同样是这几匹马，只是调换一下顺序，便把劣势变为优势。世界上的事物都是由若干要素构成的，这些要素之间的有序结合，是实现事物整体功能的必要条件。人们囿于有限的实践，往往习惯于原有的模式，似乎只有自己熟知的结构才是素的次序进行重新组合，也许会出现意料不到的效果。请大家讨论一下自己所知道的组合创新案例。作答主观题10分指将某一领域中已有的原理、技术、方法、结构、功能等，移植应用到另一领域而产生新事物、新观念、新创意的构思方法。移植创新法分为原理性移植、方法性移植、功能性移植、结构性移植、材料性移植。1.3.5移植法移植创新法原理结构方法功能技术原理移植指把某一学科（领域）中的科学原理应用于解决其他学科（领域）中的问题。例如：蜻蜓的飞行原理与直升飞机；潜水艇的潜水原理与海豚。技术移植即把某一领域中的技术运用于解决其它领域中的问题。

案例分析：发泡方法的移植面包发酵后变得松软多孔，移植到食品业；移植到橡胶工业；移植到水泥制品业；移植到化工业；面包发酵后变得松软多孔，移植到橡胶工业；移植到食品业案例分析：发泡方法的移植移植到水泥制品业；移植到化工业方法移植即把某一学科、领域中的方法应用于解决其它学科、领域中的问题；

共享雨伞，共享充电宝就是借用共享单车方法移植。例如：香港中旅集团有限公司总经理马志民赴欧洲考察，参观了融入荷兰全国景点的“小人国”，回来后就把荷兰的“小人国”的微缩处理方法移植到深圳，融华夏的自然风光、人文景观于一炉，集千种风物、万般锦绣于一园，建成了具有中国特色和现代意味的崭新名胜“锦绣中华”，开业以来游人如织，十分红火。结构移植即将某种事物的结构形式或结构特征，部分地或整体地运用于另外的某种产品的设计与制造。例如：缝衣服的线移植到手术中，出现了专用的手术线；用在衣服鞋帽上的拉链移植到手术中，完全取代用线缝合的传统技术，“手术拉链”比针线缝合快10倍，且不需要拆线，大大减轻了病人的痛苦。功能移植即通过设法使某一事物的某种功能也为另一事物所具有而解决某个问题。根据萤火虫100%的光能转化效率原理，人类制成的冷光源，发光效率提高十几倍，大大节约了能量。例如：仿狗鼻子嗅觉功能，人类造出了电子鼻可以检测出极其微量的有毒气体等等诸多令人惊叹的创造。根据蛙眼原理，科学家利用电子技术制成了雷达系统，能准确快速地识别目标。请同学们自己讨论所接触过使用移植法产生的一些发明。作答主观题10分指为达到某一目标，将通常思考问题的思路反转过来，以反常规、常理或常识的方式去寻找解决问题的新途径、新方法，通俗说法就是“反过来想一想”，又称为逆向思维方法、反向思维方法等。该方法包括原理逆向、功能逆向、过程逆向、序位逆向、结构或位置逆向、观念逆向等。1.3.6逆向转换法逆向思维方法原理逆向序位逆向过程逆向结构或位置逆向功能逆向观念逆向科技史上有些重大的创新发明其起源就是在原理上作相反的想象。1819年，丹麦的物理学家奥斯特，发现了通电导体可使磁针转动的磁效应；1820年，法国的安培发现通电的螺线管具有与磁石相同的作用。英国物理学家法拉第想：“为什么不能用磁产生电呢?”于是，法拉第开始做各种各样的试验，经过9年艰苦探索，终于在1831年获得了成功——发现了电磁感应现象，由此创制了世界上第一台发电机，为人类进入电气化现代文明开辟了道路。原理逆向灰尘既可以用扫走，也可以吹走，还可以吸走;电动机到发电机。指从原有事物功能上去进行逆向思维，以寻求解决问题，获得新的创造发明的思维方法。【案例】留声机功能逆向指人们根据事物某一状态的反面来认识事物，从中找到解决问题的办法或方案的思维方法。【案例】电锯和电刨过程逆向顺序和方位。顺序又指时序或程序，方位又指方向和位置。序位逆向是指对事物的顺序和方位逆向变动，以产生新的较佳效果的思维。①时间顺序上逆向思维“种菜种瓜要抢先，迟了不值钱”。“迟”字做文章，以迟取胜。越夏西红柿、秋西瓜、冬天结果的桂圆等纷纷问世。物以稀为贵，这些反季节瓜果都能给农民带来良好的经济效益序位逆向②程序上逆向思维在造船史上，“反向建造”法对造船的质量与速度有着重大影响。③方向上逆向思维火箭是向天上打的，能否向地下打？前苏联工程师米哈伊尔于1968年研制成的钻井火箭，能穿透土壤、冰层、冻土、岩石，每分钟钻进10米，重量只有普通钻机的1/17，耗能少2/3，效率提高5至8倍，引起钻井、打桩手段的革命。是从已有事物的结构形式出发所进行的逆向思维，以通过结构位置的颠倒、置换等技巧，使该事物产生新的性能。【案例】双尖锈花针结构或位置逆向加里·沙克是一个具有犹太血统的老人，退休后，在学校附近买了一间简陋的房子。住下的前几个星期还很安静，不久有3个年轻人开始在附近踢垃圾桶闹着玩。老人受不了这些噪音，出去跟年轻人谈判。“你们玩得真开心。”他说，“我喜欢看你们玩得这样高兴。如果你们每天都来踢垃圾桶，我将每天给你们每人一块钱。”3个年轻人很高兴，更加卖力地表演“足下功夫”。不料三天后，老人忧愁地说：“通货膨胀减少了我的收入，从明天起，只能给你们每人五毛钱了。”年轻人显得不大开心，但还是接受了老人的条件。他们每天继续去踢垃圾桶。一周后，老人又对他们说：“最近没有收到养老金支票，对不起，每天只能给两毛了。”“两毛钱？”一个年轻人脸色发青，“我们才不会为了区区两毛钱浪费宝贵的时间在这里表演呢，不干了!”从此以后，老人又过上了安静的日子。逆向思维案例请大家讨论下逆向思维，给出1-2个逆向的案例。作答主观题10分头脑风暴法，是一种通过小型会议的组织形式，让所有参加者在自由愉快、畅所欲言的气氛中，自由交换想法或点子，并以此激发与会者创意及灵感，使各种设想在相互碰撞中激起脑海的创造性“风暴”，又称智力激励法、BS（Brain-storming）法。头脑风暴法可分为直接头脑风暴法和质疑头脑风暴法两种。1.3.7头脑风暴法头脑风暴法为了更好地运用头脑风暴法，使思维活动真正起到互激效应，必须严格遵守以下四项基本原则：（1）延迟评价；（2）鼓励自由想象；（3）以数量求质量；（4）鼓励巧妙地利用并改善他人的设想。头脑风暴法会议的组织步骤为：（1）首先要明确会议的目标，千万不能无的放矢；（2）会议人员以5-10人为宜，包括主持人、记录员和参加者；（3）选择合适的主持人；（4）确定记录员；（5）会议时间一般在一小时以内，最好不超过两小时；（6）对设想的评价。头脑风暴法质疑头脑风暴法直接头脑风暴法采用头脑风暴法组织群体决策时，要集中有关专家召开专题会议，主持者以明确的方式向所有参与者阐明问题，说明会议的规则，尽力创造融洽轻松的会议气氛。一般不发表意见，以免影响会议的自由气氛。由专家们“自由”提出尽可能多的方案。1）提出论题在脑力激荡会议前，订好论题是很必要的。提出的论题一定要表述清楚，不能范围太大，而是要落在一个明确的问题上，比如“现在手机里有什么功能是无法实现，而人们又需要的？”如果论题设的太大，主持人应将其分解成较小的部分，而分别提问。实施方法2）制作背景资料

脑力激荡背景资料是给予参与者的邀请函中，提供会议背景资料的信件；其包含会议的名称、论题、日期、时间、地点。论题以提问的形式描述出来，并且会举一些设想为例作为参考。背景资料要提前分发给予参与者，这样他们可以事先思考一下论题。3）选择与会者主持人要负责组建脑力激荡专家小组，由部分与会者和一位记录员组成。一般来说小组由十来个成员组成比较行之有效。有许多不同的组合方式，但推荐下文列举的组合。由几个有经验的成员作为项目核心。几个项目外的嘉宾，要对论题感兴趣。一个记录员，负责记录推荐的设想。4）创建引导问题在脑力激荡会议中大家的创造力可能会逐渐减弱。这个时候，主持人应该找出一个问题来引导大家回答，借以激发创造力，比如说：我们能综合这些设想吗？或是说：换一个角度看怎么样？最好在开会前就准备好一些诸如此类的引导问题。5）会议的进行主持人要负责领导着脑力激荡会议并确保遵循基本规则。一般会议分以下几步骤：热身阶段，向缺少经验的与会者展示一下这种没有批评的氛围。举出一个简单的论题用脑力激荡法来讨论，比如CEO要是退休了会怎样？或是微软的WINDOWS里哪些内容能加以改善？主持人宣布论题，如需要再做出进一步解释。主持人向脑力激荡专家小组征求意见。如果没有当即提出的设想，主持人提出引导问题来激发大家的创造力。所有与会者各自说出自己的想法，由记录员做记录。为表述清楚，与会者往往需要对自己的设想加以详细阐述。时间到，主持人依照会议宗旨将所有设想进行整理并鼓励大家讨论。把所有设想归类。回顾整个列表，以保证每个人都理解这些设想。去除重复的设想和显然难以实现的设想。主持人对所有与会者表示感谢并依次给予赞赏。6）过程鼓励参与者把不能陈述的主意记录下来迟一点再提出。记录员应该给每个主意编号，以便主持人能使用这些号码鼓励参与者提出更多的建议来达到目标，例如主持人说：我们已经有44条，让我们达到50条吧！记录员应该口头重复她或他逐字记录的主意，以确保所记内容与提出者想要陈述的意思相吻合。当同时有很多主意被提出时，与主题最相关的具有优先权。这是为了鼓励参与者能对前一个主意做更详尽的描述。在脑力激荡会议中，经理和高层不鼓励参与会议，这是因为这样做可能会约束和降低“四项基本规则”的效果，特别是奇思妙想的产生。7）评估脑力激荡并不是为了提出主意让他人去评估和选择。通常在最后阶段，本组成员会自己评估这些主意并从中挑选出解决问题的方法。被挑选出来的解决方案不应要求小组成员拥有不具备或不能获得的技能和资源。如果必须要这种额外资源或技巧，在解决方案的第一部分就必须提出来。这里需要一个衡量整个过程进展和成功的方法。贯彻整个解决方案的每一步都必须对小组成员透明，并有责任分配给每一人以便他们在其中担任重要的角色。在项目还未明朗时，必须有一个共同的决策过程来推进协作努力的成果并对任务进行重新分配。在重要转折点上，需要有评判标准来决定小组讨论是否朝着最终的答案行进。在整个过程中需要不断的鼓励，以便让参与者保持他们的热情。就是以提问的方式，根据创造或解决问题的需要，列出一系列提纲式的提问，形成检核表，然后对问题进行讨论，最终确定最优方案的方法。奥斯本检核表法九大问题1.3.8奥斯本检核表法奥斯本检核表法奥斯本检核表法的注意事项：（1）对所列举的事项逐条核检，确保不遗漏；（2）尽量多核检几遍，以确保较为准确地选择出所需创新与发明的方面；（3）进行检索时，可将每一大类问题作为一种单独的创新方法来运用；（4）核检方式可根据需要进行多种变化。

(1)现有的产品和事物是否还有其他用途?是否稍加改进就能扩大它的用途?某个东西，“还能有其他什么用途？”、“还能用其他什么方法使用它？”……这能使我们的想象活跃起来。当我们拥有某种材料，为扩大它的用途，打开它的市场，就必须善于进行这种思考。德国有人想出了300种利用花生的实用方法，仅仅用于烹调，他就想出了100多种方法。橡胶有什么用处？有家公司提出了成千上万种设想，如用它制成：床毯、浴盆、人行道边饰、衣夹、鸟笼、门扶手、等。炉渣有什么用处？废料有什么用处？边角料有什么用处？……当人们将自己的想象投入这条广阔的“高速公路”上就会以丰富的想象力产生出更多的好设想。

(2)能否借用或模仿现有的产品或事物?

当伦琴发现“X光”时，并没有预见到这种射线的任何用途。因而当他发现这项发现具有广泛用途时，他感到吃惊。通过联想借鉴，现在人们不仅已用“X光”来治疗疾病，外科医生还用它来观察人体的内部情况。同样，电灯在开始时只用来照明，后来，改进了光线的波长，发明了紫外线灯、红外线加热灯、灭菌灯等等。科学技术的重大进步不仅表现在某些科学技术难题的突破上，也表现在科学技术成果的推广应用上。一种新产品、新工艺、新材料，必将随着它的越来越多的新应用而显示其生命力。

(3)现有产品或事物可否通过改变获得新品?如汽车，有时改变一下车身的颜色，就会增加汽车的美感，从而增加销售量。又如面包，给它裹上一层芳香的包装，就能提高嗅觉诱力。据说妇女用的游泳衣是婴儿衣服的模仿品，而滚柱轴承改成滚珠轴承就是改变形状的结果。

(4)现有产品能否扩大?在自我发问的技巧中，研究“再多些”与“再少些”这类有关联的成分，能给想象提供大量的构思设想。使用加法和乘法，便可能使人们扩大探索的领域。“为什么不用更大的包装呢？”——橡胶工厂大量使用的粘合剂通常装在一加仑的马口铁桶中出售，使用后便扔掉。有位工人建议粘合剂装在五十加仑的容器内，容器可反覆使用，节省了大量马口铁。“能改变一下成分吗？”——牙膏中加入某种配料，成了具有某种附加功能的牙膏。

(5)现有产品或事物能否缩小?前面一条沿着“藉助于扩大”、“藉助于增加”而通往新设想的渠道，这一条则是沿留“藉助于缩小”、“藉助于省略或分解”的途径来寻找新设想。袖珍式收音机、微型计算机、摺叠伞等就是缩小的产物。没有内胎的轮胎，尽可能删去细节的漫画，就是省略的结果。

(6)现有产品有无替代产品?如在汽体中用液压传动来替代金属齿轮，又如用充氩的办法来代替电灯泡中的真空，使钨丝灯泡提高亮度。通过取代、替换的途径也可以为想象提供广阔的探索领域。

(7)现有产品能否成心调整?重新安排通常会带来很多的创造性设想。飞机诞生的初期，螺旋桨安排在头部，后来，将它装到了顶部，成了直升飞机，喷气式飞机则把它安放在尾部，说明通过重新安排可以产生种种创造性设想。商店柜台的重新安排，营业时间的合理调整，电视节目的顺序安排，机器设备的布局调整……都有可能导致更好的结果。

(8)现有产品或事物可否颠倒?这是一种反向思维的方法，它在创造活动中是一种颇为常见和有用的思维方法。第一次世界大战期间，有人就曾运用这种“颠倒”的设想建造舰船，建造速度也有了显著的加快。(9)现行的产品或事物可否组合?例如把铅笔和橡皮组合在一起成为带橡皮的铅笔，把几种部件组合在一起变成组合机床，把几种金属组合在一起变成种种性能不同的合金，把几件材料组合在一起制成复合材料，把几个企业组合在一起构成横向联合……形态分析法就是把需要解决的问题分解成若干基本因素（构成此问题的基本组成部分），并分别列出实现每个因素的所有可能的形态（技术手段），然后用矩阵表方式进行排列组合，以产生解决问题的系统方案或发明设想。1.3.9形态分析法工作步骤：1.确定对象2.分析形态3.组合筛选基本原则：1.分解原则2.组合原则实施步骤：(1)明确地提出问题．并加以解释，(2)把问题分解成若干个基本组成部分，每个部分都有明确的定义。并且有其特性；(3)建立一个包含所有基本组成部分的多维矩阵(形态模型)，在这个矩阵中应包含所有可能的总的解决方案；(4)检查这个矩阵中所有的总方案是否可行．并加以分析和评价；(5)对各个可行的总方案进行比较，从中选出一个最佳的总方案。方法评价：优点：对一项"未来技术"(即形态模型中的一个总方案)的可行性分析缺点：当组合个数过多时．即总方案的个数太多时．第四步的可行性研究就比较困难注意事项

在运用形态分析过程中要注意把好技术要素分析和技术手段的确定这两道关。比如在对洗衣机的技术要素进行分析时，应着重从其应具备的基本功能入手，对次要的辅助功能暂可忽视。在寻找实现功能要求的技术手段时，要按照先进、可行的原则进行考虑，不必将那些根本不可能采用的技术手段填入形态分析表中，以避免组合表过于庞大。当然，一旦形态分析法能结合电子计算机的应用，从庞大的组合表中进行最佳方案的探索也是办得到的。案例：采用形态分析法对洗衣机方案进行设计，分析盛装衣服、分离污物、控制洗涤三个功能因素，对每个功能因素进行求解，考虑3个功能因素的洗衣机方案有4×4×3=48种，根据某些评价指标，就可以选择出优秀的方案进行具体设计。案例：第二次世界大战期间，美国情报部门探听到法西斯德国正在研制一种新型巡航导弹，但费尽心机也难以获得有关技术情报。然而，火箭专家兹维基博士却在自己的研究室里，轻而易举地搜索出法西斯德国正在研制并严加保密的乃是带脉冲发动机的巡航导弹。兹维基博士难道有特异功能？没有。他能够坐在研究室里获得技术间谍都难以弄到的技术情报，是因为运用了他称之为“形态分析”的思考方法。形态分析法，是一种以系统搜索观念为指导，在对问题进行系统分析和综合基础上用网络方式集合各因素设想的方法。兹维基博士运用此法时，先将导弹分解为若干相互独立的基本因素，这些基本因素的共同作用便构成任何一种导弹的效能，然后针对每种基本因素找出实现其功能要求的所有可能的技术形态。在此基础上进行排列组合，结果共得到576种不同的导弹方案。经过—一过筛分析，在排除了已有的、不可行的和不可靠的导弹方案后，他认为只有几种新方案值得人们开发研究，在这少数的几种方案中，就包含有德国法西斯正在研制的方案。请大家对下面的装置列出形态学矩阵。作答主观题10分质量功能展开(QualityFunctionDeployment,QFD)是一种立足于在产品开发过程中最大限度地满足顾客需求的系统化、用户驱动式的质量保证与改进方法。1.3.10质量功能展开方法质量功能展开的实施步骤：（1）确定顾客需求；（2）产品规范；（3）产品设计方案确定；（4）零件规划；（5）零件设计及工艺工程设计；（6）工艺规划；（7）工艺/质量控制。对于如何将顾客需求一步一步地分解和配置到产品开发的各个过程中，需要采用QFD瀑布式分解模型。其中质量屋（HouseofQuality,HOQ）为将顾客需求转换为产品技术需求、以及进一步将产品技术需求转换为关键零件特性、将关键零件特性转换为关键工艺步骤和将关键工艺步骤转换为关键工艺/质量控制参数等QFD瀑布式分解提供了一个基本工具。一个完整的质量屋包括6个部分，即顾客需求、技术需求、关系矩阵、竞争分析、屋顶和技术评估。竞争分析和技术评估又都由若干项组成。在实际应用中，视具体要求的不同，质量屋结构可能会略有不同。案例：CD-R/RW刻录机的开发日本信浓株式会社是开发生产Plextor品牌的著名光驱厂商，由于市场结构发生变化，为了与索尼，松下等竞争对手对抗、抢占市场份额，迫切需要开发出由光驱的只读功能向光盘刻写升级、并具有竞争力的CD-R/RW刻录机新产品。原始资料至质量需求的转换表序号资料属性原始资料场景要求项目质量需求性别年龄1男30可以快速保存文件公司历史文件存档刻写速度快译码速度快光盘转速快2男32即使有外力撞击也能正常刻写电脑机箱掉落或被撞击刻写过程稳定缓存内存容量大缓存欠载现象少抗干扰数据传输抗干扰强3女25可以刻录各种规格的光盘光盘规格不同能刻录各种规格的光盘对应规格齐4男40增强刻录兼容性光盘产自不同厂商与其他厂商产品兼容对应规格齐可写光盘品牌多序号资料属性原始资料场景要求项目质量需求性别年龄5男35数据传输有保障刻录重要数据文件数据能以多种方式传输传输方式多传输质量高传输速率高抗干扰性强6女45操作简单不了解刻录机可自调刻录条件刻录条件最佳能自行检查故障自我诊断7男36光盘不会由于故障烧坏使用时间很长能及时发现错误和故障故障自我诊断很少烧盘烧盘概率小支持不同格式的写入文件格式不同能刻写不同格式刻录方式多……………………………在顾客需求的各个项目指标中，抽出技术要素；将技术要素用亲和图法聚类，求得更高一级科目并确定其名称。项目团队根据顾客需求进行技术特性的描述，如“缓存内存容量大”可以抽出技术要求“缓存量”、“欠载次数”、“烧盘率”；“光盘转速快”可以抽出的技术要求有“光盘转速”、“传输率”等等。序号资料属性质量需求质量要素性别年龄特性特性特性特性特性1男30译码速度快写入速度传输率光盘转速快光盘转速传输率2男32缓存内存容量大缓存量欠载次数烧盘率缓存欠载现象少欠载次数烧盘率数据传输抗干扰性强传输方式故障率3女25对应规格齐规格数品牌数4男40对应规格齐规格数品牌数可写光盘品牌多品牌数方式数5男35数据传输方式多传输方式数据传输速率高传输率写入速度烧盘率数据传输抗干扰性强传输方式传输率故障率6女45刻录条件最佳操作容易性调整激光激光强度品牌数故障率故障自我诊断激光强度故障率传输方式7男36故障自我诊断激光强度故障率传输方式烧盘概率小欠载次数烧盘率故障率方式数刻录方式多规格数方式数…………………质量需求转化为质量特性顾客/质量需求展开一次水平需求二次水平需求三次水平需求刻写光盘品质高刻写速度快译码速度快光盘转速高刻写过程稳定缓存内存容量大缓存欠载现象少烧盘概率小规格方式多记录方式多对应规格齐可写光盘品牌多刻写精度高刻录条件最佳刻写激光强度可调整故障自我诊断数据传输快传输方式多传输速率高抗干扰性强TRIZ理论是一类系统的创新方法，在实践应用中可大大加快人们创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品与技术。是由前苏联发明家根里奇•阿奇舒勒(G．S．Altshuller)带领研究群体，自1946年开始，在分析研究了世界各国250万件专利的基础上提出的。20世纪80年代中期前，TRIZ理论被称为“神奇的点金术”，仅能应用在前苏联范围内，此后，随着前苏联解体，一批前苏联科学家移居欧美等国家，才逐渐把TRIZ理论推向世界1.3.11TRIZ理论简介TRIZ是俄文“Теория

РещепияИзобретателъскихЗадач”的首字母缩写，按照“ISO/R9-1968E”把俄文转换为拉丁字母以后，就成为现在的“TRIZ”。“TRIZ”译成英文为TheoryofInventiveProblemSolving，缩写为“TIPS”，译成中文即“发明问题解决理论”，也称“萃智”。TRIZ理论包括创新思维方法（包括理想解）、发明原理、冲突矩阵、分离原理、76个标准解、ARIZ算法、技术进化法则、科学效应、功能分析、资源分析等，如图所示。TRIZ求解流程为四个阶段：描述问题、分析问题、问题求解、方案评价，如图所示。TRIZ理论矛盾矩阵表案例：纺织工艺流程的改进应用背景：纺织印涂工艺过程中，织物要经过印涂辊进行印涂。印涂辊的结构中，有一个存放涂敷混合物的料槽。涂敷混合物是一种乳液状的粘着剂。凹版印辊的表面是一些雕刻好的印刷单元，它的一半浸在料槽里面的涂敷混合物中，当凹版印辊转动的时候，印辊表面上那些雕刻好的印刷单元在槽中被涂上涂料。这些涂料经过一个修理铲的休整，印辊表面多余的涂层被清除，被清除的涂敷混合物回到料槽中被再次利用。印辊休整后，与一个向下扎压的橡皮辊相遇。织物就是从这两个辊之间通过，织物在印辊和橡皮辊之间受到扎压。在扎压的过程中，会产生一个微小的真空。涂敷混合物由于真空的吸合而离开印刷滚筒，涂在织物的表面。这个特殊的涂敷过程使布料表面产生涂层，因而不再用浸泡织物的方法来产生涂层。经过这个工艺的织物含有湿涂层，接着该织物被卷入到加热的干燥罐中进行脱水，这样涂层就粘着在织物的面上。问题描述：

印涂辊的结构有如下部分组成：1、橡皮辊；2、凹版印辊；3、涂敷混合物；4、修理铲；5、织物。

系统存在的技术矛盾有：在这个操作中，机器的速度提高了，但是涂层的重量减轻了。我们需要的是一种方法来使我们增加涂敷速度的同时提供足够的涂层重量。

系统存在的物理矛盾有：处理过程同时必须既快又慢。解决思路和关键步骤：本实例应用TRIZ理论来解决问题。如图：涂敷过程的图形说明在生产过程中，我们要求涂敷部件应能完成这样的操作：增加涂敷速度的同时使织物有足够的厚涂层。利用技术矛盾矩阵来尝试解决上面提出的问题。

矩阵表中，使系统提高的技术特性是：速度（Speed），表中第9号参数；

矩阵表中，使系统恶化的技术特性是（矛盾的特性）：移动物体的重量（Weightofmovingobject），表中第1号参数。最终结果：由矩阵表的显示，我们得出最可能解决矛盾的四个创新原理，这四个创新原理分别是：11#创新原理：事先对策预防

35#创新原理：物体的物理或化学状态变化

27#创新原理：用便宜、寿命短的物品替代

28#创新原理：机械系统的替代A应用11＃创新原理建议：改进过程中，通过事先使用某些对策，来增加物体的可靠性。要解决的问题：涂层重量随涂敷速度增加而减少。解决方向：改变织物的物理特性或涂敷物的物理特性，增加相互间的吸附能力。解决方案：1、对织物进行化学处理：添加某种化学物质来改进织物的湿面特性，织物增加了对涂敷物的吸附能力，这样就能保证织物在涂敷速度增加的同时吸附上更多的涂敷物。2、对涂敷物进行化学处理：添加某种化学物质，使涂敷物的粘性增加，更利于涂敷物在织物的表面吸附。B应用35＃创新原理建议：改变物体的各种状态参数，如改变物体的密度，弹性程度或温度等。要解决的问题：涂层重量随涂敷速度增加而减少。解决方向：改变织物的组成或改变涂敷物的物理特性。解决方案：如果织物改为100%的棉织物，织物能成功地吸附涂敷物，这是由于棉纤维固有的棉芯吸附特性，但这样的改变将会完全改变我们的最终产品。这种改变，既改变最终产品的物理特性（抗张强度，延展性和手感），又改变织物本身的成本（100%的棉织物比棉/化纤比例为50/50的合成纤维织物昂贵的多）。在织物的涂敷过程之前，可应用预热方法使织物在涂敷过程中吸收涂敷物。预热方法有利于织物的干燥，也有利于涂敷物的吸收。加热涂敷物之后，涂敷物的粘度（2,500cps）会降低到将近1,000cps。这优化了涂敷物的流体特性，更利于涂敷物从涂敷部件转移到织物上。C应用27＃创新原理建议：以便宜的东西代替昂贵的东西，这个方案可改进现存的系统，但不能解决系统中的根本问题。要解决的问题：涂层重量随涂敷速度增加而减少。解决方向：更换部件，用更好的部件来完成涂敷过程。解决方案：将钢性修理铲用一个便宜的塑料铲来替代。从专利中我们发现，塑料铲更可靠，并适合更好的涂敷重量控制。D应用28＃创新原理建议：用一个光学系统，声学系统或气味的系统来代替机械系统，即更换物质场。要解决的问题：涂层重量随涂敷速度增加而减少。解决方向：改变或改善系统的作用场。解决方案：当前的捏合辊，涂敷过程中，会在织物上的形成压力，它有一个硬橡皮层，印辊则是由坚固的钢制造。因为辊的橡皮相当硬，当它和印辊接触时没有弹性。这就使橡皮辊和印辊间的接触面积较小。当压力一定时，如果使用一个更软一点更富有弹性的橡皮辊，橡皮辊和印辊之间的接触面积将增加。这将增加织物吸附涂敷物的滞留时间。印辊得到的机械压力来自捏合辊，捏合辊也可用一个充气辊来代替，充气辊是中空的辊，可通过中间充气或放气来增加辊的硬度。结论：通过理论上的分析,我们利用创新原理，最终解决了问题。即：使用更软一点的辊，,涂层重量大大增加了,涂敷速度就可以在一定范围内增加。可拓学是我国蔡文研究员原创的横断学科，是用形式化的模型，探讨事物拓展的可能性以及开拓创新的规律与方法，并用于解决矛盾问题的新学科，包括可拓论、可拓创新方法与可拓工程。1.3.12可拓方法简介可拓创新方法拓展分析方法可拓集方法可拓变换方法优度评价方法共轭分析方法可拓创意生成方法拓展分析方法在处理矛盾问题的过程中，要把事物看成可以拓展的。解决矛盾问题，就是要根据事物的可拓性，变换问题的目标或条件，使目标得以实现。为使解决矛盾问题的过程形式化，我们用基元作为描述物、事和关系的形式化工具，研究了表达事物拓展规律的拓展分析方法。该方法为人们提供了解决矛盾问题的各种可能路径，可以使人们摆脱习惯领域的束缚，更是利用计算机处理矛盾问题、提高机器智能的重要方法。拓展分析方法对物的结构的研究，有助于我们利用物的各个部分及各部分间的相互关系去解决矛盾问题。物具有物质性、系统性、动态性和对立性，统称为物的共轭性。根据物的共轭性，利用物元和关系元作为形式化工具，对物的虚部与实部、软部与硬部、潜部与显部、负部与正部进行的形式化定性分析方法，称为共轭分析方法。共轭分析方法使矛盾问题转化的工具是变换。变换包括直接变换和间接变换。不少解决矛盾问题的策略是通过对与问题的目标或条件相关的事、物或关系的变换产生的。因此，在解决矛盾问题的方法中，既要研究直接的变换，也要研究间接的传导变换；既要研究数量的变换，也要研究特征的变换和对象本身的变换。可拓变换方法为了解决矛盾问题，必须建立能表达在某种变换下事物性质的量变和质变的计算公式。在可拓学中，建立了描述距离的新概念“距”和“侧距”，以突破经典数学中区间内的点与区间之距离均为零的规定。以此为基础建立的关联函数，就可以定量地描述“类内也有异”的客观现实，进而描述量变和质变的过程。可拓集方法优度评价方法是综合多种衡量条件对某一对象、方案、策略等的优劣程度进行综合评价的实用方法。关于一个对象的评价往往不能只考虑有利的一面，还要考虑不利的一面。优度评价方法可拓创新方法通过四个步骤实现产品创新设计：建模、拓展、变换、优选，如图所示。其中建模是对物、事、关系建立包括对象、特征、量值的基元模型，如图所示。拓展是根据基元的拓展分析原理对事、物、关系等进行拓展，以获得解决问题的多种可能途径，包括发散树方法、相关网方法、蕴含系方法和分合链方法。变换是根据拓展出的多种可能途径实施置换、增删、扩缩、分解、复制等变换，形成问题的可能解决方案。优选是采用优度评价方法对拟定的方案进行定量评价，为方案选择提供依据。

案例：“曹冲称象”的故事为许多人所共知。“三国”时只有能称20千克的小称,不能称数千斤重的大象。曹冲驱象上船,再以碎石替换大象,称石即得象重,从而“化不行为行"。他解决这个矛盾问题的方法就是变换对象物,把大象置换为能称重的、与之重量相当的碎石块，可拓学中叫做置换变换法。"曹冲称象”属于不相容问题、即在当时给定的条件下无法达到人们要实现的目的。还有一类是在一定条件下同时要实现两个对立目标,叫做对立问题。例如刚刚建好的港珠澳大桥通过立体交叉的方法进行车道转换,使靠左行驶的香港来车经过它,变成靠右行驶进入内地;内地去的车经过它,变成靠左行驶进入香港,用变一维平面上的道路为三维立体桥的变维法,从而“化对立为共存",可拓学中叫做转换桥法。事实上人们在每天的工作和生活中都在想办法,解决许多矛盾问题,把许多的"不行"变成“行"。总结机械创新设计创新方法发展与现状常用的创新方法简介谢谢！机械创新设计第一章结束第二章我国古代机械发展史与IASE创新方法机械创新设计目标课程目标知识目标了解我国科技发展情况，掌握IASE创新方法，具备创新方法的应用能力。能力目标具备机构与机械结构创新设计能力。素质目标创新、集成、变换。目标知识内容1我国科技发展历程2创新问题求解思路3IASE创新方法我国科技发展成就最大的是哪些方面？我国科技史源远流长，我国的科学技术在很长的一段历史时期都居于世界领先地位，浩若烟海的科学技术成就，为世界文明的发展做出了突出的贡献，成就最大的是农学、天文学、数学和中医学，诞生了诸如“四大发明”等影响世界文明进程的众多科技成果。2.1我国科技发展历程科技萌芽萌芽时期包括旧石器时代和新石器时代，制作工具是当时科技的重要工作，如弓箭、石器、陶器等。下页的图2-1是山西朔县的峙峪遗址出土的距今28900多年前的石镞。图2-2是浙江跨湖桥遗址出土的漆弓。图2-3为青海省柳湾遗址出土的石刃骨刀，这是一种石头刀刃与骨头手柄的组合工具，说明我国人们很早就掌握了组合的创新方法。图2-1石镞图2-2漆弓图2-3石刃骨刀

夏商周、春秋战国时期夏商周时期奠定了中国科学技术的雏形。中国进入了青铜时代，图2-4为各种青铜器，青铜器的铸造冶炼技术非常高超，并且开始烧制瓷器。我国古代科学技术体系基本全面奠定于春秋战国时期。这时我国广泛使用铁器，还出现了炼钢技术和铸铁柔化技术。兴建大规模的水利工程，比如都江堰、郑国渠等；数学上确立了十进位制；天文学上出现了世界上最早的星表之一，并且测定了比较精确的回归年长度；医学上发明了“望、闻、问、切”的中医医术；利用磁石特性制成“司南”（图2-5）。秦汉时期秦汉时期，我国古代的科学技术体系趋于成熟。发明造纸术，修建万里长城（图2-6），发明地动仪（图2-7），而船舶制造、漆器工艺、纺织、冶铁达到了高超的水平，铁犁、耧车、水排广泛应用（图2-8）；《九章算术》、《伤寒杂病论》更是我国在数学、医学上的创举。两晋南北朝、隋唐时期两晋南北朝时期在众多领域都取得了非常高的成就，比如郦道元的地理学科的著作《水经注》，贾思勰的农业著作《齐民要术》，中医的著作有王叔和的《脉经》、皇甫谧的《针灸甲乙经》、陶弘景的《神农本草经集注》。此外，炼丹术对原始化学产生了重要影响；如织绫机（图2-9）、指南车（图2-10）、龙骨水车（图2-11）等机器的出现，则代表了中国古代机械制造的水平。隋唐时期修建了赵州桥（图2-12），发明了雕版印刷术，测量了子午线，并且开始研究恒星的运动。宋元时期宋元时期，中国古代科技走向辉煌的时期。宋朝时活字印刷术、火药、指南针技术达到巅峰，对战争、文明的传播、航海等产生了重要的影响，出现了一批火药武器，比如突火枪、火箭、火炮、火铳（图2-13）等。在天文领域，郭守敬的《授时历》将一年分为365.2425日，废除了我国的传统上元积年法，这种近世截元法比西方早300多年。同时在地理、数学、建筑、医学等领域也取得了非常大的成就。明清时期明清时期科技成就灿若繁星，在各行各业都取得了非凡的成就，涌现了许多名家巨作。比如，李时珍的《本草纲目》（图2-14），宋应星的《天工开物》（图2-15），徐光启的《农政全书》（图2-16），徐霞客的《徐霞客游记》等，这些作品代表了医学、农业、手工业、地理领域的成就；故宫（图2-17）则成为世界上现存规模最大、保存最完整的木质结构建筑。近代科技鸦片战争以后，西方科学大量传入中国，从洋务运动、戊戌变法、一直到辛亥革命，中国竭力地吸收西方科学成果。民国时期的枪械制造术、造船术、蒸汽技术、飞机技术都是海外留学学子在国内进行的技术尝试。现代科技20世纪50年代后，中国开始了科学技术的自主研发，在国防、交通、航天航空、深海探测、生物工程等领域取得了非常大的成就。1964年第一枚原子弹爆炸成功，1967年第一枚氢弹爆炸成功，2004年中国空军换装歼-10战机（图2-18），2019年航母“山东舰”（图2-19）交付海军，这一系列自主研发的军事科技产品，加强了我国的领土守卫能力，也提高了我国的国际地位。现代科技在航天航空领域，1970年“东方红一号”（图2-20a）发射成功，2003年“神舟五号”（图2-20b）载人飞船发射成功，2007“嫦娥一号”（图2-20c）探测器发射成功，2020年“天问一号”（图2-20d）发射成功并已在火星着陆开展探索工作，预计2022前后完成太空站的建造等，这些成就使我国的航空航天技术走到了世界的前列。现代科技在医学上，1965年合成结晶牛胰岛素；屠呦呦提取了青蒿素，可以有效降低疟疾患者的死亡率，获得了诺贝尔奖。在生物工程方面，2002年完成人类基因组合作计划中基因的测序工作。在超级计算机技术领域，研发了银河系列、天河系列、曙光系列、神威系列（图2-21）等超级计算机。现代科技在交通领域，高铁铁路运营里程位居世界第一，并且自主研发生产了“复兴号”（图2-22）。桥梁、公路的建设也取得了辉煌的成绩，2021年全国通车公路里程预计达到520万公里，“港珠澳大桥”成为全球最长的跨海大桥（图2-23）。现代科技在其他领域，中国也取得了辉煌的成绩，比如深海探测器“蛟龙”（图2-24），南极科考站“长城站”（图2-25），天文望远镜“天眼”（图2-26），核电技术“国和一号”（图2-27），以及深入生活的网络支付技术、共享自行车等，都是我国科学工作者前赴后继、不断创新的成果。我国科技发展中的创新启示我国科技发展史其实就是一部创新史，科技离不开创新方法，从最先的观察法、试错法，到现在成系统的创新方法的应用，其中常用的创新方法，如模仿法、创意列举法、综摄法、组合法、移植法、逆向转换法等应用最广。例如锯的发明就是综摄法中的仿生类比得到，石刃骨刀、天河系列超算等是组合法的应用，印刷术的发明体现了逆向转换法、分割原理，算筹（中国古代的计算工具）体现了分割、抽取等发明原理，等等。同时也看到，科技发展促进了创新方法的发展，有很多创新方法是从科技发展过程提炼出来的，随着创新方法体系的形成，创新方法（或创新工具）对科技发展将起助推作用，即加速技术应用与不断完善。创新问题求解要经过哪些步骤？纵观现有的成体系的创新方法，创新问题求解均经历了问题识别、问题分析、问题求解、方案评价等几个阶段（当然有的方法是将问题分析与问题求解合为一个阶段）因而本书针对创新问题，也采用四步走的求解思路。2.2创新问题求解思路问题识别问题分析方案评价问题求解创新问题求解流程对于创新问题求解，多数人的习惯直接去寻找解决方案，这样可能会导致求解困难，即使找到一些解决方案，也会错过一些更好的方案，因此在创新问题求解时，要非常重视问题识别与问题分析阶段。在问题分析阶段，要重视功能导向搜索工具，通过功能导向搜索寻找和借鉴其他领域成功解决方案，快速、简便地获得问题的解决方案或规避本领域现有的解决方案，有时还会避免重复劳动。案例：目前市场上的桌子一般分为固定型与折叠型。固定型的桌子面积固定，难以适应人数变化的场合；而大多数折叠型桌子通过合页或者铰链及其它机构连接在一起，通过折叠板来达到面积增大的效果。这类型的桌子虽然适应性比固定型的桌子有所提高，但也存在桌面的面积改变有限等缺点，因而需要对桌子进一步创新设计，以满足用户对桌面倍增的需求。铰链折叠型折叠桌导轨型折叠桌第一步：问题识别目前市场上的桌子一般分为固定型与折叠型。第二步：问题分析固定型的桌子面积固定，难以适应人数变化的场合而大多数折叠型桌子通过合页或者铰链及其它机构连接在一起，通过折叠板来达到面积增大的效果。这类型的桌子虽然适应性比固定型的桌子有所提高，但也存在桌面的面积改变有限等缺点，例如方形变成圆形。第三步：问题求解

目标面积增加且形状不变。提出一种集成TRIZ与可拓学的创新设计方法.依次使用可拓矛盾方法分析创新设计中的矛盾问题,然后将矛盾参数标准化,查询TRIZ矛盾矩阵,选择合适的发明原理建立可行解,实施可拓变换。根据TRIZ原理解的提示，需要增加组合机构，以增加桌面面积，且不改变桌子表面形状，扩展面积较大，理论上单一的组合机构无法满足大面积的拓展需求，因此考虑添加两组机构以满足拓展需要，考虑两组机构基元变换的可行性，避免机构拓展时相互干涉，选用上下错开的两组机构.考虑到方桌的特殊形状和操作的便利性，采用常用的曲柄滑块机构，曲柄连杆机构，凸轮机构和齿轮机构等进行组合驱动面积倍增和桌形保持不变。第四步：方案评价方案一，曲柄滑块机构和曲柄连杆机构的组合.机构本身比较简单、容易实现功能、杆可以长度变化、实现远距离的控制、寿命长、成本低.缺点是精度比较低，不容易实现精确复杂的运动规律.方案二，凸轮机构和曲柄连杆机构的组合.凸轮机构优势比较明显，结构简单、加工方便、结构紧凑、可靠性高.但是凸轮机构的缺点也较为显著，线接触的地方容易磨损、行程不大.方案三，齿轮机构和曲柄连杆机构的组合.齿轮机构的优点主要为承载力大和传动精度高.缺点主要为安装精度差和传动噪音大.第四步：方案评价机构组合优点缺点曲柄滑块机构和曲柄连杆机构的组合结构简单、长度可变

精度较比、不易复杂运动

凸轮机构和曲柄连杆机构的组合

结构简单、可靠

接触磨损、行程不大

齿轮机构和曲柄连杆机构的组合

承载力大、传动精度高

噪音大

第四步：方案评价对于方案的选择，一般可以应用优度评价进行优选，这里考虑篇幅，仅进行简单的定性比较.3种组合方案优缺点如上表所示，考虑到问题的本质，方桌本身不需要较大的承载力，同时需要转动过程产生的音量越低越好，因此方案三不符合要求。

方案二结构简单，但是行程太小，这样会导致拓展的面积较小，无法达到拓展的需求.方案一结构简单，虽然精度较低，不易进行复杂运动，但是对于当前的问题并不产生影响，故综上所述，应该选择方案一。最终方案：桌子拓展前桌子拓展后对于这个可变面积方桌的改进，大家还有什么方法吗？请大家讨论一下。什么是IASE？什么是创新工具难度？IASE有哪些工具？现在发明流程有哪些变化？2.3IASE创新方法TRIZ理论与可拓创新方法是两类重要的创新方法。可拓学最重要的特点是它的形式化，其基本理论和方法都是符号化、模型化的。可拓学解决问题主要通过4个步骤完成，包括建立模型、拓展、可拓变换和优度评价，每个步骤也包含中众多规则。TRIZ理论来源于专利，其特点是操作性强，其解决问题同样可以分为4步：定义问题、分析问题、问题求解、选择最优解。TRIZ的问题模型有4种形式：技术矛盾与物理矛盾、物质-场问题、知识与效应库、标准解法系统。

同时，TRIZ也提供相应的解题工具：矛盾矩阵、分离原理、知识与效应库、76个标准解。并形成了系统的解决问题算法：ARIZ算法。将这两类创新方法融合，是目前创新方法研究的热点之一。IASE创新方法是Identification、Analysis、Solve和Evaluation四个英文单词的缩写。IASE创新方法是在分析TRIZ和可拓学解决矛盾问题之流程的异同性和优缺点的基础上建立的，并适当地简化了TRIZ与可拓学，同时兼具使用性和通用性。将问题解决过程归纳为问题识别、问题分析、问题求解及方案评价四个阶段，着重解决每个阶段创新工具的选择与应用问题。（1）IASE创新方法求解流程如图所示，IASE创新发明流程与前面总结的创新问题求解流程类似，主要增加了工具选择的策略。创新发明问题：是技术系统的实际状况与应有的要求标准（或用户理想要求）之间的差异。（1）IASE创新方法求解流程问题识别：将自然语言描述的问题进行规范化、形式化描述，并识别其中的核心问题。这里需要对初始化问题进行转换，找到深层次问题，即核心问题。问题分析：对核心问题进行搜索或分析，寻求拓展的方向，为求解奠定基础。问题求解：在前面拓展的各个方向上，寻找解决问题的方案。方案评价：对求解得到的多种方案进行评价优选。选择策略：根据创新工具的难度（或自身经验，或问题类型）进行选择，难度的定量描述采用创新工具难度模型。（2）创新工具难度描述模型借鉴定量评价课程难度的模型，可以对创新工具难度进行定量的描述，建立了创新工具难度模型，表述为创新工具的广度与深度的函数，如下所示。其中，G代表该创新工具的广度；S代表该工具的深度；指加权系数，取值范围为，反应了创新工具对于广度和深度的侧重程度。（2）创新工具难度描述模型广度G可以由工具所包含的知识点的总个数确定。深度S通过3个因素进行综合评价，包括记忆、理解和应用。这样一来，式（1）就可以表达为以下式子：其中，代表深度评价的三个因素，则代表各个因素的权值。对问题求解流程的每个阶段，根据上述难度模型分别对可拓学和TRIZ的创新工具进行定量评价，对比各工具的难度值，就可以决定在该求解阶段应该优先使用哪一个工具。N值越小，代表该创新工具的使用难度越低，则使用优先级越高。（3）IASE求解工具库针对IASE求解流程的四个阶段，IASE求解工具库分别提供了多种工具。在问题识别阶段，有四种工具可供使用，分别是可拓建模、功能分析、因果分析和物场模型；

在问题分析阶段，有八种工具可供使用，分别是拓展分析、矛盾分析与标准参数、功能导向搜索、Howto模型、多屏幕法、STC算子法、最终理想解和资源分析；

在问题求解阶段，有八种工具可供选择，分别是可拓变换、矛盾矩阵和发明原理、分离原理、一般解与标准解、科学效应库、技术进化法则、金鱼法和小矮人法；

在问题评价阶段，有三种工具可供使用，分别是理想度方法、优度评价方法、理想优度评价方法。（3）IASE求解工具库（4）机械创新发明流程机械创新设计历史悠久，传统的机械创新研发主要经过根据需求提出问题、寻求解决方案、大量实验验证、准备生产、申请专利，如图所示，往往在申请专利时，发现前面辛辛苦苦验证好的方案已经有专利了。（4）机械创新发明流程针对传统机械创新研发流程的不足，在提出问题之后，先进行功能导向搜索，寻求现有的解决方案或其他领域的参考解决方案，而后建立本问题的解决方案，因为技术方案相对成熟，只需少量的实验验证，就可以准备生产了，这样可以大幅缩短研发时间和成本。谢谢！机械创新设计第二章结束第三章问题识别与问题类型机械创新设计目标课程目标知识目标问题类型、可拓建模、功能模型、因果分析、物场模型、技术矛盾与物理矛盾识别。能力目标识别创新设计核心问题的能力。素质目标批评与质疑精神、刨根问底的意识。目标知识内容1问题识别内容 2常见的问题类型 3可拓建模 4功能分析 5因果分析 6物场模型 7问题识别工具的选择策略什么是问题识别？想一想：问题识别包含哪些内容？3.1问题识别内容什么是问题识别？碰到创新与发明问题，需要进行全面分析，将自然语言描述的问题进行规范化、形式化描述，并识别其中的核心问题，即找到初始问题中隐含的深层的、潜在的问题，输出一系列的关键问题。3.1问题识别内容问题识别有哪些内容？识别问题是指要看到事物背后的逻辑和原因，而不是仅仅只看表面。要