《现代设计法》讲义第三章.ppt

1、第三章 创造性思维与方法,爱因斯坦说过：“想象力远比知识更重要，现实世界只有一个，而想象力却可以创造千百个世界”。 掌握创造性方法，调动和训练工程技术人员的创造性思维是提高文明素质，进行企业技术创新，提高竞争机制的需要。 创造性的障碍首先是心理上的，其次是思维习惯上的，人们往往害怕进入一个陌生的领域，担心在哪些看起来可笑的想法上进行研究，常常会产生一种习惯心理：“会不会失败？”，承受不起很小的一次失败，总希望一次成功，这都属于有害的“心理惯性”。,第一节 工程设计人员的创造力开发,1 常规性设计与创新设计 常规性设计：以成熟结构为基础，运用常规方法而进行的产品设计。 创新性设计：在设计中采用新

2、的技术手段，技术原理和非常规的方法进行设计，以满足市场需求，提高产品的竞争力。,2 设计的实质在于创造,工程设计的特征： 约束性： 设计是在多种因素的限制和约束下进行的。其中包括科学、技术、经济等发展状况和水平的限制；也包括厂家的特定要求和条件，同时还涉及环境、法律、社会心理等因素，构成了边界条件。 “设计空间要求创造能力”。,多解性：一般来说，真理只有一个，而解决同一技术问题的办法却是多种多样的。满足一定目的要求的设计方案也不是唯一的。 “可选择性提供了创造思维空间”,相对性：设计结论和结果都是相对准确的，而不是绝对完备的，设计者还会经常处于相互矛盾之中。 相对性要求学会辨别思考，也提供了发

3、挥自己创造才能的机会,3 创造的特征与一般过程,3.1 创造的特征 人为目的性活动的主体是具有主观能动性的人 新颖独特型追求新奇、新颖、独特和非重复性 社会价值性是否具有实用性、有效性和可靠性 探索性在条件不太充分的情况下进行 3.2 创造活动的一般过程 准备期发现问题 明确目标 收集资料（有意识活动） 酝酿期探索问题 思考试验 寻求解决（无意识活动） 明朗期灵感顿现 豁然开朗 形成结果（无意识活动） 验证期检验证明 完善创造 不断提高（有意识活动）,例如：爱因斯坦是当代伟大的物理学家。他遇事爱思考、研究,常常从一点小事中受到启发。 有一次,他要把墙上的一幅旧画换下来,就搬来一架梯子,一步一步

4、爬上去。突然,他又想起一个问题,沉思起来,忘记自己在做什么了,猛地从梯子上摔下来。摔到地上以后,他顾不得疼痛,马上想到:人为什么 会笔直地掉下来呢?看来物体总是沿着阻力最小的线路运动的。爱因斯坦想到这里马上站立起来,一瘸一拐地走到桌边,提笔把自己的这个想法记了下来。这对他正在研究的问题相对论有很大的启发。,4 工程技术人员的创造力开发,4.1 工程技术人员的创造力构成 创造力是人的心理活动在最高水平上实现的综合能力，是保证创造活动得以实现的诸种能力和各种积极个性心理特征的有机结合，而不是一种单一的能力。它包括： 智力因素：观察力、记忆力、 想象力、思考力 、表达力、 自控力,这些能力相互联结、

5、相互作用，构成智力的一般结构（如图所示）。不同的人在智力和智力结构方面是不尽相同的，其差异主要反映为智力因素的品质上。,观察力是有目的的感知事物的能力，它是一个人获得知识、信息的内在根据。 记忆力是将知识、经验、信息储存于大脑中的基础。 想象力和思考力是对知识、信息进行加工、变换的能力，它们是创造性活动的两大支柱，其中思考力居于整个智力结构的中心，对其它智力因素起着支配和统帅作用。流畅、灵活、独立的思考力，以及丰富、奇特的想象力是促使创造性成果出现的基本条件。 表达力是对头脑中已经产生的新知识、新信息的输出能力。 自控能力是指创造者按照一定的目的和要求，对意识、心理、行为进行自约束、自组织、自

6、协调、自控制的能力。,非智力因素：理想、信念、 心态、 需求、动机模式 、兴趣爱好 、性格 智力因素是创造力的基础性因素， 而非智力性因素则是创造力的导向 催化和动力因素，同时也是创造力由潜变显的制约因素。,4.2 灵感创造的火花 科学家十分重视灵感的作用。爱因斯坦说：“我相信直觉和灵感”。 灵感是我们在创造性活动中经常出现的心理现象，它主要由创造性思维，创造性想象和记忆力组成，这是一种创造力的飞跃，具有突如其来，稍纵即逝的特点，如果我们能主动触发和捕捉灵感，不但可以提高创造效率，而且对生活 学习 工作也有极大的意义。,4.3 如何使科技发明转化为产品 四法则： 技术对于开发它的公司战略必须是

7、必不可少的 技术需要提倡者 技术对客户必须具有很高的价值，并且价值是一目了然的。 产品方便易用,4.4 工程技术人员的创造力开发的注意事项 工程技术人员需要掌握创造性技法 破除束缚，自我突破，调动创造性 通过培养训练，提高创造能力 分析矛盾是创造的基础,第二节 创造性思维,1 创造性思维的定义 反映了事物本质属性和内在、外在有机联系，具有新颖的广义模式的一种可以物化的思想心理活动。,2 创造性思维的特点,独创性（突破性 求异性）：具备与前人众人不同的见解，突破一般思维的常规惯例，提出新原理，创造新模式，贡献新方法。 从因素分析学说的角度研究，思维独立性中又有几种“因子”： 一种是“怀疑因子”，

8、即敢于对别人司空见惯或认为完满无缺的事物提出怀疑； 另一种是“抗压性因子”，即力破陈规陋习，锐意进取拓新，勇于向旧的传统和习惯挑战； 第三种是“自变性因子”即主动否定自己，打破“自我束缚”。从新的角度分析问题，寻找更合理的解法。独创性能使设计方案标新立异，独辟路径。,现代机械设计方法,例如，50年代在研制晶体管原料时，人们发现锗是一种比较理想的材料，人们需要提炼得很纯才能满足要求，各国科学家在锗的提纯工艺方面做了很多探索，都未获成功；而日本的江崎和黑田百合子对锗多次提纯失败之后，敢于采用了与别人完全不同方法，他们有计划地在锗中加人少量杂质，并观察其变化，最后发现当锗的纯度降为原来的一半时，形成

9、种性能优异的电晶体。此项成果轰动世界获得诺贝尔奖。,诺贝尔奖,连动性（由此思彼）：,连动思维通常表现为三种形式： 一是“纵向连动”，即发现一种现象后，立即纵深一步，探究其产生的原因； 二是“逆向连动”，即看到一种现象后，立即想到它的反面； 三是“横向连动”，即发现一种现象后，便联想到特点与之相似、相关的事物。 例如摩擦焊接的发明者看到这样一个事实：车床突然停电，促使车刀粘焊在工件上，使工件报废。分析原因是车刀与工件摩擦产生高温所至。因此引发了摩擦焊的发明。,多向性：善于从不同的角度想问题。 据分析，创造性活动中成功的几率与设想出供择的方案的多少往往是成正比的。这种思维的产生并获得成功，主要是依

10、赖于： 1.发散机智在一个问题面前，尽量提出多种设想、多种答案，以扩大选择余地； 2.换元机智灵活地变换影响事物的质和量的诸 多因素中的某一个，从而产生新的思路； 3.转向机智思维在某一方面受阻时，便马上转向 另一个方面； 4.创优机智即力求问题的最优解。,跨越性：在无意中作出发明。,从思维进程来说，它表现为常常省略思维步骤，加大思维的“前进跨度”，从思维条件的角度讲，它表现为能跨越事物“可现度”的限制。它往往表现为思想逻辑的中断，出现一种突如其来的领悟或理解，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而解决了问题。 例如：门捷列夫就是在快要上车去外地出差时，突然闪现了未来

11、元素体系的思想；凯库勒是在睡意朦胧中梦见苯分子的碳链像一条长龙首尾相接，翩翩起舞，突然悟出了其分子结构。,综合性：对已有材料进行深入分析，综合概括出其规律或利用宜有的信息，现象，概念等组合起来形成新的技术思想或设计出新产品。,要成功地进行综合思维，必须具备三种能力: 一是“智慧杂交能力”即善于选取前人智慧宝库中的精华，通过巧妙结合，形成新的成果； 二是“思维统摄能力”，即把大量概念、事实和观察材料综合在一起，加以概括整理，形成科学概念和系统； 三是“辨证分析能力”。它是一种综合思维能力即对占有的材料进行深人分析，把握它们的个性特点，然后从这些特点中概括出事物的规律。,例如，美国阿波罗登月飞船是

12、人类历史上最伟大的发明创造之一，它使人类第一次实现登上月球。登月飞船是出700万个零件组成，2万家工厂承担生产制造任务，有42万名科学家和工程技术人员参与研制工作，历时11年之久，耗资244亿美元，这样一个复杂系统是人类智慧综合的产物。,正如美国阿波罗登月计划总指挥韦伯指出“阿波罗飞船计划中没有一项新技术，都是现成的技术，关键在于综合。虽然飞船的每个零件都是原有的，但把它综合而成登月船却是世界上从来没有的”。可见，把已有的东西加以新的综合。无疑是一种杰出的创造。,3 创造性思维的类型,（根据思考问题过程中思维活动运用的材料形式不同而划分） 形象思维（灵活、新奇）与抽象思维（严密）,形象思维和抽

13、象思维作为人类理性思维认识中的两种思维形式，它们都是以感性认识为基础，都可以认识事物的本质，而且在大多数情况下，二者是常常相互渗透，交互作用的。,例如：17世纪初伽利略运用抽象思维先于牛顿，发现了物体运动的惯性规律。伽利略进行了有名的斜面小球实验 。实验表明小球下落高度与上升高度的差值取决于小球的圆度和它同斜面的摩擦力。小球滚上斜面走过的距离和斜面的坡度有关，斜面坡度越小，小球滚上的距离越长。伽利略运用抽象思维设想： 如果小球做成绝对的圆；小球下落之后不是滚一个斜面，而是一个绝对水平的平面；伽利略设想小球同平面没有任何摩擦力，也不受其它阻力的影响。 得出的结论是：小球将一直运动下去。由此，伽利

14、略发现了物体运动的惯性定律。伽利略的设想作为实验条件是难以做到的，但运用头脑的抽象思维却很容易做到。,（按照思维的方向划分） 发散思维（充分） 与集中思维（综合、归纳） 发散思维是指思维者根据问题提供的信息，不依常规，而是沿着不同方向和角度，从多方向寻求问题的各种可能答案的一种。例如要解决渡河问题，可以有多种方法：造桥、坐船、使用飞行器、建空中索道、开凿河底隧道等等。 集中思维是在大量设想或方案的基础上，引出一两个正确答案或引出一种大家认为最好的答案的思维方法。 集中思维和发散思维作为两种不同的思维方式，在一个完整的创造活动中是相互补充，相辅相成的。发散思维能力越强，提出的可能方案越多样化，才

15、能为集中思维在进行判断时提供较为广阔的回旋余地，也才能真正体现集中思维的意义。但反过来，如果只是毫无限制的散发而无集中思维，散发也就失去了意义。,（按照在思维过程中是否严格遵守逻辑规则划分） 逻辑思维（分析、综合、归纳、演绎）与非逻辑思维（联想、想象、直觉、灵感） 逻辑思维是严格遵循逻辑规则按步就班、有条不紊地进行思维的一种思考方式。逻辑规则是人们在总结思维活动经验和规律的基础上概括出来的。逻辑思维以抽象的概念作为思维元素，使用固定范畴，其规则较为程式化，推理严密，结论确定。逻辑思维的推理分为：纵向、横向和逆向三大类。 非逻辑思维是同逻辑思维相对而言的另一类思维方式。非逻辑思维不严格遵循逻辑格

16、式，表现为更具灵活性的自由思维，其成果或结论往往能突破常规，具有鲜明的新奇性，但一般或然性很大。非逻辑思维的基本形式是联想、想象、直觉和灵感。,（按照解决问题的途经划分） 直达思维（直达、快速）与旁通思维（转换、类比、模拟） 直达思维是始终不离开问题的情境和要求而进行思考问题的方式。 旁通思维是通过对问题情境和条件的分析、辨识，将问题转换成另一等价问题，或以某一问题为中介间接地去解决问题的思考问题的方式。旁通思维又称侧向思维。 直达思维的优点是直接面对问题情境，可以快速达到目标。它对于解决较为简单的问题特别有效，当这种努力遇到障碍或证明无效之后，才改用旁通思维。 例如司马光砸缸救人，在人小力薄

17、的情况下他无法将人从水中拉出（人离开水），而采用砸缸放水（水离开人）的办法。,4 创造性思维的七大障碍 对创造性作出错误的假设 相信只有一个正确的答案 孤立的考察问题 遵循规则 消极的思想 逃避风险害怕失败 避免多种情况,失败也是我所需要的，它和成功对我一样 有价 值。只有在我知道一切做不好的方法 以后，我才知道做好一件工作的方法是什么。 爱迪生 例如：电灯光明的使者 19世纪初，人们开始使用煤气灯(瓦斯灯)，但是煤气靠管道供给，一但漏气或堵塞，非常容易出事，人们对于照明的改革，十分殷切。事实上，爱迪生为自己订定了一个不可能的任务：改良照明，还要创造一套供电的系统。 于是他和梦罗园的伙伴们，不

18、眠不休的做了1600多次耐热材料和600多种植物纤维的实验，才制造出第一个炭丝灯泡，可以一次燃烧45个钟头。后来他更在这基础上不断改良制造的方法，终于推出可以点燃1200小时的竹丝灯泡。,第三节 创造技法与创造性设计方法,1 创造技法 创造性活动的正常开展和完成，不仅要依赖创造性思维，同时也要掌握并正确地应用创造方法和技巧。 是以创造学理论,尤其是创造性思维规律为基础,通过对广泛的创造活动实践、经验进行概括、总结、提炼而得出来的创造发明的一些原理、技巧和方法。 2 创造技法的基本原理 主动原理：需积极、主动树立问题意识， 经常保持创造冲动，有强烈的好奇心，勇于设问探索。,刺激原理：留心和接收外

19、来刺激，对新奇保持兴趣刺激原理（激励原理或触发原理） 善于吸纳各种知识和信息，对各种新刺激有强烈兴趣，并愿意跟踪追击。从控制论可知，任何系统（包括人）是在不断的输入信号中，改造、转换这些信号，变成所需的、能级更高的输出功能，这些输入信号对机器来说是人为的，而对人来说，则必须“眼观六路、耳听八方”，这样，才能从吸收输入大量的信号中，激励或触发出来新思想、新理论、新成果。所以设计人员要经常从各种信息载体中（书、刊、会、资料、专家与日常生活现象等等）获取激励信号，建立头脑中的“信息库”，以便于届时取用。,希望原理：不安于现状、不满足既得经验和事物保持，追求事物（产品）的完善化和理想化。例如，对机械传

20、动来说，虽尚有潜力可发挥，但根本上是在于发散跨越自身范畴，液动、气动、磁动、电动等才应运而生。 环境原理：保持自由和良好的心境，要有容许失败的社会环境。 多多益善原理：树立创造性设想越多，创造成功的概率越大的信念，解决任何问题都需要多方案、多设想。只有这样才能在比较鉴别的基础上做到择善而从。 压力原理：智力只有在各种主客观因素构成的压力场内，才会真正释放出能量,人的智力只有在强大的压力场内，才能释放全部容量，压力包括： 自然压力：求生存，扩大生存范围，改造自然的压力 社会压力：社会体制、制度、政策、法律下的有压力感的环境 经济压力：智力释放能量，从经济上得到补偿 工作压力：适当的工作压力使人充

21、分发挥才能，在满负荷工作场中发挥才能 自我压力：从事的工作的责任心和吸引力,3 创造法则： 创造技法根据基本法则实现 3. 1 分析与综合法则 分析与综合是一个逻辑性很强的思维过程 。 面对所提出的创造对象、任务或设想、 首先需要进行分析 。 综合是分析的反向过程 。,3. 2收敛与发散法则 创造意味着寻求一个解 收敛我们可以先确定一个解，然后以它为 目标，寻求凡是想得出或可能的，通 向这个目标的途径。 发散 我们也有可能已经掌握一个原始解， 以其为出发点，去寻找更多更好的解 。,3. 3对应与联想法则 相似对应联想 对比对应联想 接近对应联想 类比法是利用相似原理进行仿形移植、模拟比较、类比

22、联想的一种创造技法。采用类比法能够扩展人脑固有的思维，使之建立更多的创造性设想。例如，从人们的动作、功能中可以得到启发，机械手就是仿人的手臂弯曲和手的功能；挖掘机就是仿人使用铁锨的动作而设计的；“协和”飞机的外型设讨，就是对鹰外型的仿生。类比法目前主要采用以下四种方式： (1)直接类比：即寻找与所研究的问题有类似之处的其他事物，进行类比，从中获得启发。找到问题答案或产生新思路。直接类比的典型方式是功能模拟和仿生。,(2)象征类比：即用能抽象反映问题的词(或简练词组)来类比问题，表达所探讨问题的关键，通过类比启发创造性设想的产生。例如要设计一种开罐头的新工具，就可以选一个“开”字，先抛开罐头问题

23、，从“开”这个词的概念出发，看看“开”有几种方法，如打开、撬开、剥开、撕开、拧开、揭开、破开等等，然后再回头来寻求这些开法对设计开罐头有什么启发。 (3)拟人类比：是指创新者把自身与问题的要素等同起来，设身处地地想象：例如我是某个技术对象我会有什么感觉?我采取什么行动?用这种方法可以激发创造热情，促发新设想。 (4)幻想类比：即运用在现实中难以存在或根本不存在的幻想中的事物、现象作类比以探求新观念、新解法。,3.4离散与组合法则 很多事物将其分解意味着创新；也有很多事物，彼此组合意味着创新。 组合具有如下几种： 1.功能组合： 主要功能与辅助功能的组合； 同样功能的组合，即使完全相同的主功能，

24、组合到一起有时也会产生 112的效果； 无关功能的组合 ； 不同功能关系的组合。 2.技术组合：例如， CT扫描仪，将X射线人体检查技术与计算机图像识别技术的有机组合 3.材料组合：例如，各种合金，合成纤维 4.同类组合：例如，两个单万向联轴器组合成双万向联轴器 5.异类组合：例如，带橡皮的铅笔，带U盘的瑞士军刀，机电产品,3. 5.换元与移植式法则 换元是指人们采用替换或代换的方法，使研究深入，思路获得更新。例如，用玻璃纤维制成的冲浪板，比木制的更轻巧，易造型 客观事物都有内在的运动规律，有很多规律表现的因素不同，但规律相同，移植是把某一领域的一种方法或研究成果在另一领域内的应用，它常导致一

25、门新的学科、领域或学说的创立。内容和方式有： 1.原理移植：例如，激光技术用于医学，研制了激光手术刀；应用于加工技术上，制造了激光切割机；应用于测量技术产生了激光测量仪。 2.方法移植：例如，将金属的电镀方法移植到塑料电镀上 3.结构移植：例如，滚动轴承的结构移植到移动导轨上产生了滚动导轨；移植到螺旋传动上产生了滚珠丝杠。积木玩具的模块结构特点移植到机床上产生了组合机床；移植到家具上产生了组合家具。,典型组合机床的组成,3.6.正向、迂回与反向法则 正向、直线前进的思维方式在科学演绎中运用很多。在工程技术中，这是主要的，也是基本的思维方式 的，也是基本的思维方式。 由于人们习惯于正向思维，所以

26、逆向思 维常常导致意想不到的创新结果 迂回思维则反映了创造人的灵活性。用侧面代替正面，用间接代替直接，用阶 段前进代替一步到位，等等,4 创造性设计方法,续表,续表,续表,组合法 组合法是按照一定的技术需要，将两个或两个以上的技术因累通过巧妙的组合，获得具有统一整体功能的新技术产物的过程。这里的“技术因素”是广义的，它既包括相对独夺的技术原理、技术手段、工艺方法，也包括材料、形态、动力形式、控制方式等表征技术性能的条件因素。 组合方法的类型很多，常用的有以下几类： (1)性能组合：即根据对原有产品或技术手段的不同件能在实际使用中的优缺点的分析，将若干产品的优良性能结合起来，使之形成一种全新的产

27、品(或技术手段)。 (2)原理组合：是指将两种或两种以上的技术原理有机结合起来，组成一种新的复合技术或技术系统。例如，怀特(Fwhite)把喷气推进原理同燃气轮机技术相结合，发明了喷气式发动机。,(3)功能组合：是将具有不同功能的技术手段或产品组合到一起，使之形成一个技术性能更优或具有多功能的技术实体的方法。例如，将收音机和录音机组合在一起，制成的收录机兼具二者功能，但更方便、实用。 (4)结构重组：是改变原有技术系统中的各结构要素相互联接方式获得新的性能或功能的组合方法。例如，螺旋桨飞机一般的结构是机首装螺旋桨，机尾装稳定翼。但美国卡里格卡图则根据空气浮力和气推动原理，将飞机螺旋桨放于机尾而

28、把稳定器放在机头，重组后的新型飞机具有尖端悬浮系统和更合理的流线型机体等特点： (5)模块组合：亦称组合设汁或模块化设计,该法把产品看成若干模块(标准、通用零部件)的有机组合，只要按照一定的机器工作原理，选择不同的模块或不同的方式加以组合，就可以获得多种有价值的设计万案。这种方法适用于产品的系列开发。,智暴法 智暴法是一种集体创造性思考法。它是针对个设计问题，召集5一l0人到一起讨论，要求与会者敞开思想、畅所欲言，充分发表意见，提出创造性见解，提出解决设计问题的方案。 智暴法的中心思想是激发每个入的直觉、灵感、想象力，让大家在和睦、融恰的气氛中自由思考，不论什么想法都可以原原本本讲出来，最后集中多人的智慧，在这众多的见解中综合出较