第四章 创新设计理论：创新思维 (下)

才 之 路
为自我实现而学
为个人生计而学
为孝敬父母而学
学 成 习 是 一 才 个 艰 苦 之 和 奋 斗 路 的 过 程
磁
电
发电机的理论基础
滚动轴承
液体动压滑动轴承
磁悬浮轴承
例二：新型电风扇的发明
基本功能
手段和方法
创造的原点： 使空气流动
创造的起点： 用叶片搅动空气

台扇
吊扇
落地扇
薄板振动
新型电风扇
▲ 当形成了创造的起点以后，它容易变为一种思维定势。 ▲ 当从这一起点开始找不出解决问题的道路时，要回到创
第二节
创新原理
内 容
综合创新原理 分离创新原理 移植创新原理 逆向创新原理 价值优化原理
一、综合创新原理
已知事物 A 已知事物 B 已知
……
综合
已知 新事物
例一：同步带传动
带传动 链传动
无冲击 承载能力小
综合
同步带传动
承载能力大 有冲击
无冲击,承载能力大
例二：机电一体化技术
计算机技术 控制技术
玻璃钢桶
热胀 电脑自控
陶瓷桶
超声波
A1-B1-C2 普及型单缸 洗衣机
A2-B3-C1 简单的热胀增压式洗衣机
A1-B4-C2
超声波洗衣机的设想
四、仿生创新法
生物器官的功能和结构是长期自然选择
的结果，具有天然的合理性。 通过对生物特性、功能、结构的分析和 类比、模拟，得出创造性方案的创新方法。
仿生创新法
例五：组合机床
组合夹具
模块化机床
三、移植创新原理
将某个学科、领域中的原理、技术、方法等，应用或渗
透到其它学科、领域中，为解决某一问题提供启迪、帮助
的创新方法。
移植

原理移植
技术移植
方法移植 结构移植 材料移植
例一：植物根系的网状结构——钢筋混凝土 法国园艺师 莫尼埃
园艺师发明钢筋混凝土
机械技术
电子技术
液压技术 气动技术 光、热、声
综 合
机电一体化技术
数控机床
自动点钞机
机器人
二、分离创新原理
已知事物 已知 A
分离
新事物 已知 B或C
例一：数值积分求面积
例二：有限元方法
例三：自由女神像原身遗物纪念品
百年之后，分化、腐蚀严重 政府出资翻修 200吨垃圾 招标处理 环保 无人投标
商人斯塔克
四、逆Βιβλιοθήκη Baidu创新原理
逆向创新是从反面，从构成要素中对立的一面思考， 将通常思考问题的思路反转过来。 例一：司马光砸缸 通常思路：孩子 逆向思路：孩子 水 水
例二：电磁效应
已有思路：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效
应。 电 磁 电动机的理论基础 逆向思路：1831年，英国科学家法拉第自问：“磁能不能 产生电呢？” 发现电磁感应现象。
传统电冰箱的缺点：
▲ 使用氟利昂，释放到大气中会 破坏臭氧层 ▲ 冷冻食品带有李司德氏菌，会 引起人体血液中毒、孕妇流产 ▲ 有高血压者不能给冰箱除霜 （毛细血管迅速收缩） 新的制冷原理研究，开发 新型冰箱，不使用氟利昂 冰箱灭菌器
自动定时除霜
希望点列举法
分析社会需求和用户意愿，通过列举需求来创新。 实施步骤 ：

原理仿生法 结构仿生法 功能仿生法
1809-1882
原理仿生法
例：响尾蛇——红外跟踪响尾蛇导弹
响尾蛇 肉食性，喜食鼠类、野兔等。主要分布于美洲。 体长 1.5～2 米。遇到敌人时迅速摆动尾部，每秒可摆
动 40～60 次，并长时间发出响亮的声音，使敌人不敢近
前，故称为响尾蛇。
在眼和鼻孔之间有颊窝，是
蜜蜂值 7032
理论值 7031 44 壁厚 0.071～0.075 mm 蜂房容积
0.25 cm3
蜜蜂值 109 28
蜂房结构的优点：
▲ 同样容积下最省料 ▲ 强度好
理论值 109 2816
蜂房式结构材料
功能仿生法 例： 仿生机械手指
S
5 F E
4 C 1 O
2 A
功能略有降低，成本降低更多，从而 提高价值 成本略有提高，功能提高更多，从而 提高价值 成本下降，功能提高，从而 大幅度提高价值
第三节
创新技法
内 容
设问创新法 列举创新法 形态分析创新法 仿生创新法 智力激励创新法
一、设问创新法
针对已知事物系统地罗列问题，然后逐一加以研究， 多方面扩展思路，从该事物萌生出许多新的设想的一种 创新方法。 能否移植 能否引申 能否改变 能否放大或缩小 能否增加或减少 能否替代 能否重组 能否颠倒 能否组合
创造性思维： 联想思维 创造原理： 移 植
从根系到花盆 从花盆到建筑材料
移植

原理移植
技术移植
方法移植 结构移植 材料移植
例二：激光技术——激光加工
（技术移植）
例三：高温陶瓷——用来制造耐腐蚀、耐高温零件 涡轮机叶片、发动机汽缸套等
（材料移植）
例四：
畜牧业： 发酵泡沫饲料
（原理移植）
包装、运输、 保温、隔声： 发泡塑料
烤面包原理
烤面包时,由于面包 内部产生大量气体, 使面包体积膨胀,变 得松软可口。
食品加工： 发泡面 发泡饼
隔热品： 发泡橡胶
超轻型纱布代用品： 发泡树脂
采光材料： 发泡玻璃
例五：
缝衣服的线——专用的手术线 衣服鞋帽上的拉链——“手术拉链” 完全取代用线缝合的传统技术，比针线缝合快10倍， 且不需要拆线，大大减轻了病人的痛苦。
莫尼埃的温室里需要许多大花盆。当时买不到这么大的瓦盆，用木
盆价格又太贵，他用水泥做了一些大花盆。 莫尼埃在他来回搬运花盆的时候，许多花盆裂开了。“怎么才能使
花盆不裂呢?”莫尼埃时刻思考着。
1865年的一天，他不小心打碎了一个花盆，花盆碎了，但盆中的泥 土却抱成一团，完好如初，好像比水泥还结实。这使他很惊奇。他弄
市场调研，听取用户意见 1) 对事物的希望点进行罗列 发挥设计者的美好想像
2) 对希望点进行鉴别，要符合以下四项原则： 科学性原则 可能性原则 先进性原则 市场性原则
电动机 扇叶 部件 网罩 立柱 底座 控制器 钢 材料 铝合金 铸铁 塑料 铸造 制造 方法 颜色 外观 性能
风量 转速
（结构移植）
运用要点
在运用移植创新技法时，一般有以下两种思路： 1．成果推广型移植 成果推型移植就是把现有科
技成果向其他领域铺展延伸的移植，其关键是在搞清现 有成果的原理、功能及使用范围的基础上，利用发散思 维方法寻找新载体。 2．解决问题型移植 从研究的问题出发，通过发
散思维，找到现有成果，通过移植使问题得到解决。
“自由女神像原身遗物纪念品”
废料分类
开发设计
废料

废铜
—— 自由女神像
水泥块
木块 废铅 废铝
—— 工艺品
—— 工艺品 —— 纪念尺 —— 纪念尺
研 究 社 会 心 理
例四：组合家具 摒弃了结构固化的模式。化整体为组件，再由组件构成整体。
20多种构件，可拼装成数百种不同款式。
http://www.my7475.com/4170.html
有运动副间隙 精度低 制作麻烦
柔顺机构
没有运动副间隙 精度高 制作容易 用于微动场合
能否颠倒 ?
从反面去考虑现有事物。
能否因果颠倒、作用颠倒、位置颠倒、工艺方法颠倒？ 除尘器 吹尘器
吸尘器
能否重组 ?
能否组合 ?
复合眼镜
平光镜 花 镜
近视镜 花 镜
近视镜 平光镜
还 有 什 么 例 子 ？
二、列举创新法
针对已知事物列举其缺点，然后逐一加以研究如何克
服，从而创新。
列举创新法

缺点列举法 希望点列举法 特性列举法
缺点列举法
实施步骤 ：
市场调研，听取用户意见 1) 对事物的缺点进行罗列 与国内外先进产品对比
2) 对缺点进行分析，确定创新目标，提出改进方案 3) 对多个改进方案进行比较、评价，选择出实施方案
已知 事物

能否移植？
拉链 最初只用在鞋上 移植到服装和提包上
能否引申？
椅子 躺椅、摇椅、转椅
能否改变 ？
滚子从动杆
尖顶从动杆
平底从动杆
这里面可能是个什么机构 ？
曲柄摇杆机构
摇杆主动
摆动变为转动
能否放大或缩小 ？
台灯 暖水瓶 落地灯 保温杯
能否增加或减少 ？
能否增加或减少 ？
一般的连杆机构
某电力公司经理召开智力激励会 ▲ 设计电缆清雪机 ▲ 采用电热化解积雪 ▲ 采用振荡技术清雪 ▲ 玩笑：用直升飞机带大扫帚清雪 （哄堂大笑） ▲ 用直升飞机螺旋桨产生的风力清除积雪
完
闲篇
关于成才的思考
学 习 是 一 个 快 乐 和 享 受 的 过 程
成
痴 迷 兴 趣 求知欲 好奇心 为奉献社会而学
造的原点去，另辟蹊径，开辟新的创造起点。
五、价值优化原理
V =
F C
F ——产品的功能（性能）
C ——产品的成本（价格） V ——产品的价值（性能价格比）
价值优化的途径
F =V C F =V C F =V C
F =V C
F = V C
功能不变
功能不变，降低成本，从而提高价值 成本不变，提高功能，从而提高价值
不惧权威、不允许批评别人的设想、不搞少数服从多数 ▲ 延迟评判原则 不过早下结论，既不肯定，也不否
定。
▲ 以量求质原则 多而广地提出新建议，越是增加设
想的数量，越可能获得有价值的创意。 集智会议要遵循的原则： ▲ 综合改善原则 “三个臭皮匠，凑成一个诸葛亮”
例子：电缆线积雪问题
闲 篇
美国北方 天寒地冻 电缆线被大雪压断 停电事故
圆形网罩 外观 圆截面立柱
圆形底座
圆形按钮
颜色
深蓝 浅蓝
三、形态分析创新法
洗衣机形态学矩阵
形态（功能解） 因素 （分功能） A B C 盛装衣物 分离赃物 控制洗涤 A1-B1-C1 最原始的 洗衣机 A1-B2-C2 电磁振荡洗衣机 1 2 3 4
铝桶
机械摩擦 人工手控
塑料桶
电磁振荡 机械定时
摆角范围
圆形网罩 圆截面立柱
圆形底座
圆形按钮 深蓝 浅蓝 扇风
注塑
机加工 手工装配
动作
调速
摆头 升降
双头电动机，两头吹 电动机 扇叶
部件
立柱
…… 控制器 加微电脑，智能风扇
钢
材料 …… 扇叶：檀香木？
扇风
动作 调速 …… 空调性能 无级调速 ？
冷暖切换一键通 抽屉式抗菌水箱 易拆洗布帘 广角送风 12小时超长定时 负离子清新空气 光触媒净化杀菌功能
热能的灵敏感受器，可用来测 知周围敌人和猎物的准确位置。
响尾蛇导弹
红外制导空对空导弹。红外装置可以引导导弹追踪热
的目标，弹长近 3 米，速度是音速的 2.5 倍，最大射程 18 公里。 体积小，重量轻，结
构简单，成本低，“发
射后不用管”。 1983年停产，被更先 进的导弹取代。
结构仿生法
例：蜂房结构
内，它的研究成果已经非常可观。
仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路。
五、智力激励创新法
通过召开智力激励会来创新。也称为头脑风暴法。 1938 年，美国人 奥斯本
头脑风暴：精神病理学术语，指精神病人的胡思乱想。借
用来形容创造性思维的自由奔放。
激智
集智
激智会议要遵循的原则： ▲ 自由畅想原则 解放思想、大胆想象、畅所欲言、
3
D B
F＝3 n－2 pL － pH ＝3×5－2×7 ＝1
仿生学（Bionics） 仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在
上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。
仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将 这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、 装置和机器，创造新技术。 从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间
碎泥土，仔细观察，原来是植物的根系在泥土中曲屈盘绕，相互勾连，
交叉成网状结构，使松散的泥土抱成了坚实的一团。 莫尼埃马上联想到，如果在水泥中预先放入一些网状结构的铁丝，
就可以增强花盆的牢固程度。他马上动手设计、制作、试验，制成了
牢固的花盆。后来，他又用这个方法建造了一个贮水池。
一天， 一位建筑工程师到花园来看花，看到了莫尼埃的水泥花
盆、水池，大为惊讶，鼓励他把这种技术用到工程上。
莫尼埃的思路大开，既然可做花盆，当然也可做其他建筑材料。 莫尼埃在l867年申请专利，得到社会的承认。
1875年，他主持建造了16 米长的世界上第一座钢筋混凝土大桥，
取得了成功，为钢筋混凝土的普及推广铺平了道路。 如果没有钢筋混凝土的问世，就没有今天各式各样的高楼大厦。