大连理工大学创新实验学院

第十章组分型创造技法创造的原理，最终是信息的截断和再组合。把集中的信息分散开，以新的观点再将其组合起来。——[日)高桥浩[案例]神奇的CT 在英国，有位叫赫斯菲尔德的科学家，将X光技术与电脑技术进行组合而发明出电脑断层扫描技术(CT技术)，他不仅荣获1979年的诺贝尔医学奖，而且使他供职的英国科艺百代公司(EMI)从这项发明的商品化中受益匪浅。 在这个领域，X光技术日益表现出来的诸多缺陷促使他寻找一条创新之路。他设想，如果利用射线将人体拍成一张张的断层“照片”，然后把这些射线“照片”输入计算机，由计算机对这些由数据组成的信息进行处理和转化，就可以得到人体内部组织的完整图像，这将对医学透视和诊断大有补益。 它拍摄的人体内部照片更清楚、更全面。因为CT扫描可以显示出X光照不到的柔软组织，并克服了高密度物质(如骨骼)的遮盖效果，而这种高密度物质在传统X光照片中会遮住其后面的组织。 X光机和电脑都是划时代的重大发明，为医疗诊断学开创了一条崭新的道路。在赫斯菲尔德发明CT的案例中，发明人应用了组合创造法。 在创造活动中，将若干已有的事物进行组合，并使组合体在功能或性能等方面发生变化的创造，就是组合创造，相应的方法即为组合创造法。组合法 第一节组合法概述 第二节典型技法——形态分析法 第三节引申技法 一、信息交合法 二、焦点法 三、主体附加法 四、分解法 第一节方法概述一、组合法的概念 组合是客观世界中十分普遍的现象。小至微观世界的原子、分子，大至宇宙中的天体、星系，到处都存在组合的现象。组合的结果是复杂的，组合的可能性是无穷的。 为组合现象提供精确的数学描述是组合数学和概率论，其中包含大家所熟知的排列组合和各种“博彩”游戏。 从人的思维角度来看，想象的本质就是组合。心理学研究表明，创造性想象可以借助不同的手段去建立不同的表象。 中国古代的“龙”就是以蛇为主体，结合兽脚、马头、鹿角、鱼鳞等其他特征的超现实想象。人面狮身的斯芬克斯和传说中的美人鱼都是人类组合思维的杰作。 任何复杂的思维过程都包含分析和综合，分析是在思维上把事物的整体按不同的角度或标准分解为各个部分、个别特征和不同的方面；综合是在思维中把各个部分、个别特征和方面结合起来。所以说，在一定程度上“组合就是创造”。 组合的概念有广义与狭义之分。 广义的组合是指不受学科、领域限制的信息的汇合、事物的结合、过程的排列等。例如，儿童的积木游戏、饮食中的烹调、产品新功能的设计、文学艺术形象的创作、建筑学和电影中的“蒙太奇”等。 狭义的组合则是指在技术发明范围内，将多个独立的技术因素(如现象、原理、材料、工艺、方法、物品等)进行重新的组合。不是一种简单的罗列、机械的叠加。 例如，一支饮料吸管和一把小勺放在一起并不是创造组合而把小勺固定在吸管的一端，并满足人们的实用和审美要求时，就可以称为创造组合。 所以说，组合法是一种以综合分析为基础，并按照一定的原理或规则对现有的事物或系统进行有效的综合，从而获得新事物、新系统的创造疗法。组合法的原理本质上是系统的原理，其具体表现在以下三个方面： 第一，从系统的思想来看，组合法就是把两个或多个系统按照一定原则进行组合生成新系统的过程，在统一的整体目标下，其中各个组成元素能够协调、有机地进行组合，并且在某些方面相互作用； 第二，产生的新系统具有新的特征或效果，系统的功能总和必须大于系统内各组成元素的单独功能之和； 第三，系统具有不同的属性或状态，这就要求在运用组合法进行创造活动时，创造者需要从各个不同的方面或角度进行系统的分析和评价。二、组合法的原理1、日本学者的分类法 日本创造学学者恩田彰根据组合的难易程度将组合形式分为以下三种： (1)非切割组合——将现有的事物不加改造，或仅作外形改变，将原有的功能用于新的目的； (2)切割组合——将现有事物中的部分结构要素切割开来，再将这些结构要素具有的功能组合起来，用于新的目的； (3)飞跃性组合——运用已知的理论、积累的经验或突发的灵感，以创造性思维产生飞跃性的设想，最终创造出与现有事物在本质上有所不同的东西。三、组合法的类型2．集合论的分类法我国学者董玉祥在1989年提出了组合形式的数学模型，即利用数学的集合论的思想，按照6种基本的集合运算进行分类。 序号 名称 表达式 性质 举例 1 并集组合 A∪B 组合机理为相关的事物相容而组合 沙发床 2 交集组合 A∩B 组合机理为信息交合，边缘共存 一系列儿童玩具车 3 差集组合 A-B 组合机理是删繁就简、寻求简化。 四轮自行车 4 补集组合 ～A 组合机理是替代变换、淘汰更新。A与不属于A的组合 指纹锁（无钥匙） 5 对称差集 A+B 组合机理为分割组合。多种功能集于一体（属于A或B不同时 组合伞 6 叉集组合 AXB 即事物间的相互交叉、渗透和综合 柔性制造系统电子信息加工3.实用化的分类法实用化的分类是目前比较简单的流行分类方法，主要有下面几种：(1)同类组合。 同类组合就是若干相同或相近事物的组合，又称为同物组合。 同物组合的目的在于保持事物原有功能或原有意义的前提下，通过数量的增加来弥补功能的不足或产生新的功能。 最简单的同物组合有，子母灯、情侣表、双插座等。复杂的同物组合的一个典型例子是自动控制中三片CPU的设计，就是利用冗余来提高【案例】三头电风扇经特殊设计的传动系统驱动三个叶扇同时运转送风，并通过电脑控制可使三个叶扇作360度回转或定点式三个方向送风，有利加速室内空气对流。*英国人列文.虎克发明了望远镜（魔镜）(2)材料组合。 材料组合是利用各种化学、物理原理，将不同的材料组合起来，从而获得新材料的方法。 组合成的新材料较原材料表现出更好的强度、轻度、成本等诸多方面的优异特性。从各种家居装修中的铝合金门窗到航空航天中的特殊合金材料等，各种材料组合的现象无处不在。(3)元件组合。 元件是具有某项功能的器件或物品。元件组合不是简单的零部件装配，而是把具有相互独立功能的两种或两种以上的东西以适当的方式结为一体，从而使组合后的事物具有多种功能。 元件组合最著名的例子是风靡世界的瑞士军刀。此外还有具有多功能的“随身听”，复读机，音乐卡，音乐玩具，具有收音机、电视机、万用表、计算器功能的手表，带微型电扇的太阳帽等等。(4)方法组合。 方法组合是指在生产工艺和加工处理，以及组织管理中，把两种以上的方法组合起来使用，产生新的效果。 例如，在对水进行灭菌处理时，如果单独使用激光或超声波，都只能杀死部分细菌。如果同时采用两种方法处理，就可以杀死全部细菌。 与此类似，美国戴维德等人把超声波和静电场方法结合，设计出一种硬水软化装置，代替了以往在水中添加化学药剂的做法，降低了成本，扩大了水的使用用途。(5)技术原理与技术手段组合。 可以把已有的技术原理同某些技术手段结合起来，创造出新产品。 例如，弗兰克·怀特把喷气推进理论与燃气轮机组组合，发明了喷气式发动机；英国生物学家艾伦·克鲁克把衍射原理与电子显微镜组合在一起，发明了晶体电子显微镜。 (6)现象组合。 现象组合就是把某些自然现象或者物理、化学现象进行组合，从而创造出新产品、新方法以及发现新的原理。 【案例】清除人体结石的新方法 德国科学家结合了两种现象，发明了一种不用手术清除肾结石的方法，一个现象是： 如果水中两个电极进行高压放电，产生了大的冲击力可以击碎坚硬的宝石； 另一现象是；在椭圆球面上的一个焦点发出声波，经过反射后在另一焦点汇集。 利用这两种现象，科学家设计了一个水槽，让患者躺在其中，使其结石处于椭圆球的一个焦点上，在另一个焦点上设置电极。经过几分钟的放电，冲击波通过人体就可以把大部分结石击碎。(7)重组组合。重组组合又称分解组合法，是指在事物的不同层次上分解原来的组合，然后再根据新的目的进行重新组合。其特点是；在一个事物上进行，不增加新的事物，重组主要是改变事物各组成部分间的相互关系。日常生活中，随处可见这样的例子。例如，流行的儿童玩具“变形金刚”，分体组合家具等；(8)综合。综合是将不同领域、不同方面、不同类型的事物以某个目的为中心通过一定的方法手段有机地组合在一起。与以上几种组合方式相比，综合是一种更为高层次的组合。在知识和信息飞速增长的时代，综合方法在科技发明创造中应用的越来越广泛。 镜头A：一个人在笑； 镜头B：枪口瞄准他； 镜头C：他一脸恐惧。 组合一：A-B-C 一个怕死的懦夫 组合二：C-B-A 一个视死如归的勇士一、形态分析法的概念组合法中的经典方法是形态分析法，是美籍瑞士科学家茨维基于1942年提出的。它是以系统分析和综合为基础，用集合理论对研究对象相关形态要素的分解排列和重新组合，得出所有可能的总体方案，最后通过评价进行选择。【背景知识窗口】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。第二节典型技法——形态分析法 在研制过程中，茨维基在当时可能的技术水平上，分析了火箭的各主要组成要素及其可能具有的各种形态。 茨维基利用排列组合的原理，在1周之内就提交了4*4*3*3*2*2=576种火箭设计方案，其中就包括了德国保密的F-l型巡航导弹和F-2型火箭。在经过先发散后收敛的创造过程中，美国很快获得了同样的先进方案，在军备竞赛中赶上了德国。443322水面二、形态分析法的实施步骤形态分析法的实施一般可以分为五步。1、选择和确定创造对象形态分析法适用的对象十分广泛，可以是有形的机器设备或其内部工作系统、部件、工作系统甚至剧本、乐曲等。2、要素分析这一步需要确定创造对象的主要组成部分，即组成要素，也就是独立变量。它的变化会直接影响对象的变化。(1)组成要素要尽可能全面，关键因素不应被遗漏；(2)它们在功能上或逻辑上应相互独立，即仅仅改变其中某一要素时，仍会产生一个具有可行性的独立方案；(3)数量不宜太多，也不易太少。一般3～7个为宜。形态分析法 每一个事物（技术装置）都可以分解成若干的子系统，直至分解成不能再分的要素。这些要素重新排列组合，就会产生很多新的功能、方法或装置。 3、确定形态 即列出每一要素所包括的所有可能的形态(方法、技术手段或工具)。这需要分析者认真仔细的工作、具有丰富的行业经验以及较强的发散思维能力，要尽可能列出每一要素在自然界或各行业中所具有的形态，列出的形态越多、范围越广越好。 4．形态组合 按照创造对象的总体功能要求，对各要素的各种组成形态进行排列组合，获得所有可能的方案。每种方案的组成为P1P2P3... 组合数目：N=要素的形态数的乘积。 5．评价筛选、组合方案 对照产生的方案，制定评价标准，通过分析比较，选出少数较好的设想，然后通过把方案进一步具体化，最终选出最优方案。当然，评价的过程可以分几步逐步进行。 创造对象：饮料包装容器。 要求：携带方便、外观透明、成本低廉等 组成要素：材料、容量、形状、开启万式。 从上表可知：共有4×5×4=80种方案。 评价筛选、组合方案： 考虑到携带便利、外观透明、成本低的要求，宜采用圆柱、500mI装的塑料容器。如果再考虑开启方式等其他组成要素，其方案数目将达到几百种。【案例】某厂饮料包装容器的创造方案三、注意事项形态分析法在具体使用中需要注意以下几点： 第一，上述的步骤不是必须遵循的，确定要素的数量后可直接列出形态表，并进行组合选择； 第二，在选取要素时要准确，无关紧要的可以不予考虑。为了提高工作效率，分析时最好有一个主要思想； 第三，对于复杂的技术课题可以运用系统方法划分几个层次，逐项展开，不断深入。最后再进行整体组合； 第四，当要素和形态数目过多时，形态分析法往往形成大量的问题方案，会使人在选择时无从下手，影响应用效果。四、形态分析法的变形技法——格子分析法 又称棋盘格法，这也是茨维基创立的方法。格子分析法首先在横坐标轴和纵坐标轴上列出问题的主要变量，然后对所有可能的组合进行头脑风暴法思考，并对所提出的各种提案逐一评价，最终从中选出解决方案。 【案倒】建筑方案选择 第一步，把各种建筑材料和建筑形式列举在格子的横坐标轴和纵坐标轴上； 第二步，研究所有组合。例如图中“金属框架”，采用头脑风暴法提出与此相关的所有方案。 第三步，然后，对每格也都同样采用头脑风暴法提出所有方案； 第四步，最后，对所提出的所有方案逐一进行评价，找出解决方案。 1、信息交合法的概念 在组合系列技法的探索中，最具影响的中国特色技法是我国的许国泰提出的信息交合法，又称魔球法。它是利用不同信息进行交合而获得新设想的一种创造方法。 2、信息交合原理 信息交合论是由两个公理和三个定理构成。 公理1：不同信息的交合可以产生新信息； 公理2：不同联系的交合可以产生新联系。 定理1：心理世界的构想，即人脑中勾勒的映像由信息和联系组成； 定理2：新信息、新联系在相互作用中产生； 定理3：具体的信息和联系具有区域性，也就是具有特定的范围和相对的区域与界限。第三节引申技法3．信息交合的实施步骤 信息交合法的具体实施可以分为以下五步： 第一步，定中心，即确定所研究的对象，也就是零坐标。如研究“曲别针的用途”，就以其为中心； 第二步，划标线，即用矢量标串起信息序列，也就是根据研究对象的需要划出几条坐标轴； 第三步，注标点，在信息轴上标出有关的信息点。例如在曲别针的属性轴上标出材质、重量、硬度等； 第四步，相交合，取不同信息轴上的信息进行交合就可产生新信息。例如，曲别针中的外界信息轴上的“磁”与属性轴上的“材质”相交合，就产生了“指南针”； 第五步，在所有的产生的新设想中，进行筛选，寻找出最优的方案。 [案例]曲别针的用途二、焦点法1、焦点法的概念 焦点法是美国惠廷创立的一种方法。 它是指定的一个事物的中心（焦点），依次与罗列的各元素一一组合。也就是说，本方法是就特定的问题而寻求各种构思的方案。 焦点法有发散和集中两种结构，如图所示。2、焦点法的实施步骤 (1)选择焦点。焦点就是你希望创新的事物，或者是准备推广的新产品、新技术、新思想，将其填入中心圆圈中； (2)列举与焦点无关的事物或传统的产品、技术和思想。列举时可以从多方面、多角度罗列，尽量避免罗列与焦点事物相近的东西。将所选的内容逐一填入环绕焦点四周的小圆圈内； (3)分别将中心圆与周围的小圆圈连接，得到多种组合方案； (4)展开联想或采取头脑风暴法，对每种组合提出创造性设想； (5)评价所有的设想方案，筛选出新颖实用的最优方案。【案例】椅子的设计 第一步，指定椅子为创造对象，椅子就是思考的焦点，即思想过程中的不变项； 第二步，列举与椅子无关的事物或技术，例如灯泡等； 第三步，将作为焦点的椅子与灯泡等其他外围事物逐一相连； 第四步，对每种组合进行联想，例如椅子与灯泡联系，可以考虑设计的椅子种类为：玻璃制的椅子、球形椅子、螺旋插入组合椅子、电动椅子、遥控椅子、可发光椅子等。 对于每一想法还可以进一步展开联想，以“球形椅子”为例，球形-球形植物—花朵—花样式的椅子—花的香味—带香味的椅子—花的颜色—各种花朵图案和颜色的椅子… 第五步，从上述设计方案中选出新颖实用并且具有市场的椅子进行试制。椅子灯泡汽车冰箱1．主体附加法的概念 主体附加法，又称内插式组合法，是以某一特定对象为主体，通过置换或插入其他事物或技术，从而导致发明或革新的方法。它是对材料、元件、方法和技术等组合方式的灵活运用的结果。 主体附加法常常在产品不断升级和完善的过程中被使用。 例如，最初发明的电风扇是单速并且不能摆头。后来，人们逐渐增加了诸如摆头、双叶、模拟自然风的变速、定时等附加事物，使电风扇的品种和功能变得多样化。 主体附加法的特点是以原有技术、产品为主体，附加只是补充。附加的目的有两种： 一是为了使主体的功能得到更好的发挥；例如在自行车上附加打气筒、车筐、车铃等； 另外一种是获得一些辅助功能。例如带温度计的奶瓶、带秤的菜篮等。三、主体附加法2、主体附加法的实施步骤 (1)选择要改进的事物，即确定主体； (2)确定新功能。将原主体的功能与组成分解，经过分析比较找出原主体的不足，确定改进后应具备的新功能； (3)确定附加件(即内插件)。根据新功能的要求确定要附加的事物； (4)确定主体与附加件的联接方式与结构； (5)进行附加组合。【案例】“鞋” 生产名牌运动鞋的德国“芭芭拉”公司，不久前推出一种附加隐藏式电池和串灯发光装置的运动鞋。行走时，鞋跟触地便变幻发光闪亮，在夜间能远距离引起过往车辆司机和行人注意，适合青年学生特别是晚间慢跑者穿着。这种“闪光芭芭拉’’已在我国面市，不少军体院校纷纷慕名购买。如此类似，市场上有一种特殊的儿童鞋，当儿童穿着这样的鞋行走时，鞋会根据受力的程度发出不同的声音。对于刚刚处于学步阶段的儿童来说，行走就变得充满好奇和乐趣。四、分解法 分解技法是指将一个整体事物进行分解后，使分解出来的那部分，经过改进完善，成为单独的整体，形成一个新产品或新事物。 例如，普通的螺丝刀，刀把、刀头是固定的，遇到不同的规格的螺钉就要准备不同的螺丝刀。通过分解，把刀把、刀头分开，分别做了改造后发明出多用活动螺丝刀。原功用分解法：“分解成若干部分”仍构成“一个整体”，但有了新的功能，这是一种分解而不分立的创新；圆桌—方桌；雕版印刷—活字印刷；变功用分解法：从“一个整体”中分出某个组成部分或某几个组成部分，由此构成功能独立的新的“一个整体”，这是一种既分解又分立的创新。自行车两轮、独轮；分解分两类 手套是非常简单的生活用品，将手套再分解能得到什么呢？ 江苏镇江的一位工程师心血来潮，把普通的薄型白手套的指套部分剪去，再在手套的背面印上五笔字型的指法和字根规则，成为专利产品“电脑上机手套”。这样，初学者戴上手套上机就十分方便，忘记了规则看一下手套的背面立即可知。 西安有一位大学教师与其相反，把手套的指套部分分解出来，成为单独的产品——卫生指套，用无菌塑料薄膜做成的指套附在食品包装中，在食用前将指套套上手指，以防手指上的细菌污染食品，特别适合旅行时使用，也获得了专利。 例：手套的分解*