系统化设计和创造性设计法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章 系统化设计和 创造性设计法,X,Design Methodology,第,10,章 系统化设计法和创造性设计法,内容简介,在,产品开发,和提高,工程设计水平,的工作中，,科学的设计方法,日益受到重视。在,设计方法,的研究过程中发展的,“,设计方法学,”,，是研究,设计程序,、,设计规律,、,设计中思维,和,工作方法,的,一门综合性学科,。,它的基础,包括,系统工程学,、,创造工程学,、,优化理论,等多种现代科学理论。,设计方法学,主要介绍,系统化设计法,和,创造性设计法,。,设计方法学,的,研究,与,应用,对提高,产品设计的效率,与,质量,、实现,产品设计方法科学化,有着重要作用。,本章,介绍了,如下内容,：,设计方法学涵义及其研究内容,；,系统化设计法,；,创造性设计法,。,10.1,概述,工业产品设计,是一种,创造性活动,，,产品设计的结果,将直接影响,产品性能,、,质量,、,成本,和,企业经济效益,。由于在,产品开发,和,提高产品设计水平,的工作中，,科学的设计方法,起着重要的作用。因此，加强对产品,设计方法的研究,有着十分重要的意义。,从,20,世纪,60,年代以来，,工业发达国家,对,设计方法的研究,有了迅速的发展。不同的国家已形成了各自的,研究体系,和,独特风格,。比较有代表性的如：,德国的学者,和,工程技术人员,着重进行,设计模式,的研究，即着重研究,设计的过程,、,步骤,和,规律,，并对,设计过程,进行,系统化的逻辑分析,，将成熟的,设计模式,、,解法,等,编成规范,供设计人员参考，使设计的方法步骤规范化。,美、英等国,则偏重,创造性设计,的研究，并在,优化,、,价值工程,、,可靠性设计,和,计算机辅助设计,方面做出了杰出工作。,日本,则在开发,创造工程学,和,自动设计,方面做了重要工作，并强调,工业设计,，形成了东方文化和高科技相结合的风格。,虽然,各国,在研究的,设计方法内容,上各有侧重，但,共同的特点,都是总结设计规律，启发创造性，采用现代化的先进理论和方法使设计过程自动化、合理化，,其目的,是为了提高设计水平和质量，设计出更多功能全、性能好、成本低、外形美的产品，以满足社会的需求和适应日趋尖锐的市场竞争。,各国在,设计方法学研究过程,中，发展了,“,设计方法学,”,(,Design Methodology,),这门学科，从而使它成为,现代设计方法,的一个重要组成部分。,设计方法学,是以,系统的观点,来研究产品的,设计程序,、,设计规律,和,设计中的思维与工作方法,的一门综合性学科。,设计方法学,所,研究的内容,包括：,（,1,）,设计过程及程序,设计方法学,从,系统观点,出发来研究,产品的设计过程,，它将产品（即设计对象）视为由,输入,、,转换,、,输出,三要素,组成的,系统,，重点讨论将,功能要求,转化为,产品结构图纸,的这一设计过程，并分析设计过程的特点，总结设计过程的,思维规律,，寻求合理的,设计程序,。,（,2,）,设计思维,设计,是一种创新，,设计思维,应是创造性思维。,设计方法学,通过研究设计中的,思维规律,，总结设计人员科学的创造性的思维方法和技术。,（,3,）,设计评价,设计方案,的优劣如何评价？其核心取决于,设计评价指标体系,。,设计方法学,研究和总结,评价指标体系,的建立，以及应用,价值工程,和,多目标优化设计技术,进行各种定性、定量的,综合评价方法,。,（,4,）,设计信息,设计方法学,研究,设计信息库,的建立和应用，即探讨如何把分散在不同学科领域的大量,设计信息,集中起来，建立各种,设计信息库,，使之可通过计算机等先进设备方便快速地调阅参考。,（,5,）,现代设计理论与方法的应用,为了改善,设计质量,，加快,设计进度,，,设计方法学,研究如何把不断涌现出的,各种现代设计理论与方法,应用到设计过程中去，以进一步促进,设计自动化,的实现。,由上述可知，,设计方法学,是在深入研究,设计过程,本质的基础上，,以,系统论,的观点研究,设计进程,和,具体设计方法,的科学。,其目的,是总结,设计规律性,、启发,创造性,，在给定条件下，实现,高效,、,优质的设计,，培养,开发性,、,创造性产品设计人才,。,下面先介绍：,技术过程,与,技术系统,的概念,。,然后，再说明采用,系统化设计法,进行“,原理方案设计,”,时的,“,功能分析法,”,。,10.2,系统化设计法,与传统的,分析设计方法,不同，,系统化设计法,是将,工程设计任务,或,机电产品,看作,技术系统,，用,系统工程方法,进行分析和综合，并且按产品或系统,开发的进程,进行设计，以求获得,最佳的设计方案,。,10.2.1,技术过程与技术系统,设计的目的,是为满足一定的生产或生活需求。,为了满足这种,客观要求,，常需经过,一定的过程,。,例如，为得到合乎一定要求的,轴类零件,，可通过,车削过程,来实现。,轴的坯料,通过,车削过程,，其,形状,、,尺寸,、,表面性质,等产生了一定变化，得到了,合乎要求的轴,，满足了客观需求。,这一过程,可应用,金属切削理论,中的,车削原理,，并由,操作者,通过,车床,实现。当然，,车削,不是满足,这一需求,的唯一过程，还可以视条件,采取,轧制,、,锻造,、,磨削,、,激光成型,等过程,。,由,此例,可以看出，满足,需求的过程,体现了,某种工作原理,，而且,这个过程,可在预定的环境条件下，由,操作者,通过一定的 “,实现体系,”,车床,（或,冷轧机,、,精密锻机,、,磨床,、,激光成型机,等）来完成，如,图,10-a,所示。,图,10-a,客观需求的满足,人们的,设计对象,常是,这一过程,或它所用的,实体系统,，而人类的,客观需求,则是设计的,原始依据,。,这个,实体系统,称为,技术系统,，而,它所服务的过程,则称为,技术过程,。通过,技术过程,，,某种客体,产生转换，使人们的,客观需求,得到了满足。,在,技术过程,中接受,操作者,及,技术系统,施加的作用，从而自己的状态产生改变或转换，使,客观需求,得到满足的,物质,称为,作业对象,（或,处理对象,）。,对所有,技术过程,而言，,作业对象,可归纳为,能量,、,物料,和,信息,三大,类,。例如，加工过程中的坯料、发电过程中的电量、控制过程中的电,子信号等。,只有在,技术过程,中,转换了状态,，,满足了需求,，才是,作业对象,。,技术过程,是一个,人工过程,。通过这一过程，使,作业对象,在一定环,境条件下，经过,操作者,及,技术系统,共同施加的作用，有计划、有目的,地产生预期的,转变,，获得能满足,客观需求的结果,。,因此，,技术过程,是在,人,-,技术系统,-,环境,这一大系统中完成的。,满足一定需求的,技术过程,不是唯一的，因而相对应的,技术系统,也是不同的。,技术过程的实现,必须依据一定的,工作原理,。例如前述,轴的车削技术过程,，它的工作原理就是,车削原理,。,设计的目的,是为满足一定的生产或生活需求。,例如，为得到,某种复杂形状,的,金属零件,，可通过,编程,在,加工中心,上对 “,坯料,” 进行加工。即：,加工中心,金属零件,坯料,作业对象,技术系统,产品,设计对象,所完成的加工过程,是,技术过程,对所有,技术过程,而言，,作业对象,可归纳为,三大类,。,只有在,技术过程,中转换了状态，满足了需求 才是,作业对象,。,技术系统,是确定的,人工系统,的,通称,，它是以一定,技术手段,来实现,社会特定需求的,人造系统,，它和操作者一起在技术过程中发挥预定的,作用，使,作业对象,进行有目的的,转换,或,变化,。,它可以是,机械系统,，也可以是,电气,或,其他系统,；可以是,机构,，也,可以是,仪器,、,机器,或,成套设备,。,技术系统,及其,作业对象,等用示意,图,10-1,表示。,图,10-1,技术系统,图,10-2,所示为,冲床技术系统,示意图。,图,10-2,冲床技术系统,研究,技术过程的目的,在于寻求和合理确定满足客观需求的,最佳设计目标,。设计中选定技术过程的重要作用在于它从根本上决定了解答方案的方向。,通过,技术过程分析,选定的,最佳设计目标,，可能是满足客观需求的,技术过程,，也可能是实现所定,技术过程,的,技术系统,。,因此，一个,技术系统,实质就是一个,转换装置,。,通常，主要,传递信息流,的,技术系统,统称为,仪器,；,主要,传递能量流,与,物料流,的，称为,机器,。,其中有的机器以,转换量能,为主，如,电机,、,汽轮机,、,锅炉,；,有的以,转换物料,为主，如,机床,、,管道输送系统,等。,系统化设计法,是把,设计对象,看作一个完整的,技术系统,，然后用系统工程方法对,系统各要素,进行,分析,与,综合,，使系统内部协调一致，并使,系统,与,环境,相互协调，以获,整体最优设计,。,运用,系统化设计方法,进行,原理方案设计,的,主要步骤,为：,（,1,）,明确设计任务,把,设计任务,作为更大系统的一部分，研究社会需求与技术发展趋,势，确定设计目标，并分析设计的产品将产生的社会、经济、技术效,果。在尽可能全面掌握有关信息，深入掌握需求实质的基础上，以,表,格形式,编写出,设计要求表,，它将作为,设计与评价的依据,。,（,2,）,确定系统的整体目的性,总功能,把,设计对象,看作,黑箱,，通过,系统,与,环境,的,输入,和,输出,，明确,系统,的整体功能目标,和,约束条件,，由功能出发去决定,系统内部结构,。,（,3,）,进行功能分解,系统,是由,相互联系的分层次的诸要素,组成，这是,系统,的可分解性和相关性。通过,功能分析,把,总功能,分解为相互联系的,分功能,（,功能元,），使问题变得易于求解。,分功能的相互联系,可用,功能树,或,功能结构图,表达。,（,4,）,分功能求解,（,5,）,将分功能解综合为整体解,原理方案,用,形态学矩阵,表达,分功能,求解的结果，将相容的,分功能解,综合为,整体方案,。综合时从最重要的分功能的较优解出发，追求整体最优。,整体原则,是,系,统方法,的核心，这一原则认为，,任何系统,都是由,部分,组成的，但,整体,不等于部分的机械相加，这是由于各部分之间的相互作用、关系和层次产生了系统的整体特征。,最后组成,几个整体方案,，通过评价比较，筛选出或综合为,1-2,个,原理方案,，作为继续进行,技术设计的基础,。,可见,系统设计,可以成为,产品设计,特别是,原理方案设计,的有力工具，对开阔设计思想、提高设计水平起有益的作用。,10.2.2,功能分析法,技术系统,的,用途,或,所具有的特定工作能力,称为,其功能,，也可以说,功能,是,技术系统,所具有的转化,作业对象,的特性。,技术系统,所具有的功,能，是完成技术过程的根本特性。设计产品不是着眼于产品的本,身，而是通过,某种物理形态,体现出用户所,需求的功能,。,功能分析法,是,系统化设计,中探寻,功能原理方案,的主要方法。这种,方法将,复杂系统的总功能,通过,功能分析,化为简单的,功能元求解,，再,进行,组合,，得系统的,多种解法,，优越性十分明显。,图,10-3,列示了,功能分析法,的,设计步骤,及各阶段应用的,主要方法,。,图,10-3,功能分析法的步骤及方法,1.,总功能分析,原理方案设计阶段,，第一步是,原理方案拟定,。,在,系统化设计,中，,原理方案拟定,一般是从,功能分析,入手，利用创造性构思拟出多种方案，通过,分析,-,综合,-,评价,-,决策,，求得,最佳方案,。,原理方案拟定,的,功能分析,，首先是,总功能分析,。,分析,系统的总功能,常采用 “,黑箱法,” 。,黑箱法,是根据,系统的输入,和,输出,关系来研究,系统功能,的一种方法。,它将,待求的系统,看作未知数内容的,“,黑箱,”,，分析比较,系统的输,入,和,输出,的,能量,、,物料,和,信息,，,其性质,或,状态上,的差别和关系就反映,了,系统的总功能,。因此，可以从,输入,和,输出,的差别和关系的比较中找,出实现功能的,原理方案,来，从而把,黑箱,打开，确定,系统的结构,。,图,10-4,所示为一般,黑箱示意图,。,方框内部,为待设计的,技术系统,，,方框,即为,系统边界,，通过系统的,输入,和输出，使,系统,和,环境,连接起来。,图,10-4,黑,箱,示意图,图,10-5,所示为,自走式谷物联合收获机,的,黑箱的示意图,。,图左边,为,输入量,；,右边,为,输出量,，有,能量,、,物料,和,信息,三种形式。,图下方,表示了,外部环境,（土壤、湿度、温度、风力等）对,收割机,工作性能,的各种影响因素。,图上方,表示,收获机工作时,对,外部环境的影响,（噪声、废气、振动等）。,当完成,总功能,的,技术系统,确定后，,黑箱,就变为,白箱,了。,图,10-5,自走式谷物联合收获机黑箱,2.,功能分解,一般,工程系统,都比较复杂，难以直接求得满足,总功能,的,系统解,。因此，一般可按,系统分解的原则,进行,功能分解,，通过较简单的,功能元,去求解。,总功能,可分解为,分功能,二级分功能,功能元,，并用,树状,的,功能关系图,（,功能树图,）表达。,功能元,是直接能求解的,功能单元,，,功能树,中,前级功能,是,后级功能,的,目的功能,，,而,后级功能,是前级功能的,手段功能,。,例如，对,材料拉伸试验机,的,功能分解,而形成的其,功能树,为：,各分功能,（,功能元,）的关系也可以用,类似电气系统线路方式,来进行表达。这种表达,分功能关系的图,为,功能结构图,。,功能结构图,可由下面,三种基本结构形式,组成（见,图,10-6,）。,串联结构,各分功能,按顺序相继,作用；,并联结构,各分功能,并列作用；,回路结构,分功能,成环状循环回,路，体现,反馈作用,。,图,10-6,功能基本结构形式,3.,功能元求解,常用的,功能元,可分为,三类,：,物理功能元,、,逻辑功能元,和,数学功能元,。,物理功能元,是反映,系统,或,设备,中,能量,、,物料,、,信息变化,的基本物,理作用的。,常用的,基本物理功能元,有,功能转换类,、,功能缩放类,、,功能联接类,、,功能传导,及,离合类,、,功能存放类,等。,物理功能元,是通过,物理效应,实现其功能而获得解答的。,机械、仪器,中常用的,物理效应,有：力学、液气、电力、磁力、光学、热力、核效应等。,同一物理效应,可以完成不同的功能，,同一功能,可以用不同的物理效应实现。,数学功能元,有,加减,、,乘除,、,乘方开方,、,积分微分,等四类。,逻辑功能元,有“,与,”、“,或,”、“,非,”,三种基本关系,，主用于,逻辑运算,和,控制,。,功能元求解,，可参考,有关资料,或利用,各种创造性方法,开阔思路去,探寻解法,，也可利用,解法目录,来求解。,所谓,解法目录,是把能实现某种功能的,各种原理,和,结构,综合在一起的,一种表格,或,分类资料,。,图,10-,7,所示为,物理功能元,中的,物料运送,一解法目录,。,建立,各种类型功能元,的,解法目录,不仅便于,设计人员作参考,，而且也有利于存入,计算机,进行,计算机辅助设计,。,图,10-7,物料运送解法,4.,求系统原理解,将,各功能元解,进行,合理组合,，就可得到,多个系统原理解,。,进行,功能元解的组合,常用的方法是,形态综合法,。,它是将,系统的功能元,列为,纵坐标,，,各功能元,的,相应解,列为,横坐标,，构成,形态学矩阵,，如,表,10-1,所示。,表,10-1,系统解的形态学矩阵,从,每项功能元,中取出,一种解,进行,有机组合,，即得到,一个系统解,。,最多可以组合出,N,种方案,：,式中，,m,功能元数；,i,种功能元解的个数。,例,10-1,运用,形态综合法,来求解,挖掘机设计,的,原理方案,。,解：,（,1,）,功能分析,：,挖掘机,的,总功能,是,取运物料,，其,功能分解,如下：,（,2,）列出,各功能元,及其,局部解,的,形态矩阵,，如,表,10-2,所示。,表,10-2,挖掘机原理方案设计的形态矩阵,（,3,）,系统解,的可能,方案数,：,如,A,1,B,4,C,3,D,2,E,1 ,履带式挖掘机,，,A,5,B,5,C,2,D,4,E,2 ,液压轮胎式挖掘机,。,N,65443,1440,（种方案）,5.,求最佳系统原理方案,在,众多方案中,要寻求出,最佳系统原理方案,，一般需经,方案比较,，由粗到细，由定性到定量,进行优选,。,首先进行,粗筛选,，把与,设计要求不符的,或,各功能元解不相容的,方案,去除,。,例如上例,挖掘机设计,的,功能元解的组合,：,若,动力源,选,电动机,，则与,液力耦合器,、,气垫,、,液压缸传动,等,功能元解,不相容，不能组成可实现的,原理方案,。,定性选取,是在比较出,几个满意的方案,后，再采用科学的,评价方法,进行,定量评价,，从中选出,符合,设计要求的,最佳原理方案,。,10.2.3,系统化设计法的设计应用举例,下面通过,例,10-2,来说明应用,功能分析法,进行,原理方案设计,的过程,和思路。,例,10-2,瓶盖整列装置,的,原理方案设计,。,设计要求,：把放置不规则的,一堆瓶盖,整列成,口朝上的状态,并,逐个输出,。瓶盖的形状和尺寸见,图,10-8,，,瓶盖重量为,10g,，,整列速度为,100,个,/ min,，,能量为,220V,交流电的高压气（压力,6105Pa,），,其余功能要求,见,表,10-,3,。,图,10-8,瓶盖尺寸,功能,(1),不规则放置瓶盖整列为口朝上逐个输出,基本要求,(2),整列速度为,100,个,/min,必达要求,(3),整列误差小于,1/1000,必达要求,加工,(4),小批生产、中小型厂加工,基本要求,成本,(5),成本不高于,2000,元,/,台,附加要求,(6),结构简单,附加要求,使用,(7),使用方便,附加要求,表,10-3,瓶盖整列装置的功能要求,解,：,（,1,）,明确任务要求,（,2,）,功能分析,总功能,：,瓶盖整列,，其,黑箱模型,如,图,8-,9,所示。,功能分解,：建立出,总功能,与,分功能,之间的,功能结构关系,如下,:,图,10-9,瓶盖整列功能的黑箱模型,（,3,）,功能元求解,采用,形态学矩阵,求解。建立的相应的,形态学矩阵,如,表,10-4,所示。,表,10-4,瓶盖整列装置的形态学矩阵,（,4,）,系统解,由,表,10-4,，将,各功能元,的,局部解,予以,组合,，可得,N,86637,6048,（,个系统解,）。,现列出其中,4,种系统解,如,图,10-,10,所示。,图,10-10,瓶盖整列装置的典型系统解,（,5,）,评价与决策,现采用,简单评价法,。,用“”表示,很好,，“”表示为,好,，“”表示,不好,，其,评价结果,列,于,表,10-5,。,方案,评价准则,整列速度高,整列误差小,成本低,便于加工,结构简单,操作方便,总 计,4 “,”,9 “,”,1 “,”,0,表,10-5,瓶盖整列装置评价表,总计结果表明,，,方案,为较理想的方案。,至此用,功能分析法,的概念完成了本例,瓶盖整列装置,的,原理方案设计,阶段工作。,技术设计阶段,主要是,确定,功能零部件的,结构,、,材料,和,尺寸,，使,原理方案,具体化。,10.3,创造性设计法,创造性方法,是,工程技术设计方法,的重要组成部分，它贯穿于,工程技术设计,的,全过程,之中。,随着,现代科技发展速度加快,以及,市场竞争日益激烈,，在,工程技术,设计,和,产品生产,中，大力倡导并推广,创造性方法,，显得尤为重要。它,是提高产品设计水平，增加产品竞争能力的根本措施和手段。,10.3.1,创造力开发和创造过程,1.,创造力的开发,设计,是一种,创造性活动,，这种,创造性活动的效果,很重要的部分,是取决于,设计人员,的,创造力,（即科技人员的,创造发明的能力,）。,因此，开发,工程技术人员,的,创造力,，对于提高产品设计的水平,和质量，具有决定性意义,。,工程技术人员,的,创造力,是,多种能力,、,个性,和,心理特征,的,综合表现,。,它包括,观察能力,、,记忆能力,、,想象能力,、,思维能力,、,表达能力,、,自我控制能力,、,文化素质,、,理想信念,、,意志性格,、,兴趣爱好,等因素。,其中,想象能力,和,思维能力,是,创造力,的核心，是将观察、记忆所得,信息有控制地进行,加工变换,，,创造表达出,新成果,的,整个创造活动,的中,心。,这些能力,和,素质,，经过学习和锻炼，都是可以改善和提高的。,认识了,创造力,的构成，,工程技术人员,就应该自觉地开发,自己的创造力,。,首先要破除神秘感，认识到,创造发明,不只是某些天才或专家的,事，,每个正常人,都有一定的,创造力,，积极进行,创造实践,，必能不断提,高,自己的创造力,。,其次，要树立创新意识，保持创新热情。,有了正确的思想基础，加强创新思维的锻炼，掌握必要的,创新技法,，必能产生,创新成果,。,2.,创造过程,创造,作为一种,活动过程,，一般要经过如下,几个阶段,：,(1),准备阶段,，是指提出问题，明确创新目标，搜集资料，,进行定向科学分析的过程。,(2),创造阶段,，是指构思、顿悟和发现等的过程。,(3),整理结果阶段,，是指验证、评价和公布等的过程,。,上述,三个阶段,是,创造过程,的一般进程。美国 “,新产品和过程发展组织与管理协会,” 顾问,G.Freedman,则提出可把,发明创造过程,归纳为如下,七个步骤,：,(1),意念,（发明创造始于,意念,）；,(2),概念报告,（包括,意念,之间的联系及制约关系和把,意念,转变,成,实际方案,的途径）；,(3),可行模型,（对,概念是否可以实现,的进行验证的一步骤）,;,(4),工程模型,（展示,概念能否实现其功能,的一个重要步骤）；,(5),可见模型,（从,工程模型,演变成,可见模型,的阶段）；,(6),样品原型,（,样品原型,不是由,发明创造者,在试验室制造的，而是由车间制造的）；,(7),小批生产,（在,生产线上,把,创造发明,实现）。,上面这,七个步骤,总结了一个,发明创造过程,的,程序,。,应当指出，在,计算机模拟技术,发展的今天，,上述过程,中的,模型制,作工作,可以用,计算机模拟方式,来取代，这将大大缩短整个,创造发明的,周期,。,10.3.2,创造性思维及其特点和类型,1.,创造性思维的特点,工程,及,产品设计,离不开,创造性思维活动,。,无论从,狭义的还是广义的设计,角度讲，,设计的内涵,是,创造,，,设计思维的内涵,是,创造性思维,。,人们碰到问题，不依靠,已掌握的知识经验,去解决，而是将头脑中的,各种信息,，在新的甚至是突然的启发下，重新,综合集成,，形成,新联系,，加以解决。,这种思维,是与,常规思维,不同的,创造性思维,。,创造性思维,是,整个创造活动,中体现出来的,思维方式,。,创造性思维,是,多种思维类型,的,综合,。,它,具有,如下特点,：,(1),独创性,创造性思维,所,要解决的问题,是不能用,常规的、传统的方式,解决的,问题。它要求重新,组织观念,，以便产生某种至少以前在,思维者,头脑中,不存在的、新颖的、独特的,思维,。这就是它的,独创性,。,它敢于,对,司空见惯,或认为,完美无缺的事物,提出怀疑,，敢于向旧的传统和习惯挑战，敢于否定自己思想上的 “,框框,” ，从,新的角度,分析问题，寻求,更合理的解法,。,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，但需要提炼得,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,加入,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,，形成一种性能优异的,电晶体,。,此项成果,轰动世界，获得,诺贝尔奖,。,(2),推理性,推理性,是,创造性思维,的特点之一，它能引导人们由,已知,探索,未知,，开阔思路。,推理性,通常表现为,三种形式,：,纵向,、,横向,和,逆向推理,。,纵向推理,针对某现象或问题，立即进行,纵深思考,，探寻其本质而得到新的启示。,横向推理,则通过,某一现象,联想到特点与它相似或相关的事物，从,而得到,该现象,的新应用。,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。由此引发了,摩擦焊,的发明。,逆向推理,则是针对,现象,、,问题,或,解法,，分析其相反的方面,进行逆,推,，从,另一角度,探寻新的途径。,(3),多向性,创造性思维,要求向,多种方向发展,，寻求,新的思路,。,它可以指从,一点向多个方向,的扩展，提出多种设想、多种答案。,它也可以指从,不同角度对一个问题,进行思考、求解。,例如，,过河问题的解决,可以通过,桥,、,船,、,游泳,、,等,多种方式,，这就是对,过河问题,的,多向考虑,。,(4),跨越性,在,创造性思维,中常常出现,一种突如其来,的,领悟,或,理解,。,它往往表现为,思维逻辑,的,中断,，出现,思想的飞跃,，,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。,如,门捷列夫,就是在,快要上车,去外地出差时，头脑中,突然闪现,了,未来,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,跹起舞，突然悟出了,其基本分子结构,。,创造性思维,的这一特点，从,思维进程,来说，它表现为省略思维步骤，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，这就是它的,跨越性,。,(5),综合性,创造性思维,也是一种,综合思维,。,它既善于,选取前人智慧宝库中的精华，通过巧妙结合，形成,新的成果,；,又能善于,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,；,还能对,占有的材料进行深入分析，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,。,创造性思维综合性,的典型的,范例,，就是,美国阿波罗登月飞船工程,的创造。美国阿波罗登月飞船是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,是由,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。把已有的东西加以,新的综合,，无疑是一种,杰出的创造,。,2.,创造性思维的几种形式,创造性思维,常见的,几种形式,是：,抽象思维与形象思维,；,直觉思维与灵感思维,；,发散思维与收敛思维等,。,（,1,）,抽象思维与形象思维,抽象思维,，亦称,逻辑思维,。,它是,以,抽象的概念,和,推论,为形式的,思维方式,，是认识过程中用反映事物,共同属性,和,本质属性的,概念,作为,基本思维形式,，在,概念的基础,上进行,判断,、,推理,，,反映现实,的一种,思维方式,，使,认识,由,感性个别,到,理性一般,再到,理性个别,。,形象思维,属于,非逻辑思维,，是运用过去感知过的事物的映象进行分析、综合、抽象、概括的过程，它以,直观形象,作为再思维的目标及基础。,形象思维,在每个人的,思维活动,和人类所有,实践活动,中，均广泛存在，具有其普遍性。,许多设计、许多科学的,发明创造,，往往是从对,形象,的观察、思维中受到启发而产生的，有时还会取得,抽象思维,难以取得的成果。,在,创造活动,中，,形象思维,和,抽象思维,相互联系，相互渗透。,例如，,法拉第,观察到把,铁屑撒在磁铁周围,时，,铁屑,呈有规则的曲,线，从,一个磁极,到,另一个磁极,。经过分析、综合、抽象、概括之,后，他把,这种曲线,称之为,“,力线,”,，并确信它不只是,几何的,，同时具,有,物理性质,，导线切割磁力线时,其感应电流大小取决于被切割的磁力,线数,的现象就是证明。,又通过运用,概念,、,判断,、,推理过程,，他又以高度的想象力,论证了,电荷,和,磁极,周围的空间,存满了,向各个方向散发出去的,“,力线,”,，从而进一步提出了,“,场,”,的概念。,法拉第,的,“,力线,”,和,“,场,”,的概念是他对,电磁理论,的最重要贡献。这一贡献是,抽象思维,与,形象思维,对立统一的产物。,（,2,）,直觉思维与灵感思维,直觉,是人类一种独特的,“,智慧视力,”,，是能动地了解事物对象的,思维闪念,。,直觉思维,能以少量的,本质性现象,为,媒介,，直接把握事物的,本质,与,规律,；也是一种不加论证的,判断力,，是思想的,自由创造,。,灵感,是人们借助,直觉启示,而对问题得到突如其来的,领悟,或,理解,的一种,思维形式,。,灵感,是一个突然内现、瞬息即逝的短暂,思维过程,，是一种把隐蔽在潜意识中的事物信息，在需要解决某一问题时，,其信息,就以适当的形式突然表现出来的创造能力。,它,是,创造性思维,的最重要的形式之一。,直觉,与,灵感思维,的,基础,仍是人们已经获得的,知识,和,经验,，并且常在思想高度集中、苦苦思索时产生，它的结果常常非常新颖，并且具有,突发性,。,爱因斯坦,说：“ 我相信,直觉,和,灵感,” 。他的关于,狭义相对论,的著名论文，便是在抓住,意识到,同时性的,相对性,这一 “,灵感的闪光,”后很快完成的。,（,3,）,发散思维与收敛思维,发散思维,又称,辐射思维,或,求异思维,。,它,是指,思维者,不受,现有知识,和,传统观念,的局限与束缚，沿着不同,方向多角度,、,多层次地,去思考、去探索问题的,各种可能答案,的一种思维方式。,发散思维,是,创造性思维,的一种主要形式。,它,在,技术创新,和,产品开发,中具有特别重要的意义。,在,技术原理,的开发方面，运用,发散思维,可以多侧面、多角度、多,领域、多场合地对同一技术原理的应用途径进行设想。,著名创造学,家吉尔福特,说：“ 正是在,发散思维,中，我们看到了,创造性思维,的最明显的标志 ”。,收敛思维,亦称,集中思维,、,求同思维,或,定向思维,。它是以某一思考对象为中心，从不同角度、不同方面将思路指向该对象，以寻找解决问题的,最佳答案的思维方式,。,在,设想,的实现阶段，,这种思维形式,常占主导地位。,在,创造性思维过程,中，,发散思维,与,收敛思维,是相反相成的。只有把两者很好结合使用，才能获得创造性成果。,10.3.3,创造技法,1.,智暴法,智暴法,是一种,集体创造性思考法,。,它是针对,一个设计问题,，召集,5,10,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,每个人的,直觉,、,灵感,、,想象力,，让大家在和睦、融洽的气氛中,自由思考,，不论什么思想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,较好的设计方案,。,这种方法,适合求解,产品设计原理方案,。,2.,提问法,提问法,可围绕,老产品,有针对性地系统地,提出各种问题,，通过,提问,发现原产品,设计,、,制造,、,营销等环节,中的不足之处，找出需要和应该,改进之点,，从而,开发出新产品,。,常用的提问法,有：,5W2H,法,奥斯本设问法,等,1,）,5W2H,法,针对,需要解决的问题,，提出以下,七方面的疑问,，从中启发,创新构,思,。,这七个方面的疑问,，用英文字表示时，其首为,W,或,H,，,故归纳,为,5W2H,。,（,1,）,Why,：,为什么要设计该产品？采用何种总体布局？,（,2,）,What,：,该产品有何功能？有哪些方法用于这种设计？是否需要创新？,（,3,）,Who,：,该产品用户是谁？谁来设计？,（,4,）,When,：,什么时候完成该设计？各阶段时间怎么划分？,（,5,）,Where,：,该产品用于何处？在何地生产？,（,6,）,How to do,：,怎么设计？结构、材料、形态如何？,（,7,）,How much,：,生产多少？,2,）,奥斯本设问法,为了扩展思路，,奥斯本,建议从,不同角度进行发问,。他把,这些角度,归纳成,几个方面,，并列成,一张目录表,，,此表,可针对不同目的设置问,题，如针对研制新产品，可以从,以下角度设置问题,：,(1),转化,：,该产品能否稍作改动或不改动而有其它用途？,(2),引伸,：,能否从该产品中引出其它产品，或用其它产品模仿该,产品？,(3),变动,：,能否对该产品进行某些改变，如运动、结构、造型、工,艺等？,(4),放大,：,该产品放大（加厚、变长、,）后如何？,(5),缩小,：,该产品缩小（变薄、缩短、,）后如何？,(6),颠倒,：,能否反正（上下、前后、,）颠倒使用？,(7),替代,：,能否用其它产品替代该产品？或部分替代如材料、动力、,工艺，,(8),重组,：,零件能否互换？,(9),组合,：,现有的几个产品能否组合为一个产品？如何组合（整体、,零部件、功能、材料、原理，,）？,通过,这九个方面,的,层层发问,，都可得到许多新的,设计方案,，从中优,选就可开发出,新产品,。,3.,类比法,类比法,是利用,相似原理,进行,仿形移植,、,模拟比较,、,类比联想,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,的外型设计，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,有类似之处的其它事物，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。,如要,设计,一种,开罐头瓶,的,新工具,，就可以选一个,“,开,”,字，先抛,开,罐头瓶问题,，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,开罐头瓶,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,：如,果我是某个技术对象，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地幻想中的,事物,、,现象,作,类比,，以探求,新观念,、,新解法,。,4.,组合创新法,组合创新法,是按照一定的技术需要，将两个或两个以上的,技术因素,通过,巧妙的组合,，去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,，它既包括相对独立的,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,：,性能组合,原理组合,功能组合,结构重组,模块组合,（,1,）,性能组合,根据对,原有产品,或,技术手段,的,不同性能,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,（,F.White,）,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,空气推动原理,，将,飞机螺旋桨,放,于,机尾,，而把,稳定翼,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,又称,组合设计,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,获得,多种有价值的,设计方案,。,这种方法,适用于,产品的系列开发,。,本章结束,Thank You！,