第二章机械创新设计的思维基础.

LOGO机械创新设计教材：机械创新设计（第2版）北京理工大学张春林主编第一篇机械创新设计的基础知识篇第二章机械创新设计的思维基础第三章机械创新设计的技术基础第二章机械创新设计的思维基础第一节思维概述第二节思维的类型第三节创造性思维的形成与发展第四节思维方式与创新方法第一节思维概述思维——人脑对所接受和已存储的来自客观世界的信息进行有意识或无意识、直接或间接的加工，从而产生新信息的过程。思维有如下特性：一、思维的间接性和概括性二、思维的多层性三、思维的自觉性与创造性第一节思维概述一、思维的间接性和概括性思维的间接性指的是凭借其它信息的触发，借助于已有的知识和信息，去认识那些没有直接感知过的或根本不能感知的事物，以及预见和推知事物的发展过程。例：考古人员通过观察化石推测历史警察通过观察脚印等推测罪犯身体特征思维的概括性指的是它能够去除不同类型事物的具体差异，而抽取其共同的本质或特征加以反映。例：鲸不是鱼冰块，水蒸气都是水二、思维的多层性思维有高级和低级，简单和复杂之分，也就是说，思维具有层次性。同一事物，不同人有不同看法。《荷花淀》中景物描写：“要问白洋淀有多少苇地，不知道，每年出多少苇子，也不知道。只晓得每年芦花飘飞苇叶黄的时候，全淀的芦苇收割，垛起垛来，在白洋淀周围的广场上，就成了一条苇子的长城”理解的第一层：两个否定句“不知道”正是为了后文的“只晓得”，突出了苇地的宽广、芦苇的茂密，白洋淀的美丽富饶；理解的第二层：祖国山河之美、国土之圣，岂容侵略者践踏、蹂躏；理解的第三层：正因如此，水生踊跃参军，水生嫂全力支持就有了思想基础。盗梦空间苹果第一节思维概述三、思维的自觉性与创造性顿悟是思维自觉运行的结果，是思维过程中出现质量上的飞跃。思维的自觉性也称为灵感思维。其最大的特征是爆发性与瞬间性，只有善于扑捉这一短暂的灵感思维，才会发生量变到质变的创造成果。爱迪生：“勤奋+灵感=天才”良好的思维方式是发明创造的前提。第二节思维的类型思维具有流畅性、灵活性、独创性、精细性、敏感性和知觉性的特征，根据思维在运作过程中的作用地位，思维主要有以下几种类型：一、形象思维二、抽象思维三、发散思维四、收敛思维五、动态思维六、有序思维七、直接思维八、创造性思维九、质疑思维十、灵感思维一、形象思维形象思维又称为具体思维或具体形象的思维。它是人脑对客观事物或现象的外部特点和具体形象的反映活动。表现形式表象联想想象右脑支配——左半身神经和感觉；左脑支配——右半身神经和感觉语言中枢在左脑，主要完成语言的、逻辑的、分析的、代数思考认识和行为右脑则主要负责直观的、综合的、几何的、绘图的思考认识和行为，右脑是创新能力的源泉左脑具有根强的工具性质，它负责把右脑的形象思维转换成语言爱因斯但曾经说过：“我思考问题时，不是用语言进行思考，而是用活动的跳跃的形象进行思考。当这种思考完成以后，我要花很大力气把他们转换成语言。”“左脑人”将被电脑取而代之，在现实生活中，95%以上的人仅仅使用自己一半的大脑，即左脑。第二节思维的类型二、抽象思维抽象思维又称为逻辑思维。它是凭借概念、判断、推理而进行的反映客观现实的思维活动。抽象思维涉及语言、推理、定理、公式、数字、符号等不能感官的抽象事物，是一个建立概念、不断推理、反复判断的思维过程。概念是客观事物本质属性的反映，是一类具有共同特性的事物和现象的总称。犬猎犬、牧羊犬、警犬、缉毒犬、宠物犬四条腿、锋利牙齿、喜食肉、善奔跑、极其敏锐的嗅觉和听觉等判断是两个或几个概念的联系。推理是两个或几个判断的联系。三、发散思维发散思维又称辐射思维、扩散思维、开放思维等。它是以少求多的思维形式，其特点是从给定的信息输入中产生出众多的信息输出。思维过程：以要解决的问题为中心，运用横向、纵向、逆向、分合、颠倒、质疑、对称等思维方法，考虑所有因素的后果，找出尽可能多的答案，并从许多答案中寻求最佳值，以便有效地解决问题。靠气象发财啤酒瓶容器——（装酒、装油、盛蜡烛）滚压工具——（擀饺子皮、碾药片）装饰品——（作花瓶）乐器——（敲击成音）武器——（打人）第二节思维的类型四、收敛思维收敛思维又称集中思维、求同思维等。是一种寻求某种正确答案的思维形式。它以某种研究对象为中心，将众多的思路和信息汇集于这一中心的思维过程。（1）请说出家中既发光又发热的东西。找出它们的共同点。（2）请写出海水与江水的共同之处，越多越好。（3）鸽子、蝴蝶、蜜蜂与苍蝇有什么相同之处？（4）铜、铁、铝、不锈钢等金属有什么共同的属性？答案（1）家里既发光又发热的东西是存在的，如白炽灯、日光灯、红外线取暖器等等，它们的共同点是：都用电。（2）都是水；都会蒸发；都可养鱼；都可造福人类。（3）会飞、吃东西……（4）传热、导电……五、动态思维动态思维是一种运动的、不断调整的、不断优化的思维活动。其特点是根据不断变化的环境、条件来不断改变自己的思维秩序、思维方向，对事物进行调整、控制，从而达到优化的思维目标。动态思维的模式为：收集新资料——制定新方案——实施——反馈——调整新方案第二节思维的类型六、有序思维有序思维是一种按一定规则和秩序进行的有目的的思维方式，它是许多创造方法的基础。十二变通法、归纳法、逻辑演绎法、信息交合法、场-场分析法“十二变通”法即指人们在观察、认识一个事物时，可以考虑是否可以(1)加一加；(2)减一减；(3)扩一扩；(4)缩一缩；(5)变一变；(6)改一改；(7)联一联；(8)学一学；(9)代一代；(10)搬一搬；(11)反一反；(12)定一定等等，以便引出新观念、新想法，获得创造性的成果。例：齿轮设计过程先选择模数，再标准化，按传动比选择齿数，几何尺寸计算，强度校核1）加一加：在进行某种创造活动过程中，可以考虑在这件事物上还可以添加什么？把这件事物加长、加高、加厚、加宽一点行不行？或者将原物品在形状上、尺寸上、功能上有所“异样”、“更新”，以求实现创新的可能。例如，伽利略发明的望远镜就是“加一加”的典型例子。欧洲有一个磨镜片的工人，有一次，他偶然把一块凸透镜片与一块凹透镜片加在一起，他透过这两片镜片向远处一看，惊讶地发现远处的景物可以移到眼前来。这个发现，后来给科学家伽利略知道了，他对这个无意之中“加一加”而形成的事物进行了研究，终于发明了望远镜。2）减一减：在原来的事物上还可以减去点什么？如将原来的物品减少一点，缩短一点，降低一点，变窄一点，减薄一点，减轻一点等，这个事物能够变成什么新事物，它的功能、用途会发生什么变化？在操作过程中，减少时间、次数可以吗？这样做又有什么效果？例如，隐形眼镜就是将镜片减薄、减小，并减去了镜架而发明的。3）扩一扩现有物品在功能、结构等方面还可以扩展吗？放大一点，扩大一点，会使物品发生哪些变化？这件物品除了大家熟知的用途外，还可以扩展出哪些用途？例如，大家知道吹风机是吹头发的。但在日本，有人想利用吹风机去烘潮湿的被褥，扩展了它的用途。后来在此基础上发明了一种被褥烘干机。如把一般望远镜扩成又长又大的天文望远镜。它的能见度是人肉眼的4万倍，放大率达3000倍。用这种望远镜看星空，38万公里远的月亮，就好像在128公里的近处一样。4）缩一缩将原有物品的体积缩小一点，长度缩短一点会怎样，可否据此开发出新的物品。我国的微雕艺术是世界领先的，其实质也是“缩一缩”。它缩小的程度是惊人的，能在头发丝上刻出伟人的头像、名人诗句等，成为一件件价值连城的珍品。生活中的袖珍词典、微型录音机、照相机、浓缩味精、浓缩洗衣剂（粉）等都是“缩一缩”的结果。5）变一变它是指改变原有物品的形状、尺寸、颜色、滋味、音响等，从而形成新的物品。它也可以从内部结构上，如成分、部件、材料、排列顺序、长度、密度、浓度和高度等方面去变化；还可以从使用对象、场合、时间、方式、用途、方便性和广泛性等方面变化；也可以从制造工艺、质量和数量，对事物的习惯性看法、处理办法及思维方式等方面去变化。例如，企业经营要创新就离不开一个“变”字，如果冷饮食品厂不注重产品的花样翻新，就无法开发出形状、颜色、味道各不相同的新产品，也就无法使企业发展壮大，如果企业不拘现状而不断开发新产品，那么企业就会充满生机和活力。6）改一改它是指从现有事物存在的缺点入手，发现该事物的不足之处，如不安全、不方便、不美观的地方，然后针对这些不足寻找有效的改进措施，以进行发明和创新。“变一变”技巧带有主动性，它表现在发明者要主动地对它进行各方面的变动，是这一事物能保持常新。“改一改”技巧则带有被动型，它常常是事物缺点已暴露出来或人们已发现该事物的缺点后，才为人们所利用的发明技巧，即通过消除某种缺点的方式进行创造。因此，“变一变”对于思维灵活、善于创新的人较适合；“改一改”技巧对于初学者或较保守、不善于发现问题的人更适合，因为这一方法使人更容易发现问题和寻找创造对象。“改一改”技巧的应用范围很广，如拨盘式电话机改为琴键式电话机，手动抽水马桶改为自动感应式抽水马桶等。7）联一联某一事物和哪些因素有联系呢？利用它们之间的联系，通过联一联看可否能产生新的功能，开发新的产品？例如，用手机可以发短信，一直以来都是通过按键输入的，将其与手写信息联系起来，通过联一联开发出了可以手写输入的手机，方便的手机用户。8）代一代它是指用其他的事物或方法来代替现有的事物，从而进行创新的一种思路。有些事物尽管应用的领域不一样，使用的方式也各有不同，但都能完成同一功能，因此，可以试着替代，既可以直接寻找现有事物的代替品，也可以从材料、零部件、方法、颜色、形状和声音等方面进行局部替代。看替代以后会产生哪些变化？会有什么好的结果？能解决哪些实际问题？例如，曹冲称象可以说是“代一代”典型事例。又如，用各种快餐盒代替传统的饭盒，用复合材料代替木材、钢铁等。9）搬一搬将原事物或原设想、技术移至别处，使之产生新的事物、新的设想和新的技术。即把一件事物移到别处，还能有什么用途？某个想法、原理、技术搬到别的场合或地方，能派上别的用处吗？例如，利用激光的特点来进行激光打孔、激光切割、激光磁盘、激光测量、激光唱片、激光照排、激光治疗近视眼等；将日常照明电灯通过改变光线的波长，制作紫外线灭菌灯、红外线加热灯，改变了灯泡颜色，又成了装饰彩灯；把灯泡放在道路的路口，就成了交通灯。10.反一反“反一反”就是将某一事物的形态、性质、功能及其正反、里外、横竖、上下、左右、前后等加以颠倒，从而产生新的事物。“反一反”的思维方法又叫逆向思维，一般是从已有事物的相反方向进行思考。例如，尽人皆知的司马光砸缸的故事就是其典型的事例。一个小朋友不小心落到了水缸里，司马光突破要救人必须得“人离开水”这一常规想法，而是将缸砸破，使水离开人，将小朋友救起。11）定一定“定一定”是指对某些发明或产品定出新的标准、型号、顺序，或者为改进某种东西，为提高学习和工作效率及防止可能发生的不良后果做出的一些新规定，从而进行创新的一种思路。例如，有人用“定一定”发明了一种“定位防近视警报器”。他利用微型水银密封开关，将其与电子元件、发音器一起安装在头带式耳机上，经调节，规定头部到桌子的距离，当头低到超过这个规定值时，微型水银开关接通电源，并发出警告声，提醒人要端正坐姿。12）学一学学习模仿别的物品的原理、形状、结构、颜色、性能、规格、动作、方法等，以求创新。如科学家研究了蝙蝠飞行原理，发明了雷达；研究了鱼在水中的行动方式，发明了潜水艇；研究了大鲸在海中游行的情形，把船体改进成流线型，大大提高了轮船航行的速度。英国人邓禄普发明充气轮胎也是同样。一次，他看儿子骑着硬轮自行车在卵石道上颠簸行驶，非常危险。他想，能否做一种新的可以减小震动的轮胎呢？在花园里，他看到了浇水的橡皮管，踩一脚上去觉得很有弹性，于是他利用橡胶的弹性，成功发明了充气轮胎。有一个工厂的存煤发生自燃，引起火灾。煤为什么会自燃？七、直接思维直接思维是创造性思维的主要表现形式。直接思维是一种非逻辑抽象思维，是人基于有限的信息，调动已有的知识积累，摆脱惯常的思维规律，对新事物、新现象、新问题进