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創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維基礎(chǔ)和創(chuàng)新技法講義-在線瀏覽

2025-02-15 20:20本頁(yè)面
  

【正文】 5 2023/1/31 ?例: 金屬磨損問(wèn)題 問(wèn)題: 機(jī)械設(shè)備失效 70%是由于金屬磨損引起的。 我國(guó) GDP占世界 4%, 消耗了世界 30%以上的鋼材。僅磨料磨損每年要消耗 300多萬(wàn)噸鋼。 由徐濱士院士 、 鐘群鵬院士 、 丁傳賢院士 、 張福澤院士等 17位專家組成的鑒定委員會(huì)一致同意該項(xiàng)目通過(guò)鑒定: “ 金屬磨損自修復(fù)材料是一項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的的高科技產(chǎn)品 , 具有世界先進(jìn)水平 ” 。用 ART處理機(jī)械零件可以在其摩擦表面上生成耐磨保護(hù)層 。 2.顯著改善接觸和摩擦表面的物理 化學(xué)和力學(xué)性能。 4.降低機(jī)械損耗。 ? 設(shè)問(wèn)探求法 1. 設(shè)問(wèn)探求的工具: 1)有無(wú)其他用途? 2)能否借用? 3)能否改變? 4)能否擴(kuò)大? 5)能否縮小? 6)能否代用? 7)能否從新調(diào)整? 8)能否顛倒過(guò)來(lái)? 9)能否組合? 2. 設(shè)問(wèn)探求法的特點(diǎn): “ 創(chuàng)造技法之母 ” ,適合各種類型和場(chǎng)合的創(chuàng)造性思考; 原因在于 1)設(shè)問(wèn)探求法是一種強(qiáng)制性思考,有利于突破不愿提問(wèn)的心理障礙; 2)設(shè)問(wèn)探求是一種多角度發(fā)散性思考過(guò)程;3)設(shè)問(wèn)探求提供了創(chuàng)造活動(dòng)最基本的思路。 2) 探求思考的要求 : (1)對(duì)每一條提問(wèn)項(xiàng)目視為單獨(dú)的一種創(chuàng)造技法,如 “ 能否顛倒 ” 視為 “ 逆反思考法 ” ; (2)結(jié)合其它創(chuàng)造技法運(yùn)用,如“ 能否改變 ” 克杰和缺點(diǎn)列舉法改變事物的缺點(diǎn); (3)對(duì)設(shè)想進(jìn)行可行性分析,盡可能的探求出有價(jià)值的新構(gòu)思。 56 例:列舉電冰箱的潛伏式缺點(diǎn)并提出若干創(chuàng)意! 1)使用氟利昂 (freon,壓縮式冰箱的致冷劑 ),產(chǎn)生環(huán)境污染; 2)如何抗菌? 3)患有高血壓的人不能給電冰箱除霜,因?yàn)楸菀自斐?“ 寒冷加壓 ” 。 57 希望點(diǎn)列舉法 希望列舉法:設(shè)計(jì)者從社會(huì)需要或個(gè)人愿望出發(fā),通過(guò)列舉希望來(lái)形成創(chuàng)造目標(biāo)或課題的創(chuàng)新技法。 58 希望點(diǎn)列舉法 2. 社會(huì)需要分析 社會(huì)需要:是一種社會(huì)心理狀態(tài),使人們各種心理欲望的集合,使人們?yōu)榱俗陨淼纳婧途S持社會(huì)的發(fā)展而對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、教育、文化、科技等方面產(chǎn)生的追求。 社會(huì)需要的特點(diǎn):復(fù)雜化、不止境、動(dòng)態(tài)性、關(guān)聯(lián)性。 59 希望點(diǎn)列舉法 3. 希望的鑒別 1) 表面希望和內(nèi)心希望的鑒別 醫(yī)療工程師,為了滿足殘肢人的希望,構(gòu)思了一種具有套疊伸縮和連續(xù)旋轉(zhuǎn)功能的假臂,而殘肢人看到此先進(jìn)的多功能假臂方案之后,竟揚(yáng)長(zhǎng)而去。 1. 事物的三種特性 名詞特性 ——整體、部分、材料、制造方法; 形容詞特性 ——性能; 動(dòng)詞特性 ——功能; 2. 特性列舉法運(yùn)用程序 1) 確定創(chuàng)造對(duì)象并加以分析:分析了解事物現(xiàn)狀,熟悉其基本結(jié)構(gòu)、工作原理及使用場(chǎng)合等; 2) 列舉特性并進(jìn)行歸類整理:按三種特性進(jìn)行特性列舉,重復(fù)的合并、矛盾的協(xié)調(diào)統(tǒng)一; 3) 依據(jù)特性項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)造性思考 61 例: 運(yùn)用特性列舉法提出電風(fēng)扇創(chuàng)新設(shè)計(jì)新設(shè)想! (1)分析現(xiàn)有電風(fēng)扇 觀察待改進(jìn)的電風(fēng)扇,搞清其基本組成、工作原理、性能及外觀等特點(diǎn)。 因素:構(gòu)成事物的特性因子;形態(tài):應(yīng)的實(shí)現(xiàn)各功能的技術(shù)手段; 2. 形態(tài)分析法的運(yùn)用程序 1) 因素分析:確定因素時(shí)應(yīng)滿足 3個(gè)基本條件,一是各因素在邏輯上彼此獨(dú)立,二是在本質(zhì)上是重要的,三是在數(shù)量上是全面的; 2) 形態(tài)分析:按照創(chuàng)造對(duì)象對(duì)因素所要求的功能屬性,列出多因素可能的全部形態(tài) (技術(shù)手段 )——發(fā)散思維; 3) 方案綜合:可以采取形態(tài)學(xué)矩陣或綜合表的形式進(jìn)行方案綜合; 4) 方案評(píng)選:先制定選優(yōu)標(biāo)準(zhǔn),一般用新穎性、先進(jìn)性和實(shí)用性三條標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初審,再用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),好中選優(yōu)。 聯(lián)想是創(chuàng)造之母,是思維大廈的基礎(chǔ)! 67 例 1: 火星上一定有水! 1)大氣層和水是生命存在的條件; 2)科學(xué)家觀測(cè)火星上有大氣層; 3)人們想象如果火星上有水或曾有水,那么火星上可能存在或存在過(guò)生命; 4)2023年元月,美國(guó) “ 勇氣號(hào) ” 、 “ 機(jī)遇號(hào) ” 火星車登陸火星,基本確定火星上存在生命。 69 例 1: 最后一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的金屬元素 ——錸! 1) 20世紀(jì) 30年代,隨著電氣工業(yè)的迅速發(fā)展,需要一種比鎢更理想的金屬來(lái)做燈絲材料; 2) 俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫 1896年宣布元素周期律,預(yù)言空缺位置有新元素未發(fā)現(xiàn),并預(yù)言它們的基本性質(zhì),其中在鎢旁邊有一個(gè)空格 (75號(hào)未知元素 ); 3) 1925年德國(guó)化學(xué)家諾達(dá)克和塔克,花了 3年多時(shí)間,終于在鉑礦中發(fā)現(xiàn)這個(gè)元素 ——錸)。 肯佩爾首次考慮電磁懸浮鐵路, 1934年獲得制造磁懸浮鐵路的基本專利, 1935年運(yùn)用試驗(yàn)?zāi)P妥C實(shí)了磁懸浮, 1953年寫(xiě)成科學(xué)報(bào)告 《 電子懸浮導(dǎo)向的電力驅(qū)動(dòng)鐵路機(jī)車車輛 》 ; 5) 1969年德國(guó)牽引機(jī)車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車系統(tǒng)模型 (TR01), 1972年又研制成 TR02型,該車時(shí)速為 165km,磁懸浮列車發(fā)展的第一個(gè)里程碑; 6) 2023年 12月 2日,日本線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車時(shí)速達(dá) 581公里,創(chuàng)列車載人運(yùn)行世界最快紀(jì)錄; 7) 2023年 3月 1日,世界上首條商業(yè)運(yùn)行的上海磁懸浮列車投資 89億,上海至浦東機(jī)場(chǎng)30公里只需 7分鐘,設(shè)計(jì)時(shí)速 505公里,運(yùn)行時(shí)速 430公里,票價(jià) 75元。 (透明無(wú)色、外形似冰、可以燃燒 ) 4) 性能:能量密度高,雜質(zhì)少、無(wú)污染,分布廣、資源豐富,有望成為石油之后人類的又一支柱能源。 例: 尋找可以燃燒的冰! 4. 強(qiáng)制聯(lián)想 1) 特異功能的表演者可以隔墻猜物,你認(rèn)為可能嗎?為什么? 2) 照相機(jī)和攝像機(jī)可能隔墻攝像嗎? 3) 歐洲航天局 (European Space Agency)發(fā)明了一種能以兆兆赫波段拍攝圖像的新工藝,并且看到了它在航天、航空、醫(yī)學(xué)和制藥學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。 72 ——將完全無(wú)關(guān)或關(guān)系相當(dāng)偏遠(yuǎn)的多個(gè)事物或想法牽強(qiáng)附會(huì)的聯(lián)系起來(lái),進(jìn)行非邏輯型的聯(lián)想,以次達(dá)到創(chuàng)造目的的創(chuàng)新技法。 例: 特異功能與隔墻攝像機(jī)! 相機(jī)可以發(fā)射出極短的高強(qiáng)度鐳射光束來(lái)照亮一個(gè)場(chǎng)景,然后通過(guò)收集反射回來(lái)的光線構(gòu)建出整個(gè)場(chǎng)景的畫(huà)面 ——包括隱藏在角落里的,并非直接看到的東西。 77 德國(guó)人發(fā)明一種新型垃圾桶,當(dāng)游客把垃圾扔進(jìn)垃圾桶時(shí),它會(huì)說(shuō)“ 謝謝! ” ,因此引起游客的興趣,不自覺(jué)地起到增強(qiáng)保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生的作用。按照比較對(duì)象的不同,分為四類。 78 ——將創(chuàng)造對(duì)象直接與相類似的事物或現(xiàn)象作比較。 每位同學(xué)列舉一個(gè)? 4. 因果類比 1) 愛(ài)迪生發(fā)明電燈 —— 白熾燈(鎢絲等金屬絲 +電流發(fā)光); 2) 熒光燈 —— 惰性氣體作為通電介質(zhì); 3) 以上燈具效率太低,只有 5%電能轉(zhuǎn)化為光能; 4) 能否發(fā)明更高效率的燈具? 5) 早在 40年前,科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體晶體在電流作用下會(huì)發(fā)光,但只能發(fā)出微弱光線; 6) 經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的不懈探索,半導(dǎo)體材料不斷改進(jìn),發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)重大突變。在同樣亮度下,耗電為普通白熾燈的 1/10,壽命可延長(zhǎng) 100倍;現(xiàn)在我國(guó)一年照明耗電量為 2023億 kw?h,光源替代后,每年可節(jié)約近 800億 kw?h,相當(dāng)于 2各三峽電站。 80 ——根據(jù)一事物的因果關(guān)系推出另一事物的因果關(guān)系的思維方法。根據(jù)回聲探測(cè)目標(biāo)的方法 “ 回聲定位 ” ; 3) 利用這種超聲波探測(cè)原理,可以用于測(cè)量海底地貌、探測(cè)魚(yú)群、尋找潛艇、探測(cè)物體內(nèi)部缺陷、為盲人指路等。 1. 原理仿生 例: 蝙蝠的 “ 眼睛 ” ! 例: 驅(qū)蚊儀! 蚊子叮人吸血 是不是所有蚊子都是 “ 吸血鬼 ” ? 只有交配后懷卵的雌蚊才叮人 為什么? 懷卵后的雌蚊厭惡雄蚊靠近,一旦雄蚊飛來(lái),就立即飛逃而去 怎么利用這個(gè)原理? 研制一種能產(chǎn)生與雄蚊飛翔時(shí)翼聲的頻率相似的裝置,就可以驅(qū)蚊 加拿大率先在蒙特利爾市建立了一座 “ 驅(qū)蚊電臺(tái) ” ,發(fā)射特殊的電波,經(jīng)收音機(jī)接受播放,變?yōu)橐环N驅(qū)蚊信號(hào) ——驅(qū)蚊儀! 82 2. 結(jié)構(gòu)仿生 1) 蒼蠅長(zhǎng)著 5只眼睛。兩側(cè)的眼睛才是蒼蠅的主要視覺(jué)器官,是一種半球形的 “ 復(fù)眼 ” 。 2) 根據(jù)蒼蠅復(fù)眼結(jié)構(gòu)的原理,人類發(fā)明了復(fù)印機(jī);印刷機(jī)的復(fù)眼透鏡;“ 蠅眼照相機(jī) ” 一次就能照出幾十、幾百、幾千張相同或不同的照片,對(duì)軍事和科研有著特殊的用途;還有能使導(dǎo)彈系統(tǒng)的命中精度大大提高的 “ 蠅眼制導(dǎo)系統(tǒng) ” ;可以監(jiān)視整個(gè)天空高能宇宙射線的 “ 空氣簇射探測(cè)器 ” 等;科學(xué)家們目前正在深入探索蒼蠅的視覺(jué)系統(tǒng),以尋求研制新型的智能計(jì)算機(jī)的新途徑。 公元前 500年,中國(guó)人制成了會(huì)飛的直升竹蜻蜓,這是直升飛機(jī)的起源。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生氣流,旋轉(zhuǎn)達(dá)的翼片切入氣流,產(chǎn)生升力。 徐正明,整天琢磨小孩玩的竹蜻蜓,想制造一個(gè)類似蜻蜓的直升飛機(jī),并且想把人也帶上天空。它有像竹蜻蜓一樣的螺旋槳,架駛座像一把圈椅,依靠腳踏板通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng),試飛時(shí)候,它居然飛離地面一尺多高,還飛過(guò)一一條小河溝,然后落下來(lái)。 1796年英國(guó)的克雷設(shè)計(jì)了四葉式直升飛機(jī)。 1967年法國(guó)工程師路易士 1932年德國(guó)的??私淌谠O(shè)計(jì)出了一架直升飛機(jī)??纱怪逼痫w,飛到幾米高空停住,再向前或向后飛行,還可向左向右飛行,也可 360176。 1946年作為交通工具直升飛機(jī)開(kāi)始使用。速度達(dá)每小時(shí) 200公里。 3. 外形仿生 86 例 1: 狼和狗在行走時(shí)是以爪尖接觸地面的,很適于奔跑! —— 從而,造出短跑運(yùn)動(dòng)員穿的釘子鞋 。以上陡坡,坦克也只能望而興嘆? 2) 仿蝗蟲(chóng)行走方式,研制出六腿行走式機(jī)器,代替履帶,從而可以輕松行進(jìn)崎嶇山路之中。 88 例 3: 袋鼠行走! 4. 信息仿生 89 ——通過(guò)研究、模擬生物的感覺(jué)(包括視覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等)、語(yǔ)言、智能等信息機(jī)器及其存儲(chǔ)、提取、傳輸?shù)确矫娴臋C(jī)理,構(gòu)思和研制出新的信息系統(tǒng)的仿生方法。 可以用于化學(xué)、食品工業(yè),也可以用于分析礦井、倉(cāng)庫(kù)、潛艇和宇宙飛船座艙里的氣體成分,還可以用于探礦和作輸氣管道的檢漏。 4. 信息仿生 1) 青蛙在稻田里,盡管它眼前的禾稈上停著一只飛娥,它卻 “ 熟視無(wú)睹 ” ,可是,飛蛾剛一展翅起飛,青蛙就以迅雷不及掩耳之勢(shì)發(fā)動(dòng)攻擊 ? 2) 仿生學(xué)家研究了蛙眼的原理和結(jié)構(gòu),發(fā)明了電子蛙眼; 3)用途:如在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上,經(jīng)電子蛙眼和雷達(dá)相配合,可以向蛙眼一樣,敏銳迅速的跟蹤飛行中的真目標(biāo),及時(shí)區(qū)別真假,克敵制勝。 例 2: “ 電子蛙眼 ” ! 5. 擬人仿生 ——模擬人體結(jié)構(gòu)功能等 1) 模擬人腦頭蓋骨的結(jié)構(gòu),由八塊骨片組成,形薄、體輕、但卻極堅(jiān)固; 2) 將屋頂與頭蓋骨的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行類比,成功建造著名的羅馬體育館; 91 例 1: 薄殼建筑羅馬體育館! 例 2: 仿生機(jī)器! 1) 仿生機(jī)械手:模擬人的握拳運(yùn)動(dòng); 2) 仿生機(jī)器人:仿生人的機(jī)體、器官、組織
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