创新思维与方法教材.doc

《创新思维与创新方法》教材
第一部分 创新思维与创新技法
一、创新思维的定义
创新思维是运用原有的知识和经验进行创造性的重新组合，在头脑中产生新的思想和形象的思维活动。创新思维必须是新颖的、独特的。
二、创新思维的基本特征
新颖性、独特性、多样性、开放性、潜在性、顿悟性。
三、创新思维的主要形式
常见的思维方法有：逻辑思维、发散思维、逆向思维、侧向思维、直觉思维、灵感思维、联想思维、幻想思维等。
1. 逻辑思维：形式逻辑思维、辨证逻辑思维。
2. 发散思维：功能扩散、结构扩散、形态扩散、组合扩散、方法扩散、因果扩散、关系扩散。
3. 逆向思维：过程逆向、条件逆向、方式逆向、作用逆向、结果逆向。
4. 灵感思维：自发灵感、诱发与触发灵感、逼发灵感。
5. 联想思维：相似联想、对比联想、接近联想。
四、创新思维技法
创新思维技法简称创新技法或创造技法，在各国称谓略有不同，美国称为“创造力工程”，原苏联称为“创造技术”，法国称为“创造工程技术方法”，日本叫做“创造工程学”，德国称为“主意发现法”。各国通过对创新活动规律的研究，已总结出300多种创新技法。
创新技法是以思维规律为基础，通过对广泛创新活动的实践经验进行概括、总结和提炼而得出来的创新的一些技巧和方法。常用创新技法有：
1. 试错法：查尔斯×固特异发明硫化橡胶所使用的发明方法是试错法，是最原始的求新方法。
2. 奥斯本智力激励法（即头脑风暴法、智暴法、BS法）：由创造学的奠基人、美国学者奥斯本于1939年提出，1953年著书发表的，原文是Brain Storming，一般是以会议的形式，让所有参加者围绕中心议题，在轻松愉快的气氛中，大胆设想，无所顾忌地提出自己的意见，自由讨论，借此达到相互启迪、相互激励、相互修正、相互补充的效果，使各种创造习惯设想产生共鸣，进而诱发更多的新见解、新观点，最终获得有可行性的创造性设想。
头脑风暴法的原则：（1）自由思考原则、（2）延迟评判原则、（3）以量求质原则、（4）综合改善原则。
实施步骤：（1）准备、（2）热身、（3）明确问题、（4）自由畅想、（5）评价与发展。
3. 设问法：
（1）奥斯本设问法（又称奥斯本检核表法，简称检核表法）：能否他用、借用、变化、扩大、缩小、替代、调整、颠倒、组合？
表1 玻璃杯改进的奥斯本检核表
序号
检核目录
发散性思维
初选方案
1
能否他用
当量具、当灯罩、当火罐、当油灯、做模具、做乐器、做装饰、可食用……
装饰杯
2
能否借用
保温杯、磁疗杯、电热杯、音乐杯、防爆杯……
自热磁疗杯
3
能否变化
塔形杯、卡通杯、香味杯、茶叶组合杯、自洁杯、密码杯、防溢杯、变色杯……
自洁杯
4
能否扩大
多层杯、不倒杯、过滤杯、报警杯……
多层杯
5
能否缩小
微型杯、伸缩杯、超薄杯、可折叠杯、扁平杯……
伸缩杯
6
能否替代
纸杯、一次性塑料杯、竹制杯、不锈钢杯、瓷杯……
竹制杯
7
能否调整
酒杯、系列高脚杯、刷牙杯、咖啡杯、旅游杯……
系列高脚杯
8
能否颠倒
彩色-素色、透明-不透明、雕花-不雕花、大口-小口……
多彩杯
9
能否组合
与温度计组合、与中草药组合、与加热器组合、与过滤器组合、与搅拌器组合……
能显示水温的杯

表2 新型保温瓶开发的奥斯本检核表
序号
检核目录
设想
方案
1
能否他用
利用保温瓶的热气对人体进行理疗。
保健型理疗瓶
2
能否借用
利用电热壶原理制造电加热保温瓶。
电热式保温瓶
3
能否变化
按照消费者心理需要和个性特点制作。
个性化保温瓶
4
能否扩大
扩大瓶盖容积，分为两层，上层装茶叶。
大盖保温瓶
5
能否缩小
开发多种形状保温杯，便于出门使用。
小型化保温杯
6
能否替代
用不锈钢材料替代玻璃，使瓶胆一体化。
不锈钢保温瓶
7
能否调整
调整形状结构和比例尺寸，造型多样化。
新潮流保温瓶
8
能否颠倒
用旋转支架使瓶翻转，让瓶口朝下倒水。
倒置式保温瓶
9
能否组合
与空气净化器组合在一起，具有多种功能。
多功能保温瓶

（2）5W2H法：由美国陆军首创，简单、方便，易于理解、使用，富有启发意义，广泛用于企业管理和技术活动。5W2H提问法从7个方面做检查提问：Why-何故？What-做什么？Who-谁？When-何时？Where-何地？How to-怎样？How much-多少？。
表3 和田十二法的简要内容
序号
名称
说明
1
加一加
加高、加厚、加多、组合等
2
减一减
减轻、减少、省略等
3
扩一扩
放大、扩大、提高功效等
4
缩一缩
压缩、缩小、微型化等
5
变一变
变形状、颜色、气味、音响、次序等
6
改一改
改缺点、改不便、改不足之处
7
联一联
原因和结果有何联系，把某些东西联系起来
8
学一学
模仿形状、结构、方法、学习先进
9
代一代
用别的材料代替，用别的方法代替
10
搬一搬
移做他用
11
反一反
逆向思考：能否颠倒一下
12
定一定
定个界限、标准，能提高工作效率

（3）和田十二法（又称和田创新法则、动词提示检核表表法）：是我国学者许立言、张福奎在奥斯本检核问题表基础上，借用其基本原理，加以创造而提出的一种创新技法。和田十二法既是对奥斯本检核表法的一种继承，又是一种大胆的创新。比如，其问题中的“联一联”、“定一定”等等，就是一种新发展。表3列出了和田十二法的简要内容。
4. 焦点客体法：是美国人温丁格特于1953年提出的，目的在于创造具有新本质特征的客体。主要想法：将研究客体与偶然客体建立联想关系。
步骤：
（1）选择需要完善的客体（焦点客体）；
（2）制定完善客体目标；
（3）借助于任何书籍、字典或其它工具来选择偶然词（客体）；
（4）分出所选偶然客体的特征；
（5）将选特征（性质）转向被研究客体；
（6）记下研究客体与偶然客体特征结合后得到的想法；
（7）分析得到的结合点，选择最合适的想法；
例：提高锅的使用性能
解：焦点客体：锅； 完善目标：提高使用性能； 偶然词：树、灯、烟。
表4 焦点客体法资料汇总表
焦点客体：锅
完善目标：增加新品种
偶然客体
偶然客体特征
焦点客体及特征
得到的想法
树木
高、裸露、软木、带根
高壁锅、软木锅、带根的锅
底部有支架的锅、有高保温壁的锅
灯
有电、有裂痕、发光
电锅、有裂痕的锅、发光的锅
电子加热锅、有辅助照明的锅、分成几部分的锅
香烟
冒烟的、带过滤嘴的、放盒里的
冒烟的锅、带过滤网的锅、双壁锅
有气味显示器的锅，有笊篱的锅、有绝缘盖的锅

5. 卡片激智法：由日本创造力开发研究所所长高桥成创立，是在奥斯本智力激励法的基础之上改进而成，其最大特点将人们的口头畅谈和书面畅述有机结合起来，最大限度地发挥群体智力激励的作用和效果。
6. 联想创新法：类似联想创新法、类比联想创新法、对比联想创新法、连锁联想创新法、跨越联想创新法。
7. 组合创新法：利用主体附加、同物组合、异类组合、仿形组合、重新组合等。
包括信息交合法（坐标法）、焦点法、主体附加法、形态分析法、组合法、分解法、横向思考法等。
8. 列举法：特征列举法、缺点列举法、希望点列举法。
9. 逆向发明法：原理逆反、属性逆反、方向逆反、大小逆反。逆向反转法、抽象还原法。
10. 模仿创新法：移植模仿创新法（原理移植、方法移植、结构移植、功能移植、材料移植）、反求创新法。
11. 仿生创新法：原理仿生、结构仿生、形体仿生、信息仿生。
12. 六顶思考帽法：是爱德华×德×波诺博士发明的最受企业家注目的一种思维模式。其主要内容是：用白、红、黄、黑、绿、蓝六种颜色的帽子来代表不同的思考方向。白帽简称数据帽，是天然的，代表事实与信息；红帽简称情感帽，是愤怒的，代表直觉与预感；黑帽简称谨慎帽，是负面的，代表逻辑与批判，黄帽简称乐观帽，是正面的，代表乐观与积极；绿帽简称创造力帽，是丰富的，代表创新与冒险；蓝帽简称指挥帽，是平静的，代表系统与控制。帽子用来指引思考方向，集体使用时，某一时刻大家都应该“戴上”同样颜色的帽子去思考，即平行思考法。六顶帽子可以单独分别使用，也可以顺次使用，蓝色帽子在开始和结束时都必须使用。
13. 其它方法：综摄思维法、开发智慧法（KJ法）、会签传阅法（默写式智力激励法、635法）、目标词汇法、观察法、实验法、机遇捕捉法、比较法、对称法、预测法、逐步逼近法、黑箱法、模拟与仿真法、专利发明法、测绘与仿制、假设构成法、高顿思考法、类比发明法、水平思考法、等价变换法、形象思维法、灵感启示法、大胆设想法、演绎法、归纳法、类推法、六找法、自然现象和科学原理探索法……
五、TRIZ理论的思维方法
1. 最终理想解（IFR）；2. STC算子；3. 九屏幕法；4. 小人法；5. 金鱼法

第二部分 技术创新方法（TRIZ理论）
一、什么是TRIZ
TRIZ是俄文缩写ТРИЗ的英文音译，中文意思为发明问题解决理论，其英文缩写为TIPS（Theory of Inventive Problem solving）。它是由前苏联发明家、发明家协会主席根里奇×阿奇舒勒及其领导的一批研究人员，于1946年开始，在研究了世界各国250万份专利的基础上，提出的一套具有完整体系的发明问题解决理论和方法。
二、TRIZ理论的核心思想

图1 TRIZ解决问题的过程
TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面：（1）无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观规律发展演化的，即有客观的进化规律和模式；（2）各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力；（3）技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大数目的功能。
三、TRIZ解决问题的过程
在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计的产品表达成为TRIZ问题，然后利用TRIZ中的工具，如40个发明原理、矛盾矩阵等，求出TRIZ问题的标准解，最后再把该问题转化为领域的解或特解。如图1所示。
四、技术系统进化法则
TRIZ理论的核心是技术系统进化法则。人们把TRIZ理论的技术系统进化法则与达尔文的生物进化论、斯宾塞的社会达尔文主义并称为“三大进化论”。
八大进化法则：

1. 技术系统的S曲线进化法则
2. 提高理想度法则
3. 子系统的不均衡进化法则
4. 动态性和可控性进化法则
5. 增加集成度再进行简化法则
6. 子系统协调性进化法则
7. 向微观级和场的应用进化法则
8. 减少人工介入的进化法则

一个技术系统的进化过程经历4个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、衰退期。当一个技术系统的进化完成4个阶段以后，必然会出现一个新的技术系统来替代它。见图2、图3。
经典TRIZ理论还有完备性法则、能量传递法则、矛盾产生及克服法则、向超系统进化法则。系统完备性分析图见图4、图5。缝纫机的系统完备性分析如下，请仿照图4、图5画出缝纫机分析框图：
能源：生物能 动力装置：踏板 传动装置：皮带、齿轮 控制装置：手轮、踏板
执行装置：针 产品：衣服、布料 外部控制：人

图2 各阶段的特点 图3 S曲线族

图4 系统组成的基本要素 图5 白炽灯泡的系统完备性分析
五、系统的操作
（1）向子系统和超系统转换；（2）向过去和未来的系统转换；（图6、图7、图8）（3）系统与反系统。（表5）

图6 系统进化九屏图 图7 系统“树”的九屏图
表5 系统与反系统
系  统
反     系     统
相竞争的
相矛盾的
飞机
航天飞机
高射炮
电话机
手机
电磁干扰系统
书
电子图书
火

图8 白炽灯的九屏分析图
六、最终理想解（ideal final result，IFR）
理想化是科学研究中创造性思维的基本方法之一。理想化方法最关键部分是思想实验（理想实验）。从一定原理出发，在观念中按实验的模型展开思维，模型的运转完全在思维中进行，运用推理得出符合逻辑的实验结论。
理想系统的特点：
1、理想系统只工作在需要的地方、在需要的时候、做需要的事；
2、理想系统不会浪费时间（系统可在瞬间做一切），物资、能源等。
在解决问题发明理论（TRIZ中）建议使用特殊的方法——最终结果理想法。
产品处于理想状态的解称为最终理想解。最终理想解有4个特点：1）保持了原系统的优点；2）消除了原系统的不足；3）没有使系统变得更复杂；4）没有引入新的缺陷。
IFR确定的步骤：
1）设计的最终目的是什么？
2）理想解是什么？
3）达到理想解的障碍是什么？
4）出现这种障碍的结果是什么？
5）不出现这种障碍的条件是什么？创造这些条件存在的可用资源是什么？
七、资源分析
资源包括：现成能源资源（现成信息资源、现成空间资源、现成时间资源、现成功能资源）和派生能源资源（派生信息资源、派生空间资源、派生时间资源、派生功能资源）。
最有效的方法是综合利用各种资源。例如：混凝土搅拌机车：利用时间资源（边运输边搅拌水泥）和能源资源（汽车发动机实现了水泥搅拌机的转动）
八、发明原理

1、分离法；
2、提取法
3、局部质量改善法
4、非对称法
5、组合法
6、一物多用法
7、套叠法
8、巧提重物法
9、预先反作用法
10、预先作用法
11、预置防范法
12、等势法
13、逆向思维法
14、曲线.曲面化法
15、动态法
16、部分超越法
17、多维运作法
18、机械振动法
19、离散法
20、有效运作持续法
21、快速法
22、变害为利法
23、反馈法
24、中介法
25、自服务法
26、复制法
27、替代法
28、系统替代法
29、压力法
30、柔化法
31、孔化法
32、色彩法
33、同化法
34、自生自弃法
35、性能转化法
36、相变法
37、热膨胀法
38、逐级氧化法
39、惰性环境法
40、复合材料法

例：塑料可乐饮料瓶利用了以下原理：
1#分割原理：瓶身分成几部分；
2#提取原理：中间部分提出来贴瓶标；
3#局部质量改善原理：瓶嘴的部分比瓶身强度大、 瓶身下部肌理效果，放便拿取；
7#嵌套原理：瓶盖与瓶标；
10#预先做用原理：瓶盖上的肌理；
14#曲面化原理：瓶身形态、瓶底；
30#柔化原理：用塑料替代玻璃做瓶子；
32#色彩原理：瓶身透明。
例：它们采用了什么发明原理?(1)夜光雨伞；(2)盲人雨伞；(3)音乐雨伞；(4)一次性雨伞；(5)催泪伞
练习：你还能利用40个发明原理发明什么物品？
九、矛盾、技术矛盾解决方法
矛盾的类型：
技术矛盾：如果改善系统的一个参数，就得恶化另一个参数，系统就存在着技术矛盾。
物理矛盾：对系统中的一个元件提出互为相反的要求的时候，存在物理矛盾。
管理矛盾：问题的产品已经存在着矛盾——需要什么，改善什么，怎么做等等。管理矛盾必需要转移到技术矛盾来解决。
矛盾矩阵表：见附表。表格共有39行、39列，为39个工程参数。在每一横行上是工程改善的参数，每一列上是恶化的参数。应用时，先将专业领域的矛盾转化成TRIZ的矛盾，在矛盾矩阵表中查找可能的发明原理，经过筛选，再将其转化成专业领域的解。
十、物理矛盾和分离原理
当一个技术系统的工程参数具有相反的需求时就出现了物理矛盾。如：既需要刀刃足够锋利，又不易折断；既需要座位多容量大，又希望体积小；既希望灯具亮度高，又希望瓦数小。
解决物理矛盾的4大分离原理：
4大分离原理： 1）空间分离；2）时间分离；3）基于条件的分离；4）系统级别的分离
分离原理与40个发明原理的关系：
1. 空间分离原理的相关发明原理（10个）
发明原理1：分割；2：抽取；3：局部质量；4：非对称；7：嵌套；13：逆向思维；17：一维变多维；24：中介物；26：复制；30：柔性外壳或薄膜。
2. 时间分离原理的相关发明原理（12个）
发明原理9：预先反作用；10：预先作用；11：预先应急措施；15：动态化；16：不足或超额行动；18：机械振动；19：周期性动作；20：有效作用的连续性；21：紧急行动；29：气动与液压结构；34：抛弃与再生；37：热膨胀。
3. 基于条件的分离原理的相关发明原理（13个）
发明原理1：分割；5：合并；6：普遍性；7：嵌套；8：配重；13：逆向思维；14：曲面化；22：变害为利；23：反馈；25：自服务；27：一次性用品；33：同质性；35：物理/化学状态变化。
4.系统级别的分离原理的相关发明原理（9个）
发明原理12：等势原则；28：机械系统的替代；31：多孔材料；32：改变颜色；35：物理/化学状态变化；36：相变；38：加速氧化；39：惰性服务；40：复合材料。
十一、物—场模型分析
每个系统的出现都是为了实现某个确定的功能。
所有功能都可以分解为3个基本元素（S1，S2，F）
把功能用三角形来模型化称为物场分析模型：物质—物体；作用或效应—场。（图9）
例：吸尘器清洁地毯：
S1—地毯（工件）； S2—吸尘器（工具）；F—清洁（机械场）
人用油漆刷墙：
S1—墙（工件）； S2—人（工具）；F—刷油漆（机械场）
物—场模型的类型有4类：
1）有效完整模型
功能的3个元素都存在，且都有效，是设计者追求的效应。
2）不完整模型
组成功能的元素不全，可能缺少场，也可能缺少物质。
3）效应不足的完整模型
3个元素齐全，但效应未能有效实现，或实现的不足够。
4）有害效应的完整模型
3个元素齐全，但产生了与设计者追求的相反的有害的效应，需要消除这些有害效应。
十二、科学效应和现象
TRIZ将高难度的问题和所要实现的功能进行了归纳总结，常见的30个功能代码列在“功能代码表”，能查得常用的30个功能所对应的科学效应和现象，对发明和创新非常有效。“功能代码表”及说明可参阅TRIZ方面的有关书籍。