創(chuàng)新設(shè)計主講人:石冬喜本章教學(xué)內(nèi)容與目的

本章從科技創(chuàng)新學(xué)研究的內(nèi)容出發(fā)，通過對創(chuàng)新思維技法以及機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計等內(nèi)容的介紹，使同學(xué)們初步掌握發(fā)明創(chuàng)新的基本方法。

創(chuàng)新設(shè)計研究的內(nèi)容1.概論2.創(chuàng)新思維技法3.機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計4.1概述4.1.1研究創(chuàng)新的意義

21世紀是知識不斷創(chuàng)新．科技突飛猛進、世界深刻變化的世紀，21世紀科技創(chuàng)新將進一步成為社會和經(jīng)濟發(fā)展的主導(dǎo)力量。世界各國綜合國力競爭的核心是：知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化是一個國家國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基石。

4.1.2創(chuàng)新的定義

美國學(xué)者歐文·泰勒認為創(chuàng)造包括5個層次：

(1)第一層次是表達式創(chuàng)造，這是最初級的創(chuàng)造，像孩子繪畫就屬于這類；

(2)第二層次是生產(chǎn)創(chuàng)造，指的是發(fā)展各種技術(shù)得到完美產(chǎn)品的活動；

(3)第三層次是發(fā)明創(chuàng)造，指發(fā)明家尋找新方法來解決現(xiàn)存問題，即技術(shù)發(fā)明；

(4)第四層次是創(chuàng)新式的創(chuàng)造，指對各種原理、原則和概念的洞察；

(5)第五層次是深奧的創(chuàng)造，指經(jīng)過長期刻苦鉆研得到嶄新原理的活動。

(1)《發(fā)明創(chuàng)造的藝術(shù)》一書的作者認為：“創(chuàng)造就是人們利用自己的聰明才智對已有的物質(zhì)或精神材料進行加工，從而產(chǎn)生前所未有的有價位的物質(zhì)產(chǎn)品與精神產(chǎn)品”。

(2)我個人認為：用科學(xué)語言回答什么是創(chuàng)造卻極為困難，因為創(chuàng)造包括的外延太多。在我國的《詞源》中，“創(chuàng)”字有瘡、傷、損、懲的意思，其共同涵義是“破壞”；“造”字有作、為、始、成的意思，共同涵義是“建設(shè)”；兩字合起來，創(chuàng)造就是“破舊立新”，即“創(chuàng)新”。

(3)當然從專利的角度上講“創(chuàng)新”又分成：

“發(fā)明創(chuàng)新”（發(fā)明專利）

“變異創(chuàng)新”和“組合創(chuàng)新”(新型實用專利)

所謂創(chuàng)新，是人的主觀能動性的高度發(fā)揮，是為滿足社會物質(zhì)生活和精神生活的需要，在破舊基礎(chǔ)上的立新。從這種概念上看，創(chuàng)新既是一種有過程的活動，又是一種行為，也是一種具有新穎性、獨特性的成果。

4.1.3創(chuàng)新過程1.完整的創(chuàng)新過程：第一階段（即準備期）：主要指發(fā)現(xiàn)問題，收集資料，學(xué)習別人的知識、總結(jié)經(jīng)驗并從中得到啟示；第二階段（即醞釀期）：這一階段主要是冥思苦想，對問題做各種試探性解決；第三階段（即明朗期）：是指在上一階段醞釀成熟的基礎(chǔ)上豁然開朗，產(chǎn)生了靈感或頓悟；第四階段（即驗證期）：即對靈感或頓悟得到的新想法進行檢驗和證明。

2.不完整的創(chuàng)新過程

即突發(fā)性創(chuàng)新過程，由于這種創(chuàng)新過程非常短暫，所以人們一般很難再將其區(qū)分若干個階段。例如，早年在足球比賽時裁判并未使用哨子。有一次在倫敦比賽，運動員為了一個得分而發(fā)生爭執(zhí)，繼而觀眾涌入場內(nèi)，頓時秩序大亂。當時的裁判恰好是一個警察，處于職業(yè)習慣他靈機一動，從口袋里掏出警笛吹了起來（即聯(lián)想思維的結(jié)果），球場立刻安定下來。由此，人們便發(fā)明了足球比賽用哨。

4.1.4“創(chuàng)新”含義舉例1.美國首先發(fā)明了世界上第一臺不帶電線的電熨斗(熨鐵與熨鐵器分別放置)。2.德國接著推出一種感應(yīng)式電熨斗(熨衣板上設(shè)有感應(yīng)電源，熨衣時自然產(chǎn)生溫度，且溫度可調(diào))。這種不斷的技術(shù)進步就是“創(chuàng)新”或者說“科技創(chuàng)新”。創(chuàng)新思維方法4.2常用創(chuàng)新思維技法

1.聯(lián)想法（所謂聯(lián)想思維，就是人們通過一件事情的觸發(fā)而遷移(想)到另一些事情上的思維。聯(lián)想能夠克服兩個不同概念在意義上的差距，并在另一種意義上將二者聯(lián)結(jié)起來。由此產(chǎn)生一些新穎的思想）。

2.題目問答法（提出問題是創(chuàng)造發(fā)明的第一步，能提出一個好的問題，往往意味著成功一半。）

3.智力激勵法（是一種集思廣益的集體思考的方法。其做法大致分為準備和開小型會議）

4.類比法（是指用待發(fā)明的創(chuàng)造對象與某一具有共同屬性的已知事物進行對照類比，以便從中獲得啟發(fā)而進行創(chuàng)造發(fā)明。）

5.反求工程法（所謂反求工程是指對已經(jīng)投入運行證明效果良好的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備進行全面、紀要系統(tǒng)、深入的科學(xué)檢測、計算、分析和研究，找出其技術(shù)關(guān)鍵和控制方法。）

4.2.1聯(lián)想思維方法

所謂聯(lián)想思維，就是人們通過一件事情的觸發(fā)而遷移(想)到另一些事情上的思維。聯(lián)想能夠克服兩個不同概念在意義上的差距，并在另一種意義上將二者聯(lián)結(jié)起來。由此產(chǎn)生一些新穎的思想。聯(lián)想思維是人們因一件事物的觸發(fā)而聯(lián)想到另一事物的思維，由此，我們把前一事物稱為刺激物或觸發(fā)物，而后一事物則稱為聯(lián)想物。聯(lián)想思維三種形式：相似聯(lián)想、對比聯(lián)想和接近聯(lián)想。

1．相似聯(lián)想

相似聯(lián)想，是指聯(lián)想物和觸發(fā)物之間存在著一種或多種相同而有明顯屬性的聯(lián)想。1.看到鳥想到飛機(都能飛).2.看到電燈想到蠟燭、手電筒(都有發(fā)光性)等。3.美國發(fā)明家一次在理發(fā)時看到理發(fā)推子的動作，突然與其正在思考中的收割機方案聯(lián)系起來.4.模仿創(chuàng)造更為常見，如仿天鵝形體的游船、仿動物形體的電話機等。其創(chuàng)造原理可以歸屬于移植創(chuàng)造。4．對比聯(lián)想

對比聯(lián)想，是指聯(lián)想物和觸發(fā)物之間具有明顯相反性質(zhì)的聯(lián)想。

1.看到白顏色想到黑顏色。

2.看到小的物體想到大的物體。

3.國外有人由兒童玩具，對比聯(lián)想到開發(fā)成人玩具、老人玩具等。與對比聯(lián)想直接相關(guān)的創(chuàng)造原理是逆反創(chuàng)造原理。3．接近聯(lián)想

接近聯(lián)想：是指聯(lián)想物和觸發(fā)物之間存在很大關(guān)聯(lián)或關(guān)系極為密切的聯(lián)想。例：看到學(xué)生想到教室、實驗室及課本、書桌等。從落地電扇具有可調(diào)節(jié)升降性能可聯(lián)想并發(fā)明了升降籃球架；定向聯(lián)想：事先給定“目的”的聯(lián)想，叫做，或強制聯(lián)想。比如，“木質(zhì)”與“足球”這兩個離得很遠的概念，可以聯(lián)想為：木質(zhì)——樹林；樹林——田野；田野——足球場；足球場——足球。

創(chuàng)造發(fā)明活動總是有目的的，所以定向聯(lián)想在創(chuàng)造發(fā)明中具有特殊重要的意義。當然，對于創(chuàng)造性思維本身而言，它更加提倡的是思想奔放、毫無拘束的.4.2.2聯(lián)想思維技法(聯(lián)想組合法)

聯(lián)想組合法的思維基礎(chǔ)是聯(lián)想思維，它所依據(jù)的原理主要是組合創(chuàng)造原理。聯(lián)想組合可劃分為自由聯(lián)想組合和強制聯(lián)想組合兩大類。由于發(fā)明創(chuàng)造大多是針對某一目標、為解決某一問題而進行的創(chuàng)造勞動，因而與此相關(guān)的強制聯(lián)想組合在一般發(fā)明創(chuàng)造中顯得更為重要。4.3.1創(chuàng)新設(shè)計新型家用廚房油煙凈化機(課題來源)(1)飲食油煙中的二氧化硫、二甲氨、苯乙烯等有害氣體，對人體有很大的傷害;(2)未經(jīng)處理的高濃度油煙直接排放嚴重污染環(huán)境;(3)高噪聲對人體和環(huán)境也有很大的傷害;(4)目前市場廚房抽排油煙機功率消耗較大.4.3聯(lián)想創(chuàng)新應(yīng)用舉例

4.3.2常見抽排油煙機優(yōu)缺點分析圖1雙風扇直排式油煙機圖2離心深吸式油煙機圖3歐式油煙機1.油煙抽排方式：深吸式和歐式，它們抽取油煙的方式都是采用“風扇直接抽取油煙”。

2.直接驅(qū)動式的缺點：

①油煙必須全部通過風機的扇葉或葉輪，風機有限的出口流量限制了油煙機排煙率的提高。②凝油污染的蝸殼內(nèi)部件難以清洗。③日積月累,其風機渦輪扇頁由于冷凝油垢粘附使動平衡被破壞,增大了風機軸承的阻力及噪聲,排風量減小，壽命也縮短。

4.3.3運用焦點組合法

創(chuàng)新設(shè)計新型家用廚房油煙凈化機

第一步，確定“焦點”目標：發(fā)明新型家用廚房油煙凈化機。第二步，列出解決“焦點（油煙抽排、油煙凈化）”可能方法：

(1)油煙抽排：用吸的方法排掉油煙；用吹的方法排掉油煙。結(jié)論：射流方法(2)油煙凈化：用過濾或離心分離的方法對油煙凈化；用吸附的方法對油煙凈化；結(jié)論：離心分離+吸附第三步，用發(fā)散性思維分析，并進行強制聯(lián)想組合。射流方法+離心分離+吸附——新型家用廚房油煙凈化機；第四步，對選優(yōu)方案進行設(shè)計：新型家用廚房油煙凈化機設(shè)計。1、創(chuàng)新思路的產(chǎn)生

當高速火車、汽車以及高速移動的物體從人們身邊通過時，人們會感到它們對人有一股吸力，這股吸力就是射流作用將靠近人側(cè)的空氣大量帶走，外邊的空氣還未及時的補充進來形成負壓地帶，由于負壓作用人們會感到高速移動的物體對人有一股吸力作用?；谶@種想法，我們擬研究設(shè)計制造一個人工負壓“射流場”，通過射流作用將油煙高效的抽排掉。然后再利用射流動能將油煙引入旋流油氣分離器中，高速流體沿切線進入旋流油氣分離器后，利用油氣的比重不同，在櫥房油煙在離心力的作用下油與空氣分離開來，并將分離后的廢油引入集油瓶中，干凈的氣體排入大氣，達到經(jīng)濟高效抽排和凈化油煙的目的。

2、射流器工作原理圖

1-噴嘴2-吸入室3-喉管入口4-喉管5-擴散管射流器工作原理圖3、射流器原理應(yīng)用

（串級宏誘導(dǎo)射流器）

依據(jù)射流器原理開發(fā)設(shè)計了新型串級宏誘導(dǎo)射流式廚房油煙射流泵又稱噴射器。其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示：21345工作介質(zhì)(空氣)被抽介質(zhì)(油煙)被抽介質(zhì)(油煙)排出介質(zhì)(混合油煙)

1．三級噴嘴2.三級吸入室3.二級噴嘴4.二級吸入室5.一級噴嘴串級宏誘導(dǎo)射流器4、離心分離原理及應(yīng)用

油煙凈化的關(guān)鍵部件是油氣分離器，為了提高油煙凈化的效果，本方案采用蝸殼旋風濾層式油氣分離器對油煙進行旋流離心分離，如圖所示。

集油瓶

蝸殼旋風油氣分離器GLGL中心排氣管氣液分離網(wǎng)氣液分離空間油煙進口干凈氣體外排旋風分離器5、射流式新型家用廚房油煙凈化機

在理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計制造了一臺“串級宏誘導(dǎo)射流式廚房油煙凈化機”。其結(jié)構(gòu)簡圖見圖所示：1-蝸殼旋風濾層式油氣分離器2-串級加速宏誘導(dǎo)射流器3-射流風機4-深層煙罩5-灶臺

串級宏誘導(dǎo)射流式廚房油煙凈化機54231油煙凈化后干凈氣體4.4射流技術(shù)的啟發(fā)噴氣：火箭飛行、氣墊船、噴氣紡織噴水：高壓水射流反沖推進、噴水滅火、醫(yī)用水射無針注射噴霧：霧化法制造金屬粉末、噴霧降溫風扇、噴砂：固體干粉滅火、噴砂除銹、能使皮膚細嫩的儀器噴漿：高壓噴射注漿法、高壓噴射攪拌法、機器人抹灰破碎：水力采煤、高壓脈沖水射流破巖、反坦克穿甲彈、切割：高壓水射流切削混凝土、水射流手術(shù)刀切除肝臟清洗：高壓水射流清洗設(shè)備、水射流地下穿送鋼絲深繩

2.題目問答法3.智力激勵法

1．查閱產(chǎn)品樣本法

查閱產(chǎn)品樣本法，是將兩個或兩個以上的、一般情況下被認為彼此并無關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品(或想法)強行聯(lián)系組合在一起從而產(chǎn)生出新穎性方案的方法。比如，深受用戶歡迎的保溫杯就是將暖水瓶的保溫膽與杯子強制聯(lián)想組合而設(shè)計成功的。

2.焦點組合法

查閱產(chǎn)品樣本法所選擇出來的創(chuàng)造目標是隨意的、無定向的，而人們的發(fā)明創(chuàng)造目標大多都是預(yù)先確定好的。比如，要發(fā)明一種新型的打火機，就不能隨便地翻閱毫不相關(guān)的樣品目錄。而對于已有明確創(chuàng)造目標的發(fā)明創(chuàng)造來說，焦點組合法則顯得更為優(yōu)越。在焦點組合法中，組合的一方是可任意聯(lián)想的，而組合的另一方則是預(yù)先指定的欲創(chuàng)造對象，即所謂的“焦點”。焦點組合法要求創(chuàng)造者緊緊圍繞“焦點”進行強制聯(lián)想。焦點組合法解題步驟1.確定“焦點”目標;2.列出解決“焦點”的可能的方法;3.用發(fā)散性思維分析這些可能的方法強制組合的結(jié)果,從中選優(yōu);4.對選優(yōu)方案進行產(chǎn)品設(shè)計。4.5總結(jié)

1.進行聯(lián)想，要有打破砂鍋問(紋)到底的精神，聯(lián)想的范圍越廣、深度越大，對創(chuàng)造活動就越有益