設(shè)計方法學(xué)與創(chuàng)新設(shè)計(一)

設(shè)計方法學(xué)與創(chuàng)新設(shè)計西華大學(xué)王霜2016.06主要內(nèi)容第1章 緒論第2章設(shè)計類型與方法學(xué)第3章創(chuàng)造性思維第4章創(chuàng)新原理與技法第5章原理方案設(shè)計第6章機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第7章結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計第8章創(chuàng)新設(shè)計案例分析第9章TRIZ理論簡介第10章專利撰寫與申報第1章 緒論1.1設(shè)計起源1.2設(shè)計與設(shè)計方法學(xué)1.2.1設(shè)計的概念1.2.2設(shè)計方法學(xué)1.3創(chuàng)新設(shè)計1.3.1創(chuàng)新設(shè)計的概念1.3.2創(chuàng)新設(shè)計的特點(diǎn) 1.3.3創(chuàng)造力的構(gòu)成要素1.1設(shè)計起源在原始社會，人類迫于生存的壓力，開始利用石塊、樹枝、獸骨、貝類制作工具，認(rèn)識自然并改造自然，這就是最初的設(shè)計活動。在古代，設(shè)計者與制造者是統(tǒng)一的。這一時期的設(shè)計多是憑設(shè)計者的經(jīng)驗(yàn)完成的，缺乏必要的、有一定精度的理論計算。1854年德國學(xué)者勞萊克斯發(fā)表了著作《機(jī)械制造中的設(shè)計學(xué)》，把過去溶在力學(xué)中的機(jī)械設(shè)計學(xué)獨(dú)立出來，建立了以力學(xué)和制造為基礎(chǔ)的新科學(xué)體系，由此產(chǎn)生了“機(jī)構(gòu)學(xué)”，“機(jī)械零件設(shè)計”，成為機(jī)械設(shè)計中的基本的內(nèi)容。第二次世界大戰(zhàn)以后，作為機(jī)械設(shè)計的理論基礎(chǔ)的機(jī)械學(xué)繼續(xù)以更加迅猛的速度發(fā)展，摩擦學(xué)，可靠性分析，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計，有限元計算，尤其是計算機(jī)在機(jī)械設(shè)計中迅速推廣，使機(jī)械設(shè)計的速度和質(zhì)量都有大幅的提高。在機(jī)械中廣泛運(yùn)用計算機(jī)和自動化程度的提高，使現(xiàn)代的具有明顯的特色。1.2設(shè)計與設(shè)計方法學(xué)1.2.1 設(shè)計的概念設(shè)計（Design）一詞，包括兩方面的含義：工業(yè)美術(shù)設(shè)計（IndustrialDesign）和工程技術(shù)設(shè)計（EngineeringDesign）。籠統(tǒng)地說“設(shè)計”往往是將兩者都包容在內(nèi)?！霸O(shè)計”的定義有三四十種之多，矛盾沖突有之，但基本上是互補(bǔ)的。英國Wooderson于1966年下的定義為“設(shè)計是一種反復(fù)決策，制訂計劃的活動，而這些計劃的目的是把資源最好地轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足人類需求的系統(tǒng)或器件”。不同國家，甚至同一國家的不同行業(yè)對工程設(shè)計所下的定義有所不同。美國工科碩士、博士學(xué)位授予單位資格審查委員會（TheAccreditationBoardofEngineering）和美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）共同給出的定義是：“工程設(shè)計是為適應(yīng)市場明確顯示的需求，而擬定系統(tǒng)、零部件、工藝方法的決策過程。在多數(shù)情況下，這個過程要反復(fù)進(jìn)行，要根據(jù)基礎(chǔ)科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程科學(xué)為達(dá)到明確的目標(biāo)對各種資源實(shí)現(xiàn)最佳的利用”。不同定義對“設(shè)計”的一些共同理解：①設(shè)計是一種創(chuàng)造性活動，設(shè)計的核心是創(chuàng)造性，如果沒有創(chuàng)新，就不叫設(shè)計。②設(shè)計是人的創(chuàng)造性思維和技術(shù)活動結(jié)合的產(chǎn)物，創(chuàng)造性設(shè)計思維和科學(xué)技術(shù)的結(jié)合是設(shè)計的靈魂。③設(shè)計是把各種先進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的一種手段，它反映當(dāng)時生產(chǎn)力的水平，是先進(jìn)生產(chǎn)力的代表。④設(shè)計是一種針對技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、社會性、藝術(shù)性的目標(biāo)，在給定條件下謀求最優(yōu)解的過程。⑤設(shè)計是以社會需求為目標(biāo)，在一定設(shè)計原則的約束下，利用設(shè)計方法和手段創(chuàng)造出產(chǎn)品的過程。1.2.2設(shè)計方法學(xué)設(shè)計方法學(xué)是以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來研究產(chǎn)品的設(shè)計程序、設(shè)計規(guī)律和設(shè)計中的思維與工作方法的一門綜合性學(xué)科，其目的是總結(jié)設(shè)計的規(guī)律性，啟發(fā)創(chuàng)造性，在給定條件下，實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計，培養(yǎng)開發(fā)性、創(chuàng)造性產(chǎn)品的設(shè)計人才。設(shè)計方法學(xué)的研究內(nèi)容（1）設(shè)計對象（2）設(shè)計過程及程序（3）設(shè)計思維（4）設(shè)計評價（5）設(shè)計信息管理（6）現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的應(yīng)用1.3創(chuàng)新設(shè)計設(shè)計的實(shí)質(zhì)在于創(chuàng)造。進(jìn)行設(shè)計工作，不是簡單的模仿、測繪，更重要的是要革新和創(chuàng)造，把創(chuàng)造性貫穿于設(shè)計過程的始終。江澤民同志多次強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的重要性。他指出：“創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂,是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。一個沒有創(chuàng)新能力的民族，難以屹立于世界民族之林?！薄叭魏我豁?xiàng)工作的活力和生機(jī)都來自于發(fā)展和創(chuàng)新?！?.3.1創(chuàng)新設(shè)計的概念創(chuàng)新設(shè)計是指在設(shè)計中采用新的技術(shù)手段、技術(shù)原理和非常規(guī)的方法進(jìn)行設(shè)計，以滿足市場需求，提高產(chǎn)品的競爭能力。愛因斯坦曾說過：“想象力比知識更重要，現(xiàn)實(shí)世界只有一個，而想象力卻可以創(chuàng)造千百個世界”。掌握創(chuàng)造性方法、調(diào)動和訓(xùn)練工程技術(shù)人員的創(chuàng)造性思維是提高文明素質(zhì)，進(jìn)行企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，提高競爭機(jī)制的需要。1.3.2創(chuàng)新設(shè)計的特點(diǎn)創(chuàng)新設(shè)計必須具有獨(dú)創(chuàng)性和實(shí)用性，取得創(chuàng)新方案的基本方法是多方案選優(yōu)。1.獨(dú)創(chuàng)性創(chuàng)新設(shè)計必須具有其獨(dú)創(chuàng)性和新穎性。2.實(shí)用性創(chuàng)新設(shè)計必須具實(shí)用性。紙上談兵無法體現(xiàn)真正的創(chuàng)新。3.多方案選優(yōu)創(chuàng)新設(shè)計從多方面、多角度、多層次尋求多種解決問題的途徑，在多方案比較中求新、求異、選優(yōu)。以發(fā)散性思維探求多種方案，再通過收斂評價取得最佳方案，這是創(chuàng)新設(shè)計方案的特點(diǎn)。1.3.3創(chuàng)造力的構(gòu)成要素1．智能和知識因素2．創(chuàng)造性思維與創(chuàng)造技法3．技術(shù)因素4．非智力因素5．環(huán)境和信息因素6．身心因素第2章 設(shè)計類型與方法學(xué)2.1

設(shè)計系統(tǒng)2.1.1設(shè)計系統(tǒng)的概念2.1.2設(shè)計的一般進(jìn)程模式（時間維）2.1.3解決問題的邏輯步驟（邏輯維）2.1.4設(shè)計方法（方法維）2.2

設(shè)計類型及設(shè)計原則2.2.1產(chǎn)品設(shè)計類型2.2.2設(shè)計原則2.3

現(xiàn)代設(shè)計方法2.3.1系統(tǒng)化設(shè)計方法（德國設(shè)計方法）2.3.2公理設(shè)計方法（美國設(shè)計方法）2.3.3質(zhì)量功能配置（日本設(shè)計方法）2.3.4發(fā)明問題解決理論TRIZ（前蘇聯(lián)設(shè)計方法）2.1 設(shè)計系統(tǒng)2.1.1 設(shè)計系統(tǒng)的概念從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)分析，設(shè)計系統(tǒng)具有三維空間，是一個有時間維、邏輯維和方法維組成的三維系統(tǒng)，如圖2.1所示。時間維反映按時間順序的設(shè)計工作階段；邏輯維是解決問題的邏輯步驟；方法維列出設(shè)計過程中的各種思維方法和工作方法。設(shè)計過程中的每一個行為都反映為這個三維空間中的一個點(diǎn)。2.1.2設(shè)計的一般進(jìn)程模式（時間維）表2.1是機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的一般流程，表中把產(chǎn)品設(shè)計過程分為5個階段：計劃階段、設(shè)計階段、試制階段、批量生產(chǎn)階段、銷售階段。設(shè)計類型分為開發(fā)設(shè)計、變異設(shè)計和反求設(shè)計三種。2.1.3 解決問題的邏輯步驟（邏輯維）設(shè)計的目的是解決生產(chǎn)問題，而設(shè)計過程中尋找原理方案、構(gòu)型方案等又都要解決一個又一個的具體問題。解決問題的合理邏輯歩驟是：分析——綜合——評價——決策。分析是解決問題的第一步，其目的是明確任務(wù)的本質(zhì)要求。綜合是在一定條件下對未知系統(tǒng)探尋解法的創(chuàng)造性過程。評價是用科學(xué)的方法按評價準(zhǔn)則對多種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價和比較，同時針對方案的弱點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，直到得到比較滿意的結(jié)果。決策是在評價的基礎(chǔ)上根據(jù)已定的目標(biāo)做出行動的決定，即找出解決問題的最佳解法，對工程設(shè)計應(yīng)選定多目標(biāo)下整體功能最理想的最佳方案。2.1.4

設(shè)計方法（方法維）設(shè)計方法是指達(dá)到預(yù)定設(shè)計目標(biāo)的途徑。在很長的一段時間內(nèi)，工程設(shè)計方法多采用直覺法、類比法及以古典力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)且大量采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法，設(shè)計中反復(fù)多，周期長。20世紀(jì)70年代以后，隨著計算方法、控制理論、系統(tǒng)工程、價值工程、創(chuàng)造工程等學(xué)科理論的發(fā)展以及電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，促使許多跨學(xué)科的現(xiàn)代設(shè)計方法出現(xiàn)，使工程設(shè)計進(jìn)入創(chuàng)新、高質(zhì)量、高效率的新階段。在所有的方法中，哲學(xué)的普遍性的方法論如“自然辯證法”中“量變到質(zhì)變”、“對立和統(tǒng)一”等是認(rèn)識世界和改造世界的根本科學(xué)方法，是一切方法的基礎(chǔ)。各學(xué)科、專業(yè)中有針對性的解決問題的理論和專門方法，如力學(xué)、摩擦學(xué)、有限元法等，以及現(xiàn)代設(shè)計方法中的計算機(jī)輔助設(shè)計、優(yōu)化、可靠性、人機(jī)工程學(xué)、工業(yè)美學(xué)等。本書中主要介紹工程設(shè)計中通用的戰(zhàn)術(shù)方法如創(chuàng)造技法、功能原理分析設(shè)計法、評價與決策方法、機(jī)構(gòu)方案設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計方法等，還詳細(xì)介紹了發(fā)明問題解決理論TRIZ。2.2 設(shè)計類型及設(shè)計原則2.2.1 產(chǎn)品設(shè)計類型根據(jù)創(chuàng)新與創(chuàng)造在設(shè)計中所占的比例，可以把設(shè)計劃分為以下幾種類型：1.開發(fā)性設(shè)計2.適應(yīng)性設(shè)計3.變參數(shù)設(shè)計4.測繪和仿制根據(jù)設(shè)計的內(nèi)容特點(diǎn)，創(chuàng)新設(shè)計可分為開發(fā)設(shè)計、變異設(shè)計和反求設(shè)計三種類型。開發(fā)設(shè)計以開創(chuàng)、探索創(chuàng)新，變異設(shè)計通過變異創(chuàng)新，反求設(shè)計在消化吸收中創(chuàng)新，創(chuàng)新是各種類型設(shè)計的共同點(diǎn)，也是設(shè)計的生命力所在。反求不是簡單的測繪和仿制，應(yīng)該在探索掌握關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。2.2.2 產(chǎn)品設(shè)計原則1.創(chuàng)新原則：設(shè)計本身就是創(chuàng)造性思維活動，只有大膽創(chuàng)新才能有所發(fā)明，有所創(chuàng)造。2.可靠原則：產(chǎn)品設(shè)計力求技術(shù)上先進(jìn)，但更要保證使用中的可靠性，平均無故障運(yùn)行時間MTBF的長短，是評價產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)。3.效益原則：在可靠的前提下，力求做到經(jīng)濟(jì)合理，使產(chǎn)品“價廉物美”，才有較大的競爭能力，創(chuàng)造較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。也就是說，在滿足用戶提出的功能要求下，有效地節(jié)約能源，降低成本。4.審核原則：設(shè)計過程是一種設(shè)計信息加工、處理、分析、判斷決策、修正的過程。為減少設(shè)計失誤、實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地設(shè)計，必須對每一設(shè)計程序的信息，隨時進(jìn)行審核，決不許有錯誤的信息流入下一道工序。2.3 現(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法是相對于傳統(tǒng)設(shè)計方法而言的，傳統(tǒng)設(shè)計以經(jīng)驗(yàn)、試湊、靜態(tài)、定性分析、手工勞動為特征，導(dǎo)致設(shè)計周期長，設(shè)計質(zhì)量差，設(shè)計費(fèi)用高，產(chǎn)品缺乏競爭力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域中相繼出現(xiàn)了一系列新興理論與方法。這些新興理論與方法統(tǒng)稱為現(xiàn)代設(shè)計方法。現(xiàn)代設(shè)計方法是世界各國學(xué)者共同研究發(fā)展的，其內(nèi)容豐富，種類繁多，下面僅以德國、美國、日本和前蘇聯(lián)四個國家具有代表性的設(shè)計方法為例加以介紹。2.3.1系統(tǒng)化設(shè)計方法（德國設(shè)計方法）系統(tǒng)化設(shè)計方法是將設(shè)計對象看作一個系統(tǒng)，用系統(tǒng)工程進(jìn)行分析和綜合，按設(shè)計進(jìn)程有條理有步驟地進(jìn)行設(shè)計，以求得價值優(yōu)化的最佳方案的一種方法。Pahl和Beitz的設(shè)計方法是該領(lǐng)域的典型代表，他們在總結(jié)前人的基礎(chǔ)上結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，從方法論的高度全面分析設(shè)計過程，提出了一整套較完整的設(shè)計方法學(xué)說。兩人于1976年出版了《工程設(shè)計學(xué)》第一版，該書此后經(jīng)過多次修訂，目前已被翻譯成八種語言，該書是目前國際上影響最大、最有實(shí)用價值的一本設(shè)計學(xué)著作，并收入德國工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)VDI2221。系統(tǒng)化設(shè)計方法是一種體系較完整的設(shè)計方法，它設(shè)計過程主要分為四個階段：明確任務(wù)、概念設(shè)計、具體化設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。每個階段都制定了詳細(xì)的步驟，要求設(shè)計人員按照這些步驟進(jìn)行設(shè)計。特別是概念設(shè)計階段，能夠產(chǎn)生大量的理論方案。其步驟可分為：第一步，對設(shè)計要求進(jìn)行抽象化并使用黑箱法得出設(shè)計任務(wù)的總功能；第二步，依據(jù)設(shè)計要求表的信息對總功能進(jìn)行分解并建立功能結(jié)構(gòu)；第三步，運(yùn)用創(chuàng)造技法和設(shè)計目錄對分功能進(jìn)行求解；第四步，運(yùn)用形態(tài)學(xué)矩陣組合作用原理（假如，分功能F1有m1個作用原理，分功能F2有m2，…，F(xiàn)n有mn個，則完整組合后可得N=m1×m2×…×mn個理論方案）；第五步，依據(jù)設(shè)計目標(biāo)選擇合適的設(shè)計方案進(jìn)入具體化設(shè)計階段。這一方法也是本書主要講解的方法。2.3.2 公理設(shè)計方法（美國設(shè)計方法）美國麻省理工學(xué)院NamPyoSuh是公理設(shè)計的創(chuàng)始人，他在1990年的《設(shè)計理論》（ThePrincipleofDesign）提出了公理設(shè)計理論。在2001年，在總結(jié)了過去十年的進(jìn)展，還包括了新獲得的知識和案例研究，作者又推出新書《AxiomaticDesign-AdvancesandApplications》由牛津大學(xué)出版社出版。公理設(shè)計的最終目標(biāo)是為設(shè)計建立一個科學(xué)基礎(chǔ)，通過為設(shè)計師提公理設(shè)計會提高創(chuàng)造力。它要求通過建立功能需求（FRs）和約束（Cs）來清楚地形成設(shè)計目標(biāo)。它提供好的和壞的設(shè)計的判別準(zhǔn)則，幫助盡可能早地消滅壞的想法，使設(shè)計師們集中精力于有指望的設(shè)計。它同時也形成分解過程，使有可能從創(chuàng)造概念到詳細(xì)設(shè)計形成一個系統(tǒng)化的流程。供一個基于邏輯和理性思維過程及工具的理論基礎(chǔ)來改進(jìn)設(shè)計活動。表2.2設(shè)計界中對于不同設(shè)計的四個域的特征

用戶域{CA}功能域{FR}物理域{DP}過程域{PV}制造用戶希望的屬性為產(chǎn)品描述的功能需求能滿足功能需求的物理變量能控制設(shè)計參數(shù)的過程變量材料希望的性能需要的性質(zhì)微結(jié)構(gòu)處理過程軟件希望在軟件中具有的性能程序代碼的輸出說明書輸入變量、算法、模塊、程序代碼子程序、機(jī)器代碼、編譯器、模塊組織用戶滿意組織的功能計劃、辦公室、活動人們和其他支持計劃的資源系統(tǒng)所希望的整個系統(tǒng)的屬性系統(tǒng)的功能需求機(jī)器、部件、子部件資源（人、經(jīng)費(fèi)等）公司投資回報率公司目標(biāo)公司結(jié)構(gòu)人和經(jīng)濟(jì)資源設(shè)計公理第一公理（獨(dú)立公理）：保持功能需求獨(dú)立。它說明功能需求（FRs）必須始終保持獨(dú)立，此處FRs被定義為表征設(shè)計目標(biāo)的獨(dú)立需求的最小集合。第二公理（信息公理）：使設(shè)計中的信息含量最小。它說明在那些滿足獨(dú)立公理的設(shè)計中，具有最少信息含量的設(shè)計就是最好的設(shè)計。當(dāng)信息含量有限時，必須通過用戶或其他途徑為設(shè)計提供信息。因?yàn)樾畔⒑渴怯筛怕蚀_定的，所以第二公理同時也說明了具有最高成功概率的設(shè)計是最佳設(shè)計?；谶@些設(shè)計公理，我們可以推導(dǎo)定理和推理，如果滿足這些公理，產(chǎn)品、過程、軟件、系統(tǒng)和組織機(jī)構(gòu)的性能、強(qiáng)健性、可靠性和實(shí)用性將顯著地得到改進(jìn)。反之，工作得不好的機(jī)器和過程可以通過分析，確定功能不良或失靈的原因并根據(jù)設(shè)計公理去解決問題。2.3.3質(zhì)量功能配置QFD（日本設(shè)計方法）QFD（QualityFunctionDeployment,QFD）的起源及發(fā)展質(zhì)量功能配置QFD是一種立足于在產(chǎn)品開發(fā)過程中最大限度地滿足顧客需求的系統(tǒng)化、用戶驅(qū)動式質(zhì)量保證方法。為了保證產(chǎn)品能為顧客所接受，企業(yè)必須認(rèn)真研究和分析顧客需求，并將這些要求轉(zhuǎn)換成最終產(chǎn)品的特征以及配置到制造過程的各工序上和生產(chǎn)計劃中，這樣的過程稱作質(zhì)量功能配置。它于20世紀(jì)70年代初起源于日本，由日本東京技術(shù)學(xué)院的ShigeruMizuno博士提出，進(jìn)入80年代以后逐步得到歐美各發(fā)達(dá)國家的重視并得到廣泛應(yīng)用。典型的QFD瀑布式分解模型示意圖質(zhì)量屋結(jié)構(gòu)形式示意圖2.3.4發(fā)明問題解決理論TRIZ

（前蘇聯(lián)設(shè)計方法）TRIZ理論是蘇聯(lián)專家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）及其領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，自1946年開始花費(fèi)1500人/年在分析研究300萬件世界各國專利的基礎(chǔ)上所提出的發(fā)明問題解決理論。該理論的基礎(chǔ)是：技術(shù)系統(tǒng)、創(chuàng)新級別、產(chǎn)品進(jìn)化理論、物質(zhì)—場（substance—field）分析、76種標(biāo)準(zhǔn)解（TRIZStandardTechniques）、效應(yīng)、沖突解決原理、發(fā)明問題解決算法（AlgorithmInventive—ProblemSolving，ARIZ）。TRIZ理論自20世紀(jì)90年代初，隨著蘇聯(lián)解體一批科學(xué)家移居海外，TRIZ開始在國際設(shè)計領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。該理論的核心是解決沖突，使用過程是設(shè)計人員應(yīng)用TRIZ工具對待解決問題進(jìn)行分析，并從沖突矩陣給出的發(fā)明原理中獲得解決問題的思路和途徑。該理論易學(xué)易用，有助于設(shè)計人員在解決設(shè)計中的沖突問題時的創(chuàng)新。其詳細(xì)內(nèi)容將在第9章進(jìn)行介紹。第3章 創(chuàng)造性思維3.1

概述3.2 創(chuàng)造性思維3.3

創(chuàng)造性思維的形成與特征3.4

創(chuàng)造性思維的主要形式3.5

創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練方法3.1 概述3.1.1創(chuàng)造與創(chuàng)新創(chuàng)造和創(chuàng)新是兩個很容易混淆的概念，兩者之間既有相同之處，又有差異。創(chuàng)造和創(chuàng)新都是對人類具有積極意義的創(chuàng)造性活動，創(chuàng)新與創(chuàng)造的共同本質(zhì)是都具有首創(chuàng)性和新穎性，但兩者之間還是有一定的差異。創(chuàng)造強(qiáng)調(diào)的是新穎性和獨(dú)特性，創(chuàng)新是創(chuàng)造對價值的追求。創(chuàng)新具有社會性、價值性，是在創(chuàng)造的基礎(chǔ)上經(jīng)過提煉的成果，是新設(shè)想、新概念發(fā)展到實(shí)際階段的產(chǎn)物。創(chuàng)造著重強(qiáng)調(diào)是“首創(chuàng)”，指一個具體結(jié)果，而創(chuàng)新是創(chuàng)造的過程和目的結(jié)果，側(cè)重優(yōu)化。目前針對創(chuàng)造創(chuàng)新進(jìn)行研究的學(xué)科統(tǒng)稱為創(chuàng)造學(xué)。3.1.2創(chuàng)造學(xué)創(chuàng)造學(xué)是研究人們在科學(xué)、技術(shù)、管理、藝術(shù)和其他所有領(lǐng)域的創(chuàng)造活動，并探索其中的創(chuàng)造過程、特點(diǎn)、規(guī)律和方法的一門學(xué)科。其目的是通過對人類創(chuàng)造性、創(chuàng)造活動及發(fā)明創(chuàng)造方法的研究，來掌握人類發(fā)明創(chuàng)造的規(guī)律，并以此有效地促進(jìn)人們的各種創(chuàng)造與發(fā)明，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)及整個生產(chǎn)力的發(fā)展。創(chuàng)造學(xué)是一門邊緣性、綜合性和應(yīng)用性的學(xué)科。目前創(chuàng)造學(xué)的發(fā)展已經(jīng)廣泛，研究內(nèi)容包括創(chuàng)造力的開發(fā)、創(chuàng)造活動的現(xiàn)象、創(chuàng)造過程、創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造技法、創(chuàng)造的個性心理品質(zhì)、創(chuàng)造條件、創(chuàng)造教育、創(chuàng)造評價等。與機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計關(guān)系緊密的有創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造性思維訓(xùn)練以及創(chuàng)造技法等內(nèi)容。3.2 創(chuàng)造性思維3.2.1思維的涵義思維是人腦對所接受和已儲存的來自客觀世界的信息進(jìn)行有意識或無意識、直接的或間接的加工處理，從而產(chǎn)生新信息的過程。這些新信息可能是客觀實(shí)體的表象，也可能是客觀事物的本質(zhì)屬性或內(nèi)部聯(lián)系，還可能是人腦機(jī)能產(chǎn)生出的新的客觀實(shí)體，如文學(xué)藝術(shù)的新創(chuàng)作、工程技術(shù)領(lǐng)域的新成果、自然規(guī)律或科學(xué)理論的新發(fā)現(xiàn)等等。3.2.2思維的分類1．按思維的方式分類直觀行動思維。也稱動作思維，指通過直接的動作或操作過程而進(jìn)行的思維。形象思維。指借助于具體形象從整體上綜合反映和認(rèn)識客觀世界的思維形式。邏輯思維。也叫抽象思維，是指以概念、判斷、推理的方式抽象地、從某方面條分縷析地、符號式地反映和認(rèn)識客觀世界而進(jìn)行的思維。辯證思維。按照辯證規(guī)律而進(jìn)行的思維，它注重從矛盾性、發(fā)展性、過程性考查對象，并從多樣性、統(tǒng)一性把握對象。2．按思考方向或角度進(jìn)行劃分單一思維。指從某一角度、沿著某一方向所進(jìn)行的思維，如正向思維、逆向思維。系統(tǒng)思維。指從多角度、沿多方向、在多層次上進(jìn)行的思維，如擴(kuò)散思維、集中思維、側(cè)向思維、轉(zhuǎn)向思維等。3．按思維的過程和結(jié)果進(jìn)行分類常規(guī)思維。是指利用已有知識或使用現(xiàn)有的方案和程序進(jìn)行的一種重復(fù)思維，其結(jié)果不具有新穎性，也稱再現(xiàn)性思維。創(chuàng)造性思維。指思維的結(jié)果具有明顯新穎性的思維，或者說是產(chǎn)生新思想的思維。3.2.3思維特性1．思維的間接性和概括性。思維的間接性指的是憑借其他信息的觸發(fā)，借助于已有知識和信息，去認(rèn)識那些沒有直接感知過的，或根本不能感知到的事物，以及預(yù)見和推知事物的發(fā)展進(jìn)程。思維的概括性指的是它能略去不同類型事物的具體差異，而抽取其共同本質(zhì)或特征加以反映。2．思維的多層性。從思維的定義可知，思維是多層次的，有低級和髙級、簡單和復(fù)雜之分。有對客觀實(shí)體的表象認(rèn)識，也有對事物的本質(zhì)及內(nèi)部規(guī)律的深刻認(rèn)識，還有能產(chǎn)生新的客觀實(shí)體的思維。如對同一事物，一個人7歲時的思維和40歲時的思維是不同的。3．思維的自覺性和創(chuàng)造性。有三層意思：其一，對同一事物，不同人之間思維的效能有一定的差異，原因在于各人自主思維的差異。其二，從人腦對事物的認(rèn)識、感知來說，只要給人腦一定的外部觸發(fā)，其生理機(jī)理、大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會在無意之中，有時在夢中，有時在休閑時，突然會爆發(fā)出新的信息，解決某一懸而未決的問題，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的飛躍。其三，思維的結(jié)果可產(chǎn)生出未曾有過的新信息，因而具有創(chuàng)造性。思維過程思維是一種高級的心理活動形式，人腦對信息的處理包括分析、抽象、綜合、概括、對比等系統(tǒng)的、具體的過程，這些過程都是思維最基本的過程。分析：分析是把一個事件的整體分解為各個部分，并把這個整體事件的各個屬性都單獨(dú)的分離開的過程。抽象：抽象是把事物共有的特征，共有的屬性都抽取出來，并對與其不同的，不能反映其本質(zhì)的內(nèi)容進(jìn)行舍棄。綜合：綜合就是分析的逆向過程，它是把事件里的各個部分、各個屬性都結(jié)合起來，形成一個整體的事件。概括：概括是以比較作為其前提條件的，比較各種事件的共同之處以及不同之處，并對其進(jìn)行同一歸納。對比：把兩個相反、相對的事物或同一事物相反、相對的兩個方面放在一起，用比較的方法加以描述或說明。3.2.4創(chuàng)造性思維創(chuàng)造性思維實(shí)質(zhì)是人腦的一種高級生理機(jī)能，是由神經(jīng)元內(nèi)化學(xué)物質(zhì)及各神經(jīng)元之間相互聯(lián)接決定的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種狀態(tài)，這種狀態(tài)的突出特點(diǎn)就是能對存在的事物給出滿足某種社會及人自身要求的解決方法及方案，這些方法和方案需具有新穎性、首創(chuàng)性特點(diǎn)。創(chuàng)造性思維的外延就是人的創(chuàng)造活動，創(chuàng)造性思維所形成的方法和方案需通過人的實(shí)際活動才能物化，在物化創(chuàng)造性思維過程中表現(xiàn)出的人類適應(yīng)自然、改造自然的能力和品質(zhì)可稱為創(chuàng)造力。創(chuàng)造力是影響創(chuàng)造成果數(shù)量和水平的重要因素。由此可見人的創(chuàng)造性思維能力，是創(chuàng)造力的源泉，也可以說是創(chuàng)造力的核心。3.3 創(chuàng)造性思維的形成與特征3.3.1創(chuàng)造性思維的形成1．創(chuàng)造性思維的生理機(jī)制2．影響創(chuàng)造性思維的因素3．創(chuàng)造性思維的形成過程3.3.2創(chuàng)造性思維的特征創(chuàng)造性思維是一種人類高層次的思維，它有下列特征：1.思維結(jié)果的新穎性、獨(dú)特性2.思維方法的多樣靈活性、開放性和廣闊性3.思維過程的潛意識自覺性4.頓悟性5.洞察力與敏銳性6.綜合性與突破性3.4 創(chuàng)造性思維的主要形式3.4.1抽象思維3.4.2形象思維3.4.3直覺思維3.4.4靈感思維3.4.5發(fā)散思維3.4.6收斂思維3.4.7分合思維3.4.8逆向思維3.4.9聯(lián)想思維3.4.10幻想思維3.4.1抽象思維抽象思維又叫邏輯思維，是憑借概念、判斷、推理而進(jìn)行的反映客觀現(xiàn)實(shí)的思維活動。思維材料側(cè)重于語言、思維推理、數(shù)字、符號等。概念是客觀事物本質(zhì)屬性的反映，是一類具有共同特性的事物或現(xiàn)象的總稱；判斷是兩個或幾個概念的聯(lián)系；推理則是兩個或幾個判斷的聯(lián)系。按照現(xiàn)代腦科學(xué)的研究成果，形象思維和抽象思維是人腦不同部位對客觀實(shí)體的反映活動，左半腦是抽象思維中樞,右半腦是形象思維中樞，兩個半腦之間有數(shù)億條排列有序的神經(jīng)纖維，每秒鐘可以在兩半腦之間往返傳輸數(shù)億個神經(jīng)沖動，共同完成思維活動，因此形象思維和抽象思維是認(rèn)識過程中不可分開的兩方面，彼此互相聯(lián)系，互相滲透。進(jìn)行科學(xué)研究時，研究人員先從具體問題出發(fā)，搜集多種有關(guān)的信息或資料，憑借抽象思維，運(yùn)用理論分析處理，進(jìn)而在試驗(yàn)中將抽象思維轉(zhuǎn)化為高級的具體思維，從而順利地完成科學(xué)研究。3.4.2形象思維形象思維也稱具體思維或具體形象思維，是人腦對客觀事物或現(xiàn)象的外在特點(diǎn)和具體形象的反映活動。這種思維形式表現(xiàn)為表象、聯(lián)想和想象。表象是單個形體的形狀、顏色、特征在大腦中的印記，如一個氣球、一幢大廈。聯(lián)想是將不同的表象聯(lián)接起來，如對一幢華麗的大樓，你看一眼之后再復(fù)認(rèn)時，不用言語表達(dá)，你便能認(rèn)出：“這我曾見過?！毕胂髣t是將一系列的有關(guān)表象融合起來，構(gòu)成一幅新表象的過程，是創(chuàng)造思維的重要組成。如建筑師設(shè)計房子，他要把他記憶中的眾多建筑式樣、風(fēng)格融合起來，結(jié)合任務(wù)要求，設(shè)計出新的建筑物，這主要靠形象思維。3.4.3直覺思維直覺思維是一種非邏輯抽象思維，是人腦基于有限的信息，調(diào)動已有的知識積累，擺脫慣常的邏輯思維規(guī)律，對新事物、新現(xiàn)象、新問題進(jìn)行的一種直接、迅速、敏銳的洞察和跳躍式的判斷。它在確定研究方向、選擇研究課題、識別線索、預(yù)見事物發(fā)展過程、提出假設(shè)、尋找問題解決的有效途徑、領(lǐng)悟機(jī)遇的價值、決定行動方案等方面有著重要作用。與直覺思維有關(guān)的思維方法有：想象思維法、笛卡爾連接法、模糊估量法。3.4.4靈感思維靈感思維也稱頓悟，它是人們借助直覺啟示所猝然迸發(fā)的一種領(lǐng)悟或理解的思維形式。靈感思維是創(chuàng)造性思維過程中認(rèn)識發(fā)生飛躍的心理現(xiàn)象，它的外在形態(tài)是對問題突如其來的頓悟。國學(xué)大師王國維在《人間詞話》中寫到治學(xué)的三個境界：“昨夜西風(fēng)凋碧樹。獨(dú)上高樓，望盡天涯路”，這是第一境界，是治學(xué)或研究的開始，要找到學(xué)科發(fā)展的前沿，作為科研創(chuàng)新的起點(diǎn)。“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”，這是第二境界，正是科學(xué)研究的緊張階段，遇到困難，不知如何解決才好。“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處”，這是第三境界，正在山窮水盡的時候，忽然靈感到來，驀然回首，伊人（這里指你希望得到的結(jié)果，或解決困難的方案和辦法）出現(xiàn)，卻在忽明忽暗的燈火闌珊處。從中可以得到三點(diǎn)啟發(fā)：(1)開題的重要性；(2)勤奮是成功的關(guān)鍵；3)創(chuàng)新除了勤奮外，還要有一定的“靈感”。3.4.5發(fā)散思維發(fā)散思維又叫輻射思維、擴(kuò)散思維、分散思維、求異思維、開放思維等。它是—種求出多種答案的思維形式，其特點(diǎn)是從給定的信息中產(chǎn)生眾多的信息輸出，看到一樣，想到多樣；看到一樣，想到異樣；并由此導(dǎo)致思路的轉(zhuǎn)移和躍進(jìn)。這種思維的過程是：以欲解決的問題為中心,運(yùn)用橫向、縱向、逆向、分合、顛倒、質(zhì)疑、對稱等思維方法，考慮所有因素的后果，找出盡可能多的答案，從諸多的答案中，尋找出最佳的一種，以便最有效地解決問題。發(fā)散思維是構(gòu)成創(chuàng)造性思維的基本形式之一，是創(chuàng)造的出發(fā)點(diǎn)。在創(chuàng)造的領(lǐng)域里,首先需要占有大量的創(chuàng)造性設(shè)想，構(gòu)成較大的思維性空間，由一事想萬事，從一物思萬物，只有擁有良好的發(fā)散性思維習(xí)慣，才能擁有豐富的思維和眾多的目標(biāo)，才能做出最佳的創(chuàng)造選擇。發(fā)散性思維也是眾多創(chuàng)造原理和創(chuàng)造技法的基礎(chǔ)，如變性創(chuàng)造原理、移植和綜合創(chuàng)造原理、聯(lián)想類比創(chuàng)造技法、轉(zhuǎn)向創(chuàng)造技法、組合創(chuàng)新法等都源于發(fā)散思維。3.4.6收斂思維收斂思維又稱輻軸思維、集中思維、求同思維，它是一種尋求某種正確答案的思維形式。它以某種研究對象為中心，將眾多的思路和信息匯集于這個中心點(diǎn)，通過比較、篩選、組合、論證，得出現(xiàn)存條件下解決問題的最佳方案。其著眼點(diǎn)是由現(xiàn)有信息產(chǎn)生直接的、獨(dú)有的、為已有信息和習(xí)俗所接受的最好結(jié)果。收斂思維是深化思維和挑選設(shè)計方案常用的思維方法和形式。它總是根據(jù)已有信息和線索，考慮應(yīng)該怎樣解決，解決的方式怎樣，最終得到一個認(rèn)為是最好的結(jié)論。收斂思維的具體收斂過程是一種邏輯思維過程，收斂思維的常用方法有目標(biāo)識別（注意）法、間接法、由表及里法、聚焦法等。在創(chuàng)造過程中，光有發(fā)散思維的活動并不能使問題獲得有效的解決，因?yàn)閯?chuàng)造活動的最終結(jié)果只需少數(shù)或唯一的結(jié)果，所以發(fā)散思維之后尚需進(jìn)行收斂思維，這兩種思維的有效結(jié)合組成了創(chuàng)造活動的一個循環(huán)過程。形態(tài)分析創(chuàng)新技法即是發(fā)散與收斂思維有效結(jié)合的具體應(yīng)用之一。形態(tài)分析法的原理，是將技術(shù)課題分解為相互無關(guān)的基本參數(shù)，找出解決每個參數(shù)問題的全部可能方案，然后加以組合，得到的總方案數(shù)量是各參數(shù)方案的組合數(shù)。確定其中哪些方案是可行的，并對所有可行的方案進(jìn)行研究，找出最佳方案。3.4.7分合思維分合思維是一種把思考對象在思想中加以分解或合并，然后獲得一種新的思維產(chǎn)物的思維方式。分合思維包括分離思維和合并思維。分離思維是將參考對象分開剝離進(jìn)行思考，從而找到解決問題的新思路。分離思維最典型的例子就是曹沖稱象的故事。當(dāng)時使用的稱最多只能稱200斤重量，而一頭大象的重量達(dá)上萬斤，從量的角度考慮，似乎是一個數(shù)學(xué)上不可解的問題。曹沖運(yùn)用分離思維，以木船為媒介，把大象分解成等量的石頭，因?yàn)槭^是可分離的，所以解決了稱大象體重的難題。合并思維又稱組合思維，是將幾個思考對象合并一起進(jìn)行思考，從而找到一種新事物或解決問題的新方法的思維。3.4.8逆向思維人類的思維具有方向性，存在著正向與反向的差異，由此產(chǎn)生了正向思維與反向思維兩種形式。逆向思維是人們的一種重要思維方式，也稱為求異思維。它是對司空見慣的似乎已成定論的事物、觀點(diǎn)反向思考，從問題的另一面深入探索，力求獲得新思路，得到新解法。由于人們習(xí)慣于沿事物發(fā)展的常見方向去思考和解決問題，殊不知對于某些問題從結(jié)論往回推，倒過來思考，從求解回到已知條件可能會使問題簡單化，甚至因此有所新發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造新奇跡。這也正是逆向思維的魅力所在。這種思維方式對應(yīng)的創(chuàng)新原理就是逆反原理。英國的法拉第看見奧斯特發(fā)現(xiàn)“電生磁”的消息，就想“磁能不能生電”？這就是典型的逆向思維方法。運(yùn)用此方法，法拉第研究發(fā)現(xiàn)：在磁場中運(yùn)動的金屬導(dǎo)線果然有電流存在！據(jù)此，他取得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。3.4.9聯(lián)想思維聯(lián)想，是想象思維的一種形式。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)系起來。由此產(chǎn)生一些新穎的思想。因此，聯(lián)想思維是創(chuàng)造性思維的重要思維形式，創(chuàng)新工程中的聯(lián)想發(fā)明法就是與聯(lián)想思維相關(guān)的一種創(chuàng)新技法。在科學(xué)史上，許多創(chuàng)新發(fā)明均發(fā)源于人腦的聯(lián)想思維。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，可以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。根據(jù)聯(lián)想物與觸發(fā)物之間的關(guān)系，聯(lián)想思維還可劃分為相似聯(lián)想、對比聯(lián)想和接近聯(lián)想三種形式。3.4.10幻想思維幻想是想象思維的又一種形式。所謂幻想，是一種指向未來的一種想象。由于幻想在創(chuàng)造活動中具有重要作用，所以創(chuàng)造學(xué)允許并鼓勵人們對于事物進(jìn)行各種各樣的幻想。蘇聯(lián)曾為學(xué)生專門開設(shè)過“幻想課”，其目的是引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行各種形式的幻想，以提高學(xué)生的創(chuàng)新才能?；孟胨季S的突出表現(xiàn)即是它的“脫離現(xiàn)實(shí)性”?；孟胧侨藗儚拿篮媚康模ㄏＭc(diǎn)）出發(fā)而進(jìn)行的與現(xiàn)實(shí)相脫離的一種想象，不用過分強(qiáng)調(diào)其“實(shí)事求是”和“科學(xué)態(tài)度”，因?yàn)樗^“實(shí)事求是”和“科學(xué)態(tài)度”的判斷總要受人們當(dāng)時認(rèn)識深度和科學(xué)發(fā)展水平的制約。因此，過分強(qiáng)調(diào)“實(shí)事求是”、“科學(xué)態(tài)度”，往往就很難發(fā)揮幻想的重要作用。比如，以前曾被認(rèn)為有一定科學(xué)根據(jù)的“科學(xué)幻想”中的所謂火星人，現(xiàn)已證明基本不存在；而過去被認(rèn)為是“純粹脫離實(shí)際”