大学生专利设计方法.doc 75页

'大学生专利设计方法第一章专利制度与创造发明1专利制度1.1市场全球化的需要加入WTO后，企业将面对全球市场，企业的发展要立足于全世界。中国政府承诺给外国国民同等待遇，外国市场也给了中国企业同样的国民同等待遇。知识经济的到来使专利技术在市场上的作用越来越重要。有人说：一流企业卖专利，二流企业卖技术，三流企业卖产品。尽管该种说法有点夸大其词，但还是强调了发明创造的未来市场前景。当今的知识经济、信息经济也确实表明，谁掌握了高技术，谁拥有专利，谁就有市场，谁就有利润。国外大公司通过专利申请来控制我国未来的市场，美国在市场竞争中又先行了一步。2002年6月22日，美国专利商标局向国会提出了一项旨在提高专利申请费用的立法草案，拟在2002年秋季修改专利收费标准，对外国人向美国申请专利的申请费用增加51％。一般情况下，中国企业向美国申请专利要花费几万美元。美国专利申请费用的调整是增高了“专利栅栏”，使国外技术进入美国市场变得更困难了，这显然是利用专利政策来保护未来市场的做法。最近，美国现任专利商标局局长罗甘在谈到专利制度的作用时讲道“知识产权法律已成为‘二十一世纪的国际货币”。这种说法有一定道理，谁有完善的专利制度，谁就能促进和保护发明创造，谁就有创新技术，谁就有市场，当然也就在明天日益经济全球化的市场中获得丰厚的利润了。在国际专利合作条约组织PCT统计的国际专利申请数量中，75%申请来自3个最发达的国家，而占世界人口75%的发展中国家，其国际申请量仅占总量的3%。若这些申请在未来几年内被各有关国家批准，未来的市场显然又是这些发达国家的了。1.2企业品牌战略的需要随着世界经济一体化进程的发展，国家间的经济实力竞争实际上是企业集团之间的竞争。企业品牌囊括了企业的产品、产品的商标、企业的服务和文化等元素，它的背后有着价值不菲的知识产权作支撑。世界级的知名品牌，往往拥有驰名于世的商标、诚信卓著的商誉、先进的核心专利技术、富有创意的外观设计和独家拥有的商业秘密。知识产权是品牌具有竞争优势和可持续发展的实质与关键所在，没有知识产权的产品，不可能占领市场，取得竞争优势，更难以成为“名牌”——知识产权是品牌的灵魂。75 1.3中国专利法大事记国外专利法已有300年历史，我国专利法为20年　　1984年3月12日，经过5年多的孕育，《中华人民共和国专利法》颁布，并于1985年4月1日正式实施，这是我国经济体制改革和科技体制改革的一项重要成果。专利法实施，从法律上承认了发明创造可以作为一种无形财产受到保护，推进了我国经济体制改革和科技体制改革进一步向前迈进，显示了我国改革开放、走向世界的决心和信心。　　1992年，我国对专利法进行了第一次修改，扩大了专利保护的范围，延长了专利权的期限，增加了专利产品进口的保护，规定了对方法专利保护延及依该方法直接获得的产品，重新规定了实施专利强制许可的条件等，这些都标志着我国专利保护水平达到了一个新的高度，与国际发展趋势日趋协调。1993年1月1日，我国开始实施修改后的专利法。　　2000年8月25日，九届全国人大常务委员会第十七次会议通过了《关于修改〈中华人民共和国专利法〉的决定》。这是继1992年9月专利法第一次修改之后的第二次修改。这是我国专利事业发展史上的又一个重要的里程碑，是我国实施科教兴国战略的一个非常重要的举措，充分体现了党中央、国务院对专利工作的高度重视，也为进一步做好专利工作，提高我国专利保护的能力和水平，创造了一个非常有利的条件。2001年7月1日，第二次修改后的专利法开始实施。　　2003年10月1日，专利申请号由8位数升至12位数。自1985年4月1日实施《中华人民共和国专利法》，已经使用了18年的8位数专利申请号成为历史。专利申请号的升位，预示着我国发明创造、技术创新的产出将达到新的规模，中国市场的开放和国际化程度将进入新的水平，一个继往开来、快速发展的专利事业的新时期已经到来。　　2004年3月12日，在我国专利法颁布20周年纪念日里，中国“电子专利申请系统”正式开通，首件中国电子专利申请诞生，在中国专利史上书写下浓墨重彩的一笔。中国实现了专利申请电子化，标志着国家知识产权局在应用现代技术手段为社会公众提供服务方面又上了一个新台阶，同时也为我国参与知识产权领域的国际交流和国际竞争提供了坚实的技术支撑。　　2004年3月17日，在中国专利法颁布20周年纪念日后的第5天，我国专利申请总量突破200万件大关，真正实现了专利申请的跨越式发展。从中国专利法实施到2000年年初，我们用了15年的时间使我国的专利申请总量达到第一个100万件。此后，仅仅过了4年多的时间，中国专利申请总量突破了第二个100万件。2专利知识2.1专利法重要条文2.1.1授予专利权的条件——新颖性、创造性和实用性授予专利权的发明和实用新型，应当具备新颖性、创造性、实用性。(1)75 新颖性：是指在申请日以前没有同样的发明或者实用新型在国内外出版物上公开发表过、在国内公开使用过或者以其他方式为公众所知，也没有同样的发明（实用新型）由他人向国务院专利行政部门提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。(2)创造性：是指同申请日以前已有的技术相比，该发明（实用新型）有突出的实质性特点和显著的进步。(3)实用性：是指该发明（实用新型）能够制造或者使用，并且能够产生积极效果。l申请专利的发明创造在申请日以前六个月，有下列情形之一不丧失新颖性：(1)在中国政府主办或者承认的国家展览会上首次展出；(2)在规定的学术会议或者技术会议上首次展出的；(3)他人未经申请人同意而泄露其内容的。l对下列各项，不授予专利权：（一）科学发现（二）智力活动的规则和方法（三）疾病的诊断和治疗方法（四）动物和植物品种（五）用原子核变换方法获得的物质2.1.2专利文件l专利文件：请求书、说明书及其摘要和权利要求书（1）请求书：应当写明发明或者实用新型的名称、发明人或者设计人的姓名，申请人姓名或者名称、地址，以及其它事项。（2）说明书：应当对发明或者实用新型作出清楚、完整的说明，以所属技术人员能够实现为准，必要的时候，应当由附图。摘要应当简要说明或者发明（实用新型）的技术要点。（3）权利要求书：应当以说明书为依据，说明要求专利保护的范围。l细则：发明（实用新型）专利申请的说明书应当写明或者实用新型的名称、该名称应当与请求书中的名称一致。一、说明书（一）技术领域：写明要求保护的技术方案所属的技术领域；（二）背景技术：写明对发明（实用新型）的理解、检索、审查有用的背景技术；有可能的，并引证反映这些背景技术的文件；（三）发明内容：写明对发明或者实用新型所要解决的技术问题以及解决其技术问题采用的技术方案，并对照现有技术写明发明或者实用新型的有益效果。（四）附图说明：说明书有附图的，对各幅图作简略说明；（五）具体实施方式：详细写明申请人认为实现发明或者实用新型的优选方式；必要时，举例说明；有附图的，对照附图。二、权利要求书（一）基本内容及格式：应当说明发明或者实用新型的技术特征，清楚、简要地表述请求保护范围。权利要求书中使用的科技术语应当与说明书中使用的科技术语一致，可以有化学式或者数学式，但是不得有插图。除绝对必要外，不得使用“如说明书……部分所述”或者“如图……所示”。（二）权利要求书中的标记：技术特征可以引用说明书附图中相应的标记，该标记应当放在相应的技术特征后并置于括号内，便于理解权利要求。75 （三）权利要求应当有独立权利要求，也可以有从属权利要求：独立权利要求应当从整体上反映发明或者实用新型的技术方案，记载解决技术问题的必要技术特征。从属权利要求应当用附加的技术特征，对引用的权利要求做进一步的限定。（四）前序部分与特征部分：前者写明要求保护的发明或者实用新型技术方案的主题名称和发明或者实用新型主体与最接近的现有技术共有的必要技术特征；后者使用“其特征是……”或者类似的用于，写明发明或者实用新型区别于最接近的现有技术的特征。这些特征和前序部分写明的特征合在一起，限定发明或者实用新型要求保护的范围。（五）独立权利要求唯一性：一项发明或者实用新型应当只有一个独立权利要求，并写在同一发明或者实用新型的从属权利要求之前。（六）从属权利要求格式：发明或者实用新型的从属权利要求应当包括引用部分和限定部分。前者写明引用的权利要求编号及其主题名称；后者写明发明或者实用新型附加的技术特征。从属权利只能引用在前的权力要求。引用多项权利要求的从属权利要求，只能以择一方式引用在前的权利要求，并不得作为另一项多项从属权利要求的基础。三、说明书摘要应当写明发明或者实用新型专利申请所公开内容的摘要，及写明发明或者实用新型的名称和所属技术领域，并清楚地反映所要解决的技术问题，解决该问题的技术方案的要点以及主要用途。2.2国内外专利申请情况分析专利申请的拥有量是一个国家或地区科技水平高低的重要指标，可以从一个侧面反映一个国家或地区的创新能力、科技水平和市场化程度，衡量该国家或地区的科技产出和知识创新。（1）国外申请授权现状外国在我国的发明专利申请量呈现不断上升的趋势，1998年大约22234件远远超过国内申请量13726件，提出申请的国家数量保持在40左右，职务申请始终占绝对优势（90％以上）。近三年来，在国内信息通讯技术领域的发明专利申请中，日本申请量排名第一，美国、韩国、德国紧接其后，但申请量也过千件。仅韩国三星电子公司就在华申请了——件相关技术的专利。多年来国外移动通讯技术产品在中国市场占有很大份额正说明了这个问题。发达国家已看中了中国市场，通过专利申请来合法的占领技术领域，进而占领相应的市场。外境专利申请的状况不容乐观，中国企业向国外申请专利的数量很少。据2000年末统计，仅有二千多件，近年来，每年只有三百多件。2001年美国专利商标局批准授权专利16.6万件，其中，中国内地和香港特区分别为195件和237件，分别比上一年度增加64%和32%。中国的海尔公司、TCL公司每年的专利申请量都有数百件。而日本索尼、日立等公司，一年就在国外申请四、五千件专利。美国大约有92％的专利向国外提出申请。（2）国内申请授权现状从1885年4月1日正式实施专利法来，专利申请量和批准量一直呈现稳步增长势头。但是，无论是专利申请量还是批准量中，发明专利所占比例很低，前者不到30％后者不足10％。由于发明专利是技术水平较高的发明创造，因此更能体现科技水平及发展。（3）高校申请授权现状高校的特长和优势在于发明专利的申请与授权，目前高校的发明专利授权量已占到全国发明专利授权量的20～30％。我国高校专利申请和授权量超过全国平均值的专利大省有北京、天津、上海、江苏、浙江、湖北、陕西等。75 2.3高校学生专利申请权归属问题2.3.1专利权人我国的《专利法》规定发明创造的专利权归属分为职务发明和非职务发明。职务发明是指执行本单位的任务或者主要是利用本单位的物质技术条件所完成的发明创造，职务发明创造申请专利的权利属于该单位，申请被批准后，该单位为专利权人。非职务发明创造，申请专利的权利属于发明人或者设计人。申请被批准后，该发明人或者设计人为专利权人。以上判定职务发明和非职务发明的条款是针对国家企事业单位的工作人员而言的。而高等学校的学生,在校的主要任务是学习，掌握知识，接受教育，没有经济收入。显然，发明创新不是其职责范围，在这期间所作出的发明创造应属于非职务发明，但是如果没有高等学校提供的学习环境，没有高等学校的科技背景和知识依托，没有高等学校的支持，高等学校学生是难以作出发明创造的。因此，对于高校学生的发明创造，不能一律都说成是非职务发明。应参照上述判定职务发明和非职务发明的条款，对具体的情况进行具体的分析。高等学校的学生不同于国家企事业单位的工作人员，也不同于纯粹的个体职业者，对于他们发明创造的专利申请权的确定以及权利归属的划分等，目前在法律上还没有明文规定。因此，区别高校学生的发明创造是职务发明还是非职务发明，还应遵循以下原则：应根据有关的法律法规条款和相关政策规定!依法确定是职务发明还是非职务发明。既要做到不造成高校无形资产的流失，又要能确实保护发明人的合法利益，要有利于激励高校学生进行发明创造，培养高校学生的创新能力，有利于在高校学生中营造一种进行发明创造的良好气氛。2.3.2大学生发明创造的几种类型高校学生在校除了正常的学习之外，还可能参加许多其他的科技活动。如对个人感兴趣的某课题进行思索和研究!参加教师的科研项目!在教师的指导下立项，学校或者学生所在院系给予立项资助"进行科学研究等。归纳起来，高校学生在校期间进行发明创造活动共有6种类型。（1）高校学生在校期间利用所学知识独自所做出的发明创造不论该发明创造是否与所学专业有关，都应该属于非职务发明创造范围。这种独自作出的，应是在没有利用学校的物质条件，没有接受学校指派的教师指导下。由学生独自设计完成的，当然，这并不排除学生在设计过程中请教师指点。也有观点认为，学生在学校从事学习，利用学校的学习条件，同时还有可能获取学校提供的奖学金。学生与所学专业有关的发明创造应该属于职务发明范围。其实不然，奖学金是对学习成绩的奖励，是资助，而不是领取报酬。大学提供给学生学习的图书资料，是为了帮助学生完成学习任务而提供的必要学习条件，而不是为学生进行发明创造所提供的条件。因此不能等同于职工利用本单位的物质条件。如资金、仪器设备和原材料等，况且公开出版的图书资料也不在本单位的物质条件之列。（2）高校学生在实验过程中作出的与所学专业和实验内容有关的发明创造75 应区别对待。如：学生在进行泥浆配制的实验过程中，由于对配制的过程、配比、搅拌时间以及其他因素的改进，而配制出一种新型的泥浆。其发明创造应属于职务发明范围。因为这种类型的发明创造，是在学校安排的实验过程中，利用学校的实验条件，在指导教师的指导下进行的，符合职务发明的相应条件。但若是在实验过程中，针对实验装置的某些方面，如实验装置的结构、形状、大小等进行的改进，则应属于非职务发明之列。因为这种改进虽然也是在实验过程中产生的，但只是借助于这种实验条件而间接产生的，且指导教师也没有就实验装置的改进进行指导。（1）高校学生在毕业设计（论文）研究的过程中所作出的发明创造应属于职务发明。因为高等学校对学生的毕业设计、毕业论文提供了一定的经费，且指派了指导教师进行指导，所以，按照职务发明的条件，高校学生根据毕业设计课题的研究内容所作出的发明创造应属于职务发明的范围。（4）已申请立项的高校学生科研过程中所作出的发明创造在其项目研究过程中所作出的发明创造，应属于职务发明的范围。因为经学校立项且给予经费资助，实际上就等于列入学校的科研计划，属于学校交付科研经费资助的研究任务。（5）高校学生参加指导教师的科研项目在研究过程中所作出的发明创造，应属于职务发明的范围。因为指导教师的科研项目是经学校立项!科研经费由上级拨给，或是由对外合同签订。或是由学校资助的，都是属于学校的经费。并且参加指导教师的项目研究一般都要支付其一定的报酬或劳务费，因此对于这种类型的发明创造应属于职务发明的范围。3通往创造理论之路专利制度可以在一定范围内保护发明创造，这是一种智力劳动的成果，我们希望寻找一条通往创造理论之路。3.1尝试法发明是人类最古老的活动。我们的远祖就是从发明劳动工具起，开始了向人类进化的过程，最初的发明不是人做出来的，而是他们在现成的形式里发现了的。人们发现尖石块可以切割开打死的野兽，就开始收集和使用石块；在森林火灾后，发现火可以取暖和防御野兽，就开始保存火种。人还没有学会提出课题，他们就发现了现成的答案。那时的创造，就在于能猜到这些答案的用处。但差不多立刻就产生了发明课题。怎样弄薄用钝了的石块?为了把石块更方便地握在手里应该怎么办?怎样使火不被风和雨熄灭?怎样使火从这一地方传到另一地方?……那时，只能用尝试法来解解决发明课题，这就是试过所有可能的方案。长期以来，对方案的选择都是胡乱猜着进行的。但逐渐地出现了一定的方法，比如复制自然原型，增加同时超作用的事物的尺寸和数日，把不同的事物联合成一个体系等等。关于物质性质的事实、观察和资料积累起来了。利用这些知识，提高了发现的方向性，使得解决课题的过程有了次序。但课题本身也在变化，它们一个世纪比一个世纪变得复杂。今天，为了找到一个需要的解决方案，必须要做许多个无用试验。尝试法（试错法）本身是效率不高的，因而在许多方面取决于发明者的运气和个人素质，并非所有的人都敢于进行大胆的试验，也并非所有的人都能承担困难的课题，并耐心地解决它。在十九世纪末，爱迪生使尝试法完善化了。在他的工业研究实验室里，有成千人在工作。因此，可以将一个技术问题分为几个课题，并同时对每一课题进行多方案的试验。爱迪生发明了科学研究机构(在我们看来，这是他最伟大的发明)。75 现代的“发明业”是按爱迪生的原则组织的，就是课题越难，要做的试验就越多，从事解决这个课题的人也要求越多。爱迪生可以把“怎样将玻璃零件与金属零件可靠地结合起来”这一课题，交给3～5人的小组去解决。现在，这种水平的课题，同时有许多个集体来解决，而每个集体里都有几十、上百个科学工作者和工程师在工作。目前，普遍流行一种见解，认为在我们的时代，重大的发明不是由单个人，而是由集体做出的。它也象所有的格言那样，只反映出部分真理。有各种各样的单干者和各种各样的集体，最重要的是劳动组织的水平。“单干的”掘土机手做的话要比挖掘工的“集体”干得多得多。即使是挖掘工的“集体”，也只是在一定条件下才能看成是集体，因为每一个挖掘工都是单个工作的。尝试法和依据其进行创造性劳动的组织，是与现代科学一技术革命的要求相矛盾的。需要新的、能大大减少“无用”试验数量的控制创造过程的方法；需要新的、能有效地运用新方法的创造过程组织法。为此，需要有在科学上有依据、在实践上行之有效的发明课题解决理论。然而，发明创造过程理论与发展，是经历较长的历史过程的，也只有在科学技术发展的今天才能出现，尽管研究发明创造的历史已经十分悠久。大约生活在公元300年的希腊数学家帕普斯，在其《数学记编》第七卷里，第一次使用了“研究方法”这一术语。虽然他在这里是引证自己前辈(欧基里德、柏加城的阿波罗尼乌斯、老亚里斯泰乌斯)的工作，但人们还是把研究方法——这一怎样进行发现及发明的科学的出现，与帕普斯的名字联系在一起。以后，还有许多数学家探讨过关于创立研究方法的问题，如笛卡儿、莱布尼兹、布尔察诺、彭加勒等等。看来，由于数学不可能通过实验的道路得到发展，所以才比别的科学都更早和更强烈地体会到需要创造课题的解决手段。在研究方法中，“发现”和“发明”这两个术语，从一开始就是在较广泛的意义上去理解的。艺术家、诗人、政治家、军事活动家、哲学家等等，都曾被看作是发现者和发明家。数学家们在研究数学创造的技巧时，也面向于实际的材料，即研究数学课题的解决过程，分析教育经验，用学生进行实验等。然而只要一产生表述出创造的一般规律的企图，研究家们就脱离了科学的方法，开始求救于零乱的事实和历史轶事等。乔治·波利亚和让·阿达马尔的书就是这方面的典型。在他们的书中，讲述数学的地方分析得又具体又深刻，在讲到一般的创造或技术方面的创造时，就变得肤浅了。从十九世纪后半叶起，开始出现了对科学和技术创造的心理学方面的研究，实际上还是过去的那种研究方式，只是重点放在思维的心理学方面罢了。起初，心理学研究主要是研究发明家的个性。在这个时期，创造的个性被认为是某种独特的东西，讨论了精神病和天才之间的相似性问题，也讨论了发明家血液的特殊成份等等。只是在二十世纪，认为任何人都有创造素质的这一信念，才逐渐地代替了上述的观点。究竟为什么心理学家顽强地用简单的课题和智力游戏做试验，而不去研究解决复杂课题时的实际创造过程呢?心理学家H·N·林克娃正确地指出，那种研究会碰上实际上是不可克服的困难。创造过程在时间上经常是拖得很长的，心理学的研究者在开始时，对受试的发明家进行观察时，对在五年或七年内能否解决问题没有把握。而且这种观察本身也会破坏试验的性质，就是心理学家对发明家问得越详细，对发明家的思维路线知道得越多，所提问的问题对这思维过程的影响也越大，从而会改变和歪曲了它。虽然创造过程拖得很长，但答案本身却来得突然，经常是以瞬间“启示”的型式来到的。这时干脆就不能问些什么，而且很可能发明家的回答根本就不反映他思维的真正过程。还在二十年代的时候，哲学家M·H·拉普森就写道：“对自己的业务具有高深的知识，思想敏锐，见解明达的有才干的学者们，蓄意在外行人面前将自己的才能假装成是上天赐予的神秘的直觉，注意到这一点是十分有趣的。”75 在建立关于创造的一般理论之前，应该研究具体的、某一部分的创造。只有依据发明创造的理论、科学创造的理论、文艺创造的理论，才能逐渐地建立起关于创造的一般理论，后者又会给个别理论的发展以新的推力。建立关于创造的科学理论的道路，是漫长而艰苦的。然而，生活，实践和生产要求新的解决发明课题的方法，即使它与简单的选择方案相比，只是在某种程度上有点效果的话，也是好的。这样的方法已经有了，这就是纯心理学方法，但却不是心理学家创立的。3.2激励发现法发明课题越困难，要解决它，必然要选择的方案也就越多。若是这样的话，那么首先应当增加在单位时间内提出办案的数量。同样很清楚，为得到较好的答案，在被分析的想法中，必须要有非常不凡的、大胆的、出乎意料的想法。激励发现法的目的，就在于：(1)使产生的想法更丰富；(2)提高大胆想法在总的思想潮流中的“浓度”。发明家在解决问题时，起初是长时间地选择那些普通的、传统的、离他专业接近的方案。有时他根本就脱离不开这种方案。他的想法都指向了“心理惰性矢量”指示的方向——最不可能找到较好答案的方向。心理惰性由许多的因素来决定，就是害怕涉及陌生的领域，害怕提出可能显得可笑的想法，不了解产生大胆想法的基本措施等。激励发现法帮助人们克服这些障碍。在激励发现法中，最有名的是智力激励法，它是美国人奥斯本在四十年代提出的。他发现一部分人较为倾向于产生想法，另一部分人却较为倾向于对想法进行批判分析。在进行通常的讨论时，“幻想型”与“批判型”总是在一起并且互相妨碍。奥斯本建议将产生想法和分析想法的阶段分开。在20－30分钟内，“思想产生者”小组能提出几十个想法，主要的规则是禁止批评。可以说出任何想法，包括分明是不现实的想法(它们能刺激新想法的产生，起到独特的催化剂作用)。智力激励法的参加者，最好能就已提出的想法继续发展它。如果智力激励法组织得很好，就能很快地离开与心理惰性联系的想法。若是谁也不怕提出大胆的想法，就能产生所希望的创造气氛，这就为各种模糊的幻想和猜测的出现开辟了道路。通常，参加智力激励法的人是各行各业的，不同技术领域的思想互相交锋，有时会产生令人感兴趣的联合效果。智力激励法的基本概念(使新思想从下意识中解放了出来)，是根据美国非常流行的费洛伊德的理论。按此理论，可控制的意识仅仅是不可控制的下意识之上的一薄层，就好象熔融的火山岩浆上面那层凝结的壳一样。在意识中，逻辑和抑制力占优势，它们不允许从下意识中产生的自发力量——本能、渴望、情欲得以表现。在意识中，秩序和清晰在起作用。在下意识中，混乱和愚昧占主导地位，酝酿着可怕的力量，有时这力量突然发作，强迫人做出不合逻辑的行为和进行犯罪，等等。按奥斯本看来，心理惰性是意识中占主导地位的秩序产生的。应该帮助新思想从下意识中冲决出来，进入到意识中，这就是智力激励法的哲学—心理学概念。因此，奥斯本是按解放下意识的方式，来组织思想产生的过程的。这就是，在“思想产生者”的小组里不应该有上司，应该创造无拘无束的气氛。有时，在智力激励法的终了，会产生特有的激烈争执。“思想产生者”们来不及将自己的建议仔细考虑就提出了各种主意，仿佛是不由自主地、无意识地、不可控制地产生出来了。用录音机记录智力激励法中得到的各种想法，然后交给“批评家”小组去审查，这时“批评家”们应努力找出每一个想法中合理的内核。75 在上世纪五十年代，人们曾对智力激励法寄予了很大的希望。后来才明白，困难的课题是不能用智力激励法来解决的。人们也曾试验过智力激励法的各种改造方法(个人的、俩人的、群众的、两阶段的智力激励法、“思想会议”，“控制例会”等等)。这些尝试，直到今天也还在进行着。但是事实毕竟是，智力激励法只对于解决不太复杂的问题才有效。该法并不是在对发明课题，而是在对组织问题进行大胆设想时，才能得到好的结果(为成品找到新用途，使推广工作完善化等等)。还有其它的激励发现法，如中心事物法，它是把若干个任意选定的事物的特征，转移到一个完善的事物上，结果得到了不寻常的联合物，它能克服心理惰性。例如，如果任意选定的事物是“老虎”，而中心事物是“铅笔”，那么就会得到“有条纹的铅笔”、“凶猛的铅笔”、“长獠牙的铅笔”等类型的联合物。分析这些合成物，并继续发展它们，有时可得到异乎寻常的想法。按瑞典天文学家茨维基所倡议的形态分析法，首先要区分出中轴——事物的主要特征，然后对每个轴心记录上各种基本成分——各种可能的方案。如，研究汽车发动机在冬天的条件下启动问题，可以把预热的能源，把能量从能源传向发动机的方法，控制这能量传递的方法等作为中轴。对于“能源”这一中轴来说，其基本成分可以是蓄电池、化学热发生器、汽油喷灯、工作着的汽车发动机，热水、蒸汽等等。记录下来所有中轴的基本成分，并将各成份联合起来，就可能得到非常多的，可能的方案。这时可能会发现出人意外的合成物，而它们若根据未经组织的思维，几乎是不会产生的。最有效的激励发现法是戈登提议的综摄法。他于l960年在美国创办了综摄法服务公司。综摄法的基础是智力激励法。但这种智力激励法是由职业化的或半职业化的集团进行的。他们从一次次的智力激励法中积累了解决问题的经验。在进行综摄法的智力激励法时，允许有批判的因素，而其主要是规定了一定要依据类比法作出的四条特殊的发问法：直接发问法(怎样解决与给定问题相似的问题?)；个人发问法(试图进入该问题给出的事物形象中去，以那种观点进行讨论)；象征发问法(用两句话说出问题实质的形象的定义)；幻想发问法(神话中的人物会怎样来解决这个问题?)。激励发现法的主要优点是简单易行。象智力激励法那样的方法，经过一、二次练习后就能掌握。它是普遍适用的，可以应用它来解决问题——科学问题、技术问题、组织问题等等。这些方法的原则上的缺点，是不适于解决相当困难的课题。智力激励法(普通的智力激励法和有控制的智力激励法)，一般比普通的尝试法能产生较多的主意，但如果课题需要一万次或十万次尝试，它也不够用。由于此法只是以略有改进的形式保留着选择方案的那种旧的做法，而把它们综合起来的尝试，也没有得到本质上是新的结果，因而这些方法发展也有了限度。3.3发明理论的标准使用尝试法解决课题，人是意外地发现答案的。一瞬间之前答案还没有影子，可是突然它却出现了。这种意外性，反映在许多诸如“启示’、“灵感”这类的术语之中。说法虽然不同，但意思都是一样，答案是突然出现的，黑暗在刹那间就被光明取代了。事实上，在用尝试法工作时，光明代替黑暗是在短暂得不可觉察的一瞬间发生的。对于研究在尝试法水平上进行发明创造的心理学家来说，“灵感”就是首要的现象之一。若是心理学家研究在解决发明课题程序大纲水平上进行的发明创造，事情就不一样了。这时，首要的就是没有灵感，因为黑暗是逐渐被光明代替的。在用尝试法去解决困难的课题时，发明家可能几年都毫无进展，因为他只试了五万个方案中的三千个。若按解决发明课题程序大纲来解决这些困难课题，情况就会不一样了。这时，人是运用某一个规律，措施、方法等，从而有意识地控制解决课题的过程。每一个步骤都更接近答案，都在澄清一些不明之处。答案的轮廓是逐渐呈现的，当然要比尝试法工作快速得多。解决发明课题最有力的措施(物场分析，标准做法)，同时也是阐明新课题的工具。就这样，即使是最简单的措施(体系各部分的重新配置)，都可以用来解决课题，而且也可以用来释明一所得原理的应用范围，即用于预测的目的。75 艾尔弗雷德．诺思．怀特里德写道：“十九世纪最重要的发明，是发明了发明的方法。一种新的方法诞生了。为了认识我们的时代，我们可以不管变化的所有细节，例如铁路、电报、收音机、纺纱机、合成染料。我们必须集中力量注意方法本身，那是打破了旧文明基础的真正新事物。”注重研究发明创造方法，成为丹尼尔·贝尔所声称的“一种新的智能技术的兴起”，同其它新的智能技术一起，“它们到本世纪结束时有可能象机械技术在过去一个半世纪中那样在人类事务中占有同样突出的地位”。智能技术，按贝尔的定义，就是规则系统(解决问题的规则)来代替直观判断。有下列可靠的标准，使得可以评价发明创造方法的新理论：1、该项研究是否依据足够多的专利文献。严肃的理论是不能只根据若干个偶然的事实的。如实践指出的那样，好的发明理论的研究工作，建筑在对不少于l～2万份发明证书和专利的分析上的。2、研究者是否考虑到了存在有不同水平的发明课题。如果不剔除大量的低水平的发明，它们就会掩盖住相当少的高水平的发明，并只能得出仅仅对简单课题有意义的结论。3、推荐的理论(或方法)是否在足够多的高水平的课题中试验过。发明创造是一个复杂的研究课题，对每一分非常少的知识都必须付出大量的劳动，别的道路是没有的。3.4按“公式”进行发明解决发明课题理论教会人们“按公式”和“按规则”来解决发明课题，这样就产生这样一个矛盾的局面：人在进行着高水平的发明(即取得很高质量的创造物)，但这时却没有运用创造力(即没有创造过程)。可以想想，在不同的城市、由不同的人，按同一的规则解答着同一个课题(教学方面的或生产方面的)，得到的结果又都是同样的，与个人的素质无关。这个发明结果在形式上是创造，实际上不过是普通工程技术的产物。比如说，就象按材料强度的公式去计算一根梁。产生这一矛盾的原因，是因为“创造”这概念不是什么不变的、僵死的东西，这概念的内容是经常在变化的。举例说，在中世纪，解出三次方程就是真正的创造。有人发起了数学竞赛，数学家们彼此提出方程来，应当求出根……而以后就出现了卡尔达诺公式。这样，每个刚入门的数学家都知道三次方程的解法了。现在请您设想一下，在创造发明直至大家都知道的这个“过渡期”，大家都在用尝试法求代数方程的根，而我们和您已知道卡尔达诺公式。这对当时的人来说，我们就是天才了，但只有我们自己知道，这不过是公式在起作用。解决发明课题理论，就是能够让人们在今天运用在明天又将成为正常思维活动的理论来解决发明课题。在两个人中，一个按尝试法，另一个按解决发明课题理论，来解决同一个课题时，就有点象短跑运动员与汽车的比赛，一个是用自己的腿跑，另一个是用强大的马达跑，而裁判却只根据时间来定输赢。今天的解决发明课题理论，就象上世纪初的汽车——是一种新的东西，还远非完善，但明显地比人跑快得多，尤其是能受到几乎是无限制的改进。目前，解决发明课题理论对某些类型的课题(如制取新物质、揭示最佳工作条件等)还无能为力。以后，就是这类课题也会处在解决发明课题理论的能力范围之内，这并没有原则上的困难。读者有权利问：那么，是否会有一个时候，那时所有的发明都将“按公式”来进行，发明作为一种创造性活动就不再有了?是的，会这样的。发明创造，所有的那些尝试法，“启示”、“幸运的发现”75 等等都不是目的本身，而是技术体系发展的手段。这种手段是如此不完善，以至在十七世纪前就有人说过，必须要用更有效的方法——“科学”来代替“创造”，以后又不止一次地说出过这个想法。但直到上世纪中叶，发明的科学还不受重视，但现在已经变了，“逐个地去挑”已经难多了，在利用尝试法时，时间的浪费已不能容忍。解决发明课题理论的出现和迅速发展，并非偶然，而是现代科学技术革命提出的要求，也是信息时代的呼唤。技术体系的设计，在一百年前是艺术，在今天成了精确的科学。不久前，科学还只包括已知的技术体系的没计，并未涉及创造原则上是新的体系。现在可以有把握地说，体系的设计正在变成技术体系发展和设计的科学。发明作为创造新体系和改进旧体系的方法，在历史上已经过时。在能使用机器的地方，却“用手来掘”是不明智的。“按公式”来工作，必然废除那些摸索性的工作。而人类的智慧并非闲置不用，而是用于思考更为复杂的课题。科学代替创造是个复杂而缓慢的过程，它不仅取决于解决发明课题理论的发展，而且也取决于发明专利保护的理论与实践的革命。首先取决于在“发明”这一概念中内容的逐渐变化。如我们看见的那样，对希望被承认为发明的那些技术答案，提出的最低要求在现在是十分低的。因为甚至最普通的建议也常常被登记为发明。大概，在可以预见的未来，对发明的要求会提高。按“公式”进行发明，即使最高水平的发明也可“按公式”进行。现在，许多这样的“公式”已经有了，在最近的十年里，发明课题的解决法，将会变成关于技术体系发展的精确的科学。技术体系将“按公式”发展，没有“创造的痛苦”，那么，科学和发现的情况又将怎样呢?技术里充满了发展着的体系——机器，科学也充满了发展着的体系——理论。理论的生命也是有规律性的。在许多情况下，理沦的规律性与机器发展的规律性相一致。在利用尝试法使某个理论体系完善化时产生的困难，就其性质来说，也与在技术领域遇到的相同。下面就是一个典型的例子．在约特逊的《双螺旋》一书里，讲述过关于DNA的结构和产生机制的一个假说是怎样产生的。弗兰西斯.科拉克，后来的诺贝尔奖金获得者，在大学的舞会上，听见一个天文学家讲述有关“完善的宇宙法则”的什么东西。这位天文学家到底指的是什么，科拉克没有注意，吸引了他的是另一个想法：若是存在着“完善的生物学法则”会怎么样?也就是，给研究问题表达出最终理想结果，会怎么样?科拉克对DNA的产生问题有兴趣，因而在此情况下，“完美的的生物学法则”就是“DNA自己产生自己……”。这样，就向二十世纪最重大发现之一，迈出了第一步。这是偶然在大学舞会上所听见一句话产生的结果。若是有意识地将最终理想结果，应用于生物学的领域来“进行发现”，情况又会怎样呢?于是，工程师戈列夫钦科，斯维尔德洛夫斯克城的解决发明课题的理论教师，将最终理想结果的概念应用到……植物的进化上。推理的过程大致是这样的：今天的植物与昨天的植物相比，是接近最终理想结果的，是接近某个能从外界环境中最大限度地同化物质和能量的理想植物。那就来看看，在植物接近最终理想结果时，会产生什么样的矛盾，以及植物是怎样克服它们的。戈列夫钦科从事的研究，导致了植物的风能现象——植物直接同化风能的能力的发现。做出发明就意味着想出了没有前一个技术体系所固有的矛盾的技术体系。同样，做出发现就意味着想出了没有前一个理论所固有的矛盾的理论或科学体系。课题解决方法的革命，首先发生在技术里，这不是偶然的。只是在技术里才有专利贮备；而在科学和艺术中，关于新事物的资料，都分散的溶化在无边无际的文献里了。体系的发展规律性，在技术中表现得也更为清楚。不合适的理论有时能存在很久，而不合适的机器干脆就不能工作了。解决创造性课题的新技巧，将不可避免地以某种形式越过技术的范围，能越过多远，则很难说。谁曾预见到，从赫芝的实验，麦克斯韦的方程，波波夫的雷暴指示器中产生了现在以某种方式影响到每个人生活的无线电技术呢?看来，控制思维过程的可能性是无限的，这种可能性是不会耗竭的。因为智慧——75 认识和改造世界的强大工具，能够自我改造。谁能说人类的进化过程有限度呢?只要人类存在，对这种力量的控制就要完善化，我们不过是站在这漫长道路的开端罢了。第二章发明课题的水平及模式1发明课题水平研究发明创造的方法，是从认识这样一个普通的真理开始的：课题经常是不同的，不可能用一个普遍的方法研究它们。有非常容易的课题，经过几次尝试后就能够解决它们；也有困难得难以想象的课题，它们需要许多年才能够解决。为什么容易的课题很容易?为什么困难的课题很困难?是什么使课题成为困难的课题?能否把困难的课题变成为容易的课题?因此首先需明确“容易”课题与“困难”课题的区别。按课题的困难程度，可以把课题分成五种水平(分五级)。对于最容易的课题(第一水平课题)来说，其特征是:应用一些常规的手段(装置、方法、物质)就可解决的目的明确的问题。1.1课题水平1.1.1第一水平的例子课题1：有个炉子，里面有熔化了的金属．向炉子中部通入一根供应液氧的导管。为使在管子里流过的液氧在到达金属之前不完全汽化，应怎么办?分析：需要绝热。如果已经绝热了，则需要加强它，即使绝热层加厚，采用双层壁，利用强制冷却等等。方案：“向熔化的金属供液氧的装置，采用四个同心配置的冷却管和一个管口的型式。其特征是，可防止液流中的氧发生汽化，内管用厚15～20毫米的绝热层与周围隔绝”。1.1.2第二水平的例子课题2：电弧妨碍了焊工观察焊接区的工作过程，即电弧光晃花了不太亮的部件(金属滴等)，必须即能改善观察条件，而不能使设备太复杂或降低生产率。分析：这个问题较为复杂些，因为必须要选择几十个方案。方案1：引进辅助照明灯来照亮整个焊接区——该方案落选，因为它使设备复杂化；方案2：周期地关断电弧——该方案落选，因为会降低生产率。方案3：一种保护电焊工眼睛焊区后部的设备，包括有一护面罩和框架，装有滤光片。其特征是，为较好地观察焊接过程，该设备装有反射镜，它安装在整个护面罩的正扇面上，把来自电弧的光聚焦到熔融区的被焊金属上。最终方案：方案3才是满足该课题条件的最简单的解决办法。1.1.3第三水平的例子举例：由螺栓和螺帽组成的一付紧固体。其特征是，为了通过消除工作时它们之间的摩擦力，防止它们表面的磨损，在工作时螺栓和螺帽间留有间隙，在螺纹内安放产生电磁场的线圈。它可保证螺帽相对于螺栓作平动”。紧固件仍然有，但与原来的紧固件相比，已经大大地变化了。1.1.4第四水平的例子75 举例：检查发动机磨损的新方法：以前检查磨损，是不时地取润滑油试样，测定其含有的金属细屑。一项发明方案建议向润滑油里添加荧光粉，根据发光情况的变化(金属细屑发光变暗)连续地检查金属屑的浓度。这样，不通过取样就可直接观测发动机磨损情况了----方法完全改变。分析评价：利用这种物理效应发现的这个新想法，比该专利所涉及的“检查磨损法”的应用更为广泛，即在其它类似场合同样适用——根据发光物质变暗方法来检查金属细屑的出现。1.1.5第五水平的例子举例：为借助温度波动时固体工作件弹性变化，而将热能转变为机械能，利用铜—铝—镍和铜—铝—锰合金的单晶作为固体工作件。分析评价：众所周知，在温度变化时，固体的特性也要变化。但是，在温度变化不大时，特性变化很大的物质，我们却知道很少，发现和得到这种物质已经接近于科学上的发现了，就像超导材料的发现。利用温度的微小变化引起对象自身性状的极大改变，从而实现自动换能的新物质___换能器，这一发现可以用来解决种类极多的发明课题(制造热发动机和各种测量仪器等)。小结：在第一水平的课题中，设备或方法没有改变，仅仅是加强了已有的绝热层；在第二水平的课题中，事物有变化，但改变不大(在防护设备中补充性地引进了反射镜)；在第三水平的课题中，事物变化很大；在第四水平中，它完全变化了；在第五水平中，包含事物的整个技术体系改变了。发明课题经常与技术问题、工程问题、设计问题混在一起。有了现成的图纸和计算。来建造一所房子，这是技术问题；利用现有的公式，计算一座普通桥梁，这是工程问题；设计舒适而经济的汽车，在舒适和经济间寻求折衷，这是设计问题。在解决这些问题时，不必克服矛盾，只有为解决问题必须克服矛盾时，该问题才成为发明课题。在解决第一水平课题时，没有遇到矛盾，这是设计问题而不是发明问题。因此第一水平的课题将不再被认为是发明。类似“引进绝热层”（课题1）所记述的那些简单的设计问题，将不再被认为是发明了。为了避免混乱，还暂时使用“第一水平的发明课题”这样的说法。但请记住，第二水平及更高水平的真正的发明课题，是一定要与克服矛盾相联系的。1.2解决不同水平课题工作量解决第一水平课题，需要选择几个明显的方案，这是每个工程师都能做得到的。就象我们的大多课题,虽然并不都是写成申请发明证书的形式，但每天几乎都在毫无困难地情况下被按部就班地解决。解决第二水平课题，要选择的方案数目大致有几十个。原则上，每个工程师都能选择50—70个方案，但需要一定耐心，有坚定和解决问题的信心。有时候，一个人经过十几次尝试就没有办法了。解决第三水平课题，其正确答案隐藏在几百个不正确答案里。解决第四水平课题，为找出课题的答案，需要作几千、几万次的尝试。解决第五水平课题，尝试的次数到了几十万、几百万次。比如，可以回忆一下，爱迪生为发明碱性蓄电池，进行了五万次试验，这是指做过的试验而言，把所有想到过的试验都加进去，一定还要多得多。练习题（第四水平的）：课题3：75 把弯曲的树干和树枝劈成劈材，得到了一堆树皮和木块的混合物，怎样将树皮与木块分开，如果它们在密度和别的性质上区别非常小。分析：此课题在许多国家都申请过多项专利。发明家们都是固执地利用密度方面的微小差别来试图将树皮与木块分开，但均未获成功。在这个问题进行试验时，尝试的次数有时达几百次，但没有人能克服心理上的障碍，进入原则上是新的、关键性及可靠的方向上去。提示：利用电磁场。树皮的微粒带负电，木块的微粒带正电的特点制造分选机。1.3解决不同水平课题的知识体系高水平课题与低水平课题的区别之处，不仅在于为发现答案必须进行的尝试次数上，而且也有质的区别。第一水平的课题和解决它的手段，都在一个狭窄的专业范围内(使刨花板的生产完善化的问题，可用生产中常规的方法来解决)；第二水平课题及其解决它的措施都属于同一个技术部门(生产刨花板的问题，用木材加工业常规的办法来解决的)；第三水平课题的答案，就必须要到别的部门去寻找(木材加工方面的问题要用金属加工方面常规的方法来解决)；对于第四水平课题的答案，不应在技术中，而应在科学中去寻找——答案通常存在于很少应用的物理的、化学的效应和现象之中。对于第五水平范围内的课题，其解决措施可能完全在现代科学的范围之外。因此，首先应当做出科学发现，以后依据新的科学资料来解决发明课题。在第一水平和第二水平上，可以只利用专门知识来选择方案，课题的水平越高，需要的知识越广泛。好的专家集体很容易做出第一、第二水平的发明，这种发明使技术完善化。但是，原则上是新的答案，更多可能期待着“外行”人来做出。例如，“感应电磁泵由外壳、感应器和管道组成，其特征是，为简化电磁泵启动，感应器制成沿管道轴心滑动型的”。这个发明是由专家做出的，里面没有任何革命性的东西，但这是非常有用的改进。专家鉴定时很容易接受这一想法的——从申请发明证书致颁发证书只经历十四个月。可是，新闻记者A·普列斯尼亚柯夫却用了十四年才得到发明授权：“利用输送电解液的电磁泵作反冲式船用发动机。”这个发明的基础是磁液压效应。这个想法是在人们对磁液压发动机一无所知时提出的，尽管它现在已是很普通的了。小知识：磁力传动离心泵（简称磁力泵）是应用现代磁力学原理，利用永磁体的磁力传动实现扭矩的无接触传递的一种新型泵，也就是电机带动外转子（即外磁钢）总成旋转时，通过磁场的作用磁力线穿过隔离套带动内转子（即内磁钢）总成和叶轮同步旋转，由于介质封闭在静止的隔离套内，从而达到无泄漏抽送介质的目的，彻底解决了机械传动泵的轴封泄漏，而设计的全密封、无泄漏、无污染的新型工业用泵。科学技术革命的要求，使得高水平课题要在越来越短的时间内解决。一般促进解决过程的做法是增加同时从事同一工作的人数。但是，现在几乎已不可能用这种办法来促进课题的解决进程了，因为大量的人集中于解决一个技术问题，会导致其它方向工作进度的减慢。需要一种把高水平课题从高水平降低到低水平的方法。如果能够把第四水平或第五水平的课题，变成第一或第二水平的课题，那么，普通的尝试法还会起作用。在把“困难的”课题变成“容易的”课题的时候，要点在于能迅速地判明要探索的领域。2发明课题理论框架2.1矛盾及其提示力2.1.1管理矛盾75 发明课题产生的事实本身就是存在矛盾的：需要做某一件事，但却不知道怎样做，这样的矛盾通常叫作管理矛盾。没有必要特意揭示管理矛盾，因为它们就摆在问题的表面上。这种矛盾的提示力等于零，它没有提出应当向什么方向去寻求答案。2.1.2技术矛盾在管理矛盾的深处存在着技术矛盾：如用已知的办法去改善技术体系的一部分(或一个参数)，该体系的其它部分(或其它参数)就要不可容忍地变坏，无法兼顾。在课题的条件里常常已指出了技术矛盾，但原技术矛盾也经常要求加以很大程度的转换，因此，正确表达出技术矛盾是具有一定的指示价值的。诚然，技术矛盾的表述并没有指出具体的答案，但它能使我们明智地放弃许多无用的方案。我们可以排除那些仅使一方性质改善，而伴随着另一性质恶化的方案。2.1.3物理矛盾对同一体系产生相互矛盾的要求即为物理矛盾，物理矛盾是产生技术矛盾的原因。我们以下面的课题作为例子：课题4：在抛光光学玻璃时，必须向光模下供给冷却液(抛光模是树脂制成的)，曾尝试在抛光模里打些眼孔，以使液体通过，但有“窟窿的”抛光模表面的工作性能比无“窟窿的”表面差，怎么办?技术矛盾：“有窟窿的”抛光模的冷却能力与抛光玻璃能力相冲突。冲突的原因在哪?“窟窿”能使冷却液很好地通过，但是当然不能磨光玻璃；相反，抛光模的硬的部分能磨光玻璃，但却不能使冷却液通过。因此，为了磨光玻璃，抛光模的表面应当是硬的，为了通过液体，它又应当是空的。这就是物理矛盾：向体系的同一部分提出了互相对立的要求。在物理矛盾中，互相对立的要求之间是极为尖锐的，因而乍看起来，物理矛盾似乎是荒唐的，根本不能解决的。要使抛光模的全部表面都是连片的窟窿，同时又是连片的固体，该怎么办才好？！注意：物理矛盾的启发力正在于矛盾走向了极端这一点上。因为物质的同一部分不可能存在两种不同的状态之中，那么就只剩下一般的物理改造方法将矛盾的特性分开了。通常，可以将它们在空间上分开：让物体由具有不同性质的两个部分组成：可以将矛盾的性质在时间上分开：让物体交替地时而具有这种性质，时而又具有那种性质；也可以利用物质的过渡状态，因为这时暂时地出现了双重矛盾性质共存着的东西。比如，如果抛光模是由冰和冻在那里的磨料粒组成的，冰在抛光时会融化，这就保证了所要求的相结合的性质：抛光模的表面仍然是硬的，同时，到处都能让冷却水通过。因此，解决物理矛盾具有最强的提示力，技术矛盾的解决是通过物理矛盾的解决而得到的，具有较次的提示力，管理矛盾就摆在问题的表面，没有提示力。发明的实质:寻找揭示和消除发明课题中的物理矛盾的措施。这些措施能大大地缩小要探索的范围，并且用不着逐个试验，就能扬弃许多无效的方案。我们已经知道了一些措施，将矛盾的性质在空间或时间上分开，利用物质的过渡状态等。那么还有吗?从哪里去得到这么一套措施，能足以解决形形色色的发明课题呢?回答是明显的：只有较高水平的发明课题才有物理矛盾。所以消除物理矛盾的措施应该在高水平课题的答案中去寻找。2.2建立课题模式发明创造过程从揭示和分析发明情境开始。所谓发明情境，系指任何一种工程情境，它突出某种不能令人满意的特点．“工程情境”75 一词在这里是广义的，它泛指技术情境、生产情况、研究情境、生活情境、军事情境，等等。这里以下述情境为例。为制作预应力钢筋混凝土，需要拉伸钢筋(钢条)。在拉伸状态把钢筋固定在模型里并注入混凝土。在混凝土硬化后，把钢筋两头松开，钢筋缩短并使混凝土收缩，从而提高了混凝土强度。利用液压千斤顶拉伸钢筋，既麻烦，又不可靠。建议采用电热拉伸法：把钢筋加热并通电，使其延长，并在这种状态中把它固定好。如果利用普通钢条作钢筋，一切都好办：把钢条加热到400℃就能得到需要延伸长度。但是利用能承受更大力的钢丝作钢筋更有利,温度700℃就能把钢丝拉伸到计算值，但钢丝加温到400℃以上时就丧失了高强度机械性能，即使短时间加热也不行。用昂贵的耐热钢丝作钢筋也是一种浪费。情境就是如此。有很多问题与制作钢筋混凝土有关。在情境中只突出一点：拉伸钢丝作钢筋。当然，为了解决这一课题需要采取某些措施。然而，在情境中并没指出对原技术系统需要改变些什么。例如，可否回到利用液压千斤顶上，把它加以改进呢?可否改进耐热钢丝制作工艺，降低其成本呢？可否另找原则上新的钢筋拉伸方法呢?情境对这些问题都没给出答案。因此同一情境可产生不同的发明课题。对发明家特别重要的是善于把情境变成最小课题和最大课题。最小课题可按下式从情境中得到：减少原系统的缺点或增加所需要的优点(新的性质)。因而，最小课题是通过对原技术系统的改变加以最大限制(要求)而从情境中得到。相反，最大课题则通过彻底取消限制(要求)而得到的，即允许用原理上新的系统取代原系统。当我们提出改进船的风帆时，这是最小课题。如果课题是这样提出的：“应该找到有某些指标的、原理上不同的运输工具代替帆船”，这就是最大课题。不要认为把课题变成最小课题，就能使课题在低水平上解决。最小课题也可能在第四种水平上解决。另一方面，把课题变成最大课题，也不一定就在第五种水平上解决。不改进钢筋拉伸电热法，而改善液压千斤顶，也只能得到第一种水平或第二种水平的发明。究竟要把该情境变成哪种课题，是最小课题还是最大课题，这是个发明战略问题。显然，在任何情况下还是从最小课题开始为宜，因为解决最小课题能取得积极结果，同时并不要求系统本身有什么实质性变化，从而易于实现和获得经济效益。解决和实现最大课题可能需要付出毕生代价，有时在当时的科学知识水平上根本办不到。因此，也像所有课题一样，发明课题应该指出“给定的条件”和“应得的结果”。典型的发明课题表述如下：课题5：在制作预应力钢筋混凝土时，用电热法拉伸钢丝。但加热到计算值700℃时，钢筋丧失机械性能。怎样消除这一缺点?这里有关原技术系统的说明，即是“给定的条件”，而指出必须保留一切，仅消除现有的缺点(最小课题！)则属千“应得结果”。“给定的条件”可能包含多余的信息，不包含完全必要的信息。“应得结果”一般以管理矛盾和技术矛盾的形式表述，但不精确、不完整，有时甚至不正确。因此，解决课题应从建立课题模式开始，它能言简意赅，准确无误地反映课题的本质：技术矛盾和要素(原技术系统的各部分)以及它们之间的矛盾造成的技术矛盾。课题5的模式：给定热场和金属丝。如加热到700℃，金属丝得到需要的延长量，但丧失强度。可见，从课题过渡到课题模式时，首先，专门术语：“电热法”．“钢筋”等被排除了：其次，系统中所有多余要素也被删去了。例如在模式中再没提到“制作钢筋混凝土”的字样．因为课题的实质不在于怎样拉伸钢丝，为什么要拉伸，这都无关紧要。比如说，说明把拉伸的钢丝用作玻璃梁的钢筋，那有什么用呢。模式中也没提到用电流加热钢丝。如果说明把钢丝放在炉子里或用红外线加热，也与课题无补。课题模式中只保留了足可表述技术矛盾所必要的要素。每一技术矛盾均可用两种方式表述：“如果改善A，B则恶化。”和。“如果改善B，A则恶化。”75 在建立课题模式时，在其表述中应以改善(保持、加强等)基本生产作用(性能)为准。以两种表述为例：一种表述是：“如果把钢丝加热到700℃，钢丝就能得到必要的延长量，但丧失强度。”另一种表述是：“如果不把钢丝加热到700℃，钢丝能保持强度，但不能得到必要的延长量。”在这两种表述中应采取第一种表述，因为这种表述能保障基本生产作用：使钢丝延长。这就是为什么课题模式采取了“热场一钢丝”这种表述方式。在从课题情境过渡到课题进而过渡到课题模式的过程中方案选择的自由度(即选择方案的余地)随之大大减少了，而课题的提法的矛盾（冲突）更加突出。这里先从课题情境开始说起。课题情境可提供很多可能的解决办法，例如：如果采取改善液压千斤顶的办法呢?如果制造气动千斤顶呢?如果做一个由重物来拉伸钢丝的引力千斤顶呢?如果允许加热丧失强度、然后再设法恢复呢?……在从课题情境过渡到课题的过程中，很多这类可能的解决办法都被筛选掉了，只保留了电热法；它有很多优点，只需要排除它的唯一缺点。下一步还要继续缩小选择的余地：就采用700℃温度。其他所有折衷方案都排除，就用这种温度！尽管这么高的温度与钢丝天然特性相左，但不至于使它损坏……这时课题越来越小了，而且变得“异常”了，“更荒唐”了，“反自然”了，然而，这只不过意味着已经抛弃了大量平庸的方案，进入了有力解决方案的神奇领域。这时需要利用物场分析术语：“物质”、“场”、“作用”建立课题模式。这就使人们在解决课题之前立刻想象出物场形式的答案。事实上，在模式中给定热场和物质，也就是给定了一个不完整的物场。显然，在答案中“必须引进第二种物质”。建立课题模式有一定规则。例如：在一对矛盾的要素中有一个要素一定是制品，第二个要素多半是工具。但在某些课题，两个要素都是制品。如果矛盾对不包括制品，课题模式就不复存在，只得再回到原课题情境中去。如果把制品(钢丝)从课题5模式中去掉，那么就会回到原课题情境那些习惯性想法那里去：“如何设法代替钢筋混凝土的钢筋呢?不拉伸行吗?”在某些课题中有几对同类“制品——工具”时，在这种情况下，建立课题模式取一对矛盾就足可以了。课题模式只包括矛盾的要素，不包括整个技术系统。这有时令人感到奇怪。例如:在坚固的气密的金属容器里放置30～40块不同合金，容器里灌满侵蚀性液体。试验的目的是弄清蚀性液体在高温以及高压条件下对合金表面的作用。遗憾的是侵蚀性液体同时也作用于容器壁。因此容器壁需要用贵重金属制作。这造价太高。怎么办?课题给定的技术系统包括三个要素：容器，金属片与作用于金属片的液体，而在课题模式中只剩下了两个要素：金属片(制品)和流体(制品)。那么容器哪里去了?难道液体悬在空中，金属片在液体里……实际上也不会有这种情况。液体当然在容器里。但课题模式没有必要反映整个技术系统，它只需要显示需要解决的“症结”。对课题进行分析是相当困难的，更不用说对课题情境进行分类了因为课题的实质往往被随心所欲的表达方式给掩盖了。而课题模式就容易分类，而且分类明确。原技术系统的物场分类就是这种分类的基础。利用这种分类方法立即就能把课题分成三种类型：第一种类型是给定一个要素；第二种类型是给定两个要素；第三种类型是给定三个以上的要素。每种类型又可根据课题中给定任何要素(物质、场)。它们之间的关系以及可否改变分成各类课题。这里再详细谈谈课题模式分类问题。首先必须指出最重要的一点：第一种类型课题(给定一个要素)几乎总是依据物场补构规则加以解决。这种情况与化学有相似之处。例如，卤素具有各种不同特性，但有某种影响其他特性的共同特性。这是由这些元素原子外层电子结构所决定的，因为卤素力图得到所缺的电子来构建一个完整外层。第一种类型课题模式的情况也是如此。这些模式的主要特性也是力图构建一个完整的物场。75 第三种类型课题转变成第一种和第二种类型课题并不困难。比如说，如果按课题条件给定一个物场(即三个要素)，那么要把这个物场当成一个要素(物质)，并按一般规则把它与其他物质和场结合起来。因此，第二种类型课题才是“经典的”发明课题。为了形成矛盾，必须有两个对立的趋势，倾向、性质和要求的冲突。实质上，在第一种类型课题里也有这种冲突，只不过在课题条件中没给出第二种物质，但第二种物质的存在是不言而喻的。总之，第二种类型课题（两个要素）理所当然地成为经典的或典型的发明课题。2.3排除课题矛盾的基本机制解决发明课题程序利用以下四种排除技术矛盾的机制：1．通过表述最终理想结局把课题模型中给定的技术系统转变成理想系统；2．由技术矛盾转变成物理矛盾；3．利用物场转换方法排除物理矛盾；4．利用操作系统，它包括克服技术矛盾与物理矛盾最有效的方法的全部资料，如典型技法表、典型技法利用表、物理效应应用表与索引等。课题模式说明技术系统及其固有的矛盾。事先人们并不知道怎样实际排除这一矛盾。但总是有可能表述理想答案、想象的最终结果。这一操作步骤的意义在于明确达到有力解决方案的目标。所谓理想答案，就是对该课题模式可思议的和不可思议的全部答案中最有力的答案。这似乎是实际不存在的第六种水平的答案。利用理想最终结果解决课题的目的在于：抓住这个唯一的最有力的答案不放。理想最终结果的表达方式很简单，即：矛盾对要素中一个要素本身排除有害的(不需要的，多余的)作用，同时有实现基本作用的能力，所谓答案的理想性，就是不用任何手段就能得到需要的效果。在学习解决发明课题理论时，应该特别注意掌握“理想机器”、“理想方法”、“理想物质”。即无需机械动作、无需消耗能量和时间、无需特别物质就能完成所需要的作用或功能，并且能自调。一般工程思维的特点是：为实现所需要的作用，要以机器、能量、时间及物质的消耗作为代价。之所以要付出这些代价，显然是因为工程师只关心代价要少些，计算要精确些。比如说，须要防止热流，就得设计绝热系统，采用好的绝热方法，如真空屏蔽绝热法。如果这还解决不了问题，就利用热泵把多余的热量排出……在按解决发明课题程序工作时，发明思维能够明确地趋向理想答案，比如说，须要排除某种有害因素，最理想的是这一因素自行消失，让它自我排除，亦可同其他有害因素一块排除。当然，最理想的还是变害为利……趋向理想答案绝不意味着脱离实际答案。在许多情况下，理想答案是完全可以实现的。比如说，理想机器，它的功能可由另一机器代行；理想方法，就是预先完成所需要的作用，等到需要时就不再耗费时间、能量去完成这一作用。明确趋向理想答案，不仅在表述理想最终结果时须要这样做，而且在解决课题的所有阶段上以及在解决发明课题程序所有操作步骤上亦应如此。比如说，如果物场分析提示须要引进物质，就应该想到，最好的物质是没有物质还能完成它的功能。有很多引进物质的有效方法，其中有些方法是不需要引进物质的。例如，一个物质以两种形态交稽替出现。此外，可以暂时引进物质，等等。把发明课题转变成理想最终结果，就能剔除全部低水平的答案，而且不需要选择就能立即剔除。这样就剩下了理想最终结果和一些接近理想最终结果的答案，因而这些答案可能是最有利的答案。继之，表述物理矛盾，进一步筛选答案。例如：“为了使钢丝延长，热场应加热钢丝；为了使钢丝不受到损坏，热场不应加热钢丝。”75 在表述物理矛盾时所提出的要求，简直神奇已极。它把绝大部分答案筛掉，只保留了一个或几个最接近理想最终结果的答案。剩下的答案数不会超过排除该物理矛盾所需要的典型技法数与物理效应数。一般，答案数不会超过10个。而且课题难度越大，答案数越少。把物理矛盾转变成答案，亦不难，利用物场分析的方法即可轻而易举地做到这点。在建立课题模式时，通过物场分析已给出解决课题的一般途径。例如，在课题5中已经给出场与物质，显然需要引进第二种物质。把这种想法同所表述的理想最终结果加以比较，即可揭示出物场矛盾：为了建成完整物场，应该有第二种物质；为了不脱离理想最终结果，不应该有第二种物质。这个矛盾在物场分析中是常见的，可用物质的“双重性”加以克服。比如说，取第一种物质的一部分作为第二种物质，或者引进第一钟物质的变种作为第二种物质。这里以两根钢丝为例。只要第一根钢丝加热，即使第二根钢丝不加热，第一根钢丝亦能使第二根钢丝延长。课题5就是采用这个办法解决的。把耐热的钢条加热到高温，使它延长，并在这种状态下与钢丝联在一起。钢条冷却时收缩，于是把处于冷状态的钢丝拉长。亦可取普通的钢丝作拉伸钢条，但这种钢丝必须比钢筋长一倍，这样把钢丝加热到一半的温度，即可得到预定的伸长量。这里重要的发明原则，是采用电热千斤顶。应该强调指出的是，物理矛盾是通过精确的表述消除的，例如，通过“热场加热与不加热钢丝”这样言简意赅的精确表述即可消除物理矛盾，解决发明课题。诚然，以前说的是同一种钢丝，而在答案中讲的是不同的钢丝。在解决课题时，人们常遇到这种“表述迷惑”现象。例如，在课题中讲的是把混在一起的两种相同物质分开，而在答案中却建议预先在一种物质上做记号，因为以前这两种物质是分开的。当人们知道了这个答案，往往就说：“若是我知道了可以先在物质上做记号……”但课题中并未提出不准预先标记的禁令，难道有人不让事先想到这点吗?……有人往往认为答案简单，解决课题的过程也简单。实际上，答案越简单(指高水平课题而言)，解决课题的过程就越复杂。有时，无论是建立课题模式、表述理想最终结果和物理矛盾，还是物场分析都不能给出非常明确的现成答案。在这种情况下，要继续解决课题，就必须进行技术系统转换操作。关于这个问题，这里暂且不谈，下面再讲。综上所述，首先由发明情境转变成发明课题，然后转变成课题程式，从而产生一系列答案：理想答案(表述理想最终结果)，物场答案（找到了物场形式的答案），物理答案（表述了物理矛盾，找到了消除物理矛盾的物理原则）。继之再制定技术答案；在对发明申请要求的水平上大致拟定解决课题的设想，最后制定计算（设计）答案，论证新技术系统的基本特性，到此既完成了解决课题的全过程。最后两个阶段是从解决发明课题的答案过渡到产品设计。这时专业知识与经验其主要作用。在实际的创造过程中，“发明”阶段与“设计”阶段由是自然而然的联系到一起：有时不得不从设计阶段回到发明阶段，对提出的设想进行修正，有时在设计过程中也必须解决基本课题衍生的个别课题。2.4解决发明课题的程序与理论随着第一个解决发明课题程序的出现，解决发明课题的理论亦开始形成。他们之间的关系有点像飞机与航空，汽车与汽车运输之间的关系。理论体现于程序之中，但不能归结为程序。我们必须同等对待理论和程序，他们是相互联系的。以下是关于“措施”、“方法”、“理论”等术语的定义，。措施是一次性的基本操作。措施属于解决课题的人的行为，比如“利用类比”。技法亦用于课题中所要研究的技术系统，比如说“把系统分割”、“把几个系统联成一个系统”75 。这样，可以说措施是个标量，它没有指向性，很难说什么时候这个措施好，那个措施坏或反之。在某种情况下类比法可以导致课题的解决，而在某种情况下却离开了解决问题的道路。措施本身是不发展的，当然补充和完善一整套措施是可能的。方法是一个操作系统，它规定了操作的一定次序。比如说，“智力激励法”（大胆的设想）就包括以下诸方面的一系列运演：将“思想家”和“批判家”相结合，进行大胆的设想并选择计策。对如何进行智力激励法，对如何筛选设想，都有一定的操作规定。方法一般都基于某种原则和假定。比如说，智力激励法认为，只要让不可控的设想流从潜意识中奔流而出，就能得到课题解决方案。方法的发展是很有限的，一般总脱离不了初始原则的框架。理论是很多方法与措施的体系，它规定了在认识客观实践发展规律的基础上有目的控制解决课题过程的方向。粗浅地说，措施、方法与理论构成“砖一房子一城市”或“细胞一器官一有机体”这样一种链。在这样的结构链中，解决发明课题程序是处于方法与理论的交界处。现在已开始把发明大纲看成是独立的，不取决于人的解决发明课题的体系的，思维应当遵循这一体系要求，受它控制。这样的思维将是超人的。解决发明课题程序的研究工作始于1946年。但是，当时还没有“解决发明课题程序”这一概念，问题是以另一种方式提出来的，即：“需要研究发明创造经验，揭示优秀的解决方案不同于低劣的解决方案的特点，把所得结论用于解决发明课题。”不久就发现了发明课题解决方案之所以优秀，是因为它克服了所要解决的课题中的技术矛盾；之所以低劣，是因为它没能揭示或没能克服课题中的技术矛盾。继之又发现了完全令人出乎意料的事：即使是最高明的发明家也不明白，也没看到，解决发明课题的正确方略是逐步地揭示技术矛盾，研究其原因并加以排除，从而也就排除技术矛盾。有些发明家在解决课题时遇到了明显的技术矛盾，并认识到课题是由于克服技术矛盾而解决的，但不总结经验，在解决以后的课题时仍然不改陈规，还是花费大量的时间去选择解决方案，甚至连课题中的矛盾都不想加以表述……小发明家想从大发明家那里学些经验，但他们大失所望，因为大发明家也是用那种粗糙的试误法搞发明创造，没有什么新招数。第二阶段研究的问题是：“需要编制适用于所有发明家的有计划解决发明课题的计划。这时，计划应该是有步骤地分析课题，以便揭示、研究和克服技术矛盾。计划不能代替知识和能力，但它可避免错误，能提供解决发明课题的好方略”。解决发明课题计划远不是现在的解决发明课题程序，但它几经修改益加精确和可靠，逐渐具有程序型计划(指令)性质。编制了第一批排除技术矛盾技法应用表。作为研究的重要资料来源于专利文献和发明说明书。在这一阶段又发现了新的问题：要想解决高水平课题，发明家必须具备本专业以外的知识；生产经验会强迫人们在熟知的方向进行无效的尝试；唯一对解决课题进程有显著影响的“能力”，是坚持解决发明课题程序及利用其信息资料的“能力”。由此可得出结论：知识、经验、能力(天资)都不可能成为有效组织创造活动的依据。没有人能够依靠自己的知识、经验和能力接连不断地解决高水平课题。如果课题需要尝试十万次，那谁也无能为力。解决高水平课题要求人们具备技术，物理和化学的全部知识。但是一个人的知识量却不到人类知识总量的几百万分之一。在解决课题时，人们要善于正确重构现有信息。所谓正确重构”，就是实现连续行为链，控制这些行为，使之导致课题的解决。遗憾的是：人们反其道而行之，仍然依靠自己的老观念和个人偶然的经验，利用粗糙的试误法去解决课题。人们不善于有效地解决高水平发明课题。因此，所有的假说不管是直接还是间接从以下认识提出来的，都是错误的，即：认为研究创造过程就能揭示有效的技法、方法，等等。所有力图激励创造性思维的方法也都是错误的，因为这是一种想要很好地组织不好的思维的意图。75 因而，第二阶段工作从需要提供发明家有益的辅助工具的思路开始，以得出以下结论而告终，即：必须改造发明创造活动、改变产生发明的工程本身。这时解决发明课题计划已成了独立的，不以人们意志为转移的解决发明课题系统。思维应该遵循这一系统，受控于这一系统，只有如此，思维才是天才的。至此就产生了一个新问题：必须把解决发明课题程序中的操作置于客观基础上，以技术系统发展客观规律加以论证。这就是第三阶段的工作。第三阶段工作的提法是：“低水平的发明不是创造．用试误法获得的高水平发明是低劣的创造。需要解决发明课题的新工程来有计划地解决高水平课题。这种新工程应该建立在掌握技术系统发展客观规律的基础上”。第三阶段研究工作一直延续到现在。但是业已发现新的问题，即：思想理论方面要转变，理论研究要进入第四个发展阶段。显然，关键不在于发明是技术系统发展。课题只不过是人们发现技术系统发展需要的一种形式。问题的关键在于利用理论有计划地发展技术系统，不要等待着课题产生。2.5发明程序大纲的建立与运用2.5.1发明大纲的建立能满足下述六条要求的大纲称作解决发明课题程序大纲，简称发明程序大纲（详见4解决发明课题程序大纲）。“程序”一词，在狭义上是指绝对确定了的数学运算次序；在广义上指的是任何足够精确的行动计划。实质上，解决发明课题程序是一种组织人们思维的有效程序，它似乎能使人拥有很多发明家的经验。在“解决发明课题程序”这句话中，它是在广义上使用的。解决发明课题的有效技巧，可能仅仅在于自觉地利用技术体系的发展规律；a)从这些规律出发，就可能制订出解决发明课题的大纲。它使我们用不着选择方案就能将高水平课题还原到第一水平的课题；b)为将高水平课题还原到第一水平的课题首先需要找出物理矛盾。因此，大纲应包括能按一定的规则揭示出物理矛盾的运演步骤；c)为克服物理矛盾，大纲应有精选的资料，包括通过分析大量的当代专利文献的所揭示出的关于发明措施的精选资料。发明措施的精选资料应当以表格形式表现出来；从表格中应能看出根据课题所属类型或看出包含哪种矛盾，应利用哪些措施；d)精选资料应同样包括物理效应的应用表格。e)大纲应有控制心理因素的措施，首先是激发想象力的措施和克服心理惰性的措施。然而，强调指出这样一点是很重要的：解决发明课题程序的每一次修改，在它那里的主要特征，即决定性、大众性、有效性都得到了加强。从表面上看，解决发明课题程序是按其顺序解决发明课题的大纲，技术体系的发展规律就存在于大纲的结构之中了，或表现为具体的运演步骤。藉助于这些运演步骤，发明家一步一步地(不做无用试验)揭示出物理矛盾，并决定这矛盾是与技术体系的哪一部分相关联着的。解决发明课题程序大纲有着克服心理惰性的特殊做法。一些人以为对付心理惰性并不难，只要记住它存在就足够了。如果事情真是这样就好了，可惜不是，心理惰性非常固执，必须通过训练对课题进行改造的具体运演，才能克服这种惰性。比如，摆脱专门术语，因为术语总是把发明家与关于事物的旧的、难以改变的概念联系起来。跨专业发明人士屡见不鲜就是出于这个原因。75 在制订解决发明课题程序大纲时，对专利文献进行的系统的分析，分出并研究出第三水平以上的课题，确定了它们之中包含的技术的和物理的矛盾，以及消除它们的典型措施，列出解决问题的措施表，以及物理效应应用表。这样的分析表格不仅反映了大量发明家的集体经验，而且有着可以用来预测的丰富的资料。就是说，它所推荐的措施，在相当一段时期内不会过时。倘若我们能集聚古往今来优秀发明家的经验来组织我们的思维，则这些经验将被卓有成效地运用。我们可以从经验上得到一些与所研究的新课题相类似的旧课题的解决途径，它们的答案应该相似。详细的说：按解决发明课题程序大纲工作的发明家就是这样看的：在这个新课题中有那样一个物理矛盾，就是说可以利用那个旧课题的答案，这旧课题表面上一点儿也不象这新课题，但它含有相似的物理矛盾。对旁观者来说，这就好象表现出来了强烈的直觉。解决发明课题程序的情报资料是定期补充和不断完善的。因为某些物理体系发展了。就目前来说，材料学的发展成为许多技术发明的前提。发明程序大纲中的课题举例：例l：对具有凹凸部分的形状复杂的制品，比如是匙子，用磨轮的加工情况不好。用别种加工方法代替研磨既不合适又太复杂，用冰磨轮在这种加工中太昂贵。使用带磨擦表面的弹性气轮也不适用，因其磨损太快。如何解决?例2：无线电望远镜的天线架设在经常有雷雨的地方，为防避雷击，天线周围需要设置避雷针(金属棒)。但避雷针阻挡电磁波，形成无线电阴影。将避雷针安装在天线上，这种情况又不可能。如何解决?例3：如何解决提高破冰船航速的问题，不能靠加大发动机功率提高航速，现代破冰船装备的太多了，因此也不能另外增加设备的负重。2.5.2发明程序大纲的应用解决发明课题的程序大纲，为构成课题模型和揭示最终理想结果及物理矛盾的过程，清晰地定出了规则，在解决发明课题中占有举足轻重的地位。在发明程序大纲中的第2.1步骤，要求不使用专门术语来说明课题条件。这一简单的做法，在相当大的程度上减轻了最初的心理惰性。术语的创立，是为了使更可靠、更严格地勾划出已知事物成为可能，然而，所有的发明都超出了已知事物的范围。比如，在课题的条件中说到提高破冰船的速度，那么“破冰船”这一术语，乍看起来是单纯无关的，可立刻使人与一定的思想范围联想起来。应该打开、打破、打碎泳……事情完全不在于打碎冰(又不是为了要冰)，而是主要通过冰前进，这一简单的想法是在心理障碍外的某处。再如，在粮食学院里，有一天，院士里希金对发明家卡丘金说，预定要召开一次最重要的一个问题——防止椿象问题的会议。需要研究这种昆虫的生存条件，尤其是测定它的体温，但没有能解决这问题的仪器。院士向发明家说：“这个题目要花5万卢布，但不知道能否用这些钱研制出所需要的仪器。”卡丘金马上就给他解释，怎样用普通的医用体温计来测量椿象的体温。在这里如果使用常规词语来代替“椿象”这一术语，问题就变得容易了。如果正在下雨并且能接到一杯雨水，那么要知道一个雨滴的温度还困难吗？事实上，卡丘金正是这样毫不费力地解决测量椿象体温这课题。简单问题的关键是用“某些非常小的东西”这样的话，来代替“椿象”这一术语。在捕捉一大群的椿象中使用医用体温计，自然就毫不困难了。在避雷针的课题中，也许不妨用“带电的棍子”或“导电的柱子”来代替“避雷针”这一术语，这些词不那么好听，但修改起来方便。下一步骤是选择冲突的元素对75 。磨轮磨研表面形状复杂制品的课题中这一选择极为简单，因为有制品(匙子)，有：工具(磨轮)，这是现成的一对。解决无线电望远镜的天线这个课题的情况要复杂一些，因为在课题的条件中，提到了无线电望远镜的天线，要能吸收无线电波和闪电(起避雷针作用)。若按规则办，我们要选择制品和工具，但这样就会碰到一点不寻常的麻烦：在问题中有两个制品(闪电和无线电波)和一个工具(避雷针)，这里不是有一个冲突对，而是有两个冲突对。这冲突又不是在一对之内发生的，而是在两对之间发生的。导电的避雷针不与闪电冲突，它能“接收”闪电；另一方面，不导电的避雷针完全能与无线电波相容——它不“接收”无线电波，所以不会阻碍它。顺便说一下，不要对这些不寻常的词组感到难为情——“导电的避雷针”(油似的油……不然避雷针还能是什么样子?!)，“不导电的避雷针”(如果它不导通闪电，那么这避雷针又是什么样的?!)。若想不依靠解决发明课题程序大纲，就能喊出“我要不导电的导体！不是半导体，这还得是导体，我就要不导电的导体；不要热水，而要冰冷的沸水．要气态的石头，黑的光……”，那是需要极不寻常的思维方式的。但解决发明课题程序大纲使得这种方式的思维——不平凡的、异乎寻常的、用矛盾的思维，成为符合规范的思维。更主要的是，这种思维方式是作为创造思维中的工作方式理所当然地发生的，即是说，不靠灵感，不靠偶然意志力，而是靠大纲产生的。这个大纲将保证在解决发明课题的全过程中，都按这种方式进行思维。于是，避雷针应是导电的和不导电的。按第三条规则，我们取“不导电的避雷针”来构成冲突对，它能保证无线电波自由通过，即天线正常工作，不导电的避雷针是什么?是木头柱、玻璃柱、水柱，还有更简单的东西：把金属柱拿掉，剩下空气或真空——反正都一样。半个世纪以来，科学史家们就兴高彩烈地反复讲着有关狄拉克的一件传说：有一天，狄拉克在解决一个分未知数目的鱼的问题时，在答数里怎么得到了一个负数。事实上，一群鱼夫怎么才能分负数的鱼，比如负两条鱼呢?(或者最好问，怎么分想象中的鱼呢)……所有的人都抛弃了这样的答案，但狄拉克没有摒弃它。要知道，在数学上这是完全正确的答案。科学史家们说，很可能那种思维方式也帮助了狄拉克预言了正电子——“正的负电荷”的存在。在按解决发明课题程序大纲工作时，负的鱼，想象的鱼，有时是“非鱼的鱼”这类思维，是一定要产生的。不存在的避雷针能很好地导通无线电波，但不能捕捉闪电，因为已经给避雷针规定了一个性质(它不存在)。这样在两个冲突对中只剩下一个冲突对了，于是就得到了典型的技术矛盾。冲突的元素揭示出来了，技术矛盾有了，解决发明课题程序大纲的第三部分就这样以构成课题模型而终结。在从记述课题条件中的技术体系过渡到课题模型时，我们减少了要研究的元素的数量。现在，到第3.1步骤，必须继续进行选择——从两个冲突的元素中应当选择能够变化的那个。“能够变化”，“不能变化”，这都是相当模糊的定义．以后我们将使用较为精确的定义。目前，在解决发明课题程序大纲的条文中引用那些简单的规则已足够了。它们在绝大多数的情况下，可以使人毫无困难地选择出所需的元素。下一步骤是构成最终理想结果，像在以前的步骤一样，这里也有明确的规则在起作用，它能迫使课题模型的“奇异性”进一步加深，就是模型所需的应该依靠自身达到。去解决发明课题程序大纲中大胆想象的规则……待探索的领域在继续缩小。现在(第3.3步骤)，在第3.1步骤选出的元素中分出了一部分元素，将在第3.4步骤和第3.5步骤表述的物理矛盾，与这部分元素联系起来。乍看起来，可能会显得这些步骤使解决过程过于详尽。是的，为什么不把一些步骤，比如第3.4和第3.5步骤合并呢?以前曾这样做过了，在以后发现，过份地急剧地从最终理想结果转向物理矛盾经常会产生错误。如果对技术体系的一部分元素提出相对立的要求，那就必须首先验证能否用简单的改变方法将这些要求分开。这样的验证是在第4.1步骤实现的。在验证能否分开矛盾性质时，应当水远记住最终理想结果。这种分开应当是“自身”或“几乎自身”来实现的。在避雷针问题上，使空气柱电离并不难，比如可以利用放射性辐射，但电离了的空气柱是导体，升降金属柱的办法更简单，在各种情况下，对周围都没有危险，但问题是要自由电荷在需要时自行产生，而在“捕捉”75 到闪电后自行消失。第4.1步骤规定的那些最简单的改变方法经常仅仅是在大体上指出解决问题的道路。我们只知道应当电荷必须在需要的时候以某种方式自行产生，但到底以哪种方式来产生，4.1步还不清楚。下一步是利用典型课题模型表和物场改造方式表。如前已讲过的那样，课题模型的分类是依据以下的特征：——课题模型中包含着多少个元素；——这些元素是什么，是物质还是场；——它们之间是怎样相互联系的；——课题的条件对改变现有的元素，以及引进新的元素加了什么样限制；——课题是属于要改变事物(必须引进在起始端的场)呢，还是属于测量和发现的课题(需要得到在终端处的场)。依据这些规则，可以编制出一套详尽的分类法。但许多第二种类型的课题(给定二个元素)，很容易转变成为第一种类型的课题，尤其是对替换元素没有限制时。“场与物质相互作用得不好，需要保证很好的相互作用，场可以被替代和变化”，我们把“不好的”场拿出去，就得到第一种类型(给定一个元素)的课题模型。同样，许多第三种类型的课题很容易转变成第二种类型或第一种类型的课题，因此，物场改造表中仅包括那些不可能或很难转变成较简单类型的课题模型。在磨制表面形状复杂制品(发明程序大纲的例1)的课题模型中，有两个元素(两个物质)：制品和工具。按课题的条件，制品一定要受到磨具的加工，因此，不可能将此课题转变成为第一种类型的课题。在既能避雷又不妨碍接收无线电波的课题模型中，包括三个元素：两个场和一个物质，对此也是想挑出哪个元素也不行，否则冲突对就没有了，课题模型会受到破坏，因此，此课题属于给定三个元素的第l6型（参见“物场改造表”)。前一课题，实际上物场改造表给了现成的物理答案，也就是将磨轮的物质分成用磁场联系起来的两种物质(其中之一是磁铁粉)后，将工具展为物场——铁磁粉和磁场的物场。对于后一课题，“物场改造表”还未能给出最后的回答。在这里，许多方面都取决于是否善于运用基本的物理知识。是运用物理学，而不是了解物理学，因为需要的物理学是中学的，普通教育的物理学。电荷应当时而出现，时而消失，它们可能消失到什么地方去?真是到什么地方去了吗?它们还应该重新出现才行呢。这需要的物理学是极为简单的：电荷未动地方，但正负电相结合就中和了，以后再分开就又有了电荷。空气中的中性分子分离成正离子和电子，以后这些电荷再结合成中性分子。这个电离一中和的想法，对于物理学家是十分清楚的，但恰恰是在这里形成了心理上的障碍，亦即在我们的概念里，电离首先是与辐射联系在一起的，于是产生了用某种发生辐射的技术装备的想法。答案就这样走进了死胡同，因为不可能简单而可靠地决定应该在什么时候开动这装置。困难的根源，在于那些解决课题的人(不使用解决发明课题程序大纲)，不由自主地想要为自己减轻工作，不管它会显得多么矛盾，事实确实是这样。可以用普通的方法——借助于辐射来实现电离，正确思维就是这样思考的。但按最终理想结果的要求，却是这样的：“电离应该自身发生。此外，电离一定要是‘无代价的”’，并且正发生在指定的时刻，仿佛有种力在呼唤一般。正确思维是避免这样把问题弄复杂的，然而辩证法却在于，课题条件的复杂化超过了某个限度就转变成了这个课题答案的简单化。我们再好好想想最终理想结果的表述(现在可以把这个表述弄准确)：在闪电发生时，在它刚刚酝酿着的时候，中性的分子就应该自身分离成正离子和电子”。如果将“应该”一词拿掉，我们就会得到一个现成的答案，这就是利用闪电（及产生它的雨云)作为电离器。可以把最终理想结果比作一条绳子，登山队员抓住它登上陡坡。绳子并没有将人往上拉，但它给人以支持，不让人滑下去，只要把绳子从手里松开就一定要掉下……75 当然，并非所有的课题都能依据基本的物理学得到解答，因此，在解决发明课题程序大纲中，利用一个“物理效应现象表”（见本讲3附加表）或在需要时求助于有关物理学手册或专门著作。小结：1、列出消除物理矛盾的清单通过研究大量的高水平的专利文献，就可以拟出一份好的消除物理矛盾的措施清单。1、学会正确地揭示矛盾即知道什么时候用什么样的措施，为此就必须掌握和运用技术体系的发展规律。只有了解技术体系的发展规律（发明大纲），才能正确地选择最有效的措施，来消除矛盾和解决发明课题。为了可靠地解决课题，需要全部物理学的知识。因为困难课题的解决，经常是与利用少为人知的物理效应，或与少为人知的普遍物理效应的细微变化联系在一起的，并将发明课题的类型（或矛盾的类型）与相应的物理效应联系起来。有关发明教育的研究者，即是通过分析专利文献所揭示的纯粹的发明措施，以同样的型式表现出来。2、发明家必须果断地抛弃那些似乎可行的方案，并且提出大胆的设想，必须克服心理惰性。附录1解决发明课题程序大纲1课题选择1.1确定解决课题的最终目的(1)应当改变物体的哪种特征?(2)在解决课题时，物体的哪种特征明显地不能改变？(3)如果课题能够加以解决，哪种消耗降低了?(4）容许花费什么样代价(大致的估计)?(5)应当改善哪些主要技术一经济指标?1.2试验一下迂回的方法假定课题原则上：不能解决，那么为了得到所要求的最终结果，应当解决什么样的其它课题？(1)过渡到上体系水平，将课题重新表述，原体系课题包括在上体系内。(2)过渡到下体系水平(物质)，将课题重新表述，下体系成为原课题体系的一部分。(3)用相反的作用(或者性质)来代替所要求的作用(或者性质)，在三个体系(上体系、体系、下体系)水平上，将课题重新表述。1.3确定解决哪种课题比较合理——是原课题，还是经迂回方法提出的某一课题，从中进行选择。注：在选择时，应考虑到客观因素(原课题体系发展为哪种后备体系)和主观因素(着眼于哪种课题，是最小课题还是最大课题)。1.4确定所要求的数量指标。1.5增加所要求的数量指标这时应考虑实现这一发明所需要的时间。1.6明确预期发明所提出的具体要求(1)考虑实现这一发明的特点，其中包括解决课题的复杂性的不允许程度。(2)考虑预定的应用规模。75 1.7检验课题能否直接应用解决发明课题的标准做法来解决如果得到了答案，就转向5.1步骤，如果没有答案，就转向1.8步骤。1.8利用专利，情报使课题明确化(1)近似已知课题的课题答案是哪一种答案(根据专利文献资料)?(2)颇似已知课题，但属于领先的技术部门的课题，其答案是哪一种?(3)与已知课题相反的课题答案是哪一种?1.9采用尺度时间价值法(1)假定将物体的尺寸从提出的数值变化到0，这时课题将如何解决?(2)假定将物体的尺寸从提出的数值变化到∞，这时课题将如何解决。(3)假定将过程的时间(或者物体运动的速度)，从提出的数值变化到0，这时课题将如何解决?(4)假定将过程的时间(或者物体运动的进度)从提出的数值变化到∞，这时课题将如何解决?(5)假定将对象或过程的价值(允许的耗费)，从提出的数值变化到0，这时课题将如何解决?(6)假定将对象或过程的价值(允许的耗费)，从提出的数值变化到∞，这时课题将如何解决?2课题模型的构成2.1课题条件不用专门术语来描述例l：对具有凹凸部分的形状复杂的制品，比如是匙子，用磨轮的加工情况不好。用别种加工方法代替研磨既不合适又太复杂，用冰磨轮在这种加工中太昂贵。使用带磨擦表面的弹性气轮也不适用，因其磨损太快。如何解决?例2：无线电望远镜的天线架设在经常有雷雨的地方，为防避雷击，天线周围需要设置避雷针(金属棒)。但避雷针阻挡电磁波，形成无线电阴影。将避雷针安装在天线上，这种情况又不可能。如何解决?2.2选出和写下一对矛盾的元素。如果按课题条件只绐定一个元素，就转向4．2步骤。规则1：在矛盾元素对中一定要有制品。规则2：矛盾元素对中的第二个元素，应是直接与制品相作用的元索(工具或者第二制品)。规则3：根据课题条件，如果一个元素(工具)可以有两个状态，应取能更好地实现主要生产过程的那个状态(课题中所指出的整个技术体系的基本功能)。规则4：如果在课题中有若干对同类的相互作用的元素对(A1，A2……及B1，B2，……)，那么仅取一对元素对(A1与B1)就足够了。例1中制品是匙子，直接与制品相互作用的工具是磨轮。例2中．有两个“制品”——闪电和无线电波，及一个工具一一避雷针。该情况的矛盾不在“避雷针一闪电”对和“避雷针一无线电波”对中，而是在这两对中间。为将这类课题变成有一个矛盾对的合乎规则的形式，需要预先赋与工具能完成技术体系的基本生产作用所必须具有的性质，即应认为没有避雷针，同时无线电波可自由地到达天线。这样，矛盾对就是新型避雷针和闪电(或者是不导电的避雷针和闪电)。2.3写出矛盾对已有的及其应引进的矛盾对元素；有益的和有害的矛盾对元素。例1：（1）磨轮具有研磨的能力。75 （2）磨轮不具有适于曲面研磨的能力。例2：（1）新型避雷针不构成对无线电波的干扰。（2）新型避雷针不能“捕捉”闪电。2.4写出课题模型的标准做法的表述式在指出矛盾对与技术矛盾后，写出课题模型标准做法表述式。给出磨轮及制品。磨轮具有研磨能力，但不适用于曲面的制品。给出新型避雷针及闪电。这样的避雷针不构成对无线电波的干扰，但也不能“捕捉”闪电。3课题模型的分析3.1选出可以较易加以改变、替代的那个元素。规则5：技术物体比天然物体较易加以改变。规则6：工具比制品较易加以改变。规则7：如在体系中没有容易加以改变的元素，就应指出“外界环境”。不能改变制品的形状，因为平的匙子是不能盛液体的，但可以改变磨轮(然而，要保留它的研唐能力——课题的条件是这样的)。避雷针是“加工”闪电的工具(改变它的运动方向)，在这种情况下，闪电应算作制品。类比：屋檐下的导雨管和雨。闪电是天然产物，避雷针是技术产物，因此，应取避雷针作为课题模型中的元素。3.2写出最终理想结果的标准做法的表达式元素(系指在第3.1步骤中选出的元素)本身应除去有害的作用，使保持的有益作用钧能力得以实现。规则8：在最终理想结果的表述式中，永远应该有“自身”一词。如：磨轮自身适用于制品构曲面，而又保持研磨的能力。新型避雷针自身能“捕捉”闪电，而又保持不干扰天线电波的能力。3.3指出元素中不符合要求的两个相互作用的地方这地方是什么?是物质还是场?把这地方画在示意图上，用颜色或线条表示出来。如：磨轮的外层(外环、轮缘)、物质(磨科、固体)。新型避雷针占据的那部分空间，它是无线电波自由通过的物质(空气柱)。3.4指出所选元素的物理矛盾(1)对保持(系指有益的相互作用，或者那个必须保持的相互作用)、必须保持(系指物理状态：加热、运动、带电等等)的物理要求。(2)对防止(系指有害的相互作用，或者必须除去的相互作用)、必须防止(系指物理状态：冷却、不运动、不带电等等)的物理要求。规则9：在3.4中的(1)和(2)指出的物理状态，应是相互对立的状态。例1：（1）为了研磨，磨轮的外层应是固体（或者为了传递力，应与磨轮的中部呈刚性联系)。（2）为了适用于制品的曲面，磨轮的外层不应是固体(或者不应与磨轮的中部呈刚性联系)。例2：（l）为了通过无线电波，空气柱不应导电(确切点说，不应有自由电荷)。（2）为了“捕捉”闪电，空气柱应导电(确切点说，应有自由电荷)。75 3.5写出物理矛盾的标准做法表述式(1)完全表述式：为实现有益的相互作用，所选元素的那部分应处于3.4(1)中指出的那种状态；为防止有害的相互作用，所选元素的部分应处于3.4(2)中指出的那种状态。(2)简短表述式：所选元素的哪部分应该是和不应该是。例1：（1）为了研磨制品，磨轮的外层应是固体，而为了适用于制品的曲面，它又不应是固体。（2）磨轮的外层应该是及不应该是固体。例2：（1）为了“捕捉”闪电，空气柱应有自由电荷，而为了不阻挡无线电波，它又不应有自由电荷。（2）空气柱应该有及不应该有自由电荷。4物理矛盾的消除4.1将所选元素作最简单的改造即将矛盾的性质：(1)在空间上分开；(2)在时间上分开；(3)利用过渡状态加以分开，这种状态是矛盾的性质共存，或者交替存在；(4)利用结构改造分开：所选元素的微粒具有已有的性质，而所选的整体则具有所需的(矛盾的)性质。如果得到物理答案(即揭示出所需的物理作用)，就转向4.5步骤；如未得到物理答案，就转向4.2步骤。举例例1所选元素的标准做法比较接近4.1步骤的(3)与(4))。例2可以按4.l步骤的(2)与(3)来解决。在闪电产生的开始阶段，自由电荷自身在空气柱中出现。避雷针在短时间内成为导电的，以后自由电荷自身消失。4.2利用课题典型模型表和物场改造表如果得到物理答案，就转向4.4步骤；如没有物理答案，就转向4.3步骤。例1的模型属于第四种类型。根据典型解答法，应引入场和加入物3，或将物2分成两个相互作用的部分，这样将物2展变成物场(在3.3步骤，开始形成了将磨轮分开的想法。但如果只是简单地将磨轮分开，磨轮的外部将在离心力作下飞离出去。磨轮中心部分应紧紧地把握住磨轮的外部，同时，还应给它以自由变化的可能性……)。进一步，按典型解答法，希望将物场(从物2得到的)转换成磁物场，即利用磁场和磁粉(这就有可能将磨轮的外部做成活动的、变化的，并保证在磨轮的微粒间具备必要的联系)。例2属于第16种类型。根据典型解法，物1应具有两重性，即时而是物1，时而是物2。在闪电出现时，空气柱应是导电的，而以后恢复到不导电的状态。4.3利用物理效应及现象应用表如果得到物理答案就转向4.5步骤，如果没有物理答案就转向4.4步骤。例l按措施17合适——通过利用磁场，用“场”的联系代替“物质”的联系。例2按措施23合适——75 在强电磁场(闪电)作用下电离，在强场消失后中和，注意无线电波是弱场。另外一些措施属于液体和固体，要求加入添加剂，或者不能保证进行自控。4.4利用消除技术矛盾的基本措施表如果在此前已得到了物理答案，就用此表来验证它。按例1的条件，应改善磨轮“紧贴在”形状不同的制品上的能力，即要求适应性。已知的方法是利用一组不同的磨轮，缺点是在安装更换磨轮方面耗费时间。因此通过改变聚合态(磨轮的外层是“假液态”，即由活动的微粒组成)；或直接过渡到磁物场。按例2的条件，应消除闪电——有害的外界因素的作用。已知的方法是安装普通的避雷针，缺点是出现无线电阴影，解决物理矛盾的措施是，将两种作用的时间错开，让一个作用在另一个作用的间歇期发生。4.5从物理答案过渡到技术答案表述出方法，并给出实现这一方法的设备示意图。例1：磨轮的中心部分是由磁性体制成，外层由磁颗粒组成，或粘结在磁性体上的研磨颗粒组成。这样的外层将呈现制品的形状，同时它还具有进行研磨所需的刚性。例2：为了在空气中出现自由电荷，需要降低气压。为在保持低压空气柱，显然需要密闭的外壳，该外壳应由电介质构成，否则它将产生无线电阴影。发明专利：“避雷针，其特征是，为了使它具有无线电波穿透性能，用介电材料制成密封的管状，根据形成中的闪电的电场所引起的最小气体放电梯度的条件，选择管内的空气压”。5评估所得的答案5.1进行所得答案的初步评估验证和问题(1)所取得答案是否保证能满足最终理想结果的主要要求(“元素自身”……)?(2)取得答案能消除什么样的物理矛盾(或者能否消除)?(3)所取得的体系是否会有一个容易控制的元素?是哪一个元素?如何实现控制?(4)在“单循环”的课题模型中找到的答案，在“多循环”的现实情况下是否适用?如果所得答案连一个验证问题亦不满足，就转回到2.1步骤。5.2根据专利资料验证所得答案是否是新的5.3所得发明思想在技术研究上可能会产生哪些次生课题?写出可能出现的次生课题——发明方面的、设计方面的、计算方面的、组织方面的。第三章物场分析3物场分析3.1课题举例3.1.1课题条件75 课题6需要迅速而准确地发现冷冻机组中密封不严处的方法。因为通过密封不严处会渗出液体(氟里昂，润滑油，液氨等)。课题7使用聚合物制造制品时，怎样决定聚合物成分硬化的程度?直接测量(“触摸”)方法是不可能的。课题8怎样检查颗粒状物质的颗粒在假液化时的运动强度?课题9需要设计容易拔出的楔子。3.1.2课题思考这些课题属于不同的技术部门，表达的情况也不尽一致，每一课题都有自身的困难：课题6要求迅速而准确地发现微小的液滴，“迅速”与“准确”是矛盾的；课题7中要求测定聚合物的硬化程度，应在硬化的材料中放进传感器。由于传感器不能停留在里面，所以不可以这样做；课题8中传感器是可以放入颗粒状的材料中去，可是选用哪种传感器呢?在同样压力下，颗粒状物质可能以不同的强度运动；课题9使人立刻就会想到按在楔子里的各种机构，但其技术矛盾十分明显；为使捷出楔子省劲。就要使楔子的构造复杂化。3.1.3课题答案这些课题的共同之处是什么呢？所有这些课题都含有技术矛盾于物理矛盾。课题6的答案；“发现在充有氟里昂、润滑油的冷冻机组(主要是家用冷冻机)中密封不严处的方法。其特征是，为了提高确定渗漏处的准确性，将荧光粉与润滑油一起注入冷冻机中，在暗室里用紫外光照射冷冻机，根据通过密封不严处渗漏出的润滑油中含有的荧光粉的发光，来确定渗漏处。”课题7的答案：“确定聚合物硬化’(软化)程度的方法。其特征是，为了进行非破坏性的检查，在聚合物中加入磁粉，测定在聚合物硬化过程中磁通量的变化。”课题8的答案：“指示颗粒状物质假液化的声学方法。其特征是，为了直接检查颗粒运动的开始和运动强度，在颗粒物中放入金属棒——声导，这是转变为电磁波的声振动传感器。课题9的答案：“含有楔子和衬垫的楔入装置。其特征是，为了使楔子容易拨出，衬垫由两部分组成，其中之一是易熔的。”3.1.4课题分析我们试把课题条件给出的与课题答案得到的结果比较一下：在课题6的条件中给了物质(液滴)，在答案中引进了第二种物质(荧光粉)和场(紫外辐射)。课题7的情况类似：给了物质(聚合物)引进了第二种物质(铁磁粉)和场(磁场)。另两个问题的情况同样：加入了第二种物质(金属，衬垫)和场(声场，热场)。3.1.5分析结果每一次当给定一种物质时，都必须加入第二种物质和场。为什么呢?这是为了使场通过第二种物质作用于第一种物质；或者相反，使第一种物质通过第二种物质，让携带信息的场表现出来。75 3.2物场的定义与表达事实上很清楚，没有能发现微小的氟里昂滴或润滑油滴的场，但有紫外辐射，它能发现极微量的荧光粉。于是，我们就引进了这样一对东西——场，并使该场具备将第一种物质与第二种物质联系起来。在任何一种发明课题中都有物体；在课题6中的物体是液滴，在课题7中是聚合物等。这个物体本身不能实现所要求的作用，它应与外界环境(或其它物体)互相作用。在这种情况下，任何一个变化，都伴随着能量的放出、吸收或者转变。两个物质和一个场，可能有很大的差别，可是，它们对于形成所谓的物场的最小技术体系来说，是必须的和足够的了。在引进物场的概念时，我们利用了三个术语：物质、场、相互作用(影响、作用，联系)。对于“物质”这一术语，在我们这里应理解为，它是与其任何复杂性无关的物质，冰和破冰船，螺栓和螺母，缆绳和重物，它们都是“物质”。相互作用是指物体或现象在它们的相互变化中所实现的所有形式的联系。弗.恩格斯清晰地讲出了相互作用的特征：“当我们以当代自然科学的观点，从整体上观察运动着的物质时，相互作用是在我们面前最先发现的东西。我们观察到了一系列的运动形式：机械运动，热，光，电，磁，化学的化合与分解，聚合态的过渡，有机生命。所有它们(如果将有机生命暂时除外)都在互相转变，互为条件，在一处是原因，在另一处是作用……”。在确定场的概念时，情况要复杂一些。物理学中，人们把实现物质微粒之间相互作用的物质形式叫作场。人们现已区分出四种类型的场：电磁场、引力场，强相互作用场和弱相互作用场。在技术中,“场”这一术语用得要广泛些，它是一个空间，在这空间的每一点都对应着一定大小的标量或矢量。类似的场经常是与物质____一定大小的标量或矢量的携带者联系在一起的，比如温度场(热场)，离心力场。我们这里将在广义上应用“场”这一术语，将所有可能的“技术”场____热场、机械场、声场等等，都与“合法的”物理学场同等看待。在课题9的答案中，热场作用于物2，改变了物1与物2之间的机械相互作用。这里，我们只将热场写在表达式中，而省去了物2对物1的机械场。我们通常只写出起始场和终端场，也就是说，这个场是按课题给出的条件能够直接进行控制的场——引进、发现、改变、测量方面的场，中间过程被省略了。另外注意，在物场的表达中，物质应排成横排，而场则写在上下位置上，这样更能直观的反映出几个场对同一物质的作用。3.3物场的构成与改造起初，以物场的形式表现的技术体系，遇到了纯心理学的困难。这可从小孩子掌握三角形的概念中能看到相似的情况。为什么放在书包里的三个苹果不是三角形，而摆在桌子上的同样三个苹果就构成三角形?为什么三个点给出一个三角形，三个房子也同样给出一个三角形，尽管点是非常小，而房子可非常大?这些困难很快就能被克服。75 顺便说说，它与几何学的类比。三角形是最小的几何图形，任何较复杂的图形(正方形、菱形、四边形等等)都可归结为三角形的总和。正因为如此，三角形性质的研究，才被分离出来，形成一门特殊的科学一一三角学。物场(由物1、物2和场三个元素构成的体系)在技术中起的基础作用，如同三角形在三角学中起的基础作用。认识了一些基本规则，有了三角函数表，就可以很容易解决三角学问题。没有这些的话，那就需要耐心的测量和计算。同样，知道物场构成和改造的规则，就可以很容易解决许多困难的发明课题。我们所认识的第一个规则，就是把非物场体系(一个元素——物质或场)及不完全物场体系(两个元素：场和一个物质，两个物质)加以改造使之(为了提高效率和进行控制)达到完全物场(三个元素——两个物质和场)。在将树皮与木块分开的课题中(课题3)，已给出两个物质，因此，为构成物场需要引进场。这祥就将需探索方案范围大大缩小了。实际上，如果除去强和弱的相互作用的场，只剩下电磁场和引力场。考虑到树皮与木块在比重上的差别不大，应当立刻将引力场也屏去，就剩下唯一的场——电磁场。由于磁场不作用于树皮和木块，可以立刻就提出如下的决定性试验：劈材在电场中表现怎么样？原来，在电场中的树皮的微粒带负电，而木块的微粒带正电，依此可以制造出分选机，它能保证将劈材中的树皮和木块准确无误的分离开。可是要使劈材不带电呢？即使在这种情况下，构成物场的规则还是有效。问题在于分出一种劈材来，因此我们有理由认为已经给出了一种应该拿走的物质。我们这样来构成物场：想着物质添加一对“物质和场”。比如，在劈碎树干和数值之间，向树皮撒上铁磁性微粒，在劈碎后用磁性分选机。这已经不需要试验了，因为，磁场完全能挑出“上了磁的树皮”。这个答案可以这样来表示：给了两种物质的混合物，而这些物质本身又“不想”分开，解决的办法就在于构成物场，同时应用复合体(物2物3)代替物2。构造“复合的”物场的可能性，大大地扩大了构成物场的规则的应用范围。在课题6的解决办法，同样可以看成是构成了复合的物场（在液体中加入荧光粉)：这里，物1是冷冻机组；物2是冷却液；物3是荧光粉；场1是起始场(不可见的紫外辐射)；场2是终端场(可见的荧光粉发光)。物场构成规则，直接来自于物场概念的定义本身：最小的完全的技术体系，这比不完全的体系有效，因此，课题给出的非物场和不完全物场体系，应当补建成完全的物场。对于物场体系的构成和改造方面，也存在着其它的规则。这些规则的利用，奠定了物场分析的基础，而物场分析是解决发明课题理论中最重要分枝之一。我们引入一个课题的例证。课题10为了从燃气中消除非磁性尘粒，使用过滤器，它是许多层的一迭金属网。这些滤网能令人满意地挡住尘粒，但正因为如此，以后清洗它们也很困难。必须经常将过滤器断开，长时间地向相反方向鼓风，以使网上尘粒脱去。怎样解决才好?课题是这样解决的：利用铁磁性颗粒作为过滤器，它在磁极中间形成多孔的结构。关断和接通磁场就能有效地控制过滤器。当捕捉尘粒时，过滤器的孔可以小，当清洗时，过滤器的孔可以大。75 在此课题的条件中已经表达出物场体系；有物1(尘粒)，有物2(一迭金属网)，有场(形成空气流的力的机械场)。解法如下：——将物2分裂成铁磁性颗粒物磁；——场的作用不是指向物(制品)，而是指向物（磁）(工具)；一—场本身不是机械场(场机械)，而是磁场(场磁)这可以写成如下表达式：场（机械）场（磁）↙↘物1←→物2＝＞物1←物（磁）较好的答案是由于实现了物场发展规则而取得的：随着物2(工具)分散程度的增加，物场的有效性也增加了；场对物2(工具)的作用，比对物(制品)的作用有效；在物场中，电场(电磁场、磁场)比非电磁场(机械场，热场等)有效。实际上，几乎用不着证明，物2的颗粒越小，对工具的控制就可以越精细。同样明显的是，改变工具(它取解于我们)比改变制品(它常常是天然物)更合适。这些改进法在分开看时，是一目了然的。然而，将这些改进法作为一个体系来运用，将使这规则更有力。课题10在几年的时间里，曾作为发明创造公共学校的教学练习。学生们去学习初期解决这课题时，没有一次做出正确的解答。在学习了物场分析后，实际上所有的人——科学工作者、工程师、大学生、中学生们都无困难地解决了这个问题。我们现在看看这样的课题：不大的一块试验场，用来试验农业机械的启动和转变等性能。这些性能与土壤有关。有必要在200种土壤上进行试验，而建200个试验场是不可能的。在讲授解决发明课题理论时，这个课题同样被广泛用作练习。下面是在作练习的头一天，一个有经验的设计人员做的笔记：“第一个办法，建设必需数量的试验场。这办法看起来简单，并能得到所有的结果。然而实际上建设费用高昂，且实验复杂。因此，这个办法不合理。“第二个办法，仅要模拟极端的条件，即取对进行拖拉机试验最有利的条件和最不利的条件。在现有的试验场，用相应的土壤，建设两块试验地段。“我用第二个方法，但改进点是建有三个试验地段的试验场，即最好条件的，最坏条件的和中间条件的。”对于普通的设计思维来说，解决的过程和得到的答案都是具有代表性的。开始，考虑的是直接的办法——建设数量足够的试验场。这里有明显的技术矛盾：在试验的数量上有利与在建设的复杂及费用高昂的不利。接着设计人员不想去克服技术矛盾，而寻找折衷方法。于是第二方案提出来了：只取二、三个试验地段。但这里有这样的技术矛盾：在试验质量上的不利(用二个试验地段代替二百个!)与解决方法简单而费用低廉上的有利。这样还没有克服技术矛盾的打算，第二方案显得更可接受些，于是就选择了它……。解决这个课题的设计人员们(其中有得到30～50份发明证书的，非常有经验的发明家)，没有一个能做出令人满意的解答。在掌握解决发明课题的理论之后，发明创造公共学校的学生们(包括大学生和中学生)都无困难地解决了这个课题。典型的解答案记是这样的：“该问题与磁过滤器问题有许多共同之处。物1是土壤，以磁粉形式引进物2，利用磁场（场磁）构成物场，使场发生作用，就可以改变物2与物1混合物的特征。75 将物场式与化学反应式作一比较是很有趣的。在写出物质的化学式时，我们抛弃了这物质的许多性质，比如对物质的磁学性质和光学性质，它的密度等等，化学式什么也没有说。只有对化学来说原则上是重要的性质才反映出来了，即分子的成份与结构。同样，在写出技术体系的物场式时，除了那些对这体系的发展原则上是重要的性质外，我们抛弃了所有的其它性质。物场式中反映了体系的物——场的成分与结构。尤其在诸如原子、分子、分子量这样的概念，以及物质的相互作用和转变这样一些基本规律在化学中确定起来以后，化学式语言的出现才成为可能。如我们在平衡化学反应式的系数时，就是在利用物质守恒的定律，虽然并非每次都提起了它。与数学式不同的是，化学式不能从式子本身及若干起始的假设出发，而发现新现象，化学符号体系仅仅反映已有的知识。在这个意义上，物场分析比较数学语言来说，它更象化学语言。在某些发明的课题中，要求消除两个物体间有害的相互作用。这种情况应当利用物场破坏规则。现写出物场式的一般形式：场／＼物1—一物2可以用不同的方法拆开这个“三角形“：除去一种元素，割断联系，用第三种物质代替场等等。对大量的需要破坏物场的课题进行的分析表明，最有效的解决方法是引进第三种物质，而这种引进物质应是原有两种物质之一的变种。课题11在晒图机里，其镜子上铺有画有圈的描图纸(底图)，在底图上贴上感光纸就可以晒制图纸了。镜子(形状复杂)打碎了．制造新镜子要花去许多时间，因此决定安上有机玻璃代替镜子，然而，描图纸在移动时带电，并贴在有机玻璃镜上，该怎么办?不知道物场破坏规则的工程师们，开始选择与移去电荷有关的方案。但为移去电荷，要既不遮光，又不使设备复杂，是非常困难的。从物场分析的立场出发，这课题是用别的方法解决的。在描图纸和镜子之间要引进第三种物质，它应是描图纸或镜子的变种。选用描图纸的答案是简单，因为它便宜。由于这描图纸应该处在镜子和有图的描图纸(底图)之间，所以要引进的这描图纸是透明的和不遮光的，就是说应用干净的描图纸。课题就这样解决了：如果在镜子上铺上干净的描图纸，它被引到镜子上，有图的描图纸现在不直接铺在镜子上，而铺在被引进的干净的描图纸上。从这个例子里会看得很清楚，为什么规则中说，引进的第三种物质应该是原有的两种物质之一的变种。如果随便引入某种第三种物质，就可能出现这种复杂情况：“异已的”物质在对它本身“不相干的”技术体系中会“感到”很坏。当第三种物质自身不损坏，不使体系费用增高，不破坏体系的工作时，一句话，不会带来任何复杂情况时，就需要有第三种物质，同时又没有第三种物质。物场破坏规则指出，必须利用原有的物质之一（它的变种），从而提示了怎样克服“第三种物质即有又没有”这个矛盾。物场构成规则同样包括了对克服矛盾的指示。这矛盾是场应当用作与物质（物1）和场不应当（不可能）做由于这个物质。我们引入了物质（物2），通过它作用于物1，从而克服了这个矛盾。所以，物场分析和按解决发明问题程序大纲的分析，都是在解决问题中去进行揭示和消除矛盾。经常碰到这样的课题，该课题产生矛盾是因为需要保留原有的物场，同时又需要引进相互作用。这样的例子如课题：如何在不中断加工中测量内圆磨轮直径的磨损变化（不准拿出来）。按他的条件已给出了物场，机械场通过物2（磨轮）作用于物1（圆筒）。改造这物场或者拆开他都是不合适的，因为客体的条件对磨光过程本身没有任何要求，这样的课题按构成链形物场去解决：Δ＝＞ΔΔ↙场2’或者Δ＝＞Δ－物3↘场2”75 正如从式中看到的那样，解决方法的实质在于，物2(工具)展换成与原有的物场相接合的物场，有时物3也接着去展换成链形物场。在测量与发现的课题中，物场应当具有较为容易测量和发现的终端场。因此，当解决这类课题时，链条物1一物2……的各末端环节通常要有这样的形式；↗场’↙场1——物——物——物↘场”↘场2↘场例如，在课题6中，荧光粉改变光学场的参数(不可见的紫外辐射变成可见的辐射)，即场’==场”。也经常会遇到一种场变换成另一种场：物1＝＞场2。很少有利用引进物场的物质本身产生的辐射。如果物质应当将一个场变成另一个场(或改变场的参数)，那么，利用这一简单的规则可以很快确定必需的物理效应。效应的名称应由两个场的名称的结合来形成。例如：↗场光场光－声效应↘场声课题12由于岩石的剪切变形，有时钻杆被紧紧地卡在钻孔中了。为消除卡钻，在钻杆中向卡钻的地方放下一个振动器，但怎么知道在多深的地方发生了卡钻呢?卡住的区段不长，不过几十米，而钻杆的长度有几千米。用直接探测法不能解决这个问题。测量在一定力作用下钻杆发生的变形这一建议也不行(不能将钻杆看成是直杆，此外钻杆受井壁的摩擦力也无法计算)。解决这个课题的物场简图并不复杂：↙场1↙场1物1—→物2＝＝＞物1—→物2↙场2这里：场1是起始端的机械场；场2是终端场；物1是土壤；物2是钻杆。通常在解决这类课题时，适宜的作法是在终端有易于被发现和测量的电磁场。不用土壤而用钢钻杆作为转换的物质是合理的，因为我们不知道卡钻的地段是什么土壤，而钢的特性我们却知道。钢是铁磁体，首先利用钢的磁性是合乎逻辑的，因为这种特性已经有了，用不着从外界再加进它了，这样，所需的物理效应的名称就确定了，叫作机械磁效应，(在物理学中，它叫做磁弹性效应)，铁磁体的磁场随铁磁体承受的张力而变化。在钻杆里往下放一仪器，每下一米做一磁记号。然后用卷场机拔一下管子。由于荷载的冲击，在卡钻地方以下的部分所有的磁记号都去了磁，在卡钻以上的地方磁记号不变。这个很容易用测磁仪测量出来。（附加：“发明课题的模型种类及其物场改造表”以及“物理效应现象表”）75 附录2发明课题的模型种类及其物场改造第一类：给定一个元素l、物质不能很好地受到控制(发现、测量、变化)；要求保证有效的控制。(1)解决这一课题的一般途径，是构成物场(引进笫二个物质和场)。(2)对于发现和测量课题，利用标准做法1。与引进外界电磁场相互作用的第二物质(例如荧光粉、磁性体等)：(3)对于移动、分离、表面加工、变形、改变粘度和强度等课题，利用标准做法4。引进磁粉和磁场：(4)如不能引进物。，利用标准做法8(测量固有振动频率)及标准做法10(迂回的方法：不引进物2而引进场，引进“外部的”物2’暂时地或极少量地引进物2’利用部分物1作物2’不用该物而用它的复制品，以化学化合物的形式引进物2)。2、场不能很好地控制(发现、测量，变化，转换另外的场)，要求保证有效的控制。(1)借助物质改造剂或两个相互作用的物质，改造原来的场1：(2)引进物质(物)，使其在场(场1)作用下改变自己的性质，同时，借助于物质(物)的场(场2)的帮助，较易发现这变化：3、物质(或场)具有两个相互冲突的、结合在一起的性质，要求改善一个性质，而不恶化另一个性质。75 (1)用原有物(或场)这一层次的课题，转换为完全具有结合着的性质之一的物’(或场’)，成为第一和第二层次的课题：例如，将课题“应当增加天线的高度，而又不增加天线的重量”转换为课题“高的天线应当象短的天线一样轻”。在这两个结合着的性质中，应当保证先写出在基本作用上具有最有效的性质。因此，应选取高天线，而不是低天线。(2)如果性质与反性质(热一冷，强一弱，磁一非磁，_互相冲突，那么，可以将它们在空间、时间及结构上加以分开，以消除冲突(整体具有一个性质，而部分具有另一性质)。如果将物质在时间上分开，那么，适宜的做法是使物质自身实现从一个状态向另一个状态转变使物质交替地具有不同的形式(聚合态的改变)，经过居里点的转变，分解一化合等等。第二类：给定两个元素4、两个物质不互相作用(或相互作用很差)，一个物质(或两个)可以改变：要求保证好的相互作用。物2转展成物场，该物场与物1形成一个环节，这样就保证了物1和物2的作用。之后，如有可能的话，再将物2转展成的物场变成磁物场，即有磁场(场磁)和磁性物质(物磁，希望它是细小的颗粒)的物场。如果物2转展成物场，在物2和物1之间不能建立起直接联系，那么可以利用通过场来建立联系：在发现或测量的课题中，将物1转展成在终端有场的物场：5、与第四类型同样，但一对物质均不能改变。(1)利用标准做法l0，将课题转换为第4类型。(2)利用它们的光学复制品替代物质。6、场1不能控制场2：要求保证有效地控制。引进物质(或者两个相互联系的物质)，依靠场1作用，它同场2相互作用的能力：75 在某些情况下，可以考虑利用在受到场1作用时发生相变的物质(例如，经过居里点的熔融等)，来增加控制程度。7、场和物质不互相作用：要求保证它们的相互作用。引进物质媒介物(物2)，或者物质的综合体(物2，物3)，通过它们的场1作用于物1。如果不可以引进第二种物质，就利用标准做法10。8、两种物质相互作用，但其中一个物质或两个物质，或者它们的相互作用不能很好控制(发现、测量、改变)；不能用其它物质代替这些物质：要求保证有效地控制。(1)引进通过体系并携带该体系状态信息的场(主要是电场、磁场，或者光学场)。(2)引进对物1和物2有着不同作用的场，或仅作用其中一个物质的场。(3)构成综合体(物2，物3)的物场；场作用物3。9、场和物质相互作用，但它们其中一个或两个元素，或者它们的相互作用不能很好地控制(发现、测量、改变)；元素不可以代替：要求保证有效地控制。(1)引进物2，同场和物1相互作用。(2)物2将场’转换成场”，从物1、物2和场”产生能很好控制的物场。l0、两个物质(或者物质和场)相互作用；一个物质可以改变；要求在不恶化第一个(已有的)作用条件下建立(或者改善)第二个(辅助的)相互作用。(1)构成能保证第二个相互作用的场，同时引进的场并不影响第一个相互作用：，(2)构成链形物场，例如：．11、场和物质为二个冲突的共存的相互作用联系起来；要求消除一个相互作用，而保留另一个。引进物2，通过物2的场作用物1，同时这个第二物质需是物1的一部分，或者是物1的变种：物1“放过”一个作用，而阻挡住另一个作用。l2、两个物质相互作用，要求消除这个相互作用。标准做法3：引进第三个物质，它是已知物质之一的变种，第三类：给定三个元素75 l3、给出不能很好发现或被测量的物场；不可以代替和改变的物场：要求保证有效地发现或者测量。按课题条件给出的物场，被视为综合物质物，(事实上，课题转换为第一类型)，则引进场。例如：如果在物场中有磁性物质，引进磁场是适宜的。14、与第13类型一样，但可以代替和改变已给物场的物2。物2转展成为引进物3和场的物场，形成链形物场：l5、给出不能很好控制的物场：可以替代物2和场：要求保证有效地控制。按课题条件给出的物场改造成磁物场。实际上课题转换为第1类型，因为物2和场已列出，只剩一个元素物，用引进磁性物质和磁场，使其达到完全的物场。l6、物质能很好与场1相互作用，但同场2不能很好相互作用；不可以引进新的物质和场：要求物质与场2保证很好的相互作用，保留物与场1的相互作用。将场1分解为物1’和物1”，场1作用物1’，场2作用物1”。如果这些作用在时间上不是同时的，那么物1就分为交替的作用，时而是物1’，时而是物1”，并且一个作用在另一个作用的间歇期间完成(标准做法7)。l7，场1很好地与物1相互作用，但与物2不能很好地相互作用；不可以引进新的物质和场：要求保证场1和物2的有效的相互作用，保留场1与物1的相互作用。(1)场1分解为场1’和场1”。场1’作用于物1，物1”作用于物2。如果这些作用在时间上不同时，那么场1分解为交替的作用，时而是场1’，时而是场1”，并且一个作用在另一个作用的间歇期间完成。(2)引进场1”，它在性质上同场1’，但方向与它相反(“对立场”)：18、给出应当消除的物场。课题转化为第12类型，按标准做法3去解决它。第四章解决课题的措施1创造的工具——四十个措施75 编制措施清单要研究大量的发明证书和专利文献。解决发明课题程序大纲清单中包括了四十个措施。为了揭示出它们，必须翻阅大量的专利文献，从中挑选出四万份以上的较好的答案，之后再对它们进行仔细的分析。在熟悉这些措施时，请注意这一点：许多措施是互相包含的，它们经常形成一个链锁，每一个措施都可能同时包含着其它措施。作为创造的工具，解决发明课题的四十个措施是有力的创造方法。为了直观和紧凑，用简单的例子来说明这些措施，但其方法可同样推广至复杂的发明。我们来分析一下消除技术矛盾的四十个措施。（1）分割的原则——化整为零11)将事物分成互不相关的各部分。2)使物体成为可拆卸的。3)增加物体的分割程度。举例：将货船分成同型的船舱。需要时，可使船变长或变短；火车车箱运用了同一原理。（2）拆出的原则——化整为零2从物体中拆出有干扰的部分(有干扰的性质)。或者相反，只分出需要的部分或性质。这一措施与前一措施不同，前一措施讲的是将物体分成相同的(同型的)部分。这个措施提议将物体分成不同的部分．举例，一般在小型游艇和快艇上，用于照明及其它用途的电能是由推进器发动机驱动的发电机产生的。为了在停泊时也有电能产生，就必须安装辅助发电机，它通过传动机构与内燃机连结起来。发动机当然会产生噪声和振动。提议将发动机连同发电机安放在离快艇远一些的单独小屋内，船通过电缆与它们连结起来。（3）局部性质的原则——局部加工1(1)从物体或外界环境(外界作用)的一致结构过渡到不一致的结构。(2)物体的不同部分应当执行不同的功能。(3)物体的每一个部分应当处于最佳工作状态(最适于它工作的状态)。举例，为了防治山区巷道的粉尘，向工具(钻机或装机的工作部分)喷水，水流呈小水滴状，形成锥体形。水滴越小，防除粉尘的效果越好。但微小水滴容易成雾，这使工作困难了。解决的办法：先喷小水珠，再接着在外层喷大水珠，即环绕小水珠外层造一层大水珠。（4）不对称的原则——局部加工2(1)从物体的对称形式转变到不对称形式。(2)如果物体已经不对称，那么就增加其不对称的程度。举例，防撞汽车轮胎有一面增强的侧缘，这是为了更好地抵抗在人行道边石上的撞击。（5）联合的原则——各行其职11)把相同的或指定做辅助性操作的物体联合起来。2)在时间上将相同的或辅助性的操作联合起来。举例，双联显微镜，一个人进行操纵工作，而观察和记录完全由第二者承担。（6）通用性的原则——多功能物体执行若干个不同的功能，因此就不需要别的物体了。举例，提包的提手同时作为拉力器。（7）“玩偶”的原则——各行其职21)一物体放在第二个物体内，而第二个物体又放在第三个物体内，如此等等。2)一物体通过一个洞腔进入另一个物体。举例，收音机及电视机的询台方式就是利用先粗调、再微调的玩偶原则.（8）反重量的原则——智能特征1)与具有上升力的另一物体相结合以抵消物体的重量。2)与环境相互作用(主要是利用气动力与液压力)以抵消物体的重量。75 举例，“风力发动机转子转数的离心制动型调节器，它安装在转子的垂直轴上。其特征是，为了在风力增大时，将转子的转速控制在一个不大的转数范围里，将调节器的负载制成可产生气动力制动作用的桨叶形。”在该发明的表述中，清晰地反映了该发明所克服的矛盾，发现这一点是令人感兴趣的。当在一定风力和一定的负载质量下，得到一定的转数，为在风力增大时减少这转数，就必须增加负载质量。但负载是旋转着的，很难接近它。于是，就通过使负载具有产生气动制动力的型式来消除这个矛盾，即将负载制成有负迎角的翼型。总的思想是十分明显的：如果需要改变运动着的物体质量，而又不可能根据某种考虑来改变这个质量，那么就应使物体具有翼型，通过改变翼对运动方向的倾角，就能得到指向需要方向的附加力。（9）预先反作用的原则——里应外合1如按课题的条件必须完成某种作用，那就应当预先完成反作用。举例，“用在切削过程中绕本身几何轴心旋转的盘状刀具进行切削的方法。其特征是，为了防止产生震动，预先向盘状刀具施加力，此附加力的大小和方向，与在切削过程中产生的力相反。”（10）预先作用的原则——里应外合21)预先完成所需的作用(完全完成或部分完成)。2)预先安放好物体，使得它们能在现场并从最方便的地方立刻产生作用。举例，运输酒精的槽车经常发现缺少15～20公升酒精。经过全面检查未找出原因。在有押运人员陪同下也仍然出现缺少。最后才发现，原来是司机预先将空桶挂在酒精槽车内，在槽车灌满时，桶也装满酒精，卸空槽车后桶内仍然留有酒精。这时司机才趁无人时将满桶酒精取走。（11）“预先塞枕头”的原则——里应外合3用预先准备好的应急措施，来抵消一事物相当低的可靠性。举例，“用等离子焰加工无机材料，如加工玻璃纤维的方法。其特征是，为提高其机械强度使无机材料预先浸上碱金属或碱土金属盐的溶液或熔融物。”这个方法是“预先”浸上能“治愈”缩小裂缝的物质。在锯断树枝前，环绕着这树枝割一圈圆环。树感觉到“有病”，就向这地方送来营养物质和治疗物质，这样，在这树枝被锯去前这些物质就积聚起来了。于是，就促进了在树枝锯去后锯口迅速地愈合。（12）潜在能力均等的原则——反串角色1通过改变动、静角色，降低操作难度。举例，推荐了一种装置，它不必使沉重的压模升降。这个装置是在冲压台固定有辊式传送带的附件。（13）“相反”的原则——反串角色21)不实现课题条件所要求的作用，而实现相反的作用。2)使物体或外界环境的活动部分成为不活动的，而使不活动的成为活动的。3)将物体“脚朝上”，使它翻过来。举例：捕捉尘埃的过滤器是磁体制成的过滤器，其中放有铁磁粉。经过七年出现了一项发明，在它那里将过滤器翻过来了：“对液体或气体进行机械清洗的电磁过滤器，它包括有磁场源和颗粒状磁物质制成的过滤元件。其特征是，为降低单位电耗和提高生产率，将过滤元件围绕着磁极源安放，并形成闭合磁回路。”（14）圆曲形的原则——变脸75 1)从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正方体或平行六面体部分过渡到球形结构。2)利用辊子、球体、螺旋。3)从直线运动过渡到旋转运动，利用离心力。举例，将管子焊进管状格子栅的装置，制成可滚动的球形电极。（15）活动性的原则1)物体(或外界环境)特性的变化，应当在工作的任何阶段都是最佳的。2)将物体分成彼此能相对移动的各个部分。3)如果物体整个是不活动的，就把它改为能活动的、能移动的。举例，“用带状电极进行自动电弧焊的方法。其特征是，为使焊池的形状和尺寸在很大范围内可调，电极沿着它的母线弯曲，使电极具有在焊接过程中可变化的曲线形状。”（16）局部作用或过剩作用的原则如果很难取得100％满意的效果，那么就应当得到“略少一点”或“略多一点”的效果——这时可能将课题大大简化。举例，对圆筒形塑料制品表面喷涂颜料，喷雾器全力工作则喷涂颜料过厚，用最小的力工作则降低生产率和着色不均匀。改为将圆筒制品在颜料筒里蘸一下再旋转，用离心力把多余的颜料甩掉，调节转速可以控制涂料厚度，这种方法可供多个圆筒可同时进行。（17）向另一个维次过渡的原则——反问题1)若控制物体沿直线运动(或配置时)有困难，则使该物体在二维(平面)上移动，可轻易消除这困难。同理，若需控制物体在一平面上运动(或配置)有困难，则可通过过渡到三维空间来消除这个困难。2)用多层结构代替单层结构。3)使物体倾斜或侧着放置。4)利用给定面积的相反的一面。5)利用落在邻近面积上的光流，或落在现有面积反面上的光流。这一措施说明了技术体系发展的一般倾向的特征，即由点到线，由线到面，再到立体，最后导致许多物体共存。举例，“在水中保存越冬圆木的方法，这个方法是将圆木安放在停排场的水域中。其特征是，为增加停排场水域的单位面积容量和减少木材受冻部分，将圆木扎成捆，其捆的宽与高在横断面上超过圆木的长度，然后将其垂直放置”。举例：借助熟知的图形拼出地图（不熟知的图形）；举例：用装水的方法做复杂容器的体积计算。（18）利用机械振动——内力的妙用1)使物体发生机械振动。2)如果这种运动已经有了，就增加它的频率(直到达到超声频)。3)利用共振频率。4)用压电振子代替机械振子。5)与电磁场相结合，利用超声振动。举例，“无锯末锯木法。其特征是，为了减少工具切入木材的力，用脉冲频率接近于被锯木材固有振动频率的工具进行锯木”。（19）周期作用的原则1)从连续作用过渡到周期作用(脉冲作用)。75 2)如果已有了周期作用，则改变它的周期。3)利用脉冲的间隙完成其他作用。举例，“依据测定温差电动势的原理，来自动控制热循环薄部件的接触点焊接方法。其特征是，为提高控制的准确度，用高频脉冲焊接时，在焊接电流脉冲的间歇期来测量温差电动势”。（20）不间断有益作用的原则1)连续工作(物体的所有部件都应一直满负荷工作)。2)消除空转和间歇运转。举例，“加工两个相交的圆柱形孔，如加工轴承分离环的槽的方法。其特征是，为提高加工效率，适用在工具的正反行程均可进行切削的钻头（扩孔器）。（21）跃过原则高速跃过某过程或它的个别阶，或者它的个别阶段(如有害或危险的阶段)。举例，“生产胶合板时用烘烤法加工木材，其特征是，为保持木材的本性，在生产胶合板的过程中，直接用温度300℃～600℃燃气火焰短时作用于烘烤木材。（22）“变害为利”的原则1)利用有害的因素(包括外界的有害作用)以达到有益的效果。2)将有害的因素与其它有害的因素加以合并，以消除该有害因素。3)将有害的因素加强到不再有害的程度。举例，“使冻在一起的物质恢复成颗粒状的方法。其特征是，为了加快恢复成颗粒状物质的过程和减少劳动强度，使冻在一起的物质经受超低温的作用”。（23）反向联系的原则1)进行反向的联系。 2)如果已有了反向联系，就改变它。举例，“依据温度变化进行装料，以此自动控制沸腾层中硫化物焙烧温度区间的方法。其特征是，为了提高将温度控制在指定值的动态精度，根据排出废气中硫含量的变化，来改变装料量”（24）“中介”的原则1)利用转移或传递某种作用的中间物。2)暂时将别的物体(容易分开的)附加到物体上。举例，“校准在稠密介质中测量动态张力仪器的方法，此法是在静态时装入介质样品及置入样品中的仪器。其特征是，为了提高校准精度，通过一种柔软的中介元件把样品机器中的仪器装入”。（25）自我服务的原则1)物体应执行辅助性和修理性的工作，以进行自我服务。2)利用废料(能量的、物质的)。举例，通常都是利用一特殊装置向电焊枪中供入电焊条。建议利用电焊电流工作的螺线管来供入电焊条。（26）复制的原则1)用简单而便宜的复制品代替难以得到的、复杂的、贵重的、不方便的或易损坏的物体。2)用光学复制品(影像)来代替物体或物体的体系。同时，要利用比例的变化(放大或缩小复制品)。3)如果利用的是可见光的复制品，就转而利用红外光或紫外光的复制品。举例，“大地测量学直观教具是一个平面艺术全景。其特征是，为进行地形图像全景测量摄影，教具按视距摄影数据制成，并在地形的有代表性的各点上配备缩微视距尺。”（27）用廉价的不持久性代替昂贵的持久性75 用一套廉价的物体代替贵重的物体。这样做时就放弃了某些品质(比如持久性)。举例，使用一次的捕鼠器。这是有诱饵的塑料筒，老鼠经过圆锥形的开口进入捕鼠器，开口的壁就被弄直而关闭入口，老鼠出不来了。（28）代替机械学的设计1)用光学的、声学的或“味觉的”设计，来代替机械学的设计。2)利用电场、磁场和电磁场与物体相互作用。3)从不恒定场过渡到非恒定场，由时间固定的场转向时间变化的场，有无结构的场转向有一定结构的场。举例，使热塑性物质着上金属复层的方法，这是通过使热塑性物质与加热到温度超过它的熔融温度的金属粉末相接触而实现的。其特征是，为了提高复层与基质相结合的强度及复层的密实性，在电磁场中进行该过程。”（29）利用气动和液压结构利用气体及液体的部件，代替物体的固体部件，如充气的和充液体的部件，气枕，静液部件和液体反冲部件。举例，为了把船的推进器轴同螺杆套连接起来，在轴内制成沟槽，槽内放有弹性的中空囊(窄形“气袋”)。如果向“气袋”供应压缩空气，它就膨胀起来，并将螺杆套挤到推进器轴上。通常在这种场合都是利用金属元件，但与气枕相联合，制造起来简单，它不需要精确地磨合相互接触的表面。此外，这种接合能缓和冲击负载。将这个发明与后来发表的关于运输易碎制品(如排水管)的集装箱的发明相比较是很有趣的。集装箱里有气囊，气囊充气后，压住制品，不使它们在运输中相撞击。这是两个不同的技术领域．但解决方法完全相同。这样的发明非常多。很明显，已经到了不再将这种建议登记为专利的时候了。而应该在设计教科书中引入这样一个简单的规则：如果需要暂时将一个物体紧紧地压向另一个物体，就利用“气袋”好了。当然，这并不意味着整个措施29不再算作发明了。将一部件压向另一部件的“气袋”，是典型的物场系统，其中“气袋”起着机械场的作用。相应于物场体系发展的一般规律，应当期待它过渡到铁磁物场体系。这种过渡实际上已经发生了，一项发明建议向气袋中放入铁磁粉，而用磁场作为压迫力。（30）利用薄壳或薄膜1)利用薄壳或薄膜代替普通的结构。2)借助薄壳或薄膜将物体与外界环境隔离开。举例，“充气混凝土制品的成型方法是在模型里浇注原料，然后在模中静置成型。其特征是，为提高膨胀程度，向注入模内的原料外复盖不透气的薄膜。”（31）采用多孔的物质1)使物体成为多孔的或利用添加的多孔元件(镶嵌、覆盖等)。2)如果物体已是多孔的，预先用某种物质填上该孔。举例，“电机的蒸发冷却系统。其特征是，为了不必向机器供给冷却剂，机器的活动部分和各结构元件都用多孔的材料制成，比如用浸有冷却剂的多孔粉末冶金钢制成。冷却剂在机器工作时蒸发，于是使机器受到短暂的、强烈的和均匀的冷却”。（32）改变颜色的原则——颜色的妙用1)改变物体或外界环境的颜色。2)改变物体或外界环境的透明程度。3)为了观察看不清楚的物体或过程，利用有色的添加剂。75 4)如果这种添加剂已经有了，就利用荧光粉。举例，美国专利№3425412：透明绷带，可以不打开绷带观察伤情。（33）同种材料的原则与指定物体相作用的物体，应当用同种材料(或性质相近的材料)制成。举例，“获得固定铸模的方法是用铸造法按芯模标准件形成模的工作腔。其特征是，为了补偿在此铸模中成型制品的收缩，芯模及铸模都用铸件相同的材料制成”。（34）部件剔除及再生的原则1)物体完成了自己使命的部分，或已成为不必要的部分，应当剔除(溶解，蒸发)，或在工作过程中直接变化。2)物体的消耗部分应直接在工作过程中再生。举例，“检查焊接过程的高温区的方法是向高温区加入光导探头。其特征是，为了改善在电弧焊和电火花焊接过程中检查高温区的可能性，利用可熔化的探头。它以不低于自己熔化速度的速度被不断的送入检查的高温区。”（35）物体聚合态的改变它指的不仅仅是普通的聚合态的改变，如从固态转变到液态，而且也包括“假态”(比如“假液态”)和中间态，比如利用有弹性的固体。举例，联邦德国专利№.l291210：飞机着陆跑道的制动段，它修成“浴盆”型，里面充满粘稠液体，上面再铺上厚厚一层弹性物质。（36）应用相变原则利用相变时发生的现象，例如体积的变化，放热或吸热等。举例，“用于密封截面形状不同的导管和孔口的塞头。其特征是，为了规格统一和简化设计，塞头制成杯型，里面充有易熔的金属合金，它在凝固时膨胀，从而保证接合处的密封、严实。”。（37）利用热膨胀1)利用物质的热膨胀(或收缩)。 2)利用热膨胀系数不同的若干物质。举例，温室盖用铰链连接的空心管制造，管内装有易膨胀的液体，在温度变化时管子的重心发生变化，因此管子自动升起和降落。（38）应用强氧化剂1)用浓缩的空气代替一般的空气。2)用氧气代替浓缩的空气。3)用电离射线作用于空气或氧气。4)利用臭氧化的氧。．5)利用臭氧代替臭氧化的氧(或离子态氧)．举例，“通过化学反应在氧化剂介质中制备纯铁箔的方法。其特征是，为大大增强氧化及提高铁箔的纯度，在臭氧介质中进行该过程”。（39）利用惰性介质1)用惰性介质代替普通介质。2)在真空中进行某过程。这个措施可以看作为前一措施的反措施。举例，“预防棉花在仓库中燃烧的方法。其特征是，为了提高棉花贮存的可靠性，在棉花运向贮藏地点的运输过程中，用惰性气体处理棉花”。75 （40）利用混合物质从同种物质转向混合物质。举例，“在热处理时，为保证规定的冷却速度，采用介质作金属冷却剂，其特征是，冷却剂由气体在液体中的的悬浮液构成”。2措施的有效性在这四十个基本措施中，哪些是有力的措施？哪些是不力的措施?为什么一些措施比另一些措施有力？能否有方向地寻找新的有力措施?通常，研究工作者们将措施的应用频度，看成是措施的力量。事实上，这是不同的概念。在评价某一措施效力的时候，应注意这样两个因素。科学家对大量的专利文献进行分析后发现，不利的措施都比较陈旧，并且使事物特殊化，有力的措施要新得多，并且使事物接近理想机器、理想方法或理想物质。在有力措施里，体现了原则上是新的（相反）方法（措施13、22），利用物理效应（措施28、36），其变化比陈旧的不力措施更细微、更巧妙。比如，我们来看看措施19（过渡到间断作用）和措施20（过渡到不间断作用）。乍看起来这两个措施是同种类的，但措施20的有效系数是措施19的有效系数的二倍半。为什么呢?因为不间断作用接近理想方法，而间断作用是背离它的。只是在一些特殊的场合里，当过渡到脉动性工作方式所产生出的新效果，能抵偿间歇时间的损失时，这种与理想条件相背离的方法才是可行的。措施9（预先反作用）比“同种类”的措施l0（预先作用）要有力，原因在于措施9实质上包括了两个步骤，即预先做(措施10)和反过来做(措施13)。“双重的”措施当然要导致事物更彻底的改变，因而比单一的措施有力。于是，有力的措施就是：——能使事物发生根本变化的；——使事物接近理想机器的；——是若干作用合成的。措施28的子措施28（4）一一利用铁磁粉和磁场，即用磁物场代替机械体系，能同时满足这些要求，事实上利用磁物场的有效性是非常高的。3措施形成体系您能否想象世界仅仅是由化学元素和它们的同位素组成的，总共只可能有几百种简单的物质？现实的世界要丰富得多。这是因为化学元素互相结合起来，形成了复杂的物质(更正确地说，是形成了许多种复杂得多的物质。措施的情况也是一样，它们象化学元素似的，极少是在纯净状态下遇到的。比方说，我们来看看属于措施1那样的措施。船分成了若干段（船台结构），这是分割的原则吗?要知道，也可以认为这是措施5——联合的原则，即这些段联合成一个船体。事实上，这里是利用了两个措施：首先将船体分成若干段(分割)，然后再将这些段组装成一个结构(联合)。这效果是同时采用两个措施——正措施和反措施而达到的。所有的措施都可形成“(正)措施——反措施”对。四十个措施中的一些措施本身就是这样的对(比如，部件的剔除——再生)，另一些是对的一半，即可以将它们配成对。即使是象增加维次那样“单向的”措施，也有适合于与它配对的反措施——利用薄膜(即从立体过渡到平面)。75 如我们屡次见到的那样，物理矛盾反映了双重的要求，即一事物应具有某性质及与这性质相反的性质，比如一物质既应是导体，又应是电介质。双重的锁就应使用双重的钥匙来开。就结构本身而言，双重的措施比单一的(基本的)措施适于消除矛盾。如果继续与化学作类比的话，那就可以说，成对的措施就是最简单的分子O2，N2，H2。不同分子形成的化合物的分布要广泛得多，措施的情况也是一样，即一个发明越好，“钥匙”——在这发明中利用的措施联合体的构造越复杂。让我们来想想磁粒过滤器的发明吧。先有某种用多层金属制成的过滤器，现使它分离成细小的部分(措施1)，再把这些细小的部分联合成一个整体(措施5)，它有孔(措施31)它能在电磁场的作用下(措施28)改变自己的尺寸(措施15)。这里是一个完整的措施体系，只要拿掉其中一个，这个发明课题就不能解决。对于困难课题来说，要解决它们，就需要将若干措施按一定的次序联合起来(正如化学里一样，H2SO3和H2SO4具有不同的性质，并产生不同的反应)在化学中，有些物质——若干酸、碱，若干盐，对化学工业有特别重要的意义。如果要继续与化学进行类比的话，当然要问，是否有一些措施在发明中起到同样的作用？是的，比如物场和磁物场就是。从物质过渡到完整的物场总是要同时应用几个措施的，我们已经不止一次的在所谈的例子中看到这一点。还有一组重要的复杂措施，它包括有预先作用的原则(措施l0)和局部完成的原则(措施16)。我们以偷酒精的问题作例子，在它的答案里清楚地看出预先作用的原则，即酒精是在它灌向槽车前从槽车里偷去的。但事实上要做到这一点是不可能的，因为槽车里没有酒精!于是，就补充应用措施l6，即预先不实现全部作用，而仅实现其一部分作用——将提桶挂好，以后它就会装满酒精了。当用磁物质处理树皮时，为的是能很容易将树皮与木材分开，这是利用的措施10和16，但它们是措施28(4)联合起来作用的。预先使捌皮具有应答性，以回答以后要施于它的操作。顺便说一句，措施10与16的联合使用，应称为应答性原则。前述课题中，预先引进荧光粉提供了这种应答性，利用易熔合金垫也提供了应答性。引进在以后能很容易对场的作用作出反应的物质，这是一个典型的方法。课题14：在一仪器的金属架上有一小孔，里面压入一小球。若干时间后需将小球取出，但这样做很困难，因为它压得很紧，又不允许采用可拆卸的结构，怎么办?小球不好往外取——它对取出没有应答性。应该在小球压进前往小孔里放入某种物质，以后当需要将小球取出时，这种物质在场的作用下能将小球压出：“将若干部件结合起来的方法，其中一个部件被压进另一个部件的深孔里。其特征是，为了可以替换被压入的部件，比如指针尖的小球，在它被压入孔前往孔里加入一滴水。在部件要压出前先将水加热到产生蒸汽，在蒸汽的压力下小球被弹出”。这样一来，措施及它们的结合，就形成了一个多层的体系。在第一层是基本措施(分离、联合、局部性质原则，非对称性原则等等)。增加基本措施的数量是没有什么前途的，因为措施单独使用时是不力的。第二层是较有力的或好的措施(措施—反措施类型的对)。第三层是基本措施，或成对措施与其它措施的结合，即复杂措施，其中有“应答性”、物场、磁物场类型的结合。第一层措施，无论如何也不是指向技术进步方向的。比如说，增加非对称性是进步吗？反过来做，即增加对称性(球面的原则)也许更进步吧?有时一个措施好，有时另一个措施好，不可能说出肯定的话来。在第三层里就出现了清楚的方向性，即措施的综合体越复杂，它就越清楚地指向技术体系发展的方向。应答程度的增加，从非物场体系过渡到物场体系，物场体系转变到磁物场体系，这就是技术体系发展的倾向，并且是主要的倾向。也许会产生这样一个大胆的想法：要是更上一层楼呢?那里应该有不仅复杂，而且总能给出较好答案的措施。比如说，也许形成磁物场可能属于第四层的措施吧，那么为什么不去寻找别的更加有效的措施联合体呢?75 类似的措施联合体实上是有的，它们不仅是有力的，而且也是有针对性的，即每一个措施联合体只适用于一定类型的课题，在第一层措施里没有这种针对性，所以那里的措施要无力得多。4措施的水平：宏观和微观我们来比较一下两个发明：No.1：“包括有支柱、灯头和灯噔的构造轻便的交通信号灯。其特征是，为了不移动灯座而使灯迅速地升降，支柱由相互用销子活动连接的构件组成。”No.2：“利用起化学反应的物质，作为动力设备二循环回路的工作体。这物质在受热时分解，伴随着吸热的减少分子重量，在冷却时重新化合，恢复到原来的状态。”这两个发明都利用了分离的原则，准确点说，如我们已知的那样，利用了成对的措施“分离一联合”。措施是一样的，但发明的水平不同，交通信号灯的可拆卸的支柱是第一水平的发明，在能量循环中应用“可拆卸的”分子，这至少是第四水平的发明。我们再来看两个发明，No.3：“钻井用的热钻。其特征是，为了在钻井的倾斜段进行钻进时不间断工作过程，将反冲式焰炬活动接合于钻头锥面上。”No.4：“采用人造偏转器进行定向钻井的方法。其特征是，为了凋整井筒的弯曲角度，利用多金属偏转器，并改变它的温度。”这两个发明都是属于一个技术体系，它们的目的也都是要达到相同的效果——应该使直硬的结构有柔顺性，具有可控地改变弯曲性的能力。在第一个发明里利用了措施15(动态的原则)，即将直硬的结构分成活动接合的两部分。在第二个发明里应用了措施37(热膨胀)。它也是活动性的，但它没有用粗大的“铁块”(接头)，而是用晶体点阵的延伸一压缩来产生活动性的(顺便说一下，这里是典型的向物场过渡，即不采用一个物质，而是采用两个不同膨胀系数的物质。同时，控制过程是借助热场实现的)。前两个发明的情况也是一样，都是在宏观(可拆卸的交通信号灯)和微观(“可拆卸的”分子)的水平上实现了同一个措施(分离的原则)。每一个措施都可以在宏观和微观水平上应用。在一种情况下，利用“大铁块”：在另一种情况下，就利用分子、原子、离子、基本粒子。任何发明都会有原型，因此，在理论上可设想四种类型的运演：1、从宏观事物向宏观事物（记：M—M）。比如，将交通信号灯的支柱分成各部件：2、从宏观事物向微观事物(记：M一m)。比如，“制动装置，包括有轴及箍在其中的制动环，制动环与控制能源相接。其特征是，为了改善使用性能，制动环由压电陶瓷制成，而利用高频振荡器作为能源。”普通的制动装置(如汽车的刹车)，就是借助踏铁板、手柄、弹蟹、拉杆等。而这个发明的实质是向微观水平过渡，即制动不因晶体点阵参数的改变而扩张；3、从微观事物向微观事物(m—m)。比如用“可拆卸的分子”代替普通的分子；4、从微观事物向宏观事物(m—M)。没有这种发明，因为从m向M的过渡是与技术体系发展的趋势相矛盾的，它使技术体系“粗糙化”。如果我们把通过前三种转换得到的发明，进行一番比较的话，那么就会得到这样的一幅图景：M—M型的转换很少产生超过第三水平的发明；M—m型的转换，通常会产生第四与第五水平的发明；对于m—m型转换来说，如果变化发生在同一个水平的范围之内(分子始终是分子)，那么它产生不超过第三水平的发明。如果变化发生在水平之间(分子恒定地或暂时地为较少的“单位”或场代替了)，那么就产生超过第三水平的发明。在历史上，技术体系总是经过三个阶段发展起来的。起初，“新生的”技术体系吸收了M—M型的发明，其发展进行得很慢，没有什么特别惊人的东西。比如说，帆船(“帆一风”75 体系)的帆不断地发展变化。以后，发生了技术革命，即发生了M—m型的过渡，有时就被认为出现了新的技术体系，实质上是体系从宏观水平过渡到了微观水平。帆被蒸汽机的活塞或蒸汽透平的螺旋桨代替了，蒸汽吹动着这些“帆”，蒸汽的分子是被人力用热场驱赶着的。以后继续进行着m—m型的过渡。蒸汽机被内燃机代替了，“活塞式的帆”仍然是一样的，但对“风”分子的控制方法不同。而在发明征书№247064中，“大铁块”最终被驱赶着离子的电磁场代替了：“将传送电解质的电磁泵用作反冲式船用发动机”。看来，以后新的技术革命是不可避免的，即过渡到只利用场。第五章组织天才思维的标准做法5培养“天才思维”5.1“小人”建模法解决发明课题程序每修改一次，它的决定性程度随之提高，信息资料也不断充实。尽管如此，解决发明课题程序也不能代替思考，它只不过是控制思维过程，避免错误，使人们完成非凡的(“天才的”)思维操作而已．驾驶飞机，有很详细的驾驶规范．外科医生作手术，也有较洋细的手术规范。需要把这些规范背诵如流，但这还不够。要成为一名好驾驶员或好外科医生，除规范上的知识外，还需要实践，需要从实践中锻炼出来的技能．因此，发明学校讲授解决发明课题程序这门课时，规定课堂教学100学时，作业200学时。课题15在坚固的气密的金属容器里放置30～40块不同合金，容器里灌满侵蚀性液体。试验的目的是弄清蚀性液体在高温以及高压条件下对合金表面的作用。遗憾的是侵蚀性液体同时也作用于容器壁。因此容器壁需要用贵重金属制作。这造价太高。怎么办?在教学最初阶段，由于学生还不善于组织思维，往往出现很多严重的错误。以课题15为例。在开始学习时，绝大多数学生取侵蚀性液体和容器壁为矛盾对．而“容器一液体—合金块”技术系统中的合金块是被加工的制品，并未纳入矛盾对，从而也未纳入课题模式。结果使加工合金块的简单课题变成了在普通金属容器中保存任何侵蚀性液体(而且是热的液体)的极为复杂的问题。当然，这样的课题值得重视，要假以时日加以解决。解决这类课题一般需要改变整个上位系统。在这种情况下，新设想的具体化，验证与实践需要作大量工作。与其花很多时间解决复杂问题不如花5分钟解决简单的但实用的课题：怎样处理合金块？如果取“合金块—液体”为冲突对，那么容器就不会进入课题模式中。乍看起来，这会使课题条件复杂化：既然问题不在于容器壁，那么容器壁就可以是任何物质的，甚至可以不存在，即是说可以探求侵蚀性液体与容器壁无关的解决方案……一般地说，课题虚假的复杂化实际上正意味着课题的简单化。那么，在“容器”被排除在外，只剩下“合金块一液体”对时，矛盾何在?在液体的侵蚀性作用中吗?当然不是。因为在“合金块一液体”对中液体应该是侵蚀性的，这是它应有的有益性质……75 这里矛盾在于没有容器液体无法停留在合金块上，会流淌。怎样才能使液体不流淌，可靠地停留在合金块上呢?唯一的也是显而易见的答案是把液体注入合金块。引力场作用于液体，但这种作用不能传导到合金块，因此液体与合金块在力学上不相互作用．建立物场，课题就简化了：让引力场作用于液体，液体再把这种作用传导给合金块。如果在课题模式中取“合金块一液体”对，不取“液体一容器”对，那么人们的第一个设想：合金块应该是“杯”(空心的合金块)．应该有壁(合金块壁)，应该无壁(容器壁)，这是需要排除的物理矛盾。这一答案显然不需要验证，它是绝对明确和可靠的；这里也不需要设计，因为不存在技术问题。只要按解决发明课题程序指令行事，取制品和直接作用于制品的要素为矛盾对．课题即可解决。或者像避雷针的课题一样，可以认为矛盾在“合金块一液体”和“液体—容器”两对之间。理想的最终结果是：不存在的液体本身不作用于容器，但能作用于制品。这时解决课题的述径大大缩短了，因为一开始就认为液体不存在。这样就产生了明显的矛盾：对合金块来说应该有液体，对容器来说应该无液体。按课题条件要求，不能把矛盾对在时间上分开，因为液体应该不断地作用于制品，只剩下了一种可能性：把矛盾对在空间上分开——有合金块的地方有液体，有容器的地方无液体。解决发明课题程序包括9项一般规则，但学会运用这些规则并不容易。开始可能不重视这些规则，然后开始运用，但用的不对，最后逐渐地、可能在解第二百个课题时掌握了这些规则。不管学习什么，都是困难的事。学会组织思维解决创造性课题，更是倍加困难。思维“突变”在解决发明课题过程中叫作“探求答案”。解决发明课题有很多微妙的机制，今天还无法把它们以一些简单规则的形式表述出来，因而，尚未纳入解决发明课题程序中。但是，在学生学会了运用分析，并不会因为中间提问打断他们思路的情况下，教师目巧妙地、恰到好处地运用这些规则。如上所述，美国创造学家G·戈登创建了类比启发，用四种类比方法充实了奥斯本的智力激励法，其中之一就是拟人类比方法，即认同方法。这种思维操作技法的实质在于：解决课题的人“进入”所要改进的对象(物体)的角色，力图实现课题要求的作用。如果这时找到了解决课题的门径、新的设想，则用技术语言表述答案。G·杰克逊认为：认同的实质在于：成为整体一部分，并从这一立场和观点看可以怎样做。这种方法对于获得新设想大有好处。运用认同方法解决教学课题与生产课题的实践表明，认同方法的确有时有益，但有时也有害。为什么?当发明家使自己与某种机器(或其一部分)同一(认同)时，就会不自觉地选择人所能接受的东西，抛弃人体所不能接受的东西。例如切割、碎化、确：酸中溶解等，人体就不能接受。人体的不可分割性使认同方法不能顺利的解决很多课题。在解决发明课题程序中应用的“小人”建模法克服了认同方法的上述缺点。“小人”建模法的实质在于：把对象(物体)以很多(一群)小人的形式表现出来。这种模式保持了认同方法的有点（直观性、简易性），克服了它所固有的缺点。科学史上有很多自发运用类似“小人”建模法的事例，这里仅举两个特别有意义的例子。第一个例子是德国有机化学家凯库勒发现苯分子结构。一天下午他在伦敦，坐在马车里想怎样以符合苯分子性质的结构式表述分子C6H6，这时他看见猴子笼里的猴子互相捕捉，时而抓在一起时而分开。有一次5只猴子抓在一起形成一个环。由此他立刻联想到这就是苯分子的结构。苯分子结构式就这样产生了，当凯库勒公布了这一发现时，科学界无不赞扬他是个了不起的天才。但凯库勒只不过无意识的运用类似“小人”建模法。第二个例子是尽人皆知的麦克斯韦的想象实验。英国物理学家J.C麦克斯韦在建立气体动力理论时想象在同一温度下有两个盛有气体的容器。他想解决怎样才能使一个容器里出现快速分子，另一容器里出现慢速分子的问题。因为气体的温度相同，所以分子不能自行分离：在每个容器里每一瞬间都有一定数量的快速分子和慢速分子。麦克斯韦想象用一根有小门的管子把两个容器联结起来，有一些“精灵”—些约等于分子大小的幻想物负责开关小门：让快速分子由这个容器到那个容器里去，不让慢速分子通过。这两个事例说明了，为什么在“小人”建模法中一定要取“小人”75 ，而不取例如小球或微生物。为了建立模式，需要小的东西能够看见、明白、动作，这些要求自然而然地同人联在一起：人有眼睛能看，有大脑能想，有手能动作。发明家应用“小人”建模法可以在微观水平上利用认同法，既保持了认同法的优点，又克服了它固有的缺点。关于凯库勒和麦克斯韦的故事，有很多人描述过，但谁也没把这两种情况联系起来深思熟虑过，把它们变成一种可以自觉利用的方法。一般人在提到凯库勒的故事时，都是为了说明偶然性在科学与发明中的作用；在提到麦克斯韦的实验时总是得出科学家需要想象这样一个尽人皆知的结论。“小人”建模法应有以下几个操作步骤：1、应在步骤3.3把物体不符合步骤3.2要求的部分区分出来，并以“小人”的形式把这部分表示出来；2、应把“小人”分成按课题条件作用(移动)的组；3、应研究重建所得模式，使它能完成矛盾的作用。研究课题16，测量砂轮半径。课题16金属圆筒需要从里面用砂轮加工。在加工过程中砂轮磨损．测量砂轮直径又不允许中断加工把砂轮从圆筒里面取出。怎么办?从“小人”建模中得到启示，把与砂轮中心部分在结构上一致的外层分区分出来。一些小人同加工表面接触，把金属颗粒打掉，而另一些“小人”则支撑这些工作者，不让他们脱离砂轮。凹陷部分深度在变化，“小人”也相应的再重新组合。当观察图1（a）时，就很难得出这样的结论：必须把砂轮外层部分碎化成“粒”，使这些颗粒既是活动的又是不脱离砂轮的东西,如图1(b)。这样的砂轮在圆筒里面工作，需要确定砂轮半径的变化，这是第14类课题（措施）。如果在砂轮端面导电片并通电，即可根据电阻变化判断砂轮半径变化。遗憾的是这种办法不能保证测量精度。电阻不仅与导电片长度有关，而且也取决于砂轮与加工表面的压紧力、链－轴接触状态，砂轮温度，等等。图1砂轮的型式变化图2试把“小人”排成间隔链，如图2所示。这时可以根据电流脉冲数判断砂轮半径的量度，而脉冲本身的大小没有意义。这个答案比上一个答案有效得多。当然，需要给每个小人供电，这也是不容易做到的。再谈谈三角形。规则三角形对课题无用。因而往往采用不规则三角形作为解决方案，如图2。该方案可通过的脉冲的频率随着半径的变化而变化来保证测量砂轮半径的精度。课题17：如何解决提高破冰船航速的问题，不能靠加大发动机功率提高航速，现代破冰船装备的太多了，因此也不能另外增加设备的负重。解决课题的时候，利用认同法解决课题组把桌子当作冰，自己当作破冰船，说：“我是破冰船，我要通过冰前进，但并不放我过去”。认同法把自己的身体当作破冰船（认同），即把人体固有的不可分割性用到破冰船上，无法解决问题。因此，这里认同发给解决课题造成困难。但是，利用小人建模法的课题组，这样解决问题：如果我有一群小人组成，上半部小人从桌子上面过去，下半部小人从桌子底下过去……75 ；看来，解决该课题需要把破冰船的水上部分与冰下部分连接起来，因要引进一些细长的尖利的竖杆，这些竖杆很容易穿冰而过，不需要破掉大块冰块。“小人”建模法有很多猜想成分。比如说，在测量长度的课题中，被区分出的要素部分，不以密集横队“小人”形式表示，而以“间隔”横队“小人”形式表示为宜。最好小人排列成三角形。如果排列成不规则的三角形(不等边或}也线形的，那更好。为什么?暂时还说不清，只能是猜想。但规则在起作用……课题18需要从飞机上测量河水深度，每隔300～500m测量一次，全长为l00km。飞机上没有特殊设备，又不能让人着陆，需要进行最便宜的测量，测量精度为±0.5m。流速未知，怎么办?再来研究一下课题18须要从飞机上测量河水深度。按课题条件不准使用直升飞机，不许人着陆，亦不能利用某些电波特性，因为不可能定购特殊装置。而且必须无偿地完成河水深度测量，只允许支付飞机沿河飞行费用。应用“小人”建模法解决该课题。从飞机上投下或引下的未知“测深物”应该是不规则三角形的形状。可以想象到只有两种“小人”排列方案(图3)能形成这种“测深物”。(a)(b)(c)图3课题18“小人”建模法上面的“小人”应比水轻，下面的“小人”应比水重。假设这是用钩丝联起来的木块和石块(图3)，形成这种三角形并不难。木块A与B用钓丝同石块C联起来，而且这两根钓丝长度一定要超过河水深度(这可通过投下试验加以验证)。河水越深，木块A与B的距离越小．(它们之间并不相联)。把米尺固定一个浮标上并把这种“装置”投下，然后从一面照相。知道AC和BC并测定照片上的AB，即可轻易地求出和水深度CD，答案异常的简单和漂亮。课题条件给定的任何技术系统都给人一个熟悉的形象。例如，可以从课题文字中去掉“破冰船”一词，但破冰船的形象仍然存在：某种“船形”的东西，与破冰船大小相似(尺度)，以差不多的速度运行(时间)，也约值那么些钱(价值)。专门术语不存在了，但原系统的形象却保存下来了。并使人们形成一种强大的心理惰性。“尺寸一时间一价值”操作法的目的在于克服这种惰性，摆脱原技术系统的老形象的束缚。“尺度一时间一价值”操作法包括改变课题条件的6种想象实验。这些实验可在各种水平上进行，主要取决于想象力、课题条件以及其他情况。然而，即使在形式上完成这些操作(实验)，也能大大弱化对原系统形象的心理惰性。5.2天才思维的结构丰富的想象力可以使人们有效地运用“尺度一时间一价值”操作法。但运用该法本身也发展想象力。前面不止一次地强调过，解决发明课题程序不仅仅是组织思维，而是组织天才思维。何谓天才思维?这里以课题17为例。课题1775 快艇创造了最高速度记录。快艇形状理想、发动机先进。怎样才能超过现有记录(超过110～200km/h，）创造新记录呢？一般发明家会不由自主地在想象中描绘现有的快艇。在想象的屏幕中出现清晰的图像。想象力开始对这个原形象进行各种各样的改变。无能的发明家长时间地研究每个方案，工作进展很慢。这些方案即使是第l0个方案，第15个方案与原形象也没多大区别。他们总离不开“可否延长艇身。可否使艇身成为流线型的?可否装备较大功率的发功机?……”这些老一套想法。高明的发明家会人胆地选择方案：在想象屏幕上画面变化很快，出现非凡的景象。第67个方案；“如果用猎豹皮之类的乐西给快艇覆面怎样?因为猎豹比其他陆地动物跑得快并非偶然。可能豹皮平滑整流，不会造成涡流。”关于液体或气体表面整流的发明：“……为了减少磨擦阻力……(表面)的覆面应用人造节、绒布等类材料制作。”技术系统并非孤立存在。每个系统都是上位系统的一个组成部分，同其他部分相互作用；但系统本身也是由相互作用的部分即下位系统组成。天才思维的第一个特征是：善于由系统过渡到上位系统和下位系统。为此需要三个想象屏幕工作(图4)。图4课题17换句话说，当提到树(系统)时，就该想到森林(上位系统)和树的各部分：树根、树干、树技、树叶(下位系统)。只想到这些还不够，还必须在每一阶段上看到发展线：过去、现在、未来(图8)．何谓“看到发展线”呢?以快艇的下位系统的一部分——艇身为例。速度越高，外部介质的阻力越大。因而，艇身趋于收缩、缩小。理想的艇身是没有艇身……相反，快艇的下位系统的另一部分——发动机——应该越来越大，功率越来越高。给发动机自由，让它充塞整个艇身，而后越来越大，大到艇身之外。这两种相互矛盾的趋势的斗争也就决定了快艇下位系统的发展线：艇身收缩、缩小，成为“细长条”；而发动机增加、长大充塞艇身内部空间。在天才思想家的想象屏幕上经常热情激荡：相互矛盾的趋势碰撞，产生尖锐的冲突，进行对立的斗争……在这种斗争高潮中有时图像被“反图像”代替。与快艇相对出现“反快艇”。即是说，普通快艇能航行，而“反快艇”不能航行，不能航行的船就会沉没……从一般思维的观点看，这简直是荒谬的。如果再考虑一下。普通船的“平均密度”小于一个单位，正因为如此，船能在水上航行。船体里面有很大的自由空间，因而船身体积大，在行进时外部介质阻力大。当然．水下叶轮使船身浮出水面，但有空气阻力。“反船”不一定在水上航行，所以可以把船用“铁块”——发动机塞满。发动机功率越大，速度越高。但是，“反船”塞满超功率的发动机，就会像一块石头沉到水底……不过，“反船”在行进中可以靠水下叶轮形成的浮力在水上航行，而在停泊时可以利用“浮标”——充气的附加容器。在停泊时，“反船”和一般的船(与气艇)一样，可按阿基米德的浮力原理浮在水面上。而“反船”开动起来，疾驰在水平面上以后，就会“收缩”——把现已不需要的充气的附加容器去掉(气艇变成飞机)。“反船”的设想并不那么不可思议。相反地，一般船的构造倒令人奇怪：船身露出水面的部分很小，大部分为了在水中需要……75 1911年英国物理学家威尔逊首创威尔逊室，这是核物理基本工具之一。带电粒子在室中过饱和水蒸气里运动时即变成可见物，形成液滴痕迹。后来有很多人提出不下几千个改进威尔逊室的方案!但是，事隔半个世纪，谁也没想到“反室”这一方案：由液体中气泡形成痕迹。直到l960年美国物理学家D·A·格莱杰尔才由于他创立了气泡室而荣获诺贝尔奖金……再回到天才思维屏幕的问题。天才思维屏幕包括3个层次，9块屏幕、图像和“反图像”，这仍是一个极为简单的图式。实际上，“现在”的天才思维有很多层次：从系统向上有：上位系统、上上位系统……；从系统向下有：下位系统、下下位系统……。不但要见木知林，还要知道生态环境(上上位系统)；不但要见树知叶，还要知道树木的细胞(下下位系统)。系统向左有：不久过去的、遥远过去的……等屏幕：向右有：不久将来的、遥远将来的……等屏幕。屏幕上的图像时大，时小；动作时快，时慢……。这可能令人感到复杂。是的，的确复杂。我们生活的这个世界就是复杂的。如果我们想要认识和改造这个世界，那么我们的思维就必须有一个相应的复杂的、动态的、辩证发展的大模式来认识它。反映世界形象的镜子应是大的、多面的。以画家邱尔廖尼斯的大作为例。邱尔廖尼斯的很多画都显示出他“系统观察”世界的非凡才能。在他的画中不仅仅表现了“所要反映的系统”，而且还展现了下位系统和上位系统。《海洋奏鸣曲》是他从三个不同的世界(层次)完成的力作。他从飞鸟的高度反映了沿海两岸的山岗丘陵。但海浪波涛却是他从人在海边所见的角度描绘的：碧波荡漾，鱼翔浅底。另外他还画出了一个对—“下位系统”来说庞大的世界：水花与气泡交织在一起，赏心悦目……也许有人会说这已经不是在讲天才思维，而是在讲天才。是的，的确如此。但是，即使是天才，这种天才思维也不会呼之即出，召之即来。实际上、“全屏幕图式”的天才思维在伟大的思想家和艺术家生中也是不可多得的、罕有的。“全屏幕图式”只能是理想最终结果，而能达到这种理想最终结果的，是解决发明课题程序。不难理解，解决发明课题程序就是一个“全屏幕图式”的线性展开幽加能够保障绘出图式所要求的“图像”的信息资料。5.3分析的辩证法在学习运用解决发明课题理论时，首先要掌握构成“全屏幕图式”的操作步骤，然后再开始把各操作步骤组成“思维系统”，这是最困难的事。在这个阶段，除解决一般发明课题外，还需要练习解决复杂问题。特别是在实验中要提出：“生命意义何在?”的问题。如果小组刚刚开始学习，那么就进行一般方案选择练习：所有的方案都在原系统(人的生命的意义)水甲上和“现在时”上进行选择。对于训练有素I佝小组完全采取另一种方法学习。即是说，把命题本身进行修正：不是把生命仅仅看成个原系统及仅仅是“现在时”，而把它视为三种水平(细胞、有机体、社会)的最小系统，而且每一种水平都应有三个阶段：过去时、现在时、将来时。这样就会形成如图8所示的图式。但是，细胞先于有机体，有机体先于社会；因而，图式需要加以改变，如图9所示：单细胞的生命从大自然“发明了”机体(B层次)起就发展缓慢了。有机体(生态)的发展是从“发明了”社会(B层次)起开始缓慢下来的。发展主线是阶段式的、层次递升的，如图l0所示：可以在图式底下补充更长的的层次：分子、原子、分子质点……等生命。过重的原子是不稳定的，原子“层次”可能在第一百个“样式”时断层，进一步的发展就是原子合成分子。分子“层次”接过发展接力棒，发展成日益复杂的分子，直到形成聚合物和蛋白质。然而，由于蛋白质的出现，分子开始停止发展：细胞开始发展。细胞也形成连续发展“样式”的“层次”。虽然已出现了很大的细胞(藻类)，但它的发展仍然为上位系统——有机体——75 所代替。最初只不过是一些细胞简单的结合，最后才逐渐发展成更复杂的有机体一人．早在人出现很久以前，大自然就开始“实验”，试图用有机体创造上位系统——蚂蚁、蜜蜂。看来，这些实验性上位系统并不理想，因为它们不能保障加速发展，相反地，致使发展速度近于零。大自然只好“发明”人，从此发展才进入下一个“层次”。这里可能产生一个问题：为什么生命按梯阶式接力发展呢?答案很简单：生命发展层次越高，越不受外界条件的影响。分子质点因与外部环境相互作用而生命短暂．无机化合物(和一般有机化合物)生命较长，但它们几乎没有抵御外部影响——冷、热，化学反应的能力。蛋白质和细胞是物质组织的较高阶段，有抵抗外界条件的生存能力．有机体是更高阶段的物质组织。人体的细胞平均7年更生一次，而整个机体的生命要比细胞长一个数量级。既使部分细胞因外界影响而消亡，而有机体也不会因此而消亡。社会对外界影响不甚敏感，其生命力比个体有机体更加强大久远。把上述图式同波兰作家S·列姆的“曝光”分析或英国理论天文学家S·F’霍尔的“黑云”分析加以对照，就会发现这两种分析明显地违反“梯阶式”接力发展规律，因为有机体本应过渡到社会水平(层次)，而他却继续增长，一直长到整个行星那么大，永远是一个有机体。可以从上边补充图式。社会发展到一定时期，就会过渡到下一个“层次”，像在有机体中的细胞一样起着。细胞”的作用。目前有很多人注意到外星文明的问题。外星文明是什么样?外星人为什么不找我们，给我们发来信号?为什么我们看不到外星人的活动?超文明是在社会水平(层次)上发展起来的，只不过这个社会是较发达的社会，有较强大装配的社会。事实上，超文明应高出一个层次，是在上位社会水平发展起来的。单个细胞能指望有机体为了建立联系专门去寻找它吗?……人们花费大量金钱和精力设计电子望远镜，试图捕捉超文明的信号。然而由图式可见，每一层次都越来越快地为下一个层次出现创造条件。在“社会”层次上应该比较快地出现“上位社会”层次，然后更快地出现“上上位社会”层次。超文明离我们按层次说，可能比人离分子质点更为遥远．……到此为止还没研究提出的问题：“人的生命的意义何在?”但按“全屏幕图式”命题本身就给人很多新的、有意义的东西．这里应该强调指出的是，上述这些只不过是一节课的一个片断。按发明创造公共学校教学大纲规定，这种开发想象力的课共15节．通过讲授这些课程，技术系统发展机制，特别是这种发展的“梯阶式”性质，业已明确。技术系统发展的潜力殆尽即作为下位系统成为较复杂的系统的一部分．这时，原系统几乎停止发展，新形成的系统取代它继续发展．这里仅以造船发展史为例。最早的船是靠桨划动的，后来被帆橹船所代替，桨停止了发展．这种新系统一帆橹船开始了漫长的生命之后，又被纯帆船取而代之。帆船又为帆汽船取代．帆汽船又发展成汽船，……．随着时间的推移，船不断地发展、更新．5.3邓克尔的实验综上所述，有关天才思维的很多特征业已清楚。这里完全有根据评价解决发明课题的操作步骤是好还是坏，是引进死胡同还是接近答案．然而，进行解题实验的心理学家不懂系统论方法，不懂理想最终结果，……。那么他们是怎样进行实验的呢?这里以邓克尔的实验为例。邓克尔是德国心理学家、格式塔心理学奠基人韦特墨的高足，致力于抽象推理问题研究。他为此设计了很多实验，研究探求解决问题方法的过程．邓克尔最有名的实验之一是1962年做的关于X射线解决问题的实验。这个有名的实验课题是：75 假如一个人生了胃癌，又不能实行外科切除手术，只能采取放射疗法。但射线可以消除肿瘤，同样也会破坏周围健康组织。怎么办?一位被试者用了半小时作出十几次尝试，接近了正确答案。邓克尔认为这一过程“特别富有典型思路”。这里援引实验记录如下：1．让射线通过食道。2．加入化学物质，外健康组织对射线不敏感。3．通过手术把胃移至体外。4．当射线通过健康组织时，减弱射线强度，比如在射线达到肿瘤时再完全接通射线(那样可以吗?)。(实验者：错误的观点，射线不是注射器．)5．用一种无机的(不放过射线的)东西来保护健康的胃壁。(实验者：需要保护的不仅仅是胃壁．)6．两者择一：或者射线应该通到胃里，或者胃应该移至体外。可否改变胃的位置?但怎么办?用压力?不行。7．可否往腹腔里加一小管?(实验者：一般地说，可否加入某种媒介物在一定的部位产生作用?但这种作用在未达到该部位之前不应产生。)8．在达到一定部位之前，应使作用是中性的。我总是努力这样做。9．把胃移至体外。(实验者重复一遍课题并强调：‘在足够的强度条件下’。)10．强度应该是可变的。11．预先用低强度的放射锻炼健康组织。(实验者：怎样才能使射线只破坏肿瘤区呢?)12．设法转移或扩散射线……把一束宽而弱的射线通过一个透镜导入胃部，使焦点对准肿瘤，这样肿瘤就处于射线的强大作用下。被试者接近了答案：很多弱的射线从不同方向交叉在肿瘤部位。但实验者多次干预了被试者解决课题的进程。在解决发明课题程序中有一条规则：应该改变工具，不应该改变制品，即应改变技术物体，不应改变天然物。如果用这条规则解决上述课题，会怎样呢?下而按这条规则研究一下解决课题的每一方案。1．在课题中有两个物质(肿瘤和肿瘤近旁的健康组织)和一个场(X射线)。两个物质都是天然物，制品．射线是工具。该方案试图在健康组织里找一条“通道”。这显然违反规则，因而这一方案无用。2．该方案仍以制品为可变对象，这也是无用的方案。3．在该方案中取“制品’’(胃)为可变对象，也无济于事。4．该方案取工具为可变对象!这是第一次。而且方案的表述接近理想最终结果。遗憾的是，实验者粗暴地打断了被试者的正确思路。被试者在这一方案中极为正确地表述了理想情况。射线和注射器一样开始时体积很大，然后像一根细针，最后体积又很大(照射整个肿瘤)。即是说射线是按“多一少一多”这样一条规则工作的。实验者本应提醒被试者：最后应该取射线这一要素为可变对象，现在只思考射线的问题就可以了。但是实验者却打乱了被试者的正确思路，说什么“射线不是注射器”，是“错误的观点”……。能使射线的能量密度在行进中有所不同吗?当然可以．可以运用驻波及肿瘤区波谷的原理．这样自然得出线束的设想．5．被试者的思路被实验者打乱后，在该方案中又取不可改变的要素为对象，……。6．在该方案中，被试者提出了取什么为对象的问题，用解决发明课题程序的语言讲，就是取工具还是取制品的问题。但被试者取了制品，……。7．该方案又取制品。而实验者引导被试验转向需要的方向，使他注意到工具，用试验者的话讲，就是“可否加入某种媒介物”。75 8．被试者提出了有道理的方案：应该使作用中性化．这里有两个办法：一是使组织不敏感：二是使射线无害．9．该方案又取制品，……。实验者不得不提醒被试者注意射线。为此，他又把课题重复一遍并强调了有关射线强度的问题．10．被试者部分地回到方案4的表述。11．在该方案中被试者又回到不可改变的要素(健康的组织)．这时实验者不顾细节，直接让被试者“面向射线”．12．在该方案中被试者又重复了老一套：“或者一或者”．这时实验者直接提示，重复了他在方案4中推翻的东西：在射线到达胃肿瘤之前怎样减弱它的强度?13．这一方案是正确的答案。掌握了解决发明课题程序的规则(改变工具)，即可发现被试者与实验者的错误原因何在。可以说，实验者在这次实验中的表现比被试者差。被试者表述了近似理解最终结果的东西，而实验者却使他脱离了正确思路。实验者企图直接达到答案，但他却没认识到认识的途径并非直线的。开始时思路应向理想最终结果靠近，然后才能由此达到答案。实验完毕，邓克尔又做了些什么呢?他怎样分析了记录呢?他把上述方案分成三组：1．排除射线与健康组织的接触(用解决发明课题程序的语言讲，研究两个要素：制品与工具。2．减弱健康组织的敏感性(研究制品)。3．降低射线通过健康组织时的强度。方案4和l3取工具(射线)，为改变对象，属于该组。有趣的是，邓克尔是根据分析的逻辑才把方案4和l3联系起来的．但是，他并没认识到他对方案4的评语是错误的，使被试者脱离了正确思路。正因为邓克尔不懂得运用解决发明课题程序的规则(改变工具)，所以才有11个方案是无用的。如果让职业技术学校的学生解决该课题，情况又如何呢?在15名学生中只有一名学生成功地解决了该课题：因为他是电影技术专业的学生，射线的扩散与聚焦是他的常识。而其他学生在45分钟内一无所获。但是，在给他们讲解了上述规则之后，这些学生都解决了这一课题，其中最差的学生也只选择了4个方案就达到了解决课题的目的．另一组学生是先学习上述规则，然后再解决课题，都成功地解决了这一课题，其中多数是一举成功的。那么，为什么邓克尔在分类方案时没察觉那么突出的东西呢?没发现错误与试图改变天然物有关，而正确答案来自改变工具呢?因为邓克尔是心理学家。他所感兴趣的不是技术系统发展客观规律，而是被试者的心态变化：他们怎样说明课题，解答课题的进程(从第一个设想到最后的表述)，等等。邓克尔和其他研究者一样，是从“纯心理学观点”来研究创造活动的，不懂得技术系统发展是第一性的，而心理因素是第二性的。思维操作只有符合技术系统发展客观规律时才能大显身手。关于这一点，可与上述舵手在弯曲河道上航行的例子加以类比。技术系统向理想性不断提高的方向发展，这是一条规律。被试者试图在方案4中表述理想的射线结构，这是正确的行为，但实验者却认为是错误的。“纯心理学”的研究方法对发明家毫不实用，这并不足为奇。然而重要的是另外一点，即运用解决发明课题程序操作步骤解决邓克尔的课题，能够认清操作步骤的行为机制，这些步骤能够抛弃无用的方案，通过迂回方式得到答案。如能迂回，何必碰壁呢?……5.4两个有趣的例子例1课题1875 用喷雾器对小型塑料圆筒制品进行外部喷漆。如果喷雾器全速运行，圆筒就会立即结成一层厚厚的漆，因而表层质量不好，而且不易风干如果喷雾器低速工作，喷漆过程就会长达30～40分钟，但易于控制时间，不会留下空白，更不致于喷层过厚，而缺点是产量低。不准采用静电喷漆法，不许加入添加物。怎么办?从步骤2.2开始解决。在该步骤课题条件已经没有专门术语。步骤2.2制品是圆筒(按规则4取一圆筒)，漆(漆流，漆的喷射)是工具(严格地讲，是工具的一部分，直接与制品相互作用)。喷雾器没有漆是不能与圆筒相互作用的，因而不加入矛盾对。既然如此，这就是说要学会用不好的(任何的、甚至不存在的)喷雾器喷漆。按课题条件可多、可少。这里取“多”(规则3)。这样，圆筒和大量(过多的)漆成为一个矛盾对。步骤2.3.1漆多容易迅速着漆（既可往圆筒上洒漆，亦可把圆筒放在漆里)。步骤2.3.2漆多会使圆筒漆层过厚。显然，实际上课题在于消除多余的漆(当然，不是把漆废掉，而要回收到容器里)。按“健全的思考”，应不要喷漆过量；为什么开始喷漆过量，然后再除掉呢?……解决发明课题程序的逻辑都认为：漆多易喷，不是喷得很好吗？制品喷漆完毕，剩下的问题只是去掉多余的漆。实际上，课题“怎样喷好漆?”却变成课题“怎样很好地去掉漆?”步骤2.4于是，课题模式给定了圆筒与大量易喷但过厚的漆。步骤3.1这两个要素都难于改变。圆筒是制品，而课题条件又对改变漆提出限制要求。只好利用外部介质作为可变要素。步骤3.2理想最终结果是：尽管圆筒喷漆过厚，外部介质自己能消除圆筒上的漆层。步骤3.3可用图式把圆筒的厚漆层标示出来，如图11(a)所示。亦可用“小人”建模法以“小人”的形式把漆的限度表示出来，如图11(b)所示(在这种情况下，何谓“外部介质”暂且不知)．步骤3.4根据步骤3.3进一步解决课题有两种解法：(1)按图11(a)解：①要去掉多余漆层需要某些力；②这些力不需要或甚至有害。为什么?可能这些力在去掉多余漆层时连同有益漆层一块去掉。(2)按图11(b)解；①要去掉多余的“小人”需要某些力；②这些力有害，因为它们可能把附在圆筒表面上的“小人”拉下来。)图11(b)上突出一个重要特点：漆的颗粒之间联系在一起，而且联系的方式亦各式各样。有益的“小人”抓住表面，而多余的“小人”互相抓住。不同的联系方式(力)表明有可能按某种特征把有益的“小人”与多余的“小人”分开。如果考虑到课题条件给定两个要素：漆和圆筒，所以需要引进一个场，那么就接近课题答案了。非电场(课题条件如此)应使多余的(离圆筒表面远的)“小人”脱离圆筒，不应该使有益的(离圆筒近的)“小人”脱离。可以不用“小人”建模法，因为课题并不复杂，用该法可能使课题半途而废。步骤3.5物理矛盾：（1)区分出的外部介质区应该作用于多余的漆，以便把它去掉；不应该作用于多余的漆，以防把有益的漆层带掉。(2)区分出的外部介质区应该和不应该。75 步骤4.1这里显然要求把矛盾的性质在空间上分开。但怎样分开?步骤4.2第8类课题：两个物质相互作用，但它们不易控制，因而相互作用差。解法：需要引进一个对这两个物质起不同作用的场，其物场式如下：这应该是个什么场呢?按课题条件不可能是电场，也不可能是磁场，因为漆和圆筒(塑料的)不能磁化，也不准加入添加物。有引力场，但它不能提供需要的相互作用。只剩下两个场：热场和机械场。热场能破坏漆。在机械场中需要使漆运行，才能把多余的漆去除。机械场在圆筒表面上应弱些，在远离表面的部位即在漆层厚处应强些。如果只取机械效应解决课题，那么答案很明显：离心力作用。把圆筒放在漆里旋转，离心力就会把多余的漆层甩掉，调整圆筒的转数即可控制漆层甩掉程度。而且可以同时处理很多圆筒。解决课题34可能显得很容易，因为圆筒(罐子!)和漆都是l9世纪水平的东西。那么，解决现代复杂课题还能那么轻而易举吗?这里以课题19为例。例2课题19为了研究目的需要知道所谓气体中离子的活动性(迁移率)。强度已给定，电级间距离已知，需要测定电极间离子迁移时间。是这样做的：首先在规定的瞬间给某一电极表面加上离子，然后测定离子在场作用下迁移到另一电极某点的时间。确定另一符号的离子时需要向相反符号改变极性。有一次需要在气体成分速度迅速变化(30ml／s)的条件下解决该课题。此外还有一个补充要求：设备要简便。同时随着速度增加必须建立高压同步启动电路，而且研制这样的电路需要花费大量时间和力量。这是个现代水平的复杂课题：需要在30mL／s内测定两种符号离子迁移持续时间。如果进行连续测定，每测定一次就需要l0～12ml/s。显然，同时进行测定有利些。课题也是这样提出的。但是在分析前按尺度一时间一价值操作法进行处理又使人们必须回到连续测定原则．想象增加离子尺寸：它们是相对运动的带相反电荷的小球．再增加离子尺寸：它们是在相对方向运行的带相反电荷的行星。大量电荷势必引起行星相互作用。而这种相互作用亦应在带相反电荷的离子相遇时产生!尺度—时间—价值操作法提醒了人们在提出课题时没有注意到的的情况，不得不放弃同时测定两种符号离子活动性的原则。假设某一符号的离子跑完一段距离。立即由另一符号的离子接替，一点时间也没损失，那就可以避免干扰，但使设备复杂化：为了让另以符号的离子立即“接力起跑”，需要以极高的精度测定该符号的离子“达到终点”的瞬间。在课题中给定6要素：两个电极、两种离子、气体、电场。取何者为矛盾对呢？“制品”是离子，工具是场。电极不在其列（像课题33的喷雾器和课题29的容器一样）。然而，这里首先遇到课题的“电”特性问题：把什么样的离子纳入矛盾对，正的还是负的?负离子在到达“终点”时需要把多余的电子甩掉，正离子在到达“终点”时需要补充短缺的电子．实质上，该课题的情境同课题18一样：多的需要去掉，少的需要补充。当开始解决课题19时，最初取正离子……结果一无所获，后来取负离子，结果获得新设想。破坏东西(比如说房子、雕像，分子或原子)比建设东西容易，可以说这是一条规则。简单地说，建设需要外部材料(可能没有)，而破坏就不需要辅助材料．“增加熵比减少熵简单”，也可以这样表述。这样就取“负离子—电场”为矛盾对。矛盾的实质在于：场能够使离子从这一电极向那一电极运动，但在“终点”没有外界的帮助不能使负离子变成正离子，在步骤3.1，在理想最终结果为“场自己能改变负离子符号，同时还能使该离子位移”的情况下，可取场(工具)为改变对象。很清楚，物理矛盾是：“为了使负离子中性化或变成正离子，场应该破坏它；为了负离子跑完全程，场不应破坏它”。消除物理矛盾的方法也显而易见：把矛盾性质在空间上分开(步骤4.1)．75 在迁移中，场不应破坏离子；而在终点上，场应该破坏负离子，把负离子的电子夺走，这时从负离子中产生正离子。这该怎样办呢?前面有这样的课题：在弱力场下(无线电波）空气柱中不出现离子(中性分子的电子没被夺走)，在强力场下(闪电)产生电离化(把中性分子的电子夺走)。这样就需要一个非同质场，即在“终点”电极表面上应有局部的强力场，好比一块“海岸的暗礁”，“离子船”触礁就粉身碎骨；又好像一根钉子，腾空的气球碰上钉子就爆破坠毁(已经变成另一种状态)．从物场分析的观点看，课题模式属于第9类课题：场与物质相互作用，按课题条件这两个要素都不能被取代，必须在电场中测定离子，需要很好地控制其中一个要素。物场转换是：引进易控的或能改变场1’和场l”的第二种物质。该物质应在“终点”电极上变“全程”相的场为局部强的场。这样，正电极就应该有个“针”或只由针构成。选电位时应使“针”的强度小于自激电晕放电的初始强度为这种放电会造成干扰；但应大于极限强度，因为在这度下负离子才能分解。例如，在用电子示波仪记录的T1，负离子聚集在负电极表面上，在场的作用下向正电移。在临近正电极时离子进入强力场区域，开始分解为和中性分子。电子使气体中性分子电离化，引起非自激正电晕爆发，产生正离子。记录下形成电晕爆发瞬间T2，电晕爆发既是负离子强力场的指示器，又是在瞬间T2在相反方向启程的正离发生器。继之，记录下正离子到达负电极的瞬间T3。这在一个示波器上得到三个时间点，据此求出正负离子的时间。但是，上述这些都是一些技术细节问题。重要的问题在于要知道按解决发明课题程序解决这样的所谓现代水平的复杂课题与解决一般课题没有什么区别，只不过在最后阶段由物理答案转为技术答案时需要专业知识．比如说，应该知道负离子分解能够引起电晕爆发．有关这一物理现象在物理效应表中尚无记述。6物理学是发明的有力钥匙不难发现，简单的综合措施（切割，翻转，结合等等）在宏观水平中占优势。在微观水平中，复杂措施差不多总是伴有物理效应和现象。在微观水平中，措施都是物理学和化学方面的，因此，就必须供给发明家物理学方面的资料，也就是将物理效应和现象用于发明的可能性。这里产生了两个问题：怎样才不致于使己知的物理效应闲置不用；怎样用“全物理学的”和“全化学的”资料来补充这些知识。中学的物理学(尤其是大学的物理学)，能给人以非常有力的，并且差不多是到处适用的工具，然而，通常人们连仅仅使用这些工具都不会。我们来想想这样的课题。侦探小说的片断：“我没有杀死他，郡长先生，您应当相信我，您必须相信我！”“我只相信事实。”郡长回答道：“事实与你说的不一样，小伙子。有人证明你威胁过普尔顿先生。普尔顿是被科尔特手枪打死的，与你有的那支科尔特式手枪一样。我们没有找到子弹，这倒是事实，但我们的专家断定，杀人枪的口径是科尔特式手枪的口径。此外，你没有在谋杀时不在现场的证据。”“您应该相信我!”尼克绝望地叫道：“我没有开过检，我向您发誓。您看好了，我的手枪完全是干净的……”郡长微笑了一下。“谋杀是在两天前发生的，”他说：“你有时间把枪擦干净……”有一支手枪，要确定在两天前是否用它开过枪，问题之所以产生，是因为这件事发生在以前，而不是在此刻。我们将时同缩减到零，请没想：在邻近屋内有人开了一枪(或开了十枪，这没关系)，以后瞬间(在一微秒的时间里)就把枪擦干净了，把两把手枪递给您，要您确定是用哪支手枪开了枪。75 解决这样的课题没有任何困难，因为刚射击的手枪有较高的温度。就是说，一般形式的答案是这样的：应当测量在射击后发生了有规律变化的物理性质。然而，温度是一个不好的参数，它过快地就下降到正常值。射击不仅伴随着温度的提高，而且还伴随对枪筒材料加以冲击荷载。枪筒是钢质的，而钢是铁磁体。地球的天然磁场使钢磁化，在射击时发生了退磁，钢重新磁化是需要一点时间的。在这一连串的推断中利用的都是最简单的中学物理学。然而，它对解决问题已经足够了；“在刑事侦察中，通过测定射击后枪筒随时间变化的物理特性来确定射击时间的方法。其特征是，为了确定在事件现场发现的武器射击的时间，用磁仪器测量枪筒的磁化程度，并用这武器进行对照射击，以后隔24小时进行一次这枪筒充磁程度的对照测量，一直到仪器的指示等于该武器在被没收时的磁化程度为止”。出于物理效应单独存在，而课题也是独立存在着。在发明家的思维中没有可靠的桥梁，将物理学与发明课题联系到一起，因此知识在相当大的程度上才被闲置未用。在“手枪”这类课题里，在课题与物理学间搭起这座桥来并不困难。让我们来表述这一规则(可以将这规则看成是M—m过渡的结果)：“如果事情与铁有关(或掺有铁的材料，或可以向里面加入铁的东西)，那么请记住，铁不是木头，不是水，不是石头，由于每一个铁原子都有磁性，它又极易受到控制，即被发现，被测量，被改变。在二十世纪的后半叶，人们已羞于把钢(它应用得十分广泛)只用作某种支撑物质的材料了(粗鄙地说，就是当柱子来用)，应当让铁的微妙的磁性发挥作用。”很难说，若是工程师们学会了应用这个极简单的规则，会出现多少奇妙的发明。这里就是一个：“马登斯十字轮间歇传动机构，它包括有主动环节和从动的马登斯十字轮。其特征是，为了延长伺服期限，主动环节装有软磁往材料制成的扇形物，扇形物内装有永磁铁，而马登斯十字轮则装有磁滞后效应材料制成的板片。”马登斯十字(电影放映机轮片装置用的)是十分古老的机构了，但这机构的材料总是在宏观水平上被“粗糙的”应用着。这机构是钢制成的，但应用它时，却好像它是木头或石头制作的。课题20有一弹簧，增加它的尺寸和改变它的制成材料(莱种牌号的钢)是不可能的。需要一种不添加任何东西就能大大提高弹簧刚度的方法(不同它添加任何补充弹簧等)。这种方法应当极为简单才好。大概，不等读完这个课题的条件，您就会看到了它的答案。是的，完全正确，应当使每圈弹簧磁化，让其同一极性相挨着，这样在弹簧压缩时，就会产生附加的推力．我们再提出一个课题。课题21应当防止变电站中裸露的电力线和电气装备(如断路开关)结冰，为此曾建议给电力线和保护装置按上铁索体敷皮。在交流电作用下，这种敷皮很快变热，并使挨着的电力线和装备变热．但外界的温度是变化的，时而高于零度，时而低于零度。同时，沿电力线的温度本来就取决于许多因素，并且是可能不断变化的，总不能沿着电力线跑，一会儿按上、一会儿去掉敷皮。怎么办?这里，中学物理学已经不够了，需要略为复杂一点的物理学——大学的物理学了。最终理想结果是，在温度低于零度时，敷皮本身产生磁性，在温度高于零度时，敷皮磁性消去。作为发明创造工具的物理效应之所以好，是因为它经常能在实际上实现最终理想结果。有这样的一个物理效应，在经过一定的温度阈值(居里点)时磁性消失，在返程时磁性又恢复。因此，敷皮应当用居里点0℃附近的铁素体来制作，利用经过居里点的转变，就可以指望磁性本身接入和切出电路了。这样的措施可能有很多，可是现在的发明家总是拿出笨重且不可靠的自动装置来，他们忘记了最高级的调节形式是自我调节。但还是有了这样的发明。请看以下发明：在规定的温度下自动接入和切出的接线闸；感应炉有75 “用居里点等于指定的加热温度的材料制成的坩埚……”。关于居里点，人们知道的很多，但还有一个与这个点有关的微妙效应，人们知道的还不多。若提高铁磁性物质的温度，那么在经过居里点前这材料的磁性会增强，这就是霍普金斯效应。它自然而然地要在发明上得到应用。在许多场合让工作温度与出现‘霍普金斯峰”的温度相吻合是很有好处的。请看以下发明：“利用对磁放大器铁心的热作用，来提高磁测放大器灵敏度的方法。其特征是，为了在磁放大器工作时降低磁噪声水平，将铁心的绝对温度维持在等于铁心材料居里点温度的0.92—0.99倍。”还有一个同样与居里点有关的更微妙的效应：不是怎样经过居里点都行的(只要磁性消失就行了)，而是跳跃式经过的。每一个跃迁都相应于在极小一块材料（10－6～10－9cm3)里发生的磁强的变化，这就是巴柯好森效应，可利用它计算“微结构中的跃迁式变化的数目”，以此来测量出对磁性材料的作用力。可以对前述规则作这样的补充：“如果事情与钢有关，那么不仅要利用它的机械性能，还要利用它的磁性。如果磁性已经利用了，那么就利用经过居里点的转变，霍普金斯效应和巴柯好森效应。”我们已经表达出了包含属于物质磁性方面若干效应的规则，那么无数其它(非磁性)的效应，现象、特性又怎么样看来，也可以表述出若干其它规则，其中之一是实现微小位移的规则，但这些规则仍然只包括了物理效应中的很少一部分。这就需要物理效应用表(见附录有关表)，这表能使人看出典型的发明课题所需的典型的物理学“钥匙”。若是有一种普遍适用的方法来找到所需的物理效应该有多好啊!乍看起来，这样提出问题简直是不严肃的，但要知道是最终理想结果。如果解决发明课题程序大纲的原则不使自身完善化，那么它还有什么价值呢?7解决发明课题的标准做法前面，我们已在构筑多层的措施金字塔：简单的措施，对的措施，综合的措施……随着这金字塔的结构变为复杂，措施的力量也在增加，它们开始表现出特异性，即只能适于某一种类型的课题。在这个金字塔的第四层上应该有复杂的措施，它们会非常有力，并且非常特异化。确己发现了样的措施，它们组成了一套解决发明课题的标准做法。它们不仅包括措施，而且还有物理效应；——标准做法中的措施和物理效应，组成了一定的体系(即它们的结合不是任意的，而是按一定的次序)；——措施和效应的体系，清晰地指向能使该类课题所具的典型物理矛盾消除的方向；——标准做法与技术体系发展基本规律之间的联系，能看得很清楚。应用范围广，能解决问题，并且效果好，这是任何标准做法提出的绝对必须的要求。以下是较成熟的十个标准做法的实质。标准做法175 ：如果在某一时刻很难发现一个物体，并且如果可以预先给它加入添加剂，那么就预先向这物体加入添加剂，来解决这个课题。这种添加剂要形成容易被发现的场(经常是电磁场)，或很容易与外界环境相作用，从而暴露出自己来，因此也就暴露出那个物体。可以用类似的方法，解决进行测量的课题，如果这课题可以表现为一系列进行发现的课题的话。在向冷冻机的工作物质中加入荧光粉，以寻找其漏油处，向颜料中加入荧光粉，以检查磨配平面的光洁度，向聚合物中加入磁场，以测定聚合物硬化度等的答案，可以作为这个标准做法的例子。根据这项发明，可在难以到达的地方放上金刚石粒，来测量这地方的温度。因为透过金刚石粒的光的折光指数是随温度的变化而变化的。所有这些发明的实质(在物场分析的意义上)都是一样的，就是已知一种物质，引入能很好的与外界电磁场起作用的第二种物质。标准做法2：如果需要将一物体与标准物相比较，以发现它们的区别，那么就使这物体的光学影像，与标准物或标准物的光学影像相迭合。同时，物体光学影像的颜色，应与标准物或它的光学影像的颜色形成对照，用这种方法来解决这样的课题。进行测量的课题，可以用类似的方法来解决，如果有标准物或它的影像的话。举例：一种检验薄板有否穿透的小孔洞的方法是，将薄板黄色影像与标准物的蓝色影像相迭合。如果屏幕上出现了黄色，就意味着要检验的薄板无小孔涡，出现蓝色则意味着薄板上有许多小孔洞。标准做法3：如果要将两个彼此相对活动的物质接合起来，但这时产生了有害的现象，那么，就在它们之间添加第三种物质，它应是以上二物质之一的变种，用此方法来解决这样的课题。在输送钢球的管道转弯处，由于钢球与管道的碰撞与摩擦，使壁面磨损的课题中，就是用标准做法3解决的。在管道转弯处安上磁铁，在管壁里面就吸引上了一层钢球，运动的钢球就不再与管壁相碰，而是与被吸住不动的钢球相碰磨了。如果哪一个被吸钢球被撞跑了，另外的钢球仍会被吸引，占上空位子。在快速艇的水下翼，由于水流与翼板的相对运动，金属与水之间产生了有害的现象(气蚀)，那就引进了变种的水一一层冰。将要保护的那部分水下翼冷却，上面就会结上一层薄冰，并且它将不断地重新结上一层冰。标准做法4：如果要控制物体的运动，就应该向那里加入磁性物质，并利用磁场、用类似的方法来解决使物体变形的课题，加工物质表面的课题，解决分离、移动、改变粘度、孔隙度等课题。不去实地选择各种土壤的试验场(这要有200个试验场)，而是在一块试验场上，以磁性物质来改变土壤的粘性，就是这方面的例子。可以将磁粉加入墨水里，用磁场控制这样的墨水；或将磁粉加进催化剂里，用磁场控制它的运动。此外，还有利用加进磁性物质的液体，在磁场中粘度变化来控制的减震装置。类似的发明非常之多，它们全都是高水平的答案。标准做法5：如果需要增加一体系的技术指标(质量、尺寸、速度等)，而又碰到了原则上的障碍(自然规律不允许，现代技术中尚没有所需的物质、材料、功率等)，那么这体系就应当作为下体系而成为另一个更复杂的体系的组成成分。原来体系的发展就停止了，它被更为复杂的、蓬勃的新体系发展代替了。标准做法6：如果很难对薄的、脆的以及容易变形的物体进行操作，那么在进行这种操作时，就应当将这物体与能使它变硬，变结实的物质结合起来，而后用溶解，蒸发等方法将这物质除去。在用于冷拉伸的铝轴下制成薄壁的镍铬锰合金管，然后用碱液将铝轴腐蚀掉。标准做法7：如果要使两个互相排斥的作用(或两个互相排斥的物体状态)并存，那么这两个作用中的每一个作用，都应该成为间歇式的，并且这样来使它们并存：一个作用在另一个作用的间歇期间完成；同时从一个作用(状态)转向另一个作用，应该由物体自身来实现。比如，由在外界条件发生变化时所发生的相变来实现。例如，关于避雷针的课题和防止电力线结冰的课题的解决答案。标准做法8：如果不可能直接地测定一机械体系状态(质量、尺寸等)的变化，那么就在这体系中激起共振。根据，共振类频率的变化，就可以测定所发生的变化，用这种方固有振荡频率就是技术体系(或它的部分)的脉搏。理想的测量方法是不用传感器，靠体系自身讲出自己的状态。根据固有振荡频率来测出运动着的绳子的重量(事先必须剪下一段绳子，称重)。标准做法9：如果要提高一体系的技术指标(精度，快速作用等)，而又碰到了原则上的障碍(自然规律不允许，体系别的性质剧烈变坏)，那么就从宏观水平过渡到微观的水平，以此来解决这类问题。也就是用某种物质来代替体系(或它的部分)，这物质能在与场相互作用时，完成所要求的作用。75 在标准做法5中讲的是从体系过渡到上体系，标准做法9的实质，是从体系过渡到下体系。在解决制造超高精度的活栓课题时，可利用热膨胀、磁致伸缩、压电效应等效应。能否加入添加剂(这是相应于标准做法l、3、4、6的要求)，对于利用标准做法有很大的意义。到目前为止，我们一直使用“可能改变物体”、“不可能改变物体”这样的话，现在要给这些话补充上具体的物理意义。这就使我们能采用如下这些更准确的说法：“可能加入添加剂”、“不可能加入添加剂”。一个课题的难度，在很大程度上取决于这些“可能”和“不可能”。因此，标准做法10，是专门用来将“不可能”转变为“可能”的。标准做法10：如果需要加入添加剂，而这又为课题的条件所禁止，就应当使用以下这些迂回的方法：1．不加入物质而加入场；2、不用“内部的”添加剂，而用“外部的”添加剂；3、加入极少量的添加荆；4、暂时地加入添加剂；5、用向特殊状态转变或已处在那种状态的一部分已有的物质，作为添加剂；6、不用物体本身，而用可以向其内加入添加剂的这物体的复制品(或模型)；9、将添加剂以化学化合物的状态加进去，以后添加剂再从这化合物中分离出来。这些迂回方法，比如(2)和(4)，可以解决金字塔形小金刚石粒定向排列的课题；向金刚石粒喷涂一层薄金属层，再用磁场使金刚石定向，在进行研磨时，无用的金属喷涂层很快就会被磨掉。上述标准做法的意义何在？如果采用试误法解决课题，人们是意外地发现答案的．刚才还没有答案，转眼之间就出现了。这种意外性体现在很多术语中，如“顿悟”、“彻悟”，“直觉”、灵感”、……。名词不同内涵一样：答案突如其来，问题豁然开朗。事实上，用试误法解决课题时，问题突然解决是发生在稍纵即逝的一瞬间的，对于研究在试误法水平上进行的发明创造的心理学家来说，“顿悟”是基本现象之一。如果心理学家研究的是在发明大纲上进行的发明创造，问题则是另一回事。这里没有什么“顿悟”：豁然开朗。这里介绍一位发明创造学院毕业的数学家解决关于“金刚石”课题的录音：“这是个关于发现的课题。因此必须应用标准解法1：在金刚石中加某种添加物。但又不可以加添加物！这是个矛盾，……，加入添加物或加入微量添加物，也不可以。利用迂回方法——利用物质中已有的某种东西作为添加物。它里面有什么呢?金刚石——晶体。晶格……，有晶格破坏?应当有!那就是说，应当利用晶格破坏作为记号，……，就像人的胎记一样，……，对于被盗走的金刚石已没有办法了，但对于其余的金刚石应当预先拍x光片，……，在金刚石上得到类似指纹的东西……。”利用选择方案法来解决困难课题时，发明家可以数年停滞不前，选来选去，从5万个方案中选了3千个。按发明大纲解决课题，情况就截然不同了。人可以运用某些规律性、技法、方案等方面的知识有意识地控制解决过程，每步操作步步接近答案，使答案明朗化，答案的轮廓逐渐清楚(当然比用试误法解决课题快得多)．按惯例，人们习惯地认为“顿悟”是创造的必然特性：有“顿悟”，便有创造；无“顿悟”，便无创造．现在，在新的水平上组织创造，创造的心理学属性不是“顿语”、“彻悟”，而是“启明”(逐渐明朗)。此时，在课题提出之前就已经部分地知道了课题的答案，不知道课题时已经事先知道了规律，即一般形式的答案。解决课题的过程是由一般的规律向这些规律在给定条件下具体物化过渡。发明课题的标准解法可以在分析(按步骤1.7)之前应用。但更有效的是在分析之后，在建立课题模式之后应用，因此标准解法收入典型课题模式和物场转换表中。75 有时为了解决课题必须连续应用几个标准解法。例题：将水果放在纸箱里的装置有一个振动台，振动台上放一箱子(振动可以大大提高水果码放的密度)。水果沿着斜槽从上面进入。遗憾的是，鲜嫩的水果在下落时(下落高度0.5m)会摔坏。将斜槽降到箱底，然后利用某种装置将它升起。这种解决方案相当复杂而且不好．怎么办?一个桃子碰另一个桃子，就会产生有害结果，这是适于标准解法3的典型课题。必须在两个相碰的桃子之间加进一个“软桃子”，即某些弹性小球，如聚氨基甲酸酯弹性纤维制的小球。这些小球由于振动将位于水果上层。装完箱后应当去掉这些小球，这已是标准解法4的课题了．在小球中加入铁磁片，装箱后接通箱子上方的电磁铁，于是小球从箱中跳出。接着过来一个空箱，切断电磁铁的电源，便把小球抛在空箱里。该解决方案同时应用了两种标准解法，采用小球——缓冲器——保证了对小球的控制。附录3发明实践（练习题）练习1侦探小说片段：“我没有杀死他，郡长先生，您应该相信我，您必须相信我!”“我只相信事实。”郡长反驳道：“事实与你说的不一样，小伙子。在那星期有人见过你威胁普尔顿先生。普尔顿是被科尔特手枪打死的，与你用的那支科尔特手枪一样。我们没找到子弹，这倒是事实，但我们的专家断定两支手枪的口径一样。何况你没有不在现场的证据。”“您应该相信我!”尼克绝望地说：“我没开过枪，我向您发誓。不信您看，我的手枪完全是干净的……”郡长笑了笑。．“谋杀是在两天前发生的，”他说：“你有时间把枪擦干净……”假若请您当专家，您一定会从发明立场解决课题。练习2农业机械厂有一块不大的试验场试验农机启动、转动等性能。农机的转动性能与土壤有关。需要用200种土壤进行试验。又不能建立200个试验场。怎么办?练习3需要从飞机上测量河水深度，每隔300～500m测量一次，全长为l00km。飞机上没有特殊设备，又不能让人着陆，需要进行最便宜的测量，测量精度为±0.5m。流速未知，怎么办?练习4金属圆筒需要从里面用砂轮加工。在加工过程中砂轮磨损．测量砂轮直径又不允许中断加工把砂轮从圆筒里面取出。怎么办?练习5“焊接控制装置幽回转台和回转部件构成，制成悬浮机型，悬浮机通过支架与回转台铰连，位于液体容器中。其特征是：为了增加回转台移动速度，在液体中加入铁磁悬浮物，把液体容器置于电磁绕组里。”从物场分析的观点看，这项发明的实质何在?练习6在形状复杂(有转弯的)管道由气动运输小型钢滚珠。在管道转弯处，由于滚珠撞击管壁，管子从里面受到损坏。试图加入防护垫，但防护垫也很快受到损坏。75 解决该课题时应当应用哪一物场分析规则?以该规则为依据的答案是什么?假如在管道里运输的不是钢滚珠，比如说运输的是铜滚珠，怎么办?练习7检验一个表面与另一个平面研配情况时，在一个表面上敷上薄薄一层涂料。检验另一表面上印痕均匀性。对高光洁度的表面必须涂敷极薄一层涂料(几十分之一微米)。如何解决?依据哪一物场分析规则?练习8电磁搅拌装置由筒状容器、产生电磁场的定子和转子构成，其特征是：为了强化搅拌，子制成弹性多孔环型，在容器中自由转动。例如，利用由电磁场带动的弹性多孔带代替刚性叶片式搅拌器。在这一发明证书基础上预测下一个发明。预测应以哪一物场分析规则为依据?练习9在制作磨制工具时必须敷上微小的塔形金刚石粒，金刚石粒按一定的位置排列：尖角向上。怎么办?练习10快速船舶的水下轮叶因受水流穴蚀作用很快就会损坏。如何解决?以哪一物场分析规则为依据?练习11在制成预应力钢筋混凝土制件后，必须测量成品中钢筋的应力(或实际延长值)。困难在于：钢筋在成品里面。打洞或把钢筋头拉到外面来也不成。利用超声波或X光透视又非常麻烦。怎么办?练习12需要把熟番茄和生番茄的分选自动化。已知有各种不同的方法（如按颜色、按硬度、按化学成分），但都太复杂、昂贵、不可靠。可取一个最简单的(因而是最诱人的)方法作为基础，这就是按比重分选。已经做好了分选装置，其主要部分一个盛水的槽。在槽里，熟番茄应当沉下，生番茄应当浮上。遗憾的是，分选装置工作得不好。因为多数熟番茄和生番茄的比重低于1g/cm3，于是全部浮上来了，尽管熟的比生的重一点点。最好是在比重为0.99g/cm3的液体中分选番茄。但是亦能满足食品工业要求的这种液体目前尚未找到。不可以在水中添加其他液体，加热和充气。怎么办？练习13请推荐一个简单装置，用来直接在装料地点称量装废金属的敞车。允许偏差为1～2t。如何称量?把装了废金属的车皮用内燃机拖到磅秤上，需要用6～l2h。还得重新补装不足的重量或卸下多余的重量，以使车皮达到规定的载重量。在铁轨或车皮下面放张线式传感器不好。在车皮里安放传感器更不好。怎么办?练习14已知一些设备可以控制气体从容器A到容器B的通路，例如开关和夹具。但是在需要高精度即开度开得非常小的情况下，现有的开关、夹具等设备就显得太粗笨了。开关需要简单而精确。这里说的不是要开关和容器B进行反向联系。开关要由人操纵。问题是需要开关能够准确地开和关。离心机内应长时间地进行化学反应。为此必须使离心机内温度保持250℃。不能把离心机放在恒温箱中，因为离心机很大。往快速旋转的离心机内通电流？太复杂，而且怎样控制离心机内的温度呢？用红外线加热？也有问题：怎样控制温度？要知道，这并不是测离心机的表面温度。练习15侦探小说片断：75 “现在你们要受到公正的审判。”郡长说，“想蒙混过关吗?“尤庇特”金刚石——收获可不小……但你们被捕了，证据确凿。而你们把金刚石割成小块，加了工，只能罪上加罪。”“您别急，郡长大人，”一个被拘留者耸了耸肩，”“尤庇特’金刚石丢了吗?我们深表同情和惋惜。我们没有这种金刚石，我们只有五颗宝石。是已故祖母留下的遗产。”“正是这样。”第二个人笑着说，“请您用科学的眼光来看待这件事。重量不同，形状不同。颜色一致吗?白色的金刚石和钻石少吗?化学成分?都是碳。大概您得释放我们，您看如何?……”了解了案情，如何断案?练习16主动轴的转速由400r／min～4000r／min，而从动轴的转速应该总是400r／min。怎么办?有人用拟人类比法设想自己在“黑匣子”(未知装置)里，用手抓主动轴，用脚踏从动轴；此时要使脚上的力总是保持400r/min，不管手如何转。没有得到答案。如何解决？基于什么原则？练习17建筑物以及大型机床等设备需要测量斜度，一般采用钟摆式倾斜测量仪测量。这种倾斜测量仪测量精度与其长度有关：摆越长，指针同一斜度的线性偏离越大。然而，倾斜仪太长，有显得庞大，安装不方便（摆一定要固定在壳体里，不允许采用装配拆卸式的结构），有不允许采用反光镜和光谱射线的设计结构。倾斜仪应该结构简单，但要测量精度高、安装轻便可靠。怎么办？练习18需要生产一批各种规格的金属空心锥体。假设生产的锥体规格：高1000mm，下底直径700mm，上底直径400mm，壁厚30mm。制作完毕，必须检验锥体规格及内表面形状。为此，需要轮番不断地往锥体内部放置样板(每检验一个截面用一个样板)．每放置一块样板，可根据空隙发现偏离规定形状与尺寸的程度。当然，样板越多，检验精度越高。但每检验一次需要大量的时间和劳动。因此，样板越少，检验越快，越简单。怎么办？练习19摄制卡通影片须要制作——系列反映被摄物体运动相位的图片。每一卷胶卷得制作52张图片，而长度300m的影片(银幕时间10分钟)就需要制作l5000多张图片，而且还必须把这么多的图片排列准确无误，以便摄制的图像不颤动、不跳跃。这种摄制工作量很大，必须成百倍地提高工作效率。怎么办？练习20温室盖是一个镶嵌玻璃(或绷紧透明薄膜)的金属框。在外部温度增高时(比如说由15℃增至25℃时)须要把温室盖打开，以便温室通风。当温度降低时必须把温室盖关闭。温室盖允许上开30°角。温室盖用手工开关，而温室很多，温度又一日几变。需要解决自动开关问题。在每一温室里都安装带温度传感器的电动传动装置既麻烦、又开支大。应该采用简易可行的办法。怎么办?练习21在坚固的气密的金属容器里放置30～40块不同合金，容器里灌满侵蚀性液体。试验的目的是弄清蚀性液体在高温以及高压条件下对合金表面的作用。遗憾的是侵蚀性液体同时也作用于容器壁。因此容器壁需要用贵重金属制作。这造价太高。怎么办?练习22在反应器中盛有酸溶液．工作状态(温度、压力、浓度)不断变化。需要确定沸腾开始瞬间。直接观测不行．田于工作状态不断变化，进行理论计算也不行。怎么办?练习2375 管道输送铁矿浆(铁水中的悬浮物)．利用阀门调节铁矿浆流量。但是铁矿砂(颗粒)具有磨擦性能，很快就把阀门“吃掉”．怎么办?练习24采用组焊法对安瓿瓶进行焊接封口．把盛满药物的25个安瓿瓶立着放在金属架的座位上。金属架有5排座位，每排有5个座位：从上边进行组焊，每排需要5个电焊嘴，每个安瓿瓶上都有一个电焊嘴对安瓿瓶细颈进行焊接封口．遗憾的是这种焊接方法有一个缺点：不易调节火焰，有时火焰太大，把安瓿瓶烧坏，有时火焰太小封不了安瓿瓶口．试图利用多孔隔板把安瓿瓶遮挡住．如果隔板孔大，安瓿瓶细颈倒易于伸出来，但火焰就会穿孔而过烧到安瓿瓶本身．如果隔板孔小，火焰倒不能穿孔而过烧到安瓿瓶本身，但安瓿瓶细颈却难于伸过去。况且隔板本身也传递热量。怎么办?练习25利用由斜面和沿斜面滑动的小车构成的直观教具演示重力作用下匀加速运动．在小车上安装一个滴量器，里面的着色液体呈点滴状等时地流出。沿小车轨道铺一条纸带。如果小车均匀运动，流在纸带上的液滴之间的距离则相等。如果小车加速运动，液滴之间的距离则大。为了演示等加速运动更加直观，一目了然，就要在纸带上留下很多滴痕，即需要很长的斜面，但纸带长，即使是能折叠的，能伸缩的，也不方便。应保持滴量装置工作原理不变，但要在斜面小的条件下在纸带上出现更多的滴痕．不能增加液滴的滴落频率，因为那样液滴就会一滴接一滴地滴落下来。怎么办?练习26用化学方法(不用电)涂覆金属表面已广为人知。其实质是把金属制品放在盛满金属盐热溶液（镍、钴、钯、金、铜溶液)的槽中，产生还原反应，在制品表面上覆上一层金属液。温度越高，涂覆过程越快。但温度高溶液分解，金属沉积在槽底或槽壁上，，失掉了工作性能，2～3个小时得换一遍．75％的化学剂报废，加大成本。应用稳定性添加剂解决不了课题，怎么办？练习27“好肉沉底，这是本发明的一条原理。全苏禽类加工研究所的科学家建议据此检验肉的质量，把食品放在不同浓度的食盐溶液中”，以该发明为原型，继续作出更完善的发明。练习28热气态石头产品沿管道运动时形成固体石蜡沉淀，不得不使设备停止工作，用溶剂除去石蜡。建议事先将溶剂蒸气充入气态石油产品中。在该发明中应用了哪种技法?练习29有一种造雨机，用架在地面上的可摇转的管子喷水。管子愈长，造雨机降雨的面积就愈大。但是管子越长它的重量也就越大，致使机器结构复杂，能量消耗增加……应当应用哪种技法来消除这个技术矛盾呢?练习30上述很多例子都说明，在解决易碎物体暂时互相靠紧的课题时一般都采用老一套的“气袋”法。如果用相反的方法“真空袋”法来代替“气袋法”呢？请应用“真空袋”法进行发明。练习31在很多技术设备中应用封闭环状的移动带。例如，如果在这种移动带的外表面涂上研磨剂，就成为研磨带。建议把研磨带剖开一端折成180°，再重新连接起来，成为苗毕乌斯带。带的两个表面均成为研磨面。带的长度未变，但却相当于增大一倍。其他发明家制出了与这种带一样的录音磁带、带式过滤器、阳极机械切割机床带、传送带，以及数十种其他的带。这里利用了哪种技法?还有一个问题。苗毕乌斯带使工作表面的长度增加一倍。但是也有一种三棱研磨带，连接成环状之前使端部成120°75 。这样，工作表面便增长二倍(当然，变得更窄了)。可以折成多棱带，使工作表面增长到5倍或10倍。根据该发明预测可能出现哪些发明。练习32用丝锥车螺纹的机床：为使工具减轻轴向力，车床有一装满液体的小箱和与轴轮相连的浮标。类似的浮标装置用来卸下测量扭矩装置的支撑轴承。浮标愈大，当然它所形成的液压静力就愈大。但增大浮标尺寸不经济。用重液代替水则价高、不便、危险。请预测类似的浮标箱将发展成什么样子。练习33有一制造聚合物小珠的装置。它本身是个桶，里面是熔融的聚合物。聚合物表面接一通压缩空气的管子，压缩空气把聚合物俘获并雾化。携带聚合物小滴的空气流由管子排出：小滴凝聚，落在馆子下壁上并滑入专用容器内。遗憾的是，装置制造出许多巨大的聚合物珠。以各种方式试验输入空气，但未获圆满结果。在馆子里房栅网，又降低了生产率。应当采用哪种标准解法？按该标准解法解决课题，结果如何？练习32罐头制品是装在一公升容量的瓶中，加金属盖，必须检验罐头瓶盖是否严密。为此将罐头放入盛水的槽中，观察是否有气泡（水经过不严密处进入罐头里，将空气排出）。这种方法慢而且不可靠。应当应用哪种标准解法呢？会得出什么样的结果？提示：课题时发现渗入罐头瓶里的水底。课题模式属于第一类课题：给定一种物质。瓶中物、瓶子本身、瓶盖都不在课题模式中。第六章专利设计实践1大学生实施专利设计的可行性虽然创造性、突破性思维并不受专业的限制，但是，专业知识对具体的专利乃是必不可少的。由于专利设计的典型例子大量集中在工科专业，因此，我们首先分析工科专业的性质。工程学科与其它种类学科不同，其主要研究对象是实际工程。一般而言，专利所涉及的实际工程，因素复杂而涉及到交叉学科，但知识面有限。广义上讲：一项大型的实际工程需要来自各方面相关学科的支持。许多交叉学科和边缘学科的产生及发展都源于实际工程的需要，这是工程学科综合性的体现；而狭义上讲：一项实际工程所涵盖的知识面又是有限的。这给我们大学生开展专利设计提供了可行性。试验及工程经验的积累，理论研究滞后；记住一条公式远比建立它简单。表面上看：常规工程的设计都有一些惯用的设计程式，甚至有现成的样板工程可以借鉴，这使人们很容易忘记实际工程所蕴涵的大量理论基础知识。厚积薄发，使得工程学科显得并不那么高深莫测，这是工程学科的经验性。人们常常认识不到工程学科经验性的本质，误以为所谓工程设计不过是一些简单的经验公式和数字。工程现象总是包含着许多复杂的因素，由于认知水平、计算方法和计算手段方面的限制，解决实际问题往往不可能用纯理论的方法，而是靠实验手段，通过一系列测试，总结出在一定范围内适用的经验公式，用经验系数体现理论上曾被忽略掉的实际因素的影响。记住一条经验公式远比建立它简单。但是，某些情况下，如果对公式背后的实质不理解，也会导致使用上的错误。因此必须掌握公式的适用条件及有关量的取值范围。例如，75 如果经验系数有一个取值范围，什么情况取大值、什么情况取小值，怎么取值，都要求使用者有一定的实践经验。再比如，一些设计常规，在一般情况下是必须遵守的，但跳出常规的做法却往往能推陈出新，创造出一些新的装置型式或新的设计方法。这就需要学生真正理解设计规范是根据什么原理提出的，这些原理在什么条件下适用，是否有别的用法等等。所以，虽然工程学科并不要求理论上完美无缺，但并不意味着我们的工科教学可以不重视理论教学。扎实的理论基础正是培养工科学生创造性思维的必要条件。重视理论推导，重视试验研究，才能有所创新。2专利设计经典有一句名言叫做“需要是发明之母”，本讲将通过2个著名的专利案例，论证这一观点。2.1近代机床的诞生莫兹莱是一个粗工木匠的儿子。从12岁起就在兵工厂做工。他自幼就喜爱摆弄机器，常常长时间静观机器运行。他对机械加工有一种特殊的感情，尤其关心加工的精确性。但当时所谓精密工具只不过是锉。他的一位老朋友曾回忆说：“看他操作任何工具都是很有兴趣的事，但他特别擅长使用18英寸锉”。他立志要成为一名机械师。在20岁以前，已经学习了几何学、力学、机械学等方面的必要知识。莫兹莱的创造良机始于他1789年进入勃拉姆(JoeephBramah,1748--1814)工场该工场所生产的专利锁(1784年获得专利)是当时金属制品中之佼佼者。其中有一件曾在伦敦皮卡迪利大街百货公司橱窗内展出，声言赏给能打开此锁者200英磅。直到1851年才有一个美国人用51小时的时间终于把它打开，可见其结构还是相当精巧的。在此期间，莫兹莱一方面深受勃拉姆发明思想的启发并得以熟识了制造业的最新进展；另一方面他也觉察到．该工场之所以不能大批量生产这种高质量的专利锁，主要原因在于没有适当的工作机可供使用。锁中的一些零件如环、钩、销等的精度和光洁度都是由手工来保证的，生产率的提高仍受阻于“慢工出细活”的传统。莫兹莱自幼即在内心里孕育着机械发明欲望。这时，在新环境诱发下就变成立志革新的行动。那么，要革新又应从何处着手呢?在好几种旧式机床中,选定哪种类型作为改革的对象呢?如同科学家的正确选题在很大程度上左右他的研究成效和价值；发明家革新项目的确定，也是由于他的成败所至。在这方面，阅历广泛的工匠生涯帮助了莫兹莱。他注意到，当时金属制品的主要成型方式是金属切削，而在金属切削中尤以车削最为根本。他又分析了制造技术受阻碍的关键，认为必须首先改变手工制作螺纹件的落后状态，使之象纺织机一样．由一种专用工作机构来代替工人的手，使机床真正成为工作机，然后把这个机构安装在普通车床上，并使用机械力驱动。这样设想的机床既能加工螺丝，也可以车削一般零件。于是，他选定发明一种具有机动刀架的万能螺丝车床，作为自己的创造目标。为此并不需要从零做起。新机床所需的一些基本因素已由前人提供了原始形式，只不过它们都是为了解决某个具体技术问题而提出来的，零散地出现在各种型式机床中，从设计布局到制造工艺方面，都存在许多问题，所发挥的作用是很有限的。为了实现自己的目标，莫兹莱决定用自己独特的技术思想去改造它们，走一条综合与创新的道路。75 在18世纪，完全在科学原理和技术理论指导下建立新兴技术领域的时机尚未成熟，发明家的努力方向只能是改革传统技术。在改革中充分利用已有的手工技术和技艺。如同近代自然科学建立初期科学家经常运用归纳法处理经验事实一样，这时的发明家也要善于综合利用前人的成果，并以此为基础运用自学所得的科学知识。莫兹莱长期形成的丰富经验、高超技艺和入迷的钻研精神，使他在1794年初步实现了自己的愿望：制成一台转动刀架，将刀架放在两个托架上，借助于丝杠的转动。使刀架可相对工件作纵横方向的移动。这样一来，刀架便取代了工人的手．机床也就变成了工作机。马克思对于这项创造曾给予高度评价：“这种机械装置所代替的不是某种特殊工具，而是人的手本身。而且轻易、精确和迅速的程度是任何熟练工人的富有经验的手都无法做到的。”(《资本论》中文版．第1卷，422页)然而．到此为止．离开莫兹莱的预定目标还有很大距离。虽然刀架已经实现了机动进给，但它尚不能切出有规定螺距的螺纹，因为机床的传动系统仍不完善。莫兹莱又从机床运动学的分析人手，找到了问题的症结：必须使刀具纵向移动相对工件旋转运动具有各种固定的比例．正是这项要求曾长期困扰着机械工匠们。为了利于独立展开研究，莫兹莱：1797年谢绝勃拉姆的高薪续聘。自行开设工厂，于次年制成比原型机大有改进的刀架车床。在这台机床上，他采用变换不同齿距丝杠的方法改变刀架移动速度。以切出不同螺距的螺纹。可是置换丝杠要延误工时，而且丝杠本身的制作在当时还是一件既费工又昂贵的事，尤其是这种技术方案能够满足预定要求的范围仍然是很有限的，因为不可能制出规格很多的合格丝杠。莫兹莱必须另辟蹊径，他从16、17世纪发达的钟表制造中的传动方式受到启发：可以制成许多成对啮合的齿轮。使它们能在齿轮架的轴上滑动，以便置换。3年后，他设计成适合机床使用的变速齿轮机构，用14对齿数由15至50的齿轮调节被加工件的螺距。这样的结构几乎一直沿用至今，成为近代螺丝车床的基本传动形式。这台新机床还具有较大的刚度和强度，采用了v形和矩形截面相结合的床身导轨。它的外形、部件构造和配置也一直沿袭至今。有变速齿轮装置的螺丝车床可以快速、准确地生产不同规格外径和螺距的螺纹连接件，它们的几何精度已不再依靠于人手，而是由机床本身的精度于以保证，从而改变了自古以来金属加工的技术传统。但是，在机床的实际使用过程中，莫兹莱发现产品的精确度仍然不够理想。当时该厂主要生产瓦特蒸汽机，用这种机床生产的汽缸，还不能满足工业部门对制造精度日益提高的要求。他看到机床承载时滑架在床面导轨上有颤动现象，与此同时，车刀在工件表面就会留下不应有的刻痕；这种波动就是在切削过程中出现瑕疵的原因。由于采用提高滑架或床身导向面单件精度的方法仍不能消除这一缺陷，他便采取了一种新的措施：一边对滑架或床身导向面进行刮研，一边把它们放到一起互相磨合。他用此法把二者的贴合精度提高到如此程度，以致当两者叠放时，如不用力推动，就无法把它们分开。这种方法以后便被确定为一切机床导向面的最终加工手段。机动刀架、变速齿轮组和精密导轨是机床的三个关键部件。它们的相继出现和有机结合，终于使机器制造技术面目一新。以后莫兹莱厂又制成有机动刀架的刨床。此后，其他国家的工程师们也相继完成了工作母机的系列化过程。2.2电话的发明8.2.1借鉴的妙用——电报VS电话一项重大发明，从提出原理到制造样机，进而经过不断改进达到实用要求，往往要经历几十年甚至上百年时间。在这段时间里，同一项技术，可能成为许多人共同探索的目标。而在他们之中，只有那些意志坚定、思维敏锐和勤奋劳作的人，才有可能捷足先登，独占鳌头。75 1831年，英国科学家法拉第发现电磁感应现象，为尔后整个电气技术的发展奠定了基础，其中也为电话机的发明提供了可资利用的原理。1854年，法国人渡泽尔提出了一个设想：在薄金属片上连接一根同电源相通的导线，对着薄片说话时，由于薄片振动而不时撞击另一个同电源相连的触片，可使声音变成时断时续的电流。这一设想，实际上是一种触点脉冲装置。1860年，德国教师菲利普·赖斯根据相同的原理，制造了电话机。由于送话器、受话器的结构不尽合理，音量太小，语音不清，没有达到实用要求，使这项发明很快被人们抛弃和遗忘了。世界上第一台电话机的真正发明者，是美籍苏格兰发明家亚历山大·格雷厄姆·贝尔(AlexanderGrahamBell,1847--1922).1847年3月3日，贝尔出生于英格兰爱丁堡的一个声学世家。他的祖父安德鲁·贝尔和他的父亲梅尔维尔·贝尔，都多年从事与语音有关的教学工作。贝尔自幼受家庭环境的影响，就对人的语音传递问题有着浓厚的兴趣。他17岁入爱丁堡大学专修语音学．系统学习了人的语音分析、发声机理和声波振动理论知识，这些都构成了后来他发明电话的知识贮备的重要组成部分。19世纪70年代初，贝尔随家移居北美，后来应聘担任渡士顿大学语音生理学教授。当时，由美国画家莫尔斯所发明的有线电报，作为新的通信工具，已经获得了广泛的应用。这种电报只要按照电码的特定要求切断、接通电流，就可以用导线传递具有各种古义的信息。莫尔斯电报的缺点是从发报人到收报人需利用专门的电码译本经过两次翻译才能把信息传递过去，而且发报人不能立即获得直接来自收报人的反馈信息。这就使通信仍然不够方便。贝尔通过类比联想，在头脑中萌发一个大胆的设想：能否制造出一种直接传递人的语言的装置?能否把人说话的声音通过导线传到很远的地方?这个设想的产生，利用了“列举缺点法”(从列举电报的缺点，形成发明电话的设想)，这是技术发明常用的方法之一。新奇的设想，成为了贝尔孜孜以求的目标，然而，要把理想变成现实，还需要经过一段极其艰难的历程。8.2.2专注中产生的灵感——意外现象的启示任何一项技术发明，都必须建立在一定的技术原理基础上。新的技术原理，或者来自于科学理论的应用，或者产生于实践经验的引发和升华，至于其具体获得途径，则有多种多样的情况。贝尔发明电话的初始技术原理，得益于偶然现象对他的启示。他在从事语音教学的过程中，仍潜心于人类语言发声特点的实验研究。他想搞出一种专为耳聋者使用的“可视语言”：用机器在纸上复制出人说话时的声波曲线，让耳聋者从波形曲线上“看出”正常人听到的“话”来。由于识别和熟悉波形曲线十分困难，这项研究没有取得成功。但是，贝尔在实验中意外发现了一种他所不熟悉的新现象：当切断或接通电流时，电路中的线圈发出噪声，很像莫尔斯电报的“嘀嗒”声。贝尔为这种现象所吸引，反复试了多次。一个实现用导线传送人类语言的思路．便在他的脑海里逐新形成了：设法将发声的空气振动变成电流的连续变化，用电流的变化模拟出声音的变化。这就是发明电话的初始原理。这个原理的获得，发端于上述机遇事件，而贝尔能够抓住这个机遇，则是因为他勤于思索，在头脑中已经形成研制电话的动机。贝尔这个初始原理，是从声学角度提出来的。此时，他只熟谙人类语言的特性和有关的声学知识，至于从电学方面考虑是否可行，贝尔还是心中无数。8.2.3寻找理论的支撑——声学与电磁学的结合于是，贝尔谦恭地向电学工作者请教讲述自己的想法．征询他们的意见。然而得到的回答，不是一笑置之．就是劝他放弃这个不可实现的幻想。舆论常常是倾向于传统的，贝尔似乎也意识到了这一点。电学工作者的否定态度．不仅没有使贝尔退却，反而更坚定丁他的信心。他说：“我相信这种发明是可以搞出来的，我一定要找到实现它的办法”。1873年3月的一天，贝尔风尘仆仆赶到华盛顿，向当时最有声望的物理学家约瑟夫·75 亨利登门求教。这位早年也曾独立发现电磁感应现象的老科学家，仔细倾听了贝尔的设想，满腔热忱地鼓励贝尔学习和掌握电磁学知识，大胆动手干起来。贝尔回到波士顿后，便不舍昼夜地攻读电磁学著作。这位26岁的青年学者，根据技术发明的实际需要，及时填补了自己知识结构中的这片空白，很快就取得了可喜的进步。1873年初夏，贝尔毅然辞去语音生理学教授的职务，专心从事于电话机的发明。他结识了18岁的电工托马斯·沃森。两个人成为志同道合的亲密同事。贝尔在近郊公寓里的宿舍，成为了他们的实验室。他们合作攻关的第一步是检验声电转换原理的可行性，寻找利用某些已有的知识实现这种转换的技术途径。他们在试验时，将音叉放在带铁芯的线圈附近。当音叉发生振动时，由于电磁感应，线圈中便有感应电流产生，这种电流不是单个的电流脉冲，而是强度和方向均随音叉振动节奏而变化的连续电流。如果把这一电流通过导线输入另一端同样的线圈内，也同样由于电磁感应，叉会使线圈前的另一音叉也发生振动，从而产生与发音端相同的空气振荡。贝尔认为，既然音叉的振动产生了电流，那么任何一种可以振动的金属器件(例如金属簧片)也都会因其振动而在线圈中产生电流。另一方面，有电流变化的线圈同样也会引起金属簧片的振荡，从而使它“说”出“话”来。这样．在技术上实现声电转换的可能性已经展现在他们面前，使他们看到丁发明电话机的前景。8.2.4技术的原创性从技术原理可行性的检验到电话机的技术实现，并不是一帆风顺的。贝尔和沃森进行的是一项开创性的工作。他们要创造出一种世界上尚不存在的通讯装置，是找不到现成的实物可资参照的。因而他们只能反复尝试，运用试错法摸索着前进。贝尔按照形成的技术原理进行设计，沃森则动手按照设计把所需装置制造出来。在送话器(话筒)这边，他们把一个容易振动的薄膜同一个金属簧片连在一起，簧片紧靠着插有铁芯的励磁线圈。受话器(听筒)的构造与送话器相差无几。再把送话器与受话器的线圈同一组电池连接起来，这样，电话线路就形成了。他们反复进行了多次试验，可是由于感应电流太小，并没有获得预期成功。贝尔没有气馁。为了得到较强的电流，他又重新设计了一种新的液体送话器，它是用一个圆筒做成的。其一端覆盖一张薄膜，薄膜中央连接一根插入硫酸溶液的炭棒，把炭棒和硫酸溶液都串接入电话回路。在人讲话时造成薄膜振动，炭棒随薄膜一起振动，从而使炭棒与硫酸溶液的接触面随插入深度而变化。由此引起电阻的变化．又使引出端的电流出现强弱变化。受话器仍借助于电磁感应，把电信号还原为空气振动。贝尔和沃森把联成一个回路的送话器和受话器拉开一段距离。贝尔对着送话器大声喊叫，沃森的耳朵紧贴着受话器倾听，除了从空气中直接传过来的声音之外,受话器却一点声音都没有。在反复试验中，日子一天天过去。他们面前的“电话机”仍然是不声不响的。一天夜里，窗外传来一阵悠扬悦耳的吉他声。贝尔侧耳倾听，蓦然产生一个新的念头：吉他弹奏出的乐曲如此响亮动听，是因为它利用了共鸣的原理，我们为什么不可以模仿一下呢？于是贝尔马上设计了一个助音箱。他们把床板拆下来连夜动手，赶制出一部装有助音箱的改装电话机。1875年6月2日傍晚，贝尔和沃森在波士顿法院路109号公寓里．用这种改装电话机终于成功地进行了第一次通话，从而实现了用导线传送人类语言的理想。8.2.5实用目标及社会承认电话机的发明并未到此结束。液体送话器的音量仍然不够大，而且性能也不够可靠。由于用了助音箱，使整部电话机结构庞大，使用起来很不方便。另外，用这种电话机，声音只能从送话器向受话器单向传输，拿着送话器的人只能说不能听，拿着受话器的人则只能听不能说，其实用性还不如原来的设计。75 贝尔和沃森没有就此止步。他们以实用为目标，对样机进行了多次改进。又经过反复思考和试验，最后，决定再回到最初的设计方案上来。但这并不是简单的回复，他们对原来的设计做了重大改进。送话器与受话器，在结构上仍采取彼此完全相同的方案，但他原来的金属簧片改为四周张紧的圆形薄铁膜片，原来线圈中的铁芯也改用磁棒。由于有了磁棒，原来用于使线圈中铁芯磁化的电池就可以去掉了。这就是改进后的永磁式电话机。当人对着送话器或受话器讲话时，空气振动引起薄铁膜片振动．膜片直接带着磁棒振动引起磁场变化，从而在线圈中产生较强的感应电流。在另一端，恰好发生一个相反的过程：感应电流引起磁场的变化，使磁棒推动薄铁膜片随磁场的变化而振动，又将电流的变化还原为与说话相同的空气振动。由于送话器、受话器皆可一身二任，放在嘴边是送话器，放在耳边是受话器。这样就实现了双向通话。这种永磁式电话机，能够传送各种频率的声音．而且失真小，干扰少，已经达到了实用的要求。1876年2月14日，贝尔电话机获得了发明专利权，专利登记号为174465。有趣的是，在贝尔到美国专利局为自己的发明申请专利以后两个小时，发明家伊耶沙·格雷也为自己的电话机去申请专利。格雷的电话，同贝尔先前发明的液体送话器、铁芯线圈受话器的构造相似。1876年，美国另一位大发明家爱迪生发明了炭精式送话器．第二年获得发明专利权。这种送话器用炭精妙电阻变化来模拟说话声音的变化。当人对着送话器讲话时．膜片振动会使有一定弹性炭精妙之间的接触面积发生变化，由此引起的电阻变化亦使电流发生强弱变化。炭精式送话器比贝尔的永磁式送话器更灵敏。现代的电话机，基本上是爱迪生送话器与贝尔受话器的结合。贝尔和沃森对电话机不断加以改进，利用各种场合不厌其烦地进行宣传。1878年，他们终于在波士顿和纽约之间进行了300公里的长途通信试验．这项试验获得了巨大成功。第二天，波士顿一家报纸便在头条位置上报道了这条新闻，并发表了极有远见的评论：“这项发明，在不久的将来可能使长途通信业务完全改观!”贝尔不屈不挠的奋斗精神，也感动了经济界的有识之士。有人解囊相助，使贝尔由资金告罄的窘境中解脱出来，继续进行电话的宣传推广。1878年，贝尔电话公可宣告成立。为了扩大影响，使人们真正理解电话的实用意义。贝尔和沃森奔波于美国各大城市之间，到处做巡回表演。贝尔既是一位学者型的发明家，也是一位杰出的新技术宣传家。他们的热情宣传，终于取得明显效果，电话已不再是无人问津的玩物了。到1880年．美国实际使用的电话机已有48000台，1910年则增加到700万台，1922年又达到2100万台。可以设想，如果没有坚持不懈的努力，贝尔的电话机也会像赖斯的发明一样，淹没在历史的海洋中。、2.3评价与分析作为一个高明的发明家，最可贵的素质，是要善于发现社会的需要——不是当社会已经大声疾呼需要什么东西的时候，才想到如何去满足这种需要，而是在甚至需要者本身也还没有清晰意识到这种需要的时候，就能看到这种需要的潜在趋势，并预先为满足这种需要去开辟一条可行的技术途径。像贝尔、莫尔斯、马可尼、爱迪生以及瓦特等伟大的发明家，没有一十不是具有这种特点的人。毫无疑问，任何一项技术发明，都是一个潜在的孕育过程。都有一条技术思想逐渐形成的蜿蜒潜流。如果我们要寻求这条潜流最初源头的话，那么，大概就是这种潜在的社会需求了。技术发明和社会需求，都有一个从潜到显的发展过程．问题在于这两个过程并不是前后相继而是大致同步发生的。当一项社会需求已潜在孕育的时候，服务于这种需求的技术发明也就开始了孕育的历史。在社会选择发明家天平上写着一条普遍的哲理：谁能认识必然，谁就能取得自由。在贝尔完成他的决定性实验以后，他给母亲的信中曾写道：“75 这一天对我而言，真是个值得纪念的日子，我终于解决了实验上的难题。在不久的将来，电话线将和自来水管、煤气管一样．普遍地开花地被安装在每十家庭里．朋友们可以在自己的家中彼此通话。”可见，他早已往看清了社会对电话的需要和电话的可能发晨前景。这样，我们也就不难理解．为什么他能百折不挠地为实现这个目标而奋斗，井在奋斗中表现出百倍的信心了。75'