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创造工程学
第一篇创造的理论基础
思考与训练
1-1根据创造的实质,分析以下关于创造的定义是否成立,对不成立的定义指出其问题;
(1)创造,是在忘我的狂热中,左脑和右脑调节的瞬间产生的闪光;
(2)依靠开发新的神经回路,产生对未来有益的理论的过程;
(3)产生出至今没有的新的价值(人类要求的满足手段)的活动;
(4)创造,是指那些具有新颖性的成果;
(5)创造,是战略性设想的原动力;
(6)创造,是对某种现象的深入追求,与其他相似物进行比较、演绎和模仿的工具;
(7)创造,是指异质的素材的新组合;
(8)创造,是对可能性的挑战。
1-2填写下表,以了解3种典型创造活动的区别。
名称科学发现科技发明技术革新
创造目的
基本任务
成果形成
1-3判断以下的说法是否正确。
(1)创造工程学是一门研究重大创造发明成果的学科;
(2)创造工程学是一门关于创造技法及其应用的学科;
(3)创造工程学以科学技术领域内的创造活动的整体性作为研究对象;
(4)创造工程学是创造学中极富实用价值的一门分支学科;
(5)创造工程学是一门自然科学与社会科学相互交叉的科学;
(6)创造力是人人皆有的一种属性;
(7)创造力可以通过教育、培训和学习得到开发。
1-4《发明与革新》杂志社曾组织人员调查湖南省1985年-1989年获奖发明人的情况,目的是了解发明创造人才成长与所处环境的关系。
调整对象是获得省级以上(含省级)科技成果奖(包括发明奖、科研成果奖、科技进步奖)的人员,调查内容主要有资历
兴趣、爱好、设想产生情况及环境影响等。
试分析这种调研活动主要应用了创造工程学中的哪几种研究方法?
第二章现代创造活动的基本特点
思考与训练
2-1利用表2-1提供的资料绘制出重大发明创造平均开发周期变化曲线图(横坐标为世纪,纵坐标为平均开发周期),并说明由此得到的启发
2-2《第三次浪潮》一书的作者阿尔文••托夫勒认为:
“当今世界上的重大突破,往往不是来自单项孤立的技术,而是来自并列的几种技术,或来自几种其它技术的结合”,试分析托夫勒观点的客观依据
2-3美国全国工业会议对新产品开发失败的原因进行过分类,结果如下:
(1)市场分析不恰当32%;
(2)产品本身不好23%;(3)成本成本超过预期值14%;(4)投放时机不当10%;(5)竞争的阻碍8%;(6)销售策划不当13%;
试根据造成新产品开发失误的风险主要来自生产技术还是市场营销方面?
对此给人以什么启发?
第三章创造活动基本要素
思考与训练
3-1试说明图3-4所表达的基本涵义
图3-4
3-2阅读以下发明案例,然后根据创造力构成理论用框图形式描述发明者的创造力结构模式。
“以前的木工刨床,其旋转的刨刀滚是固定的,木料要靠人用手来推进,推到最后,一不小心,手指就易被刨刀切去。
这种刨床的基本结构世界通行,尽管人们采用各种光电、机械的防护装置,但都是在“防”字上做文章。
农村木匠李林森虽然文化水平不高,但却有强烈的创新欲望,他看到了传统刨床的缺点,决心设计一种刨床。
为此,李林森冥思苦想,方案一个接着一个,实验一次接着一次。
多次的失败使他倾家荡产,四处借债但是坚定的信念和顽强的意志使这位木匠没有后退。
李林森在全面地分析了现有木工刨床的工作原理和结构特点之后,从反面思考的创造性思维方式驱使他提出了一个胆大的新方案。
这种新方案与世界通行结构相反:
木料不动,刨刀滚往复行车。
试试验,发现采用这种方案的刨床能从根本上解决刨刀切手指的问题。
于是,一种新式木工安全刨被李林森发明出来”。
3-4试以书写台灯的改进为例,说明同一创造题也可以在不同水平上进行创造。
3-5根据你现有的知识,试提出有关文化用品开发的课程。
等学完本书第二篇后再来解答此题,看看前后的创造能力有何变化。
第四章创造动力分析
思考与训练
4-1在德博诺编的《发明的故事》中,提到在北美洲、中美洲和南美洲都曾有过各种伟大而先进的发明创造,然而却没有发明过车轮。
对此有两种解释,其一是说西班牙人美洲探险时才引进马,在此之前没有拉车牲畜,因此没有发明出车轮;其二认为美洲大陆地面崎岖不平,用河流运输和人力运输更为有效,因此用不着使用车辆,也就没有车轮的发明。
德博诺教授认为这两种解释都是肤浅之见。
那么,对此应该怎样解释才真正涉及了问题的实质呢?
4-21868年,爱迪生发明了一台自动投票记录机,并在当年取得专利,当爱迪生带着他发明的机器来到华盛顿,请求议会采用他的发明时,竟被议会主席一口拒绝。
直到科技高度发展的今天,西方国家的很多议会还是不愿采用机器来表决。
从自动投票机的发明失误,你能得到什么启发?
4-3填写下表:
家庭生活用品新设想
需要类别————————————————————————
123
生活需要
安全需要
社交需要
准中需要
成熟感需要
4-4画出以冰箱为“树根”的“需求树”。
4-5以机械加工中机床、刀具、材料、工件组成的系统为例,分析其技术演变的过程。
4-6创造的心理动机也可以分为信念型、意图型和兴趣型,试说明这种分类与图4-7所示规律的关系。
第五章创造性思维原理
思考与训练
5-1思考以下问题,注意突破思维定势。
(1)玻璃瓶里装着桔子水,瓶口塞着软木塞。
既不准打碎瓶子、弄碎木塞,又不准拔出软木塞,怎样才能喝到瓶里的桔子水?
(2)一只网球,使它滚一小段距离后完全停止,然后自动反过来朝相反方向运动,既不允许将网球反弹回来,又不允许用任何东西打击它,更不允许用任何东西把球系住。
怎么办?
(3)天花板下悬挂两根相距5m的长绳,在旁边的桌子上有些小纸条和一把剪刀,你能站在两绳之间不动,伸开双臂,双手各拉住一根绳子吗?
(4)一张纸上画有9个黑点组成的方阵,如图5—14所示,你能否使笔尖不离纸面一笔画出几条直线穿过这些点?
最少要画几条直线?
能不能更少一些?
···
···
···
图5-14
(5)有一老者死后有17头骆驼,他给3个儿子的遗言是:
长子得二分之一,次子得三分之一,三子得九分之一,分配时不能宰割骆驼。
三个儿子左思右想毫无办法。
这时来了骑骆驼的智者,他略加思索便想出了分骆驼的办法。
试思考智者是如何解决分配骆驼的难题的。
5-2在一次国际评酒会上,中国的茅台酒由于装潢简朴,未受重视,眼看就要名落孙山。
酒商灵机一动,装作失手,酒瓶跌碎,顿时醇香四溢,举座皆惊,终于令评委们另眼相看,茅台一举成名。
试分析中国酒商的思维具有什么特点?
5-3某前沿阵地上的部队,在作战间歇期间举行了一场形式奇特的比赛。
如图5-15所示,比赛要求参赛者从A点出发,到距离数十米以外的横向摆着七挺机枪的地方,扛起其中的一挺,送到B点,以速度快慢定胜负。
比赛时,参赛者通过常选择了直线路径,即扛起4号机枪跑向B点。
而夺魁者选择的却是折线路径,他奔向2号机枪然后跑向B点。
试分析选择折线路径者的思维方式及其中的道理。
5-4试提出物品的非常规用途(填表)
序号物品名称常规用途非常规用途
1回形针夹持纸张
2火柴盒盛装火柴
3电吹风吹头发
4机床照明灯机床照明
5酒饮料
6过期挂历废纸
5-5著名晚清学者王国维,在其传世佳作《人间词活》中荟萃古代诗词名句来描述有关做学问的“三境界”。
其中三句诗词分别是:
“昨夜西风调碧树。
独上高楼,望尽天涯路。
”
“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。
”
“众里寻他千XX,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处。
”
试用此描述创造性思维提出新产品设想(填表)
联想法则基本信息新产品设想
相似联想
组合家具固体酱油
电热褥
对称联想微型电视
相关联想女子足球队
高楼大厦
5-7围绕电子计算机的应用进行发明创造。
试按照“积累、迷恋、松弛、触发”的方法扑捉灵感,提出若干别开生面的新设想。
5-8试运用直接思维提出有关厨房现代化的新设想。
5-9多向思维训练
(1)尽可能多的写出(或说出)粉笔的各种用途;
(2)列举尽可能多的照明办法;
(3)尽可能多地画出含有半圆形结构的东西,并写出它们的名称;
(4)尽可能多的写出(或说出)用“吹”的方法可以办成哪些事情或解决哪些问题;
(5)尽可能多的写出(或说出)造成玻璃杯破碎的可能原因;
5-10运用横向思维原理,提出用直尺量出球体的直径的简单办法。
5-11逆反思维训练:
逆反方式基本信息逆向思维结果(设想)
时序逆反自动尼龙伞
新时代食品
流行歌曲磁带
结构逆反普通吸顶灯
普通压力锅
圆形橡皮球
钢琴
功用逆反皮带过载打滑
防水手表
单调乏味乐曲
第二篇创造技法
第六章列举分析型创造技法
思考与训练
6-1运用缺点列举法提出改进普通自行车的新设想。
6-2列举运动鞋或旅游鞋的潜伏式缺点,并据此提出某种新设想。
6-3试列举手动窗帘的缺点,并提出改进设想及其技术方案。
6-4以图6-5所示的消费希望导向为依据,试列举与家庭生活相关的新产品设想。
6-5以家庭“望子成龙”的希望为例,试提出若干新产品设想,并对这些设想进行初步鉴别。
6-6运用特性列举法提出改进家用水壶的新设想。
6-7运用信息列举法提出有关绿色食品的新设想。
第七章组合思考型创造技法
思考与训练
7-1试将下列组合型产品分别填于表中:
双管日光灯、人子齿轮、杀菌洗衣粉、带数显的游标卡尺、收音机钢笔、自行车水泵、多插头插座、裙裤、双面绣、凸轮一连杆机构。
组合方法产品
主体添加
同物自组
异类组合
7-2以普通木衣架为例进行同物自组,试画出结构图,要求结构具有新颖性。
7-3以文具盒为例,说明重组组合法的实际应用。
7-4以小家电产品开发为目标,应用信息交合法中的成对列举交合方式,提出若干新产品设想。
7-5以小家电产品开发为目标,运用信息交合法中的成对列举交合方式,提出若干新产品概念。
7-6以玻璃、扇、气、梯、滑行、日历、清凉、照明、瓶、手摇、管、车、纸、流动、座、三角、笔筒、杯等信息元素为基础,运用信息交合法方式,绘出信息交合图,并据此提出若干新型杯子的概念。
7-7以“杯”为信息原点,选用功能、材质、形态结构、关联学科(电、热、磁知识等)为信息标线,画出信息交合场,并据此提出若干新型杯子的概念。
第八章逻辑推理型创造技法
思考与训练
8-1试分析以下创造,运用了哪种类比方式:
(1)从北京烤鸭想到北京烤鸡的开发;
(2)由电风扇结构构思厨房排气扇结构方案;
(3)由热水疗法想到冷水疗法;
(4)由面包发泡想到塑料发泡,以发明发泡塑料;
(5)对高速机车进行风洞试验,以分析其外形创新设计的合理性。
8-2分析以下案例中,创造者遵循了哪些类比规律
在开展语言识别研究过程中,使机器能听懂人的话这道难关久攻不破。
后来有那么一天,中国科学院研究人员金铁城坐在桌前凝视窗外,一阵汽笛声使他得到启发。
他便将汽笛声与人说话声加以比较,思考人能分辨出不同声音的机理。
由于人的话具有规律性的变化,所以易于识别,于是,他抓住话音变化时的信息识别作为研究人工听觉智能的基本思路。
经过这种类比思考,金铁城找到了突破难关的入口,在多次的设计与实验之后,终于完成了“通用实时语言识别系统”的研制,使机器能听懂不同口音的上百条口令,开创了人工听觉智能的奇迹。
8-3若想发明一种能防止高压锅密封圈漏气的新型橡胶圈,可以同什么东西进行类比?
试画出新设想的技术方案图。
8-4消费者反映煎药罐煎药时溢出药汁,能否用移植法解决此问题?
试画出创意图。
8-5观察自行车龙头的紧固方式,并思考这种方法移植到了哪些地方?
8-6试分析下述创造案例中,创造者运用了穆勒五法中的哪种方法:
科学家托尔习里提出气压学说后,法国科学家巴斯卡为了验证这一学说,把玻璃管装满水银,然后倒立在盛有水银的槽中,水银下降到一定程度便停止了。
巴斯卡带着这水银柱登山,他逐渐向着高处攀登(相应地空气逐渐稀薄,空气压力也逐渐减小)水银柱也逐渐下降。
由此可以推断:
大气压力的减小与水银柱的下降之间有因果关系。
第九章系统分析型创造技法
思考与训练
9-1试指出下列因素的若干形态:
(1)力的放大或缩小;
(2)旋转运动转换为直线运动;
(3)电能与机械能的转换;
(4)产生热量。
9-2以开发新型台灯为目标,运用形态分析法提出若干有关台灯的新设想。
9-3运用等价变换法提出一种新型灶具的设想,要求画出等价变换程序图。
9-4运用牧场分析法提出一种关于“西瓜生熟检测仪”的原理方案。
9-5结合企业的某种产品提出运用价值分析法进行革新的方案。
第十章检核提示型创造技法
思考与训练
10-1运用奥斯本检核表法提出关于钢笔的新设想。
10-2运用动词提示检核表法提出有关电视机的新设想。
10-3试用5W1H提问法分析公共汽车拥挤现象的症结,并提出改善方案。
10-4试根据检核表法的基本原理编制降低产品能耗、保证产品质量、提高工作效率等专用检核表。
第十一章智力激励型创造技法
思考与训练
11-1填写下表
创造技法基本特点实施程序运用要点
奥斯本智力激励法
默写式智力激励法
卡片式智力激励法
反奥氏智力激励法
KJ法
函询智力激励法
11-2试运用智力激励型创造技法:
(1)提出关于开发“家庭健身器材”的新设想;
(2)提出关于开发新型家用机械的新设想;
(3)提出关于新型分体式空调器广告用语,要求富有新颖性。
11-3针对21世纪新食品发展方向研究课题,编制函询调查表。
第十二章观察发现型创造技法
思考与训练
12-1填写下表
创造技法创造机理运用要点举例
见异思迁法
动态发现法
变换视角法
迂迴发现法
12-2根据动态发现法原理,提出几个新研究课题。
12-3试改变逻辑视角,提出关于山野翠竹的新用途。
12-4科学家为了研究宇宙中某天体上是否有生物存在,设计了一种“萤火虫方案”。
因为现在知道,在萤火虫发光过程中其主要作用的ATP(三磷酸腺苷)不只存在于萤火虫体内,而是从一般细菌到哺乳动物都包含有这种化学物质,且ATP不能用人工方法合成。
研究时,首先将产生萤火反映的ATP去除,再将萤火虫的其余发光材料装进容器,送上天体,并与天体上的土壤混合。
如果天体上存在生物,将会发出荧光。
地面上通过接受光电信号便可进行分析。
试说明这种“萤火虫方案”的创造性原理。
第十三章创造技法的应用特性
思考与训练
13-1案例分析:
松下插座
日本松下电器王国的主人松下幸之助年轻时,从事电灯插头的制造,遇到挫折,他积蓄的97美元的家当付之流水。
他并不灰心,仍从事发明创造活动。
有一天,他发现一个屋子要插两个等头很不方便便想发明一种方便型插座。
他把原来插一个电灯的插座再增加两个孔,便改成了可插两个电灯的插座。
1918年,松下申请了专利,当时他年仅27岁,这是松下拥有的第一项专利他在开发生产“松下插座”方面获得商业上的巨大成功,也是松下创业的起点。
试分析松下插座发明创造技法应用上的特点。
13-2案例分析:
松下插座
日本秋田县的长井先生是个乡公所公务员,生来喜欢苳脑筋。
星期天或节假日常学做木工,或修理房屋,或制造玩具,沉湎与“假日木工”的乐趣理。
一天中午,他发觉乡公所走廊的地板坏了,马上去工具室拿了一把锯子,想把地板修缮。
当他走到走廊拐弯处时,忽然跑出了个小女孩,因来不及躲避,竟锯伤了那女孩的手臂。
事后长井常为此事不安,但一想带这类事故在其他地方也可能发生,便产生了制作一种“不伤害人的锯子”的创意。
从那天以后,长井时时刻刻都在想这个问题。
有一天,他一边削铅笔,一边沉思那此锯子伤人的事故。
当他削好铅笔,“喳喳”把刀刃折叠起来那一瞬间,他突然得到启发:
“对了,象这种可折叠的刀子一样,不用时把锯刃折叠起来不就好了吗?
”于是,他按此设想制了一个折叠式的锯柄,试锯了一下木头,发现使用效果和普通锯子差不多。
学校以为劳作老师发现长井的发明后,劝他去申请专利,并认为这种“用不着担心伤害小孩的锯子”在学校受到欢迎。
当他们合伙雇佣木工试产一批安全锯后,果然受到学校劳作老师的好评。
后来,他们筹资建厂,事业有成。
试分析此发明案例在应用创造法技巧上的特点。
13-3案例分析:
油罐的液位远距离测量
沈阳变压器厂工人邵守元,完成了油罐的液位远距离测量的技术革新。
下面是他的自述:
“以前,我们仓库的变压器油管理比较落后,变压器油罐经常跑油,每次仓库跑油事故至少损失1万元。
我看在眼里,疼在心上,暗暗下定决心:
文化低,我可以学,技术不懂,我可以问,我一定要把这个难题攻下来。
于是,我分析了跑油的原因:
我厂变压器油年吞量达万吨,有3个千油罐储存,保管员每月统计油的数量时要爬到10M高的油罐顶部,测量油位换算重量,由于计量不准,所以发生跑油事故。
我想,以前我干过自动化仪表装修工作,能否给储油罐也安装一套自动化仪表计量装置,让保管工坐在屋里就能从仪表上形象地看到油位的高低,这样就可以避免再发生跑油事故了。
我这一想法得到了领导的支持,保管工们也希望我为他们做一件好事,我便开始干了起来。
面对自己文化水平低的实际困难,我没有退缩,努力学习设计、绘图、电气、土建、水暖等技术,同时去许多厂家学习考察,经过几个月的专研和模拟试验,终于到了现场试装阶段。
看到自己的设想即将变成现实,我感到从未有过的欣慰。
然而,由于现场试装不能在油罐底部明火作业,使试验因此而失败,我难过几天没有睡好觉、吃好饭。
一天,在给车间发油时,我突然想到油罐的入孔口在油罐底部,把入孔口卸下来,在它上面悍个信号管,不就能达到既不在油罐底部明火作又能接上信号管道的目的吗?
我终于成功了。
现在,油罐的液位已实现了远距离测量,人坐在屋里可以形象地看到油位的高低,而且再也不会出现跑油事故。
”
试分析此技术革新案例在应用创造技法上的特点。
第三章典型创造活动分析
第十四章科学发现
思考与训练
14-1世界上最高的科学奖之一——由纯金铸造的诺贝尔奖章的设计是这样的:
金碧辉煌的奖章正面图像的中央,美丽的自然女神的右手环抱着一个硕大的号角,号角里放满了丰硕的果实。
而在她的左侧,仪态端正的科学女神正在轻轻地揭起蒙在亭亭玉立、婀娜多姿的自然女神头上的面纱。
诺贝尔奖的图案的设计是精美绝伦的,其中的寓意也是极其深刻的。
试根据对科学发现基本概念的理解阐述此寓意。
14-2本世纪40年代世界上第一只半导体晶体管诞生以来,电子学发生了一场深刻的革命,但同时也留下了一个头痛的难题,即每一只晶体管的特性都会随着温度变化,影响测量仪器和控制系统的正常工作,电子学工作者不得不花费很大的力气来消除这种影响。
1959年,美国一位物理学家提出一个大胆而新奇的设想:
利用半导体器件本身的特性随温度的变化规律来测量温度。
可遗憾的是,这位物理学家没有试验论证,使这个新的思想仅仅停留在空中楼阁。
中国科学家张开逊抓住这点立题研究,撰写出我国第一篇关于PN结测温的论文《PN结温度传感器的理论和工程考虑》,进而获得了重大科研成果。
试分析张开逊从事科学研究的选题特点。
14-3试开展科学发现活动,对其过程模型、选题特点、创造技法进行总结,并撰写出科学论文。
第十五章技术发明
思考与训练
15-1填写下表
发明创造类型《专利法》定义举例申请专利条件
发明
实用新型
外观设计
16-1填写下表
特点举例
全新型新产品
改进型新产品
仿制型新产品
16-2选用3种创造技法提出有关缝纫机新产品的新设想(填表)
创造技法新设想名称简要技术说明
16-3图16-3所示为某啤酒市场上A、B、C、D、E、F等品牌的市场定位,试由此分析各品牌啤酒的定位特点,并提出新啤酒开发的定位策略。
图16-3啤酒定位分析
第十七章合理化建议
思考与训练
17-1判断以下建议是否为合理化建议
(1)建议对车间油桶油嘴外漏,残油流满地面的现象加以重视;
(2)建议全车间统一制作一个封闭式油桶,操作者每人配备两个油壶(其中一个备用),润滑油设兼(专)职人员管理,定时定量发放,以节约车间用油;
(3)建议用手工操作来换取机械化,并充分解决就业问题;
(4)建议全部公共汽车使用太阳能,以缓解能源短缺问题;
(5)建议开发生产赌博新产品,以满足赌民们的需要;
(6)建议采用成组工艺技术,以降低汽车零件加工的制造成本(具体方案另附)。
17-2选用3种创造技法提出有关完善家用燃气灶的合理化建议(填表)
创造技法合理化建议名称合理化建议简要说明
17-3分析以下单位的做法,运用了哪种或哪些合理化建议征集方法:
(1)北京重型机床厂确定每年3月为工厂“安全生产月”。
每年到了这一月份,工会就会同安技处、总师办等原因,组织号召全厂职工,针对生产中的安全问题,找隐患,找原因,提出自己的合理化建议来。
(2)大连冷冻机厂党委每年都要和群团组织签订承包合同,其中工会总是要把全场人均至少一条合理化建议、创造节约价值100元以上,实施率60%以上作为群众生产工作的主要考核指标。
(3)1988年,合肥轴承厂开展“我为工厂降低废品献一策”合理化建议活动,共征集到有关降低消耗方面的建议417条。
(4)北京汽车制造厂号召全场工程技术人员“人人献一条计策”,广大工程技术人员积极响应,提出了一大批合理化建议,并推动了全厂职工参与合理化建议活动的积极性。
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