創新思維與創造技法

１４ 係統分析型創造技法

　　現代科學技術呈現絢麗多彩的態勢、蓬勃創新的氣象、高度綜合和高度分化的特征。係統思維方法是從整體出發把握整體與部分、整體與環境之間的關係，揭示係統的本質和規律，科學地解決係統中複雜問題而獲得最佳功能的思維方法。創造活動是一種涉及多種要素的實踐活動，人們從係統思維方法出發構建求解創造問題的手段。本章介紹的形態分析法、等價變換法、物場分析法和價值分析法就是這種手段。它們依賴係統思維對創造對象進行整體結構分析，全麵而又深入地揭示事物各構成要素之間的相關關係，並提出解決矛盾或革新係統功能的創造性思考方法。

　　１４。１ 形態分析法

　　１４。１。１ 形態分析法的基本原理

　　形態分析法是一種借助形態學中概念和原理進行係統搜索和程式化求解的創造技法。它是對創造對象進行因素分解和形態集合的過程，先將創造課題分解為若幹個相互獨立的基本因素，找出實現每個因素要求的所有可能的形態，然後加以係統聚合而得到多種可行解，經過篩選可獲得最佳方案，即：

　　分解因素—尋找可能形態—係統聚合—得到多種解—篩選—最佳方案

　　這裏所說的因素是指構成某種事物的特性因子（產品特定用途、功能等），所謂形態是指實現某事物各功能的技術手段。

　　１４。１。２ 形態分析的基本步驟

　　１。因素分析

　　因素分析是指分解創造對象的構成要素，對構成要素進行詳細的分析，它是獲取創造性設想的基礎。在因素分析時，要使確定的因素滿足３個基本要求。

　　一是各因素在邏輯上彼此獨立。

　　二是各因素在本質上是重要的。

　　三是各因素在數量上是全麵的。

　　如果確定的因素不滿足第一、二條，就會影響最終聚合方案的質量，使數量無謂增加，為評選工作帶來困難。如果不滿足第三條，則會導致有價值的創造性設想的遺漏。

　　要滿足三條要求，一方麵要參考創造對象所屬類別的其他所有技術係統，分清哪些是可能影響最終方案的重要因素；另一方麵要與可能的方案聯係起來理解因素的本質及重要性。

　　２。形態分析

　　形態分析是按照創造對象對因素所要求的功能屬性，用發散思維列出各因素可能的全部技術手段，無論是本專業領域的還是其他領域的。

　　３。方案聚合

　　在因素分解和形態分析的基礎上，可以采用表格的形式進行方案聚合，理論上可以聚合出５×５×５＝１２５個方案，在聚合後的全體方案中，既包含了有意義的方案，也包含了不可能聚合成有意義的虛假方案。

　　４。方案評選

　　聚合後的方案往往很大，要進行評選，以找出最佳方案。評選時，首先要製定評選標準，一般用新穎性、先進性和實用性三個標準進行初評，再用技術經濟指標進行綜合評價，最後，用收斂思維選出最優方案。

　　例如，探索單缸洗衣機的設計方案。

　　（１）因素分析。從洗衣機的總體功能出發，分析實現“洗滌衣物”功能的手段，可得到：盛裝衣物、分離髒物、洗滌控製等基本分功能。

　　（２）形態分析。對應分功能的形態是實現這些功能的各種技術手段或方法。在３個功能中，“分離髒物”是最關鍵的功能因素，要針對“分離”兩字廣思、深思和精思，從多個技術領域進行發散思維。

　　盛裝衣物———從桶體材料上去分析。

　　分離髒物———從機、電、熱、聲等方麵進行發散思維。

　　洗滌控製———從手工控製、機械控製、電腦控製等方麵去思考。

　　（３）方案聚合（列表分析）。經過一係列的分析與思考，建立起洗衣機形態分析表。

　　（４）方案評選。現將４個方案敘述如下。

　　方案１：Ａ１－Ｂ１－Ｃ１是最原始的洗衣機。

　　方案２：Ａ１－Ｂ１－Ｃ２是最簡單普及型的半自動洗衣機。通過洗衣桶底部的撥輪旋轉，使水產生渦流，在衣物之間和水與衣物之間產生摩擦，再借助於洗衣粉的化學作用達到洗淨衣物的目的。洗滌時間靠機械定時器控製。

　　方案３：Ａ１－Ｂ１－Ｃ３是全自動洗衣機，洗滌原理與方案２一樣，但控製洗滌時間、漂洗時間、甩幹時間及三個功能之間的轉換都由電腦自動控製。

　　方案４：Ａ１－Ｂ４－Ｃ２是超聲波洗衣機，利用超聲波的性質使衣物纖維產生振動，使衣物纖維之間產生摩擦，超聲波還會使水溫有所提高，再借助於洗衣粉的化學作用達到洗淨衣物的目的。

　　……

　　通過上述逐個方案的分析，用收斂思維並可挑選出少數方案作進一步的研究，最終選出一個可行方案進行詳細的技術經濟分析，設計出基本原理圖，並進行具體細節的設計，進而開發出新型單缸洗衣機。

　　１４。２ 等價變換法

　　１４。２。１ 等價變換法的基本原理

　　等價變換法最初是由日本的市川龜久彌教授提出的，經日本創造學家們不斷完善而成為一種體係較為完善的創造技法。

　　等價變換法的理論基礎是等價變換原理，它認為事物之間的等價性不僅僅表現在形狀的相似、類別和屬性的相同，而且存在更廣泛的原理的等價。

　　就創造而言，許多創造事物都不是憑空想象，而是在已有事物基礎上的再創造，即創造事物與已有事物之間存在某種等價關係。等價變換法就是尋找這種等價關係，通過等價變換拋棄原有事物的落後性或不適應新需要的部分，演變出先進的、更適應需要的新事物。其實質是在繼承基礎上的進化，在量變基礎上的質變。

　　１４。２。２ 等價變換的操作步驟

　　１。問題的提出

　　提出問題是創造的起點，可以利用其他創造技法，將模糊的創意轉化為明確的創造任務。

　　２。設定技術要求

　　設定技術要求是將抽象的創造任務具體化，對同一任務可提出有關功能或性能的多項技術要求，但要抓住最主要的技術要求作為等價變換法中的給定目標。

　　３。抽出等價因素

　　通過對所要解決的複雜事物進行簡化，抽象出事物變化中的不變因素，一般以事物所具有的功能或職能為等價因素比較方便。

　　４。尋找等價事物集

　　利用發散思維，針對事物抽出的等價因素去尋找具有這種功能的所有技術手段與方法。可以運用其他創造技法來尋找，也可以通過信息檢索來完成。

　　５。選出已知事物原型

　　利用收斂思維方式，從等價事物集中篩選出已知的事物，要保證所選的事物具有新穎性、先進性和實用性。

　　６。確定約束條件

　　任何一種技術手段都受到某些條件的約束，確定這些條件就是要求人們進行定向思維，一般約束條件是指技術、經濟、環境等方麵的條件。

　　７。確定新的原理

　　這是一個棄舊圖新的過程，把已知事物中落後的、不適應新技術要求的部分拋棄，引入先進的、適應性更好的新技術、新方法、新裝置等內容，從而確定新的原理。

　　８。技術方案設計

　　通過一係列的設計工作（設計計算、結構設計、實驗等）將抽象的原理和設想具體化。

　　９。檢驗方案

　　針對提出的設計方案，從一定的標準出發進行評價。評價方法可以是專家評議法，也可以是實驗評議法。對於可行方案，則作為等價變換法的成果，對於不可行的方案，則反饋到第四步或第二步再進行等價變換思考。

　　例如，開發新型餐桌的設想（自動旋轉、點菜自動化等）。

　　（１）提出問題。

　　現有餐館的餐桌和點菜存在以下問題：餐桌不能旋轉、點菜時需要有服務員在旁邊記錄，有時還會因為菜是否上夠的問題出現顧客與服務員吵架的現象。所以，需要對餐館現有的餐桌進行改進設計。

　　（２）確定技術要求。

　　① 同一桌的顧客能方便地吃到桌上所有的菜。

　　② 點菜時，不需要服務員在旁邊記錄。

　　（３）抽出等價因素。

　　通過上述分析，抽出的等價因素為：餐桌旋轉、更方便的點菜辦法。

　　（４）尋找等價事物集。

　　餐桌旋轉的辦法有：手動旋轉、自動旋轉。

　　點菜的辦法有：顧客報菜名服務員記錄、顧客自己在點菜單上畫勾、點菜自動化。

　　（５）確定合適的事物原型。

　　餐桌旋轉原型：自動旋轉。

　　點菜原型：顧客自己敲擊鍵盤，點菜實現電腦管理。

　　（６）確定約束條件、新的方案。

　　自動旋轉：桌麵需要旋轉，不能直接聯電線，要實現自動旋轉。

　　點菜自動化。

　　方案１：把桌麵分成若幹小塊，每小塊桌麵上有菜譜，局部有點菜輸入裝置，每按一個點菜按鈕，菜譜桌麵上相應位置的燈就會亮，顧客知道自己點了幾個菜，甚至可以顯示累計點菜金額；同時，確認的點菜結果通過計算機係統進入操作間的大屏幕，以便廚師及時加工；菜端上餐桌時，通過服務員按某一按鈕，相應菜名的燈就會滅，使顧客一目了然地知道自己點的菜是否上齊。餐館的管理層通過計算機管理係統可以隨時了解經營情況。

　　方案２：除了點菜的過程有差別外，其他與方案１相同。顧客點菜時，桌麵就是計算機的觸摸屏，顧客可以在觸摸屏上進行點菜、查看累計點菜金額等的操作。

　　（７）新方案的技術設計。

　　把上述方案進行必要的技術設計，使設想具體化。

　　１４。３ 物場分析法

　　１４。３。１ 物場分析法的基本原理

　　物場分析法是前蘇聯學者Г·С·阿利特舒爾首創的一種創造技法。

　　所謂物場是指物質與物質之間相互作用與相互影響的一種聯係。世界上的物體本身是不能實現某種作用的，隻有同某種場發生聯係後才會產生對另一物體的作用或承受相應的反作用，就科學領域而言，溫度場、機械場、聲場、引力場、磁場、電場等是物場的存在形式。構成一個物場體係需要三個要素：兩個物質和一個場。例如，人站在既公轉又自轉的地球表麵不會被甩出去，就是一個物場體係的作用，兩個“物”分別是人和地球，一個場為引力場。這三者中缺任何一個都不能構成完整的體係，如果沒有引力場，人就會在離心力的作用下被轉動的地球甩離地球表麵，難以在地麵上立足，也就是人和地球通過引力場建立起了聯係。

　　物場有以下３種類型。

　　１。完全物場體係

　　滿足物場體係的三要素，能實現物質之間的相互作用和影響的完整技術體係。

　　２。不完全物場體係

　　隻有兩種物質或一物一場的體係，是一種不完全的物場體係。

　　３。非物場體係

　　隻有一物或隻有一場的體係，是非物場體係，不存在相互作用和影響，不發生任何技術功能作用。

　　物場分析法就是在判別物場類型的前提下進行創造性思考。對非物場體係或不完全物場體係，根據需要補充物質或補充場，稱為補建，使其物和場之間能夠建立起聯係和相互作用；對完全物場體係，對其不能很好發揮作用的物和場進行替換，稱為變換。無論是補建還是變換，最終目的都是使物場三要素之間的相互作用更為有效、功能更加完全和可靠。

　　１４。３。２ 物場分析的操作步驟

　　１。課題分析

　　分析創造課題的出發點與期望達到的目的。例如：搞清課題的技術領域、已知什麽、未知什麽、限製條件等。

　　２。分析物場類型

　　按三要素的要求，判斷創造課題的已知條件能構成何種類型的物場體係。

　　３。進行物場的改造性思考

　　（１）補建。對非物場體係和不完全物場體係進行補建，引進作為完全物場體係所不可缺少的元素，引進的元素應當能夠與已有元素發生相互作用；或者如果引進了元素，不能發生相互作用，若另外再引進一種元素就可以使物場發生相互作用，則可以用這兩種元素的混合體來代替原來已有的那一種元素。

　　（２）置換。對完全物場體係進行要素置換。引進一個更有效的場來取代效能較差的場；或用更有效的物質來置換效能較差的物質。

　　４。形成新的技術體係形態

　　對確定的新物場體係進行技術性構思，使之成為具有技術形態的新技術體係。

　　例如，磨損顆粒分離係統的改進。

　　油液監測技術之一的鐵譜分析是利用磁場分離原理，把潤滑油中的磨損顆粒分離在玻璃基片上，通過分析玻璃基片上磨損顆粒的濃度、尺寸大小的變化等來判斷摩擦付是否存在故障。由於是以磁性原理分離磨損顆粒，因此，對鐵磁性磨損顆粒的分離效果很好，而對非磁性和弱磁性磨損顆粒（如鋁、銅等）的分離效果比較差，為了提高這些顆粒的分離效果，用物場分析法對該體係進行分析和改進。

　　（１）物場分析。物：弱磁性或非磁性顆粒，玻璃基片。場：磁場。

　　（２）物場體係存在的問題。鋁、銅等是非磁性金屬，其磨損顆粒也是非磁性的，如果鋁、銅等非磁性金屬與鐵磁性金屬配對的摩擦副，由於金屬接觸過程中的材料轉移，使鋁、銅等磨損的顆粒也帶有一定的弱磁性。不管是弱磁性還是非磁性顆粒，用磁性分離原理進行分離的效果肯定不理想。

　　（３）物場體係改進。對於這樣的體係，由三個改進的途徑可以考慮：① 置換場；② 置換物；③ 添加一物，以增加作用效果。由於該係統既要適用於分離鐵磁性顆粒的場合，又要適用於分離弱磁性顆粒和非磁性顆粒的場合，還要適用於幾種顆粒共存的場合，所以，不能利用置換場的辦法。弱磁性顆粒和非磁性顆粒是需要分離的物，不能被置換。所以，隻能用添加一物的辦法來提高該係統的作用效果。為此，提出在潤滑油樣中添加磁化液的辦法，在磁化液的作用下，使弱磁性顆粒和非磁性顆粒的磁性得到加強，以達到磁性分離的要求。

　　１４。４ 價值分析法

　　１４。４。１ 價值分析法的基本原理

　　價值分析法是建立在價值分析或價值工程技術上的一種創造技法。它以降低成本為主要目的，運用定量化的方法，係統地分析研究人力、物力和資源的合理運用，以提高物美價廉的、能夠滿足用戶要求的產品。

　　現代創造的任務與價值分析的目的在很大程度上是接近的。發明新方法，無非是要提高勞動生產效率，節省人、財、物力，用最小的投入獲得最大的產出；發明新產品，同樣是為了帶來新的社會經濟效益。因此，創造發明的目的，決定了它具有運用價值分析方法解決問題的客觀基礎，在方法內容和進行程序上也幾乎可以沿用一般價值工程方法的模式。

　　開展價值分析的總目標是提高產品的價值，即提高產品的功能與成本的比值。可以用式子

　　價值（Ｖ）＝功能（Ｆ）／總成本（Ｃ）

　　來表示，提高價值Ｖ可以有５個途徑。

　　（１）Ｆ／Ｃ↓＝Ｖ↑：在保持產品的功能不變的前提下，著眼於降低成本。

　　（２）Ｆ↑／Ｃ＝Ｖ↑：在不增加成本的前提下，提高產品的功能質量。

　　（３）Ｆ↓／Ｃ↓↓＝Ｖ↑：去掉多餘功能，或者使功能稍有降低，但能滿足需要，而使成本大幅度降低。

　　（４）Ｆ↑↑／Ｃ↑＝Ｖ↑：使成本略有提高，但功能大幅度提高。

　　（５）Ｆ↑／Ｃ↓＝Ｖ↑：產品的功能增加，而成本下降。這是追求的最高目標。

　　１４。４。２ 價值分析的操作步驟

　　１。價值分析對象的選擇

　　價值分析的目的是提高產品的設計價值，那麽，價值分析的對象就是待開發的新產品的設計方案，即新產品的價值分析就是對各種初步擬定的設計方案進行技術經濟優化。

　　對於一個較複雜的產品來說，一般都有許多零部件，將每個零部件都作為價值分析的具體對象，事實上是沒有必要的，為了減輕工作量以提高設計效率，需要確定應重點分析改進的零部件的對象範圍。其選擇原則如下。

　　（１）造價高的零部件。

　　（２）結構複雜的零部件。

　　（３）體積重量大的零部件。

　　具體方法如下。

　　１）成本比重法（ＡＢＣ分析法）

　　首先，將產品的零件成本組成進行逐個分析，將每一個零件占多少成本從高到低排出一個順序；其次，進行分類，少數零件占多數成本的為Ａ類，零件成本比例占２０%左右的為Ｂ類，多數零件占少數成本的為Ｃ類，其中Ａ類零件為分析的重點。

　　一個產品中，零件相當多，憑一般觀察不容易把Ａ、Ｂ、Ｃ三類零件分得清楚。因此，常常需要列出零件成本分析計算表。例如，一個產品有７個零件，用ＡＢＣ分析法進行分析，可以按下述步驟進行。

　　第一步：按各零件估算成本的高低從大到小排序，並列表。

　　第二步：自上而下地選擇數量累計比率在１０%—２０%，而成本比率在７０%—８０%的劃為Ａ類零件。

　　第三步：自下而上地選擇數量累計比率在７０%—８０%，而成本比率在１０%～２０%的劃為Ｃ類零件。

　　第四步：把處於Ａ類和Ｃ類之間的零件劃為Ｂ類。

　　由此得到的ＡＢＣ分類表，從而可以確定價值分析的重點。

　　２）強製確定法

　　強製確定法就是把產品的零件列表排列起來，一個對一個地相互比較，相對重要的零件得１分，相對次要的零件得０分，並計算每個零件的累計得分，而後計算功能評價係數（每個零件的累計得分／全部零件的總得分），以表示每個零件的重要性程度。

　　根據估算的每個零件的成本，計算出成本係數（單件成本／總成本），最後求出價值係數（功能評價係數／成本係數）。

　　計算結果有３種可能。

　　（１）價值係數等於１：說明零件的重要程度與成本是適應的，其結構設計、材料選擇、加工方法是合理的，這是追求的目標。

　　（２）價值係數大於１：說明零件的成本比重偏低，可考慮適當提高成本，使實際功能有所提高，從而提高產品質量。

　　（３）價值係數小於１：說明零件的成本比重偏高，應設法降低成本，它是價值分析的重點。

　　２。功能分析

　　功能分析一般應包括功能定義、功能整理、功能評價。針對所要分析的對象，從技術和經濟兩方麵進行係統的思考。

　　１）功能定義

　　確定每個零部件的各種功能，使設計者從具體的技術形體中解脫出來，集中精力思考滿足功能要求的其他更好辦法，為方案的改進提供依據。

　　２）功能整理

　　鑒別功能的必要性和有無功能過剩或不足的現象，為排除重複功能或過剩功能打基礎。

　　３）功能評價

　　用一定的技術方法定量表示功能的重要程度，對實現功能要求的成本進行估算，確定價值分析的重點對象、降低成本的期望值。

　　功能評價的一般步驟如下。

　　① 估算零件的現實成本。

　　② 把零件的現實成本分攤到它的各個功能上去。

　　③ 找出完成功能的必要費用。指出當時社會上實現該功能應支付的最高費用。

　　④ 計算功能價值，即將各個功能的必要費用除以現實成本，通常現實成本總高於必要費用，二者之差就是該功能的成本降低幅度，也就是期望值。

　　４）技術方麵的考慮

　　（１）這個零件有什麽作用？

　　（２）各個功能是否必要，有無過剩功能？

　　（３）是否有更簡便的方法來實現該功能？

　　（４）能否采用標準化零件？

　　５）經濟方麵的分析

　　（１）各個零件的價值是否同它的成本成相應的比例？

　　（２）能否用成本更低的材料來代替？

　　（３）能否采用新的工藝方法？

　　３。方案的改進與評價

　　功能分析隻提出了改進產品設計的方向和可能性，並沒有提出改進辦法。為了提高產品的價值，關鍵是提出比原方案更好的新方案並予以實施。實施時應圍繞以下３個問題進行。

　　（１）有無其他辦法實現此功能？以進一步開拓思路。

　　（２）它的成本如何？需要進行經濟性評價，即實現經濟優化。

　　（３）新的改進方案確實能滿足規定的功能要求嗎？需要進行技術評價，即實現技術優化。

　　經過方案改進後，必須要對新的方案進行比較和評價。同時，對兩個方案進行比較，如果兩個方案功能相同，應比較各方案的成本；如果成本相同，應比較各功能；如果功能和成本都不同，用定量評價方法進行評估。

　　§§參考文獻

　　［１］黃友直，肖雲龍。創造工程學。長沙：湖南師範大學出版社，１９９５。

　　［２］何名申。創新思維修煉：思維的力量。北京：民主與建設出版社，２００１。

　　［３］梁良良。創新思維訓練。北京：中央編譯出版社，２０００。

　　［４］梁良良，黃牧怡。走進思維的新區。北京：中央編譯出版社，２００１。

　　［５］梁廣程。靈感與創造。北京：解放軍文藝出版社，１９９８。

　　［６］聶敬彥。挑戰聰明。合肥：安徽人民出版社，１９９９。

　　［７］希爾·拿破侖。積極思考的力量。黃怡，譯。西安：陝西師範大學出版社，２００１。

　　［８］彭伯建。開發創新能力的思維方法學。北京：中國建材工業出版社，２００１。

　　［９］肖衛。創新思維：超越天才思維的訓練教程。呼和浩特：內蒙古人民出版社，２００２。

　　［１０］俊明，向陽。小故事妙管理。北京：中國致公出版社，２００１。

　　［１１］王舜清。頭腦風暴。北京：當代中國出版社，２００２。

　　［１２］李嘉曾。創造的魅力。南京：江蘇科學技術出版社，２０００。

　　［１３］楊雁斌。創新思維法。上海：華東理工大學出版社，１９９９。

　　［１４］肖文清，肖雲龍。別出心裁：創造性思維的藝術。南寧：廣西民族出版社，２００１。

　　［１５］朱士群，袁玉立。異想天開：創造性思維的藝術。北京：中國城市出版社，２００２。

　　［１６］朱長超。創新思維。哈爾濱：黑龍江人民出版社，２０００。

　　［１７］劉助柏，梁辰。知識創新學。北京：機械工業出版社，２００２。

　　［１８］李正明。發明智囊：發明思維訓練及專利知識。天津：天津大學出版社，１９９４。

　　［１９］創新策略課題組。創新的策略：創新經典案例。北京：紅旗出版社，１９９９。

　　［２０］陳歡慶。創造力開發教程。杭州：浙江文藝出版社，１９９９。

　　［２１］蓋博。像達·芬奇那樣思考。蓋遜，譯。北京：新華出版社，２０００。

　　［２２］黃純穎。機械創新設計。北京：高等教育出版社，２０００。

　　［２３］陳兵。人類創造思維的奧秘。武漢：武漢大學出版社，１９９９。

　　［２４］關原成。發明創造的２６種思路。太原：山西科學技術出版社，１９９５。

　　［２５］西勒。像天才一樣思考。李斯，譯。海口：海南出版社，２００１。

　　［２６］中華全國總工會職工技協辦公室。創造學基本知識。沈陽：遼寧人民出版社，１９９１。

　　［２７］莊壽強。創造學基礎。徐州：中國礦業大學出版社，１９９０。

　　［２８］魯克成，羅慶生。創造學教程。北京：中國建材工業出版社，１９９８。

　　［２９］劉思平，劉樹武。創造方法學。哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，１９９８。

　　［３０］張鼎坤。頭腦強人。北京：中信出版社，１９９９。

　　［３１］關原成。縱橫聯想創造法。杭州：浙江科學技術出版社，２０００。

　　［３２］關原成。主體附加創造法。杭州：浙江科學技術出版社，２０００。

　　［３３］關原成。異類組合創造法。杭州：浙江科學技術出版社，２０００。

　　［３４］關原成。發明與革新的技巧。太原：山西科學技術出版社，１９８８。

　　［３５］洳河。發掘你的創造力。北京：地震出版社，２００２。

　　［３６］袁勁鬆。全腦思維訓練場。北京：中央編譯出版社，２００２。

　　［３７］黃河浪。創意。海口：海南出版社，２００１。

　　［３８］張健鵬，胡足青。故事時代：小故事中的大智慧。北京：當代世界出版社，２００２。

　　［３９］劉小平。創造技法的理論與應用。武漢：湖北教育出版社，２００２。

　　［４０］劉道玉。創造思維方法大綱。武漢：湖北教育出版社，２００２。