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,哈尔滨工程大学机电学院葛杨,Harbin Engineering University,设计方法学,第三讲 创造性设计,Harbin Engineering University,创造性设计,创造性设计创造性思维方法 逻辑、类比、矛盾创造性思维习题,寻求体验让学生考虑学校生活中某一产品、某一方面的做法,强调树立创新意识,第 1 节 概 述,1.创造性定义2. 创造性成果具有社会价值 3.创造性过程的特殊性,1. 常规性思维与创造性思维 1)常规思维 主要特点: (1) 常规性 (2) 单向性 (3) 单一性 (4) 逻辑性 2)创造性思维 主要特点: (1) 独特性 (2) 多向发散性 (3) 连动性 (4) 非逻辑性 (5) 综合性,第 2 节 创造性思维分析,2. 发散性思维与收敛性思维 1)发散性思维 特征:(1) 流畅性 (2) 变通性 (3) 独特性 思维方式 : (1)多向思维:发散思维的重要方式,要求尽可能多的方面来考虑问题。 例1: 例2: (2)逆向思维:一种从相反方向考虑问题的思维方式 例1: 例2: 例3: (3)侧向思维 :跳出本领域,与其它学科交叉,而从其它领域得到启发。 例1: 例2:,2)收敛性思维(定向思维、集中思维) 把发散思维引向目标,运用推理等方法获得最佳结果。(引导程序) 来自各方面的知识都指向同一问题,通过相关知识和不同方案的分析、比较、综合推理,从中找出答案。 3) 关系 发散性思维与收敛性思维是思维活动中对立统一的两种具体形式,对设计人员来讲“一发而不可收”,“钻牛角尖”都是有害的。适当掌握发散与收敛的尺度。考虑该做什么?怎么做?评价各种构思,对比与目标的接近程度。,第 3 节 创造性技法,1. 创造性设计的三个思维模式 1)逻辑型创新构思 2)类比型创新构思 3)矛盾型创新构思2. 逻辑型创新构思 系统地进行自觉思考、按照形式逻辑,由此及彼,连动思维。 1)逻辑思维 (1)纵向连动思维:由表及里,引向深入。 (2)横向思维:联系相似或相关事务,向相关领域移植。 例: (3)逆向思维:从相反方向另辟蹊径。 例1: 例2: 例3:,2)逻辑思维要搞清楚的问题 (1)事物的显性质和常规功能 (2)概念的隶属关系 (3)事物的潜性质和非常规功能3)逻辑型创新构思的工作程序 (1)工作程序 明确任务要求,即功能要求,约束条件。(设计的出发点) 抽象化,从一般科学技术原理上寻求更广泛有创新价值的解 (普遍性) 从一般原理转向寻求结构解答(个体性-特殊性) 这一过程简述:功能要求-科技原理-结构 (2)两个层次的问题 举例1: 举例2:,4)组合创新法 1)组合方式 (1)主体附和 例: (2)异类组合 例: (3)同物组合 例: (4)重组组合 例: (5)分解 例: 2)相似变换 (1)放大 (2)缩小 3)置换 (1)形态变换 例: (2)材料变换 例:,(3)逆反变换:运动关系的变换 例1:车床-立式、卧式 例2: 工作台带工件转动-刀具转动 例3:振荡式压路机通常依靠自身重量和机身的振荡增强碾压效果,图a所示的方案中机身沿垂直方向振荡,振荡对驾驶员的影响较大。图b所示方案将机身的振荡改在水平方向,既减小了震荡对驾驶员的影响,又增强了碾压效果。,3. 类比型创新构思 系统地进行自觉思考、按照形式逻辑,由此及彼,连动思维。 1)事物的相似关系 2)类比型创新思维的过程 (1)明确设计任务的各项要求(特殊性) (2)联系各种“类比模型”(个体性) (3)探索类比模型的科技原理(普遍性) (4)构思初步方案 3)从原理和功能方面进行类比 例: 4)类比推理 形式逻辑的推理形式:演绎推理、归纳推理和类比推理。 类比推理:是指由某些食物具有某种特质,而推论类似的事物可能具有 同样的特质。即:,(1)形式类比:根据形式上的相似进行类比 例:物理学家欧姆将电与热从流动特征考虑进行直接类比,把电势比作温度,把电流总量比作一定的热量,终了首先提出了著名的欧姆定律。 (2)因果类比:根据一事物的因果关系推出另一事物的因果关系的思维方法,称为因果类比法。 例:某药品公司通过研究发现,牛黄生成的机理是因为混进胆囊内的异物刺激胆囊分泌物增多,日积月累形成胆结石。他们联想到河蚌育珠的过程,由此作因果类比,在牛的胆囊内植入异物,果然形成胆结石牛黄。 (3)结构类比 例:从锯齿状草叶到锯子。 例:苍蝇和蜻蜓是复眼结构,即在每一个小六角形的单眼中,都有一小块可单独成像的角膜。在复眼前边,即使只放一个目标,但通过一块块小角膜,看到的却是许多个相同的影像。人们仿照这种结构,把许多光学小透镜排列组合起来,制成复眼透镜照相机,一次就可拍出许多张相同的影像。 例:加入发泡剂的合成树脂,其中充满微小孔洞,具有省料、轻巧、隔热、隔音等良好性能。运用因果类比,联想到在水泥中加入发泡剂,结果发明了一种具有同样优良性能的新型建筑材料汽泡混凝土。 (4)作业:设计一种连续分离非金属颗粒与非磁性金属颗粒(如:铜、银)的装置?,4)类比创新技法 (1)触发词法:回忆一系列相近的动词,从而触发头脑。 例: (2)移情法:把设计者包括在设计项目之中,进入角色,从亲身体验中,悟 出前所未有的思想。 (3)仿生法:对生物的运动、结构、原理等进行模仿创新,只是近似的。 例:3. 矛盾型创新构思 1)矛盾问题 2)矛盾型创新思维的导向程序 (1)揭示矛盾 (2)查明物理矛盾 (3)探索理想事物 (4)解决矛盾:采取介开、置换、利用中介等措施寻找变换条件,解决这些冲突,整个思路的核心是分析矛盾,寻找转化条件。,3)解决矛盾的方法 (1)分开 在空间上分开 在时间上分开 利用过渡状态 (2)置换 事物置换 数量置换 性质置换 (3)利用中介4. 解决矛盾方法举例 (1)分开 例1:预应力钢丝,加热到700以下,性能下降-加辅助钢棒,利用过渡状态。 例2:研究高温、高压下,腐蚀性液体对合金块表面的作用。 常规:腐蚀性液体充满容器-容器材料需要更昂贵的金属来制造。 第一步:矛盾分析:矛盾冲突在(合金块-液体、液体-合金块) 第二步:明显的物理矛盾:接触-腐蚀 第三步:理想体系:液体对合金块,对容器不存在腐蚀 第四步:实验液体要不断作用于试块,故不可分开,该矛盾只能想办法将冲突在空间上分开。,第五步:方案选择:把合金块制成“杯子”形状内盛腐蚀液体,容器与杯子就不接触了。 例3:回水弯-从时间上分开 (2)置换 物元变换是物元分析的重要组成部分。三个基本元素:事物M、事物特征C、关于事物特征的量值X,记作:R=(M,C,X),对给定物元的某些要素进行变换,称为物元变换。例: 曹冲称象:物元大象可描述成(大象、重量、X斤) 物元称 可描述成(小称、重量、0-x斤) 初看起来小称称大象无法解决矛盾,先把物元大象置换成石头,则: 物元石头可描述成(石头、重量、X斤) 同理 物元小称可描述成(船、标量、Y斤) (3)利用中介 例:工程中,碳素能迅速而准确地发现冷冻机组中密封不严的方法,这些不严处有液体(氟利昂或液氨、润滑油)不断渗出。,本章结束,请大家考虑以下问题:1、如何有效地创新,不走弯路?2、创造一种在码头上汽艇的抽水方法(下雨时,船舱内的积水)?3、如何考虑隐身衣?4、多种但并武器打直升机?5、从齿轮箱中测量温度、振动、应力信号外传的方式?6、爬楼梯轮椅结构?,本章小节,
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