机械创新设计

《机械创新设计》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是作者根据多年来为清华大学本科生开设“机械创新设计”课程的教学内容编写的。全书共9章，内容包括：绪论、机械创新设计的表达方法、机械创新设计的选题、功能原理创新设计、机构创新设计、结构创新设计、一般创新设计技法、创造力开发和创新失误分析。从选材和内容安排上力图通过向读者介绍创新设计方法和成功的机械创新设计实例，提高读者对参与机械创新设计实践的兴趣和自信心。

机械创新设计（张美麟著）(基本信息内容简介图书目录)

机械创新设计(高志著)(基本信息内容简介图书目录)

机械创新设计第二版(基本信息内容简介)

机械创新设计（张有忱）(图书信息内容简介前言目录部分章节)

机械创新设计（张美麟著）

基本信息

书名:机械创新设计

作　者：张美麟

出版社：化学工业出版社

出版时间： 2010-7-1

ISBN: 9787122079107

开本： 16开

定价: 28.00元

内容简介

本书共分为8章。第1章为绪论，介绍了创新设计的概念、创新教育与创新人才的培养；第2章为创新设计的理论基础，主要以创造学的理论为依据，结合实际问题分析了创新思维的方法，以及各种创新的技法；第3章为机械系统方案设计的创新，简单论述了机械系统的特性，重点论述了产品规划与原理方案的创新思路，以及构型的综合问题；第4章为机构的各种创新方法，分别就机构的变异与演化、机构的组合、机构的再生等创新设计技法进行分析与论述；第5章为机械结构的创新设计，分别从机械结构的功能，结构元素的变换，以及材料、加工、装配、输送等方面讨论了机械结构创新的要求与实现途径；第6章为反求设计与创新，介绍了反求设计的概念，反求设计的内容与过程，以及反求实例分析；第7章介绍了几种机械系统如机床、动力机械、机器人、自行车的创新过程与发展历史；第8章是创新实例与分析，主要介绍了全国机械创新设计大赛的优秀作品，并简单分析了各项作品的创新过程。各章后附有习题与练习。

本书可作为高等学校教材，也可供有关教师及工程技术人员或科研人员参考。

图书目录

1 绪论

2 创新思维与技法

3 机械系统方案设计的创新

4 机构的创新设计

5 机械结构设计与创新

6 反求设计与创新

7 典型机械的创新与进化

8 创新实例与分析

参考文献

机械创新设计(高志著)

基本信息

书名: 机械创新设计

作　者：高志

出版社：清华大学出版社

出版时间： 2009年07月

ISBN: 9787302202158

开本： 16开

定价: 25元

内容简介

《机械创新设计》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是作者根据多年来为清华大学本科生开设“机械创新设计”课程的教学内容编写的。全书共9章；内容包括：绪论、机械创新设计的表达方法、机械创新设计的选题、功能原理创新设计、机构创新设计、结构创新设计、一般创新设计技法、创造力开发和创新失误分析。从选材和内容安排上力图通过向读者介绍创新设计方法和成功的机械创新设计实例，提高读者对参与机械创新设计实践的兴趣和自信心。《机械创新设计》可以作为高等学校的教材，也可供有关的教师、工程技术人员及其他科技人员参考。

图书目录

1 绪论.

1.1 创新的含义

1.2 创新的意义

1.3 创新与设计

1.4 创造学与创新教育

1.5 设计理论与设计教育

1.6 本课程的教学内容和方法

2 机械创新设计的表达方法

2.1 表达在设计中的作用

2.2 黑箱表示法

2.3 功能草图表示法

2.4 机械创新设计表达实例(一)——家用缝纫机

2.4.1 缝纫机的主要功能

2.4.2 缝纫机的辅助功能

2.5 机械创新设计表达实例(二)——针式打印机

2.5.1 打印机的主要功能

2.5.2 打印机的辅助功能

2.6 机械创新设计表达实例(三)——硬币计数包卷机

2.6.1 硬币计数包卷机的总功能

2.6.2 硬币计数包卷机的主要功能

2.6.3 硬币计数包卷机的辅助功能

3 机械创新设计的选题

3.1 提出问题比解决问题更重要

3.2 社会需求是创新的基本动力

3.3 科技进步对创新设计的作用

3.4 生产发展对创新设计的作用

3.5 根据遇到的“不方便”确定选题

3.6 根据遇到的“意外”确定选题

3.7 根据事物的关键弱点确定选题

4 功能原理创新设计

4.1 功能原理设计的意义与方法

4.2 工艺功能设计方法

4.3 综合技术功能设计方法

4.4 功能组合设计方法

4.5 设计目录方法

4.6 功能元素方法

4.7 发明问题解决理论

4.8 公理化设计方法

5 机构创新设计

5.1 简单动作功能机构设计

5.1.1 简单动作功能机构的特点和应用

5.1.2 机械零件自由度分析

5.2 机构组合创新设计方法

5.2.1 机构串联组合方法

5.2.2 机构并联组合方法

5.2.3 机构叠加组合方法

5.2.4 机构反馈组合方法

5.3 机构变异设计

5.3.1 机架变异

5.3.2 运动副尺寸变异

5.4 机构再生运动链方法

5.4.1 概述

5.4.2 确定原始机构及找出一般化运动链

5.4.3 运动链连杆类配

5.4.4 组合运动链和优化运动链

5.4.5 实例分析

6 结构创新设计

6.1 结构设计的意义

6.2 结构变异创新设计方法

6.2.1 工作表面的变异

6.2.2 轴毂连接结构的变异

6.2.3 联轴器连接方式变异

6.3 结构组合创新设计方法

6.3.1 同类组合

6.3.2 异类组合

6.3.3 功能附加组合

6.3.4 材料组合..

6.4 引入新的结构要素

6.4.1 弹性(柔性)结构

6.4.2 快速连接结构

6.4.3 组合结构

6.4.4 智能结构

6.5 引入新的逻辑方法

6.5.1 自加强

6.5.2 自稳定

6.5.3 自补偿

6.5.4 自平衡

6.5.5 自适应

6.5.6 载荷分担

6.5.7 阿贝原则

6.5.8 合理配置精度

6.5.9 利用误差传递规律

6.5.1 0误差均化

6.5.1 1零件分割

6.6 引入新的设计理念

6.6.1 宜人化设计

6.6.2 绿色设计

6.6.3 方便装配的设计

7 一般创新设计技法

7.1 头脑风暴法

7.1.1 头脑风暴法的4项基本原则

7.1.2 头脑风暴法的实施过程

7.2 变异创新法

7.3 组合创新法

7.3.1 同类组合

7.3.2 异类组合

7.3.3 技术组合

7.3.4 信息组合

7.4 机遇利用法

7.5 技术移植法

7.5.1 技术移植法的应用条件

7.5.2 移植法的选择

7.5.3 技术移植法的主要类型

7.6 逆向构思法

7.6.1 反向探求

7.6.2 顺序.位置颠倒

7.6.3 巧用缺点

8 创造力开发

8.1 创造力的含义和特征

8.2 创造力的基本属性

8.2.1 创造力的普遍性

8.2.2 创造力的可开发性

8.3 创造力开发的内容.途径和一般方法

8.4 影响创造力开发的基本因素

8.4.1 知识因素

8.4.2 能力因素

8.4.3 素质因素

8.4.4 社会因素

9 创新失误分析

9.1 失误的经验是宝贵的财富

9.2 脱离社会需求导致创新失误

9.3 违背科学原理导致创新失误

9.4 “过期发明”导致创新失误

9.5 “不合时宜”导致创新失误

9.6 思维方式与创新失误的关系

9.6.1 思维定势

9.6.2 发散思维与收敛思维

9.6.3 类比推理与创新思维

附录A冲突问题解决矩阵

参考文献

……

机械创新设计第二版

基本信息

机械创新设计第2版

书号：　22072　ISBN：　978-7-111-22072-5

作者：　张春林　印次：　2-5

责编：　邓海平　开本：　16

字数：　357 千字　定价：　￥24.00

所属丛书：　普通高等教育“十一五”国家级规划教材

装订：　平　出版日期：　2010-08-12

内容简介

本书是一本介绍创新思维和机械创新设计方法的教材。全书从体系上分为三篇：机械创新设计的基础篇、机械创新设计的理论方法篇和创新设计的实例篇。机械创新设计的基础篇包括：机械创新设计的思维基础和技术基础两章内容；机械创新设计的理论与方法篇包括：机械机构的演化变异与创新设计、机构的组合与创新设计、机械结构与创新设计、仿生原理与创新设计、反求工程与创新设计、机械系统运动方案与创新设计、TRIZ理论与创新设计；机械创新设计的实例篇列举了工程中一些成功的创新设计实例，为创新理论与方法的应用提供了佐证。此外，本书在绪论中还对常规设计方法、现代设计方法和创新设计方法进行了分析对比；在附录中简要介绍了国内外的机械发展史和一些创新网站的网址。

本书可作为机械工程类专业的创新教育教材，也可供机械工程专业的教师和技术人员参考。

机械创新设计（张有忱）

图书信息

书名：机械创新设计

书号：9787302242048

作者：张有忱

定价：25元

出版日期：2011-1-1

出版社：清华大学出版社

内容简介

本书共分为9章。第1章为绪论，介绍了创造、创新和设计的基本概念，创新教育与创新人才的培养，机械创新设计与社会发展的关系。第2章为创新思维与技法，主要以创造学的理论为依据，结合实际问题分析了创新思维的特点与创新思维的过程，并分析介绍了几种常用创新的技法。第3章为机械系统方案与创新设计，重点论述了技术冲突解决原理（TRIZ理论）、建立原理解法目录、资源的分析与利用等系统方案创新的基本方法，以及构型的综合问题。第4、5、6章为机构的各种创新方法，分别就机构的变异与演化、机构的组合、机构的再生等创新设计技法进行分析与论述。第7章为机械结构设计与创新，介绍了在机械结构设计过程中，要充分考虑的基本要求，并分别从机械结构的功能，结构元素的变换，模块拼接与结构复用，以及材料、加工、装配、输送等方面，讨论了机械结构创新的要求与实现途径。第8章为反求设计与创新，介绍了反求设计的基本概念、反求设计的内容与基本过程，并对几个典型案例进行了反求设计分析。第9章为创新实例与分析，以全国大学生机械创新大赛的参赛作品为例，分析了创新基本理论在作品中的实际应用。各章后附有习题，可供读者练习。

本书可作为高等学校教材，也可供有关教师及工程技术人员或科研人员参考。

前言

FOREWORD

江泽民同志曾经指出： “创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力”。国民经济的发展水平取决于国家科学技术的发展水平，科学技术的发展水平在很大程度上又取决于科技创新的水平，而科技创新的水平又依赖于科技人员的创新能力的高低。创新是技术和经济发展的原动力。当今世界各国之间在政治、经济、军事和科学技术方面的激烈竞争，实质上是人才的竞争，而人才竞争的关键是人才创造力的竞争。

要培养出优秀的创新人才，除了需要被教育者具有一定的天赋外，教育机构以及教育工作者所遵循的教育观念和人才培养模式也起到很大的作用。创新人才的培养，根本的一条就是要靠教育。

我国现在是一个经济大国，但还不是一个经济强国。要想早日成为经济强国，就必须构建一个国家创新体系。这个体系可分为知识创新系统、技术创新系统、知识传播系统、知识应用系统和知识产权管理与保护系统。其中知识传播系统主要是指高等教育系统和职业培训系统，也就是说大学的教育是国家创新体系中不可缺少的一部分，承担着培养适应社会经济发展与科技进步的大批创新人才的历史重任。

经过多年的机械创新设计课程的教学和参与机械创新设计大赛的学生指导工作，作者逐渐探索出了一些机械创新的理论如何与实际的机械创新设计相融合的具体方法，初步了解了大学生在创新设计思维上的一些规律，所以觉得有必要编写一本适合学生学习和指导学生创新设计的教材。

本书从创新设计基本理论出发，研究讨论创造性思维、创造原理和创造技法；针对机械系统和装置的方案设计、机构设计、结构设计等环节，从各个角度探讨创新设计的规律。本书结合大学生机械创新设计大赛的参赛作品和部分工程设计实践案例，培养学生对机械创新设计的兴趣，提高学生的创新设计能力，力图做到理论联系实际、深入浅出、便于理解。

本书第1、2、3、7、8、9章由北京化工大学张有忱编写；第4、5、6章由北京化工大学张莉彦编写；全书由张有忱统稿。

本书承北京化工大学张美麟教授审阅，她对本书提出许多宝贵意见和建议，作者在此表示衷心的感谢。由于作者水平有限，错误和不当之处在所难免，恳请各位读者批评指正。

编者

2010年11月

部分章节

第1章绪论机械创新设计第1章绪论1.1创新设计概述1.1.1创造、创新与设计1. 创造《现代汉语词典》对创造的解释为： “想出新方法、建立新理论、做出新的成绩或东西”。实际上，目前世界各国创造学学者对“创造”还没有一个完全一致的说法，主要有以下几种解释。创造是指人们在综合观念、形象，解决问题并由此而产生新事物时显示特异性的活动。（强调了创造的“综合性”和“特异性”。）创造是不同质的素材的新组合。（重点在“不同质素材”的新组合。）创造是解决新问题、进行新组合、发现新思想、发展新理论，（新异性是创造的一个本质特征。）创造是依靠现在的条件对世界未来梦想的实现。（注重时空的跨越。）这里必须强调，创造的主体是人，是人有目的、能控制和调节的活动，且活动的产物是新颖的、前所未有的和有社会价值的。综合信息、重组信息的过程一直伴随着创造活动。2. 创新《现代汉语词典》对创新的解释为： “抛开旧的，创造新的”。创造（creation）强调新颖性和独创性，而创新(innovation)通常是对创造的某种实现，它是集科学性、技术性、社会性、经济性于一身，并贯穿于科学技术实践、生产经营实践、社会活动实践的一种横向性实践活动。“创新”一词一般认为是美国经济学家J.I.熊彼特在1912年最早提出的。它把创新的具体内容概括为以下5个方面： ①生产一种新产品； ②采用一种新技术； ③利用或开拓一种新材料； ④开辟一个新市场； ⑤采用一种新的组织形式或管理方式。并指出： “所谓创新是指一种生产函数的转移”。创新具有多个侧面，有的是因为它提高了工作效率或巩固了企业的竞争地位，有的是因为它改善了人们的生活质量，但是它不一定是全新的东西，旧的东西以新的形式出现或以新的方式结合也是创新。　自主创新包括三个部分，即原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。一方面，三者是一个完整的有机的组成部分，互相依存、互相支持。不能轻易否定某种创新模式的作用，而只讲一种创新。对于企业来说，创新的成功与否关键还是要靠市场来检验。无论何种创新模式，只要创新的项目成功了，创新的成果“扎根”了，这种创新模式就值得肯定。另一方面，从引进消化吸收再创新到集成创新，再到原始创新是自主创新的必然的发展过程。3. 设计《现代汉语词典》对设计的解释为： “设计是在正式做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先制定方法、图样等”。实际上，设计本身就是一种有目的的创作。设计是人类社会最基本的一种生产实践活动，它是创造精神财富和物质文明的重要环节。设计的发展与人类历史的发展一样，是逐渐进化、逐步发展的。人类开始的设计是一种单凭直觉的创造活动。这些活动的意义仅仅是为了满足生存，例如，为了保暖就剥下兽皮或树皮，稍加整理就披在身上防寒，也就设计了服装；为了猎取动物，分食兽肉，就设计了刀形斧状的工具，这也许就是最初的结构设计。后来设计就发展了，不再是仅仅为了生存，而上升到为了生活质量的提高，为了精神上的某种需要。例如，设计的服装不仅能御寒，而且还要美观，甚至还要用来体现社会地位，在封建社会，皇帝的服饰与百姓是有严格区别的。此时，人们开始利用数学与物理的研究成果解决设计问题。当设计的产品经过实践的检验，并有了丰富的设计经验以后，就开始归纳总结出各种设计的经验公式，还通过试验与测试获得各种设计参数，作为以后设计的依据，例如，“周三径一”就是早期人们用来估算圆周长和直径的计算公式。同时开始借助于图纸绘制设计的产品，逐步使设计规范化。现在的设计或称现代设计，则不论从深度还是广度都发生了巨大的变化。特别是电子计算机的出现，人们已不再把时间和精力花费在繁琐的计算上，而是用在更高层面的设计上，平面图纸的设计也逐渐被三维设计取代，并出现了优化设计、并行设计、虚拟设计等现代设计方法。设计产品更新换代的时间逐渐缩短，第一代产品刚问世不久，第二代、第三代产品则很快会接踵而来。例如，自1790年美国实施专利制度以来，至今已有600多万件专利。前100万件用了85年；后100万件只用了8年。在最近8年里，平均每天产生专利300多件。Gordon Moore在1965年预言平方英寸芯片的晶体管数目每过18~24个月就将增加一倍，成本则下降一半；在1969年，Gordon Moore在细致地总结和归纳后则将这个规律的时间区间修正为18个月。这就是著名的摩尔定律。在这样一个快速发展的时代，人们的要求越来越高，也就对设计以及设计工作者提出了更高的水准。设计向什么方向发展，设计如何解决现代人的需求，已经成为重要的话题。1.1.2创新设计机械创新设计是相对常规设计而言的，它特别强调人在设计过程中，特别是在总体方案、结构设计中的主导性及创造性作用。一般来说，创新设计时很难找出固定的创新方法。创新成果是知识、智慧、勤奋和灵感的结合，现有的创新设计方法大都是根据对大量机械装置的组成、工作原理以及设计过程进行分析后，再进一步归纳整理，找出形成新机械的方法，再用于指导新机械的设计。创新设计属于技术创新范畴，可以看出对创新设计的要求要比对常规设计的要求提高了许多。创新设计不仅是一种创造性的活动，还是一个具有经济性、时效性的活动。同时创新设计还要受到意识、制度、管理及市场的影响与制约。因此需要研究创新设计的思想与方法，使设计能继续推动人类社会向更高目标发展与进化。归纳起来创新设计具有如下特点：（1）创新设计是涉及多种学科（包括设计学、创造学、经济学、社会学、心理学等）的复合性工作，其结果的评价也是多指标、多角度的。（2）创新设计中相当一部分工作是非数据性、非计算性的，而是要依靠对各学科知识的综合理解与交融，对已有经验的归纳与分析，运用创造性的思维方法与创造学的基本原理开展工作。（3）创新设计不只是因为问题而设计，更重要的是提出问题、设计问题。（4）创新设计是多种层次的，不在乎规模的大小，也不在乎理论的深浅，注重的是新颖、独创、及时。（5）创新设计的最终目的在于应用。设计的本质是革新和创造。强调创新设计是要求在设计中更充分发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有竞争力的新颖产品。1.1.3创新的风险创新是一个艰难曲折的探索过程，存在着成功与失败两种可能，要创新，就要有敢冒风险、不怕失败的勇气。在进行创新设计的过程中，一定要有风险意识。“次贷”原本是一项金融创新产品，可是由它引起了全球金融风暴和经济衰退。铝金属热传导好、重量轻、防锈蚀，被用来替代铁类金属制造各种炊具，在当时看是一种创新，但是，经过实际检验，长期食用铝炒锅、铝铲炒的菜，容易患老年痴呆症。大规模杀伤性武器和化学武器的创新，有可能毁灭人类自己。所以，在进行创新的过程中，一定要分析一下存在的风险。1.2创新人才的培养1.2.1人才培养与创新教育为了适应21世纪人才培养的需要，必须转变教育观念，探索新的培养模式，为学生提供一定的创新教育。知识学习和积累是创新的前提，没有一定的知识就不可能掌握现代科学技术，也就没有很好的创新能力。所以，在人才培养过程中，增加创新教育是提高受教育者创新能力的重要手段。所谓创新教育就是以培养人的创新精神和实践能力为基本价值取向，以培养创造型人才为主要目标的教育。它的提出不仅是弘扬人的创新本性的需要，也是深化教育改革、全面推进素质教育的必然要求，体现了知识经济崛起的现代社会对创新性人才的呼唤。它不仅仅是教育方法的改革和教育内容的更新，而且是教育功能的重新定位，是带有全面性、结构性的教育革新和教育发展的价值追求。相对于传统教育而言，创新教育是一种超越式教育。从价值观取向上审视，传统教育只是在发挥着一种“复制”前人的功能，并无深刻的、内涵独特的创新意义可言。创新教育不但能以批判的精神继承历史上的一切文明成果，从容自如地适应现存世界，而且能够以强大的创造才能主动积极地丰富、发展和超越历史和现实，从而推动人类文明不断向前。相对于现存教育而言，创新教育是一种主体性教育。我国的现存教育，是脱胎于计划经济的教育。在当时的中央计划经济体制下，教育实行的是统一领导、统一考试、统一录取、统一分配、统一教材、统一教学方式的体制。一统化的教育内容、单一的教学方法、固定的教学模式，压抑了学生在教育教学活动中应该表现出来的高度的自主性、主动性和创造性，培养出的学生往往能力低、创造力差、个性风采欠缺。而创新教育的本质特征是把个体的地位、潜能、利益、发展置于核心地位，强调人的主体性，其职能是最大限度地激发学生的积极性、主动性和创造性。从这种意义上说，创新教育是一种主体性教育。相对于应试教育而言，创新教育是一种健全人格教育。应试教育的最大危害就是变相“奴化”学生的人格。在应试教育的桎梏下，学生只是分数和书本的奴隶，个性很难充分发展。而创新教育注重完善学生健全的人格，培养其崇高坚定的人生信念、坚韧不拔的奋斗志向、纯洁优秀的道德品质、超凡脱俗的审美理想、宽广渊博的文化素养和敏捷灵巧的生活技能；另一方面注重培养学生从事未来创造工作所必备的独特精神品质，如坚持探索、不随大溜的独立人格，标新立异、破除陈规的批判精神，不拘陈见、富于变通的灵活态度，博采众长、吸纳百川而又独树一帜的宽广胸襟等。相对于素质教育而言，创新教育是高层次的素质教育。素质教育是以提高全体国民素质为目标、以促进全面发展为宗旨、以育人为根本、以因材施教为方法的现代思想、现代教育模式的一种表述形式。它的内涵是面向全体学生，全面提高学生的基本素质，培养学生的创新精神和实践能力。创造教育则是高层次的素质教育，是素质教育的最高体现。因为创新教育所培养的素质不是一般的素质，而是创造素质。创造是人类本质的最高体现。以培养人的创造性为根本宗旨的创新教育，既是人类最高层次的教育，也是当前正在全面实行素质教育的一种最高形态的实践模式。人的创新意识、创新精神和创新能力主要是后天培养和教育的结果，这里所说的“创新”，不同于科学家的创新，而是指通过对学生施以系统的教育和影响，使他们善于发现、认识有意义的新知识（事物）、新思想（方法），努力探索并掌握其中蕴藏的基本规律，逐步形成相应的能力，为其成为“创新型”人才奠定必备的素质基础。联合国教科文组织的一份报告中说： “人类不断要求教育把所有人类意识的一切创造潜能都解放出来。”，即通过教育开发人的创造力，教育在创新人才培养中承担重要任务。联合国教科文组织也做过调研，并预测21世纪高等教育的5大特点：（1）教育的指导性——打破注入式、用统一方式塑造学生的局面，强调发挥学生特长，自主学习；教师从传授知识的权威变为指导学生的顾问。（2）教育的综合性——不满足传授和掌握知识、强调综合运用知识、解决问题的综合能力的培养。（3）教育的社会性——从封闭校园走向社会，由教室走向图书馆、工厂等社会活动领域，开展网络、远程教育。（4）教育的终身性——由于知识迅速交替，由一次性教育转变为全社会终身性教育（learning for life）。（5）教育的创造性——改变教育观，致力于培养学生创新精神、提高创造力。根据以上特点，我国高等教育人才培养也正开展由专才性向通才性过渡，努力培养并造就出大批具有创新精神与创新能力的复合型创新人才。创新教育与普通教育除了有很多相同的地方外，也有一些自己的特点。首先，创新教育强调培养人们的创新意识。创新活动来自于强烈的创新意识。创新教育要引导人们善于发现矛盾、勇于探索、敢于创新，要相信人人都有创造力、人人都可以搞创新。当然，也必须承认人与人之间创新能力的差别。其次，创新教育要从培养良好的创造心理和了解创造思维以及掌握创造原理与技法等方面着手，调动人的主观能动性，激发人们的创新热情。最后要说明一点，创新教育中必须加强创新的实践。和不下水学不会游泳一样，所有创新能力提高，必须有大量的创新实践。在教育中，发明创造的观念、创新的能力是与知识同样重要的内容。开设“机械创新设计”的课程也正是教学内容改革的措施之一。它不仅要传授学生一些创新技法，而且要激发学生的兴趣、产生主动获取知识的愿望；同时还要培养善于思维、善于比较、善于分析、善于归纳的习惯。1.2.2创新人才的特点具有较高的智商，这是创新的先决条件之一，但不一定是天才。有时过高的智商反而会影响创新，因为在常规教育中成绩出类拔萃者，往往容易过于自负，听不进不同意见，妨碍去寻求更多的新知识。所以，历史上很多的发明家，在常规教育中并不是成绩超群者。不惧权威与不谋权威。这样才能对权威的观点提出挑战，而且不谋自我形象和权威地位，这是创新型人才可持续发展和成功的重要特征，因为仅仅满足于以往的成就、不思进取往往成为发挥创新作用的主要障碍。具有如饥似渴汲取知识的欲望，以及浓厚的探究兴趣。这样，才能容易发现问题、提出问题、解决问题，并形成新的概念，做出新的判断，产生新的见解。1930年诺贝尔医学奖获得者芬森就是一例。丹麦科学家芬森到阳台乘凉，看见猫却在晒太阳，并随着阳光的移动而不断调整自己的位置。这样热的天，猫为什么晒太阳？一定有问题！带着浓厚的探究兴趣，他来到猫身前观察，发现猫身体上有一处化脓的伤口。他想，难道阳光里有什么东西对猫的伤口有治疗作用？于是他就对阳光进行了深入的研究和试验，终于发现了紫外线——一种具有杀菌作用、肉眼看不见的光线。从此紫外线就被广泛地应用在医疗事业上。具备强烈的创新意识与动机和坚持创新的热情与兴趣。只有这样，才会把握机遇、深入钻研、紧追不舍，并确立新的目标、制定新的方案、构思新的计划。因为创新的一个重要特征就是社会的价值性，即为社会进步与人们生活的方便而进行的工作。许多科学家正是带着这种强烈的责任感与使命感，做出了重要的贡献。法国的细菌学家卡莫德和介兰，为了战胜结核病，经历了13年的艰苦试验，成功地培育了第230代被驯服的结核杆菌疫苗——卡介苗。具备创新思维能力和开拓进取的魄力。这样，才能高瞻远瞩、求实创新、改革奋进，并开辟新的思路、提出新的理论、建立新的方法。具备百折不挠的韧劲、敢冒风险的勇气和意志。这样才会蔑视困难、正视困难、重视困难，并创出新的道路、迎接新的挑战、获取新的成果。1.2.3创新人才的培养1. 培养创新意识：唤醒、挖掘、启发、解放创造力1）相信人人具有创造力（创造力的普遍性）创造学的基本原理告诉我们，创造力是每个正常人都具有的一种自然属性。心理学研究也表明，一切正常人都具有创造力，这一论断是20世纪心理学研究的重大成果之一。同时也发现，人的创造力通过教育和训练是可以提高的。但目前人脑还有极大的潜力未开发。神经生理学家认为，一般人的大脑潜力仅利用4%~5%，少数人利用了10%左右。爱因斯坦的大脑的重量和细胞数量与常人相仿，但神经细胞的“触突”比常人多，说明他的大脑开发的比别人多，但最多也仅达30%。可见人的大脑潜力极大，创造力开发大有可为。心理学家认为，以下 15条方法有助于创新意识的培养。（1）多了解一些名家发明创造的过程，从中学到如何灵活地运用知识以进行创新。（2）破除对名人的神秘感和对权威的敬畏，克服自卑感。（3）不要强制人们只接受一个模式，这不利于发散性思维。（4）要能容忍不同观念的存在，容忍新旧观念之间的差异。相互之间有比较，才会有鉴别、有取舍、有发展。（5）应具有广泛的兴趣、爱好，这是创新的基础。（6）增强对周围事物的敏感，训练挑毛病、找缺陷的能力。（7）消除埋怨情绪，鼓励积极进取的批判性和建设性的意见。（8）表扬为追求科学真理不避险阻、不怕挫折的冒险求索精神。（9）奖励各种新颖、独特的创造性行为和成果。（10）经常做分析、演绎、综合、归纳、放大、缩小、联结、分类、颠倒、重组和反比等练习，把知识融会贯通。（11）培养对创造性成果和创造性思维的识别能力。（12）培养以事实为根据的客观性思维方法。（13）培养开朗的态度，敢于表明见解，乐于接受真理，勇于摒弃错误。（14）不要讥笑看起来似乎荒谬怪诞的观点，这种观点往往是创造性思考的导火线。（15）鼓励大胆尝试，勇于实践，不怕失败，认真总结经验。2）培养善于观察事物、发现问题的能力观察能力是对事物及其发展变化进行仔细了解，并把其性质、状态、数量等因素描述出来的一种能力。影响观察能力的因素是感觉器官、已有的知识和经验。提高观察能力的途径是培养浓厚的观察兴趣；培养良好的观察习惯（即观察要有目的性、计划性、重复性，观察结果要做记录等）；培养科学的观察方法（观察时要注意全局与局部、整体与细节、瞬间与持续现象的关系等）；时刻做有心人，时刻让感官器官处于积极状态。妨碍正确观察的因素是错误的理论、观念的束缚，及错觉或仪器误差导致的错误。图1.1所示的三条线段是等长的，但由于视觉的误差会认为中间的最长，上面的最短。图1.1比较三条线段的长度发现能力是指从外界众多信息源中发现自己所需要的有价值的问题的能力。发现问题的能力不仅仅在于发现，而更应注重对所发现问题的各种信息的融会贯通，理清它们的来龙去脉，为解决问题提供重要信息。历史和实践表明，科学上的突破、技术上的革新、艺术上的创作，无一不从发现问题、提出问题开始的。爱因斯坦认为，发现问题可能要比解答问题更重要。3）培养良好的创造心理创造力受智力与非智力因素的影响。智力因素：观察力、记忆力、想象力、思考力、表达力、自控力等；非智力因素：信念、情感、兴趣、意志、性格等。前者是基础，后者是动力。例如，兴趣对观察力与注意力具有很大的影响，只有对某事物极感兴趣，才会注意它、观察它，也才会从中发现问题并解决问题；情感是想象的翅膀，丰富的情感可以使想象更加活跃，而想象又可以充分发挥人的创造精神；意志是一种精神力量，它使人精神饱满、不屈不挠、不达目的誓不罢休。教育者应充分运用信念、情感、兴趣、意志、性格等非智力因素，开发与调动受教育者内在的积极因素，使他们通过对非智力因素的培养，促进智力因素的发展与提高。2. 掌握一些创新思维的方法、创新技术及技法创新思维是一种最高层次的思维活动，它是建立在前述各类思维基础上的人脑机能在外界信息激励下，自觉综合主观和客观信息产生新的客观实体的思维活动和思维过程。人们在日常生活和工作过程中经常交替进行的各种思维中，都存在着创造性思维的因素，只是成分高低上的区别。创新技法是在创新活动中运用创新思维和创造原理进行创新的具体技巧，它是创造原理更为具体化的表现形式。在解决机械工程的设计问题时，经常用到一些创新技法，它们就是某一创造原理的典型应用，或者与数个创造原理结合在一起用以解决机械创新问题。有关的一些创新思维的方法、创新技术及技法将在本书后面章节进行介绍。3. 要加强创造实践通过听课、阅读等学习手段只能帮助学生从理论上了解一些创新的基本知识和技法，但离真正掌握创新知识和技法还有很大距离，因此必须还要设置一系列的实践环节，进行实践性的创造活动训练。比如美国通用电气公司在对有关科技人员开设创造课程的同时，还进行一些创造实践的训练，两年后取得很好的效果，按专利量计，人的创造力提高了5倍。在各类学校里，开设创新设计类课程、开设创新设计实验室、开发创新设计的实验，为学生创造一个良好的创新实践环境，对培养和塑造具有创新能力的学生是极其有效的。另外大学生的各种课外科技活动竞赛，也是很好的创造实践活动，其中不少作品在学科中具有突破性的意义。4. 排除各种影响创新活动的障碍1）环境障碍外部环境：自然环境社会环境文化条件：守旧意识，中庸之道，平均主义，枪打出头鸟等。社会制度：计划经济下的等、靠、要，僵化的人事制度，应试教育等。内部环境：心理、认知、信息、情感、文化等不利的个人因素。2）心理障碍（1）从众心理从众是指个人自觉或不自觉地愿意与他人或多数人保持一致的个性特征，是求同思维极度发展的产物，俗称随大溜。一般来说，普通人从10岁以后，开始出现从众心理，会有意无意地同周围人尽量保持一致。这种心态有时可能发展很快。国外一位心理学家曾做过一个试验，他让几位合作者扮成在医院候诊室等待看病的病人，并让他们脱掉外衣，只穿内衣裤。当第一个真正的病人来时，先是吃惊地看了看这些人，思索一会儿，然后也脱掉自己的外衣顺序坐到长凳上，第二个病人、第三个病人……，竟无一例外都重复了同样的行为，表现出惊人的从众性。从人的心理特征来看这个例子，说明当与别人一致时，感到安全；而不一致时,则感到恐慌。从众倾向比较强烈的人，在认知、判定时，往往符合多数，人云亦云，缺乏自信，缺乏独立思考的能力，缺乏创新观念。法国一位科学家也做过一个有趣的试验，他把一些毛毛虫放在一个盘子的边缘，让它们头尾相连，一个接一个，沿着盘子边缘排成一圈。于是，这些虫子开始沿盘子爬行，每一只都紧跟着前面的一只，不敢走新路，他们连续爬了七天七夜，终因饥饿而死去。而在那个盘子中央，就摆着毛毛虫爱吃的食物。可以看出动物也具有这种心理特征。（2）偏见与保守心理偏见与保守心理指个性上的片面性与狭隘性，对新事物的反感与反抗。有了这种个性特征的人在看待任何事物时，往往是先入为主，在头脑里形成对问题的固定看法，用先前的经验抵制后来的经验；对逐渐出现的变化反应迟钝，不愿意接受新事物；在思维上代表了封闭性与懒惰性。国外一位心理学家做过一个试验，他先让受试者看一张狗的图片，然后再让受试者看一系列类似狗的图片，其中每一张图片都与前一张有差异，即每一张都减少一点狗的特征，增加一点猫的特征。这些差异累积起来，使最后一张图片像猫而不像狗。偏见与保守的人则一直认为图片是狗，而不是猫；而思维灵活的人则早认出图片已经变为猫了。（3）过分迷信权威英国著名哲学家罗素有一次来中国讲学。他首先向听众提了一个问题： “2加2等于几?”如果你是一名小学生，肯定立即说出答案，可是听课的数百人却面面相觑，竟然没有一个人敢回答。最后还是罗素自己说： “2加2等于4嘛!”这个故事告诉我们，不少人对权威过于迷信，丝毫也不怀疑，甚至盲目崇拜到连最基本、最简单的事实也不敢承认，这样会束缚人们的思想、扼杀人们的智慧，影响创造力的开发。3）认知障碍（1）思维定势习惯固定模式，机械套用，阻碍新点子产生。有些人如饥似渴地学习知识，积累知识，但运用知识时，却难以突破原有知识的框架，不敢越雷池半步。美国心理学家贝尔纳认为： “构成我们学习的最大的障碍是已知的东西，而不是未知的东西”。实验心理学表明，当人们采取特定的思路思考时，下一次采取同样思路的可能性也越大。一个个观念之间的联系，在每一次的思考中都得到了加强，导致这种联系一旦牢固地建立起来，就很难破坏，形成习惯性思路。思维定势就是沿着一种习惯的、固定的思路去考虑问题的一种心理现象，或者说是思考问题时的一种思维惯性，所以也叫“习惯定势”。它对创造性思考是十分不利的。（2）功能固着受事物经验功能局限，不可能发现潜在功能。例如茶杯的功能是作为容器盛水用，是否可以用它画圆，用作量具，甚至可当武器使用。在心理学课上总有这样一个实验：要求被测试者列举出“砖头”的一切可能利用的方式。绝大多数人总是局限在“砖头”的基本功能里，砌墙、盖房、铺路等。只有少数思维灵活的人可以说出其他用途，比如，砖头还可以用做砸核桃的墩子，抵挡窗子不让风吹开，捣成粉末擦净金属器皿，儿童用它作为积木玩具，可代替秤砣和制作火炉，当作武器和路标等。思想僵化、呆滞的人，很难提出新想法、新方案。（3）结构僵化认知上受结构局限，不能发现可变化的形态，导致创新思维受限制。例如，要求你用6根火柴在桌子上构造4个三角形，由于受桌面结构的影响，而从平面图形的结构上进行思维，总是行不通；若能跳出平面结构的局限，沿着空间结构进行思维就会恍然大悟，原来6根火柴可构造具有4个三角形的空间四面体，见图1.2。图1.2突破结构障碍（4）唯书本论书本是人类经验、智慧和体悟的结晶，但是，书本知识自身也存有一些缺陷：首先，书本上的东西主要是对历史的和现实的经验观念的总结，主要反映的是过去和当时的情况，但是，它不可能完全准确地解释当前实践中碰到的一切新现象、新情况和新问题。所以书本与当前现实并不完全吻合。有时人们认识不到书本知识的缺陷，一切从书本出发，以书本上的原理、结论作为法则，对新事物、新问题、新情况进行分析和判断，从而导致一些人对书本的过分依赖和崇拜，时时找书本，处处找依据，这就在人的头脑中形成了又一顽固的定型化了的思维模式——唯书本论。（5）唯经验定势在人们的学习、生活和工作中，由于经常与周围环境中各种各样的现象和事物打交道，逐渐积累了许多个人的经验。因此，人们对日常生活、工作中的很多问题的处理，都在不自觉地运用自己的经验。随着科学技术的高度发达，知识的日积月累，经验在很多领域、很多工作中，仍然具有其广泛的适用性。然而，对于创造思维的发展，经验具有双重性。首先，因为经验可以为创造思维提供“原料”，提供借鉴，提供教训，甚至经验自身以及经验之间的撞击，都是创造性思维的产物。所以说，没有经验就没有创造。其次，即是经验的另一面，称为经验性的东西，经过多次实践验证了其可靠性和有效性，这样又可能导致一些人对经验的过分陶醉、依赖，甚至于崇拜，对某些新现象失去了正确的观察和思考，形成了某种固定的思维模式，削弱了头脑的想象力，造成创意思维能力的下降。创造学研究表明，有时经验丰富的人反而提不出新的设想，许多开拓创新者，常常也是没有经验的新手，如显微镜、照相机、彩色胶卷、电报等都是由一些没有经验的文职人员经过努力而发明的。4）信息障碍在当今时代，信息的影响十分巨大，例如技术情报、专利信息、网络信息等。平时应经常查阅有关信息、资料，以免消息封闭，跟不上时代的步伐。1.3机械创新设计与社会发展的关系杨叔子院士在不同场合多次提到： “机械很重要，创新很重要，设计很重要”，由此自然可以得到“机械创新设计”很重要的结论。之所以很重要，主要是机械创新设计与社会的发展有着紧密的关系。1. 机械创新对人类社会发展的作用人类社会发展的历史实际上是一部不断创新和创造的历史。燧人氏发明“钻木取火”，使人类摆脱了茹毛饮血的原始人生活，从此吃上烧熟烤香的食物。钻木取火的装置实际上就是一种简单的机械。五千年前我国已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。汉代有种马车，车上站有木人，手中握有鼓槌。马车每驶至一定里程，木人就会挥动鼓棰，敲响前方的小鼓，古代称为记里鼓车。它的工作原理很简单：木人手上通过线连着一个齿轮，齿轮又连着另一个齿轮，形成一套减速齿轮组，齿轮组连着车轮。车辆起动，车轮就带动齿轮组，齿轮组带动木人，当到达一定里程时木人就会敲鼓。指南车传说是在西周时就已发明了，但最早的确切记载是在三国时期，指南车外形为在一辆车上立一木人，木人的一只手臂平伸向前，只要开始行走的时候，让木人的手臂指向南方，此后无论车子怎样改变方向，木人的手臂始终指向南方。人们很容易将指南车与指南针相混淆，其实二者虽然都有“指南”二字，但科学原理却完全不同。指南针是利用了磁铁或磁石在地球磁场中的南北极性而制成的指向仪器，而指南车的原理是车上装有一套差动齿轮装置，当车辆左、右转弯时，车上可以自动离合的齿轮传动装置就带动木人向车辆转弯相反的方向转动，使木人的手臂始终保持指向南方。英国发明家瓦特发明蒸汽机，改变了人类以人力、畜力、水力作为动力的历史，使人类进入蒸汽机时代，引发了第一次工业革命。从丹麦人奥斯特1820年发现的电流磁效应现象，到英国科学家法拉第于1831年10月的实验中总结出著名的电磁感应定律，他们的创造为发电机、电动机、变压器的发明问世奠定了理论基础，人类由此进入了电气时代。世界著名的发明家爱迪生，一生完成了2000多项发明，从他16岁发明自动定时发报机算起，平均每12天半就有一项发明，其中留声机、电影、电车、打字机等都与机械装置有关。这些发明对人类现代文明做出了巨大的贡献。

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