第四章 创新原理及其应用Word格式文档下载.docx
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在管理学和心理学上，也可以对组织和观念进行分割及组合。
4．课堂讨论
以下是一些利用分割原理来解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，
请你说一说。
1）把一辆大型载重卡车分成车头和拖车两个独立的部分；
2）大型项目的总体设计与各分项设计；
3）小袋包装茶叶；
4）用粉状焊料代替棒状焊条；
5）将一个磁盘，分成多个分区；
6）将一个大管径的输送空气管路的直角弯头分割成若干个小弯头，改善了
管路内的气流，并降低了气流的紊流效应；
7）人们将书籍划分为多个章节，以改善材料的陈述方式，以及材料被读者
理解和接受的方式。
二、抽取原理
如图4-4所示。
1．抽取原理的具体描述
1）从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性；
2）仅从物体中抽出必要的部分和属性。
［案例4-51
避雷针
利用避雷针，把雷雨云中的电荷引入大地，从而避免建筑物道受雷击，
如图4-5所示。
这是一个“从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性”的实例。
［案例4-61
光纤
大厅内，照明灯的下方十分明亮，而墙角处却显得比较阴暗。
我们可以
利用光纤，把灯光从大厅的中央，均匀地引到大厅的四面八方。
这既改善了
光线分布的均匀性，也大大地节约了能源。
这是一个“从物体中抽出必要的
部分或属性”的实例。
I案例4-7]
海军声呐
军舰在航行过程中，会从军舰上的各种设备里产生出大量电磁波。
这些
电磁波，严重干扰了水下声呐的正常工作，怎么办？
人们利用抽取原理，成功地解决了这个问题。
为把电磁波的干扰分离，
我们可让声呐系统远离军舰。
这只须用遥控装置拖曳声呐，让声呐与军舰保
持一定距离，干扰电磁波便自然远离声呐，而不会起负面作用了。
把系统中的功能或部件分成有用、有害部分，视情况抽取出来。
切记：
抽取
的目的是为系统增加价值。
抽取可同样应用于非实物或虚拟情况。
以下都是利用抽取原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你
说一说。
1）安装超声波驱鸟器，使飞鸟远离机场；
2）将狗的吠叫声这一特性抽取出来，引人到机器狗中；
3）从鸡蛋中分离出蛋清，用来烘烤面包；
4）高速公路上的隔音屏障；
5）化工生产中的萃取工艺；
6）猎头为用人单位遴选优秀人才；
7）融资收买运用抽取原理，以在与各组成部分组合为单项业务时相比，各
被抽取业务组成部分在公开市场上更有价值时，使股东价值最大化。
三、局部质量原理
如图4-6所示。
1．局部质量原理的具体描述
1）将物体、环境或外部作用的均匀结构，变为不均匀的；
2）让物体的不同部分，各具不同的功能；
3）让物体的各部分，均处于完成各自动作的最佳状态。
【案例4-81
瑞士军刀
在一把小刀上，折叠着多种常用工具，如小刀、剪子、起瓶器、螺丝刀
等。
显然，这把瑞士军刀的不同部分，具有不同的功能。
［案例4-9］
多格餐盒
在一个餐盒中，设置了多个间隔；
在不同的间隔中，可放置不同的食物，
如图4-7所示。
这种结构，避免了不同间隔内的食物彼此“串味”。
显然，此
时多格餐盒的各部分，均处于各自运作的最佳状态。
I案例4-101
非圆齿轮传动机构
非国齿轮传动机构具有实现非匀速比传动的特点，即当主动齿轮作匀速
转动时，被动齿轮作变速运动。
如图4-8所示。
不均匀的系统结构和环境往往是最有适应性的。
重点要实现系统中资源的最
优配置。
以下都是利用局部质量原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，
1）可以设置不同局部温度的冰箱；
2）带奶油的生日蛋糕；
3）带橡皮的铅笔；
4）带起钉器的羊角锤；
5）内部带有水银的“太空锤，’；
6）安排企业中举止文雅且谈吐利落的人员负责接待工作，可以让客户对企
业建立一种正面的第一印象。
四、增加不对称性原理
如图4-9所示。
1．增加不对称性原理的具体描述
1）将对称物体变为不对称的；
2）增加不对称物体的不对称程度。
【案例4-111
电源插头
为将电源插头正确地插入电源插座，我们可把接地插脚加粗。
通过这种
引入一个特殊几何形状的方法，把劝称的不那么安全的三腿电源插头，变成
不对称的安全型三腿插头，如图4-10所示。
［案例4一121
地宫的石门
我们知道大门多制造为长方形，且一般由均匀的木材制成。
但在北京明
十三陵中，定陵地宫的石门却不是这样。
这两扇石门又大又沉。
每扇门高
3.3m，宽为1.8m，重约4t。
门的横截面的形状，不是对称的长方形，而是离
门轴近处厚且宽，离门轴远处薄且窄的非对称形。
人们不禁要问：
为什么要
把门做成这种样子呢？
其实，当你推门时就会发现，不用费很大的力气，门
就很轻松地转动起来。
原来，这样做是为了使高大、沉重的石门开关灵活
方便。
对系统的状态做出变更，如改变系统平衡、让系统倾斜、减少材料用量、降
低总重量、调整物质流、变换支持负载等，从而消除冗余（如重量）或提高性
能（如密封）。
以下都是利用增加不对称性原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什
么，请你说一说。
1）汽缸密封圈的截面，由圆形改进为椭圆形。
2）在搅拌容器内，使用不对称形的搅拌叶片。
3）增强汽车轮胎一侧的强度。
4）同时有疏密齿距的木梳。
5）USB接口正反不对称，以防止插反。
五、组合原理
如图4-11所示。
1．组合原理的具体描述
1）在空间上，将相同的物体或相关操作加以组合；
2）在时间上，将相同或相关的操作进行合并。
I案例4-131
PCB板
把成千上万个电子元件，组合在一片集成电路芯片之中；
把成百上千个
集成电路芯片，安排在一块不大的PCB板上，如图4-12所示；
把成十上百块
PCB板，装入一个机箱之内。
以上的每项操作，都是组合原理的具体运用。
［案例4-14
调温水龙头
利用组合原理，我们通过调温水龙头把冷热水按不同比例混合，从而得
到不同温度的水流。
根据水龙头种类的不同，有以下两种调温方式：
1）分离水龙头：
用两个龙头分别调节冷水、热水的比例，然后流出，如
图4-13所示。
2）组合水龙头：
用一个龙头同时调节冷水、热水的比例，然后流出。
［案例4-151
玻璃运输
要把大块的玻璃运输到指定的远方，又要尽量避免玻璃受震破碎的损失，
人们只好先用柔软的物品把玻璃包好；
然后，再把包好的玻璃装进大木箱里
运输。
尽管这样小心，但玻璃的破碎还是很难避免。
怎么办呢？
其实，有经验的装却工人，很早就想出了一个既简单又有效的办法。
他
们在两块玻璃之间涂上一点水，然后把两块玻璃合并在一起，这两块玻璃就
牢牢地“私成”一块了。
水，既是最便捷的钻接剂，又是很好的减震缓冲
剂。
试验的结果和实际运输都证明，这是个不错的办法。
将新材料、新技术引人到老系统中，在时间和空间上加以组合，可以提高系
统性能。
此原理也可以用于』b理学或人力资源等学科中，以改变工作中的人际
关系。
以下都是利用组合原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你
1）计算机网络；
2）双核处理器计算机；
一3）杠推门；
一4）组合机床；
5）综合参数测试仪；
祖6）团队创造是对组合的一种强势应用。
在经仔细考虑后将乐于合作的与喜
批争论的成员组合至团队中，可增加判断思维并消除“团体迷思”，从而提高总
林团队成绩。
六、多用性原理
如图4-14所示。
1．多用性原理的具体描述
1）使一个物体具备多项功能；
2）消除了该功能在其他物体内存在的必要性后，进而裁减其他物体。
［案例4-161
牙刷柄内储存牙膏的牙刷
牙All足用来刷牙的工具。
牙刷柄内的空间，可用来储存牙膏，如图4-15
所示。
这样，一支牙刷除能用来清洁牙齿之外，还有存储牙膏的功能。
【案例4-171
报警门铃
一门铃是用来提醒家里来客的日常生活用具。
如在其内部再多安装一个烟
一感报警芯片，这个门铃就同时具备了火灾报警的功能，如图4-16所示。
在任意时间、地点和系统级别上，当系统具备多用性时，可以让系统具有更
多的协作或者增值机会。
以下都是利用多用性原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请
你说一说。
1）可拆卸的儿童安全椅，既可放在汽车内当座椅，也可拿到汽车外，作为
儿童车使用；
2）在企业中，具有多种才能的多面手；
3）大厦中的多功能厅；
4）医院里的全科医生；
5）老板椅；
6）工业界的标准是多用性原理的一种常见应用。
在某种标准之下产生的零
件，在与该标准相协调的那些系统之内具有多用性用途。
七、嵌套原理
如图4-17所示。
1．嵌套原理的具体描述
把一个物体嵌人另一个物体，然后将这两个物体再嵌人第三个物体，以此
类推。
［案例4-181
拉杆天线
我们把最细的第一节天线杆，推入稍粗的第二节天线杆空腔；
然后将这
两节天线杆，再一起推进更粗的第三节天线杆空腔……直至全部天线杆，都
缩进最粗的一节天线杆空腔内，如图4-18所示。
I案例4-191
推拉门
为节省空间，我们不是拉开门，而是把推拉门推进墙内的空腔，如图
4-19所示。
尝试不同方向上（如水平、垂直、旋转或包容）的嵌套，考虑空间的利用
和被嵌套对象的重量。
以下都是利用嵌套原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你
1）汽车安全带；
2）超市内的手推车；
3）俄罗斯套娃；
4）伸缩式钓鱼竿；
5）飞机的起落架；
6）卡片形式的广告嵌套于杂志书页之内。
八、重量补偿原理
如图4-20所示。
1．重量补偿原理的具体描述
1）将某一物体与另一能提供上升力的物体组合，以补偿其重量；
2）通过与环境（利用空气动力、流体动力或其他力等）的相互作用，实现
物体的重量补偿。
［案例4-20）
悬挂广告
如果无法借助高大建筑物，又不希望花费很大成本搭建脚手架时，利用
气球悬挂巨幅广告，就是个不错的办法，如图4-21所示。
［案例4-21］
潜水艇
～根据阿基米得定律，浸没在液体里的物体，受到一个竖直向上的力，称
之为浮力。
向上的浮力可抵消向下的重力，使潜水艇在海水中升降。
充分利用空气、重力、流体等进行举升或补偿，从而抵消现有系统／超系统／
环境中的不利作用（如力或重量）。
重量补偿原理也适用于商业问题、人际关系
或是其他学科。
以下都是利用重量补偿原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，
1）直升机的螺旋桨；
2）热气球；
3）游泳救生圈；
4）黄河上摆渡用的羊皮筏子；
5）给赛车装上阻流板，用以增加车身与地面的摩擦力，这里我们利用了空
气动力学的原理；
6）平衡的投资组合包括保守投资与进取投资的混合体，其可抵消市场压
力，以便设法保护投资。
九、预先反作用原理
如图4-22所示。
1．预先反作用原理的具体描述
1）事先施加机械应力，以抵消工作状态下不期望的过大应力；
2）如果问题定义中，需要某种相互作用，那么事先施加反作用。
［案例4-221
备用螺钉
把卖给用户的、可以由用户自行装配的产品，多提供几个备用螺打，这
样即使在装配过程中有某个螺打丢失也不影响装配工作，可有效地避免用户
的装配中断并提高满意程度。
［案例4一231
预应力结构
在物质的结构承受外荷载之前，人们预先对处在外荷载作用下的受拉区
施加压应力，用以改善结构使用性能的结构形式，被称之为预应力结构。
一提起预应力结构，人们马上就会想起预应力混凝土。
其实，在人们生
活中，很多地方都用到了预应力结构，如木捅、圆形水池、弯形构件等。
为
使木制的水捅坚固耐用，人们在还没装水之前，先把铁箍或竹箍紧紧地套在
捅壁上。
这样，就从外面对木桶壁产生一个环向的压应力。
若预先施加的压
应力，超过最大水压力引起的拉应力，木桶就不会开裂漏水。
为使圆形水池
坚固，也可以效仿木桶加箍一样，沿水池周边预先作用预应力。
同样，在弯
形构件的荷载加上去之前，给构件施加预应力，就会产生一个与荷载作用产
生的变形方向相反的变形。
当荷载要构件沿其作用方向发生变形之前，必须
首先把这个与荷载相反的变形抵消，然后才能继续使构件沿荷载方向发生变
形。
这样，预应力就像给弯形构件多施加了一道防护一样，改进了构件的机
械性能。
在我们身边，类似的这种例子实在是太多了，如图4-23所示的橡木
酒捅。
关键在于预先采取行动来抵消、控制或防止潜在故障的出现。
包括自然或人
的相互作用，如压力、危机、厌倦等。
以下都是利用预先反作用原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什
么，请你说一说。
1）酸碱缓冲溶液；
2）给钟表上弦；
＿3）汽车减震器；
4）接种防流感疫苗；
5）弓弩；
＿6）预留缝隙的桥梁路面；
7）在饮酒之前吃些东西或者吃一点化解酒精的药物，可以防止醉酒。
十、预先作用原理
一如图4-24所示。
1．预先作用原理的具体描述
1）预先对物体（全部或部分）施加必要的改变；
2）预先安置物体，使其在最方便的位置，开始发挥作用而不浪费运送
时间。
2．应用案例
l［案例4-241—
不干胶贴
为把纸粘在墙上，人们要把胶水涂在纸的背面。
但是，如果携带胶水不
方便的时候，那又该怎么办呢？
这促使人们进行考虑：
能否把胶水预先涂抹
在纸的背面呢？
正是这种思路，促成了不干胶贴的发明，如图4-25所示。
人
们只要揭下纸背面的保护膜，就可以很方便地把纸贴到墙上了。
［案例4-25］
预收费系统
当汽车驶入停车场时，收费系统就开始计算汽车停车费；
当汽车准备驶
出停车场时，根据计算的结果，收费系统已经自动计算出汽车的全部停车费，
加用4-26所示＿孩时＿献不必由停车管理苗讲杆羊工计葺了
＿在某一事件或过程之前采取行动。
目的在于增强安全性·
简化事情的完成过
程、维持正确作用、减轻疼痛、增加智力、产生某种优点及使过程简单化等。
以下都是利用预先作用原理趣}u下va谁鲡，＊、，、二＿＊，．＿‘．
＿，，竺’}N}Tam}}t7GTF1tJ1}:
}}工程难题的实例，其中蕴含的道理基“
－－－·
－、。
一时。
二二汗低,
1）手术前，将手术器具按YrrrfigMMlifi,P"
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2）在建筑的通道里安置的灭火器；
一3）已充值的公交车IC卡；
＿4）半成品食物；
一r5）写字楼内给各公司分配的邮箱；
6）在进行重大投资之前的商业交易中，实施预先的调研。
十一、事先防范原理
如图4-27所示＿
1．事先防范原理的具体描述
采用事先准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。
t案例4-261
降落伞的备用伞包
空降兵的降落伞装置中通常带有备用伞包，防止在跳伞时万一出现降落．
伞打不开的情况，立即启用备用伞包。
如图4-28所示。
I案例4-271
消防通道
消防通道是预先在建筑内外设置的安全楼梯和专用道路。
安全楼梯可以
一保证人员在建筑失火时能够便于逃生；
专用道路可以让消防车尽快抵达火场。
I如图4-29所示。
｝［案例4-28
｝汽车安全气囊
｝安全气囊预先安装在车厢内部的多处位置。
当车辆遭受较为剧烈的撞击
｝时，它会在瞬间充气膨胀以保护驾驶员和乘客。
如图4-30所示。
3．使用技巧
采用各种各样的技术手段来防止系统故障的发生和灾难的扩大。
防撞、防漏、
防跌、防坠物、防晒、防盗、防泄密、防跳槽、防灾等，都属于事先防范的范畴。
以下都是利用事先防范原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，
请你说一说。
1）航天飞机上的备用输氧装置；
＿2）防毒面具；
一3）汽车防冻液；
一4）超市内商品上贴的防窃磁条；
六5）赛车场跑道旁的废旧轮胎；
歹6）在生产过程中，可建立调节性库存储备，以降低停产的风险。
鬓
蒙十二、等势原理
一。
。
图4一所示。
1．等势原理的具体描述
改变操作条件，以减少物体提升或下降的需要。
［案例4-291
传送带
为把货物移至仓库的平台上，应使传送带与仓库的平台一样高，如图
4-32所示。
［案例4-301
船闸
为在高低不同的水位之间实现船舶的通航，人们利用船闸来进行船体的
升降。
要点是避免“直接对抗重力”。
可以通过环境、结构或系统所提供的资源，
以最低的附加能量消耗来有效地消除不等位势（有害作用）。
以下都是利用等势原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你
1）汽车修理厂的维修地沟；
2）供乘客登上飞机的舷梯；
3）建筑业提升重物用的卷扬升降机；
4）轮船码头上的龙门吊车；
5）仓库内搬运货物的叉车；
6）营销组织力争向新闻媒体传达均匀的公司形象及信息流，消除信息
误传。
＋三、反向作用原理
如图4-33所示。
1．反向作用原理的具体描述
1）用相反的动作，代替问题定义中所规定的动作；
2）把物体上下或内外颠倒过来；
3）让物体或环境，可动部分不动，不动部分可动。
［案例4-31］
分离两个套紧的物体
冷冻内层物体，而不是加热外层物体。
［案例4-321
冲洗器皿
器皿倒置，让水从下面向上喷，来进行清洗。
［案例4-33］
车床与膛床
车刀不动，工件旋转，而撞床则反之。
［案例4-341
跑步机
人在地面上跑步，地面不动而人向前运动；
而跑步机则是地面向后运动，
人保持不动。
如图4-34所示。
尝试让系统以某种方式“反转”或颠倒，看系统是否能由此获得新功能、
新特征、新作用及新对象。
以下都是利用反作用原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请
1）乘客随滚动电梯上下楼；
2）制作酒心巧克力的工艺；
3）内部冷冻进行管道连接；
4）倒立放置剩余不多的洗发水瓶；
5）定子与转子反向转动的电机；
6）用逆排序法制定工作计划；
7）当竞争者避开一个难以服务的市场时，可以寻找一种方式来为该市场根
供服务。
十四、曲面化原理
如图4-35所示。
1．曲面化原理的具体描述
1）将物体的直线或平面部分用曲面或球面替代，变平行六面体或立方体结
构为球形结构；
2）使用滚筒及球状、螺旋状结构；
3）改直线运动为螺旋运动，应用离心力。
．
【案一笔尖｝
仔细观察一下，圆珠笔和钢笔的笔尖，都是球形而不是别的形状。
这种
球形的笔尖，下墨均匀、书写流畅。
【案例4一361
家具滚轮
在家具腿部装上滚轮，便于移动，如图4-36所示。
｛［案例4-371
｝甩干机
｝甩干机的电机高速旋转时产生、；
大的离，。
力，可以除去衣物上的水分，
｝如图4-37所示。
在各种情况及各个系统中寻找线性情况、关系、直线、平面及立方体形状，
然后尝试在改变到非线性状态后可以实现哪些新的功能。
以下都是利用曲面化原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请
．1）利用千斤顶螺旋机构产生很大的升举力；
2）使用滚球鼠标在计算机的屏幕上画直线；
「3）绞肉机；
＿4）焦炭输送机是一种螺旋状结构的运输机械；
戴5）环形跑道；
i万6）改变企业文化的一种方式涉及消WIWa些抗拒改变的因素，以及逐步形成一种
濒接受的文化（线性思考）；
另一种方法是将文化视为一个系统：
当将一种改变方
｛祛应用于系统时，其可适应于这种抗拒，并被接纳。
如果尊重这种抗拒，并把对抗作
物反馈，那么利用设计好的一系列活动就可以改变公司的文化（球面思考）。
＋五、动态特性原理
如图4-38所示。
也能解决问题，即改善工程参数35装置的适应性及多用性，但同时导致工程参
数36装置复杂性增加不少，查技术矛盾矩阵列表得解决方法M35-36＝[15,29,
37,28]。
其中的原理15为动态化原理，根据该原理也可以联想到让插座变得
伸缩自如。
综合两个矛盾对，可以采取原理35参数变化和原
升级会员 