怎样成为一个发明家

§1-4.创造是艺术，有一定规律可循、但是没有定律。保持好奇；善于观察；勤于思考；随时记录；加强交流；不断学习；大胆假设；严密构思；逻辑推理；重视实验；保持自信；绝不迷信。什么是发明?发明是原有事物的重新组合？这个定义不明确，因为发明一定是重新组合，但重新组合不一定是发明。泥巴揉一揉重新捏合是发明吗？所以没有抓住核心或实质。根据事物的规律（科学的和技术的），将原有事物有序地重新组合，使之产生新的功能，才是发明。根据电磁感应定律，发明发电机。根据数字电路的功能，发明各种智能控制系统。1.需要性；2.创造性；3.科学性；4.现实性。§2-2-1.方便生活的家具、厨具等；陀螺仪的万向节与儿童用碗的结合。组合原理手工刨子电刨（电机+刨子）所谓技术集成，是指把现有技术、特别是已经成熟的新技术纳入原有产品中来，形成新的、更好的产品。这是用得最广泛的创造技法之一。创造性要求并不高，但很有成效。飞机：技术集成的典型案例。集成了内燃机、喷气式发动机、无线电、雷达、铝合金、钛合金、碳纤维、……….A.材料—石头；木头；青铜；钢铁；铝；塑料；尼龙；钛合金；碳纤维；石墨烯：未来的材料。于始8000年前，新石器时代，磨制石器。于始200万年前，旧石器时代，刮削器、尖状器。旧石器时代的细石铲。介于新旧石器时代之间，突出特点，是盛行几何形细石器。石器以石头为原材料积成

碳纤维最早出现在1880年的美国，由伟大的发明家爱迪生研制成功，用作电灯泡的灯丝，是随著电灯泡诞生的副产品。一直到1950年代初随这空间技术发展，需要性能优良的结构材料，碳纤维才逐渐为各工业发达国家所重视。60年代之后获得迅速发展。碳纤维的由来。美国UnionChuekl公司（U.E.E.）为代表，于1963年开发成功。具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍。碳纤维是一代增强纤维。

60年代主要应用在火箭、宇航及航空等尖端科学，到80年代被广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。同时，随着高性能及超高性能的碳纤维的相继出现，它应用的范围越来越广，如A380、波音777、美国新型主战坦克，碳纤维比重占到15%以上。用碳纤维主要应用体育于高尔夫棒、网球拍、赛车、弓箭、跳竿、冰球棒、游艇、赛艇、滑翔机、人力飞机、帆船桅杆、摩托车及登山用品，如登山杖、滑雪杖、攀岩头盔等。一个原子厚的二维碳单质材料一个原子厚、至今为止最薄的材料。完全由碳原子组成的二维单质材料。格晶非常稳定、几乎没有缺陷。电阻极低、导电性非常好。至今强度最高、非常坚硬的材料。在其中，电子运动速度最快（可达光速的1/300）。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料。制造出超坚韧的防弹衣。这种物质为“太空电梯”超韧缆线的制造打开了一扇“阿里巴巴”之门，让科学家梦寐以求的２．３万英里长（约合３７０００千米）太空电梯可能成为现实。B.动力畜力；水力；蒸汽机；内燃机；电力；核动力；光电池。飞机---侦察机；战斗机；轰炸机；客机；货机；森林消防机；等等。卫星—通信卫星；侦查卫星；定位卫星；遥感卫星；气象卫星；航母，军舰和飞机的组合。网络，电脑和通信网的组合。数据链，是一种特殊的军用网络。卫星定位系统，多个卫星的组合。有需要、有目的地组合。组合需要解决关键技术。1909年，法国人克雷曼.阿德，提出飞机与军舰相结合的概念。1918年，英国“百眼巨人”号航母下水。1.4万吨，20架舰载机。第一艘现代航母。重巡洋舰“宾夕法尼亚”号从“伯明翰”号巡洋舰起飞起源于1969年，美国军方的一个课题。源自科研的需要、美国军方的需要等.主要用于各个战斗平台之间的数据传递。主要采用高频传播，在视距范围内它可使用特高频频段实现各种作战平台的互连。通常用来联通参加作战的战术部队，如海上舰艇、飞机和岸上节点。目前使用的数据终端有三种类型：一类用于大型飞机、水面舰艇和接入陆地主网的网关设施；二类用于作战飞机和小型舰；三类用于地面移动部队和小型无人驾驶飞机。

北斗导航卫星系统。银行（闲钱保值、筹款经营、银行获利）超市（减少员工、减少环节、大批进货）股份制（集中闲钱、投资产业）期货（套期保值、规避价格风险）保险业（分散风险）F1与奥运会（赞助商、广告费、电视转播权、冠名费、门票、F1-商品、奥运商品）。主要不是硬件发明，而是规则、模式的创新。主要是针对小发明的1.缺点列举法；2.希望点列举法；3.特性列举法；4.逆向思考法；5.组合创造法；6.增减中间环节法；7.移植法；8.附件创造法；9.分解创造法；等等。2-7-1.缺点列举法 着眼于已有事物。 任何事物都有缺点，改进就是发明。 例如，分析一台电视机的缺点：频道太少、体积太大、造型不够美、不结实、太贵、制造太麻烦、修理难以拆装，等等。各个单项指标并不出类拔粹，但是综合性能很平衡，结构简单，结实耐用，故障极少，造价低廉，威力巨大。世界名枪。缺点1：后坐力与枪托形成力矩，射击时枪会跳动，影响瞄准；缺点2：扳机把手不在重心下方，需双手举枪才能瞄准射击。AK47自动步枪优点：1）枪托与枪管没有力臂，后坐力不产生力矩，不会影响连续射击的准确度；2）枪把正好在重心下边，可以单手射击，省力，准确；这样，通过力学设计，就把射击精度提高了，而不需要提高加工精度、不需要特殊材料。改进就是发明。责任设计师：朵英贤（1932—），男，著名的武器设计专家、中国工程院院士、北京理工大学教授。被誉为“中国95式枪族之父”和“中国枪王”。5-10人与会主持人出题与会者将缺点写在小纸片上，互相传阅1-2小时，其间不得议论别人的想法产生10-100个缺点会后由专家整理，分析其可行性，选择一两个既是创造性会议，又是市场调查会议，也是市场心理调查会议着眼于未来事物。例如，对家用汽车的希望： 冬暖夏凉、空间宽大、座位舒适、可坐可睡、 平稳安全、驾驶简单、自动导航、可以办公、 有广播音乐、有视频、有冰箱、有微波炉、 可无线对话、可知道同伴位置、 可上天飞、可下水漂。 等等。 也可举行与缺点列举法类似的会议。5-10人与会。主持人出题。与会者将希望点写在小纸片上，互相传阅1-2小时，其间不得议论别人的想法。产生10-100个缺点会后由专家整理，分析其创造性、可行性，选择一两个。既是创造性会议，又是市场调查会议，也是市场心理调查会议。特性列举法就是将研究对象的全部特性一一列举出来，然后探讨能否改革，以获得发明成果的方法。将研究对象的全部特性列举出来，按名词、形容词、动词分类整理其特性。名词特性是指零部件、原材料、加工方法等。形容词特性是指形状、色彩、重量等。动词特性主要指功能、作用、性质等。

(1)名词特性。部件：笔杆、笔帽、笔夹、笔芯、油墨、弹簧、笔珠等。材料：塑料、铝、钢、不锈钢等。针对名词特性，笔杆是否可加保温层，使冬天油墨不凝固，书写流利；弹簧能否固定在笔杆里，以免换笔芯时失落；油墨颜色单一，能否改作红、黄、蓝、绿等多种颜色；能否制成可更换笔珠的笔芯？色彩、形状、长短、轻重等。针对形容词特性，笔杆的颜色可否改变，制成淡绿、豆绿、草绿、天蓝、湖蓝等淡雅的颜色；外形可否按手指压痕塑形，这样手感好，不易滑落；笔帽可否做成各种动物头像，供孩子使用？动词特性。书写、复写、绘图、装饰、礼品等。针对动词特性，整体结构可否向工艺品方向改进，使其具有装饰效果；可否制成带有较强磁性的单笔，按摩穴位，治疗疾病；可否按工作性质的不同，加入放大镜、比色表、换算公式、标准计量符号、反光镜等，使其具有专业实用性等。通过特性列举思考，就会发现圆珠笔改型换代的潜力很大，可以提出很多革新方案。当人们按照常规思考问题时，常常受到经验的支配，不能全面地、正确地分析事物。而倒过来想一下，采用全新的观点看事物，却往往有所发现。这种发明技术法叫做逆向思考法。早期的圆珠笔研制；解决了许多技术问题；但是笔尖漏油的问题一直困扰着发明者：总是等不到油用完就开始漏油了！多方努力不得解决。逆向思维：把油管做短一点，不等笔尖漏油，油就已经用完了！当然现在已经解决了。地热资源的利用，是众所周知的。温泉水，地下热水。温泉浴、蔬菜暖棚、冬季供暖。逆向思维：地冷资源？防空洞的冷气资源作廉价空调。直接利用和间接利用。组合创造法是最通用的创造技法之一，它可以是最简单的铅笔和橡皮的组合，也可以是高科技的电脑和机床的组合，它是以现成的成熟技术为基础的，选题范围广，技术基点低，技术开发快。组合形式可多种多样，归纳起来有下面几种：利用产品的功能进行组合创造，达到一物多用的目的。如常用的组合工具，一个手柄配用不同规格的起子、锥子；集烧、烤、闷于一身的微波炉；试电笔与螺丝刀组合；台灯与闹钟的组合；可视电话、电话、传真、打印组合等。把两种不同性质的材料组合在一起，取其优点，使性能更优越。如羊毛与涤纶组合成毛涤，棉花与涤纶组合成棉涤，把棉布和涤布组合成涤盖棉，使穿着舒适，牢度加强；化工生产设备使用的复合钢板，就是将不锈钢板与普通碳钢轧制在一起，不锈钢板抗腐蚀，而普通碳钢则抗破坏。将不同技术原理结合在一起实现某一种功能的组合。例如把电子技术与弦线机械振动结合为一体的电二胡和电吉他，又如机床与电脑结合的数控机床、光电结合的报警门铃、监控系统等。

如保温杯----杯子与保温瓶胆的组合，电火锅----电炉与锅体的组合，音乐贺卡----贺卡与音乐盒的组合等。在相片和相册之间，加相角，解决了相片和相册的连接问题。喷雾器----香水喷雾器；农药喷雾器；汽油汽化器。在一个主要产品上，增加一个附件，使主要产品具有更加完善的性能。将一个原有整体式产品，通过分解，形成一个新的产品，或者性能更好的产品。我们提及了9条创造技法。还有很多很多。其间也有重叠和相似的部分。日本人总结了100多条，太多太细、太繁琐哲学！一般认为记住10条左右即够。创造学发源于美国。20世纪30年代，美国尼布拉斯加大学克劳福德提出“特性列举法”。并首次在大学开设创造思维类课程。1941年，奥斯本完成并出版了《思维的方法》一书，第一次面对世界阐述了创造发明的思路与方法，从此诞生了新的学科——创造学。建立创造学以来，先后在欧洲、苏联、日本等国传播发展，1980年代传入我国。创造学界在创造哲学、创造心理、创造思维、创造原理和创造技法等方面展开了深入研究。这是创造学的核心体系。创造学居高临下，将人类创造史中丰富的经验和规律，纳入自己的理论体系，并对如何进行人的创造性开发获得了很多积极成果。传统创造学比较好地解决了小发明和商品设计的方法问题。譬如创造原理、创造技法。例如，著名创造学家奥斯本“检核目录法”：能否他用；能否借用；能否改变；能否扩大；能否缩小；能否代用；能否调整；能否颠倒；能否组合；….显然主要实用于小发明。在重大发明中适合局部思考，但解决不了创造的方向问题。我国创造学界的代表性著作，鲁克成，罗庆生编著，《创造学教程》。中国发明协会推荐，中国发明协会高校创造教育分会组织编写。回避解释历史上的原创发明的规律。整本书没有讨论诸如电机、飞机、核能、激光、计算机、网络这些历史上重大发明的创造思维。偶尔提到也是隔靴挠痒。拟历史、贴标签现象。锡纸圆筒，螺旋杆，带有尖针和薄膜的圆头例如，为了说明组合法的应用，把留声机的发明，归结为“锡纸圆筒，螺旋杆，带有尖针和薄膜的圆头这几件如此平常的物品，经爱迪生巧妙组合”的结果（P191）。难道这就是爱迪生的创造思维吗？爱迪生应该首先想到声音的波动本质，声音波纹的存储和提取方法，放大，等等问题。而不是组合。这种说法有贴标签的嫌疑。例子还很多。不是哪个作者的疏忽，而是传统创造学的困境。从形式上看，是分解创造。但发明家是怎样想的？为什么要这样做？应该是从播放立体声的效果考虑才发明的。在轴和轮之间，加滚珠轴承，解决了轴的摩损问题。真正的思维是：用滚动摩擦代替滑动摩擦。在举例说明“相似联想法”时，曾举一例（p123）：“在性质和形式上相似的事物之间所形成的联想。例如科学家从质量守恒定律想到能量守恒定律，再想到质量能量守恒定律，由爱因斯坦用E=mC2作了完美的表达。”实际上，1756年，俄国化学家罗蒙诺索夫观察化学实验，发现了质量守恒现象，但没有引起科学界注意；1777年法国拉瓦锡又得到同样的结论，这一定律才得到公认。根据迈尔的假说和焦耳的热功当量试验，1853年，焦耳和汤姆孙共同完成能量守恒和转化定律的精确表述。而1905年爱因斯坦的狭义相对论，更是从研究电磁场传播规律得到的。跟质量守恒定律、能量守恒定律无直接关系。这几个守恒定律根本不是“相似联想法”的产物。它无法正确总结这些发现的创造规律。这是一个拟历史论证的例证。创造哲学创造思维创造技法创造学实际案例案例分析案例分析创造学：脚踏历史真实.从实际总结规律.内在动力美国著名心理学家华莱士（Wallas)在研究了大量作家和自然科学家的发明创造的过程后，于1945年提出创造过程四阶段说。酝酿期（Incubationstage);准备期（Preparationstage);明朗期（Illuminationstage);验证期（Verificationstage).主要是从心理学的角度研究.对于科学家和工程师而言,过于抽象.从实际出发、从案例出发，分析内在动力，归纳一般规律。《案例分析创造学》1820年，奥斯特（H.C.Oersted）发现电流的磁效应。1821年9月，法拉第（M.Faraday）重复了奥斯特的实验。发现电流对磁极有横向作用力，使得小磁铁有绕电流作圆周运动的倾向。这个效应有使得电流变为机械运动的潜力。如果挖掘这个“效应的潜力”，就可能发明一种电动机。根据这个效应，法拉第设计制造了一个磁棒绕通电导线旋转和通电导线绕磁棒旋转的对称实验装置（如右图）。图中，左边的导线固定，当导线与水银接触而有电流通过时，导线周围产生了环形磁场，使得活动磁铁绕导线不停转动；右边的磁铁固定在水银槽里，当活动导线接触水银表面而有电流通过时，因为反作用，使得导线也不停地转动起来。法拉第设计这个装置，实现了产生效应所需要的条件。法拉第的“电磁旋转”实验，实现了电能向机械能的转化，同时也实现了连续的转动，成为人类历史上第一台电动机。此后的各类直流电动机，结构上有了很大变化。结构上的变化，均是为了改进实现条件的方式。譬如永久磁铁改为电磁铁，单匝线圈改为多匝线圈，裸铜线改为漆包线，等等。虽然在结构上有了很大的变化，但原理却没有本质区别。只是“条件实现方法的改进”。1）首先是奥斯特发现电流磁效应，法拉第重复了奥斯特的实验，发现电流对磁极有横向作用力，使得小磁铁有绕电流作圆周运动的倾向。正是这个“电流产生磁铁运动倾向”的效应，使得法拉第想到去挖掘它的潜力，实现了电能变机械能的旋转装置，发明了世界上第一台电动机。我们把这种挖掘基础科学规律效应潜力的方法称作“效应潜力挖掘法”。一种创造技法。2）为了利用这个效应，建立这个电磁旋转装置，需要一定的条件，既要有形成电流的回路，又要可以旋转的导体和磁棒，法拉第采用了如上图所示的水银杯和悬挂结构。这是“条件如何实现”的思维方法，也是一种创造技法。在后来的年月里，电动机在各个方面获得了巨大改进，例如用电磁铁代替永久磁铁，用漆包线代替裸铜线，用线圈代替单根导线，等等。我们统称之为“条件实现改进法”。1831年，法拉第发现了变化磁场能够在封闭电路中产生电动势，就是著名的电磁感应现象。他当时总结出五种情况下，即变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体，都会在导体中产生感应电流。法拉第用一个可转动的金属圆盘置于磁铁的磁场中，并用电流表测量圆盘边沿（A）和轴心（O）之间的电流（如图2）。实验表明，当圆盘旋转时，电流表发生了偏转，证实回路中出现了电流。这是历史上第一台发电机。1）法拉第发现了电磁感应定律，指出变化磁场会产生感应电动势。作为定律的发现者，法拉第非常敏感地意识到，这个效应具有开发成发电机的潜力。于是法拉第根据电磁感应定律发明了世界上第一个发电机，这体现了“效应潜力挖掘法”。2）法拉第之所以把发电机设计成圆盘发电机，是因为他曾经研究过阿尔果圆盘实验（1822年），并用电磁感应定律对其作了很好地解释。在磁场中旋转的金属圆盘内应该有感应电动势存在，只要用两个电极把电动势取出来就行了。这就是“条件的实现”创造技法。后来的发电机，将金属圆盘改为线圈，永久磁铁改为电磁铁，励磁方式改为混激式、自激式和自馈式，等等改进，都体现了“条件实现改进法”。 1）法拉第作为物理学家，他发现了电磁感应定律，但是他没有仅仅停留在自然规律的发现上。而是非常敏感地认识到，这个定律的效应有开发成发电机的巨大潜力。于是他又扮演起发明家的角色，立刻投入到发电机的设计中去。当然，作为物理学家，他不一定要去开发实用性的机械，而只需要研制出原理性示范机器、能够为后人指出方向就可以了。2）法拉第发明电动机，完全是他注意到电流对磁极有横向作用力，使得小磁铁有绕电流作圆周运动倾向的缘故；而他成功发明发电机，也完全是因为他对电磁感应定律的深刻了解，和对阿尔果圆盘实验的经验。并不是因为他采用了“发散思维法”，摆脱了传统思维和经验束缚的结果，更不是采信了外行的新奇建议。如果从发散思维和收敛思维的观点看，本案例中，实际上法拉第是体现了高度的收敛思维，收敛到物理规律效应潜力的应用上，并充分利用了他的研究经验。这和传统创造学的观点和精神是相悖的。3）在电动机和发电机后来的改进过程中，都使用了多匝线圈。这个技术改进增加了“磁链数”，使得安培电流的磁效应和电磁感应的效应大大增强。此外在电磁铁里普遍采用软铁芯，使得磁场强度极大增强。我们把这种利用某种结构、某种材料来增强效应的方法，称作“效应倍增法”。“效应潜力挖掘法”：挖掘基础科学规律的效应潜力的方法。“有什么用？”“条件实现改进法”：实现和改进产生效应所需要条件的方法。“怎么做？”“效应倍增法”：利用某种结构、某种材料来增强效应的方法。常常是利用正反馈。“怎样更加有效？”这三条创造技法是从物理学家做技术发明、特别是法拉第发明电动机和发电机的实际过程中提取出来的。特别适合从基础科学规律出发来搞发明的思路。1905年，爱因斯坦（AEinstan）发表了狭义相对论，提出了著名的质能关系E=mC2.

也就是说，质量为m的物体，所蕴含的全部能量E为mC2.大家知道，光速C是一个极大的数字，再平方一下就更加巨大。1克的物质所对应的能量是9×1013J.这意味着物质中蕴含着巨大无比的能量，这个潜力是及其诱人的。但是怎样利用这个巨大的能量，当时没有人知道，爱因斯坦也说，这是一百年之后的事。E=mC2直到1938年，德国的O.哈恩、F.斯特拉斯曼实现了重核裂变。迈特纳通过计算从中发现裂变后的产物有“质量亏损”

Δm.

E=ΔmC2=200MeV所谓质量亏损是指在重核裂变过程中，有一些实物粒子的质量转变为其他能的形式释放出去。物理学家对核裂变的质量亏损现象进行“效应潜力挖掘”，发现它具有释放核能的的可能。质量亏损200MeV200M