原理1.分割
（1）将物体分割成独立的部分，如用PC机代替大型计算机；用卡车加拖车的办法代替大卡车；用烽火传递信息（分割信息传递的距离）；在大项目中应用工作分解结构等。
（2）使物体成为可组合的（易于拆卸和组装的），如组合式家具；橡胶软管可利用快速拆卸接头连接成所需的长度等。
（3）增加物体被分割的程度，如用软的百叶窗代替整幅大窗帘等。
图4.21为分割原理的运用。
图4.21 分割原理的运用
图4.22 抽取原理的运用
原理2.抽取
（1）将物体中“负面”的部分或特征抽取出来，如由于压缩机用于压缩空气，所以将嘈杂的压缩机放在室外。
（2）只从物体中抽取必要的部分或特征，如用狗叫声作为报警器的报警声；使用录音机录制使鸟飞离机场的声音，而录制的声音是从鹰的叫声中分离出来的。
图4.22为抽取原理的运用。
原理3.局部质量原理
（1）将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀的，如：采用梯度变化的温度、密度或压力，而不用恒定的温度、密度和压力。
（2）让物体的不同部分各具不同功能，如：带橡皮擦的铅笔、带起钉器的榔头、多功能的工具（瑞士军刀）。
（3）让物体的各部分处于完成各自功能的最佳状态，如：快餐饭盒中设置不同的区域来存放热、冷食物和汤等。
图4.23为局部质量原理的运用。
图4.23 局部质量原理的运用
原理4.增加不对称性
（1）将物体的对称外形变为不对称的，如：引入一个几何特性来防止元件不正确的使用（如优盘插口、电插头的接地棒）；非对称容器或者对称容器中的非对称的搅拌叶片可提高混合的效率（工程搅拌机）；模具设计中，两边采用不同直径的定位销，以免混淆；非对称衣襟的衣服。
（2）如果对象已经是非对称，增加非对称的程度，如：为增强防水保温性，建筑上采用多重坡屋顶。
图4.24为增加不对称性原理的运用。
图4.24 增加不对称性原理的运用
原理5.组合
（1）合并空间上的同类或相邻的物体或操作，如网络中的个人计算机；并行处理计算机中的多个微处理器；水陆两用汽车；组合音响设备等。
（2）合并时间上的同类或相邻的物体或操作，如：摄影机在拍摄影像时同期录音、冷热水混合龙头、同时分析多项血液指标的医疗诊断仪器等。
图4.25为组合原理的运用。
图4.25 组合原理的运用
原理6.多用性
（1）使物体具有复合功能以代替多个物体的功能，如牙刷的把柄内含牙膏；可移动的儿童安全椅，既可放在汽车内，也可单独作为儿童车；门铃和烟气报警器组合；带电击器的手电筒；便携式水壶的盖子同时也是水杯。
图4.26为多用性原理的运用。
图4.26 多用性原理的运用
原理7.嵌套
（1）把一个物体嵌入另一个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物体，依此类推。如俄罗斯套娃；嵌套量规、量具；可伸缩式物品（电视天线、教鞭、相机镜头、钓鱼竿）等。
（2）让某物体穿过另一物体的空腔，如可堆叠的塑胶椅；折刀和可伸缩刀等。
图4.27为嵌套原理的运用。
图4.27 嵌套原理的运用
原理8.重量补偿
（1）将某一物体与另一能提供升力的物体组合，以补偿其重量。如：救生圈、用氢气球悬挂广告牌等。
（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重量补偿。如直升机的螺旋桨（利用空气动力学）；轮船应用阿基米德定律产生可承重千吨的浮力；赛车安装上阻流板用来增加车身与地面的摩擦力等。
图4.28为重量补偿原理的运用。
图4.28 重量补偿原理的运用
原理9.预先反作用
（1）事先施加反作用，以消除不利影响。如钉马掌；在做核试验之前，工作人员佩带防护装置，以免受射线损伤；为了让司机看到路面上比例合适的交通提示文字，所用的路面文字的书写形状都是“横粗竖细”的等。
（2）如果一个物体处于或将处于受拉伸状态，预先施加压力。如在步枪射击时必须预先用肩膀抵紧枪托，以此化解射击的后坐力；在灌注混凝土之前，对钢筋预加应力；给畸形的牙带上矫正牙套等。
图4.29为预先反作用原理的运用。
图4.29 预先反作用原理的运用
原理10.预先作用
（1）预置必要的动作、机能，如不干胶粘贴、手术前将手术器具按所用顺序排列整齐、邮票打孔等。
（2）在方便位置预先安置物体，使其在最适当的时机发挥作用而不浪费时间。如道路上转弯或出口的预先提示牌、手机设置单键拨号功能等。
图4.30为预先作用原理的运用。
图4.30 预先作用原理的运用
原理11.事先防范
采用事先准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。如胶卷底片上的磁性条可以弥补曝光度的不足、降落伞的备用伞包、图书中的防盗磁卡、应急楼梯／防火通道、汽车安全气囊等。
图4.31为事先防范原理的运用。
图4.31 事先防范原理的运用
原理12.等势
改变物体的动作、作业情况，使物体不需要经常提升或下降。如换汽车轮胎时，要用千斤顶把汽车有坏轮胎的一侧顶起到与车轴水平的位置，以方便卸、装轮胎；汽车制造厂的自动生产线和与之配套的工具；训练有素的骆驼自动跪下，方便人骑乘；工厂中与操作台同高的传送带；方便轮椅通行的无障碍通道；为方便汽车维修设置的地槽等。
图4.32为等势原理的运用。
图4.32 等势原理的运用
原理13.逆向作用
（1）用相反的动作替代要求指定的动作，如采用将内层物体冷冻的方法使两个套紧的物体分离，而不是传统的将外层物体加热的方法等。
（2）把物体（或过程）倒过来，如通过把杯子倒置从下边喷入水来进行清洗；用“倒计时”的方法制定应对时间紧的工作计划等。
（3）让物体可动部分不动、不动部分可动，如加工中心中将工具旋转变为工件旋转、大型商场中的助步扶梯、跑步机等。
图4.33为逆向作用原理的运用。
图4.33 逆向作用原理的运用
原理14.曲面化
（1）将直线、平面用曲线或曲面替代，将立方体变成球形结构或椭圆体。如在建筑业中用拱和圆来提高建筑物的强度、两表面间引入圆倒角，减少应力集中等。
（2）使用滚筒及球状、螺旋状的物体。如千斤顶中螺旋机构可产生很大的升举力；圆珠笔和钢笔的球形笔尖使书写流畅；在家具底部安装球形轮以利移动；古代用圆木运输重物等。
（3）改直线运动为回转运动，使用离心力。如洗衣机利用高速离心力甩干衣物上的水分等。
图4.34为曲面化原理的运用。
图4.34 曲面化原理的运用
原理15.动态特性
（1）自动调节物体，使其在各动作阶段的性能最佳。如飞机中的自动导航系统、形状记忆合金、自调节海绵床垫等。
（2）将物体分割成既可变化又可相互配合的数个组成部分。如装卸货物的铲车装卸货物时张开，铲车移动时铲斗闭合，以及折叠椅、笔记本电脑等。
（3）使不动的物体可动或可自适应。如在医疗检查中使用的胃镜和结肠镜、可弯曲的饮用麦管等。
图4.35为动态特性原理的运用。
图4.35 动态特性原理的运用
原理16.未达到或过度的作用
如果所期望的效果难以百分之百实现，稍微超过或稍微小于期望效果，会使问题大大简化。如大型船只在制船厂的制造过程中，往往先不安装船体上部的结构，以避免船只从船厂驶往港口的过程中受制于途中的桥梁高度，待船只到达港口后再安装上部的结构。
原理17.空间维数变化
（1）将一维直线运动的物体变为二维平面运动或三维空间运动，如螺旋楼梯可以减少占有面积等。
（2）单层排列的物体变为多层排列，如：多碟CD机、立体停车库、高层建筑等。
（3）将物体倾斜或侧向放置，如垃圾自动卸载车等。
（4）利用给定表面的反面，如在集成电路板的两面都安装电子元件等。
图4.36为空间维数变化原理的运用。
图4.36 空间维数变化原理的运用
原理18.机械振动
（1）使物体处于振动状态，如振动式电动剃须刀等。
（2）已振动的物体提高振动的频率，如磁振送料机、拉胡琴时的滑弦（琴弦振动频率变高，声音变尖）等。
（3）利用共振现象，如音叉（呈“Y”形的钢质或铝合金发声器）、超声波碎石机击碎胆结石、利用共鸣腔加热氢燃料实现火箭自动点火等。
（4）用压电振动代替机械震动，如高精度时钟使用石英晶体振动机芯等。
（5）超声波振动和电磁场共用，如在电熔炉中混合金属、采用超声波使混合均匀、超声波加湿器采用超声波高频振荡、将水雾化为1～5微米的超微水珠等。
图4.37为机械振动原理的运用。
图4.37 机械振动原理的运用
原理19.周期性作用
（1）用周期性动作或脉冲替代连续性动作，如特种车辆使用的闪烁警示灯、汽车发动机内的排气阀门、警车所用警笛改为周期性鸣叫以避免产生刺耳的声音等。
（2）已是周期性的动作，改变其运动频率。如用频率调音代替摩尔电码、可任意调节频率的电动按摩椅、使用AM（调幅）或FM（调频）或PWM（脉宽调制）来传输信息等。
（3）在脉冲周期中利用暂停来执行另一动作。如每五次胸廓运动进行一次心肺呼吸、打鼓的鼓点和套路等。
图4.38为周期性作用原理的运用。
图4.38 周期性作用原理的运用
原理20.有效作用的连续性
（1）持续工作，使物体的各个部分能同时满载工作。如汽车在路口暂停时，飞轮（或液压蓄能器）储存能量，发动机在适当的功率下工作，以便汽车随时运动。
（2）消除空闲或停止间歇性动作。如后台打印，不耽误前台工作、工厂里的“倒班制”、建筑或桥梁的某些关键部位必须连续浇筑水泥一气呵成等。
图4.39为有效作用的连续性原理的运用。
图4.39 有效作用的连续性原理的运用
原理21.减少有害作用的时间
将危险或有害的作业在高速下进行。如为避免塑料受热变形而高速切割塑料、用X射线拍骨片、照相用闪光灯、医学上的冷冻治疗等。
图4.40为减少有害作用的时间原理的运用。
图4.40 减少有害作用的时间原理的运用
原理22.变害为利
（1）利用有害的因素，得到有益的结果。如化工厂里废热发电、回收物品二次利用、处理垃圾得到沼气或者发电、各种疫苗利用细菌或病毒所产生的毒素来刺激人体产生免疫力等。
（2）将有害的要素相结合变为有益的要素。如潜水中用氮氧混合气体，以避免单纯使用纯氧造成昏迷或中毒等。
（3）增大有害性的幅度直至有害性消失。如森林灭火时用逆火灭火“以毒攻毒”（在森林灭火时，为熄灭或控制即将到来的野火蔓延，燃起另一堆火将即将到来的野火的通道区域烧光）等。
图4.41为变害为利原理的运用。
图4.41 变害为利原理的运用
原理23.反馈
（1）引入反馈提高性能。如声控喷泉、自动导航系统、楼道的声控灯等。
（2）若已引入反馈时，将反馈反方向进行，或改变其大小或作用。如根据环境的亮度自行决定照明度的路灯系统；电饭煲根据食物的成熟度来自动加温或断电；为使顾客满意，认真听取顾客的意见，改变商场管理模式等。
图4.42为反馈原理的运用。
图4.42 反馈原理的运用
原理24.借助中介物
（1）使用中介物实现所需动作。如弹琴指套（或拨子）等。
（2）把一物体与另一容易去除物暂时结合在一起。如饭店上菜的托盘、化学反应中引入催化剂、捆扎物品的包装绳等。
图4.43为借助中介物原理的运用。
图4.43 借助中介物原理的运用
原理25.自服务
（1）让物体具有自补充、自恢复功能。如自补充饮水机、不倒翁玩具、汽车使用有修复缸体磨损作用的特种润滑油等。
（2）灵活运用废弃的材料、能量与物质。如自动喷灌的喷头的摆动或回转利用了水流的冲力、用食物和草等有机废物做肥料等。
图4.44为自服务原理的运用。
图4.44 自服务原理的运用
原理26.复制
（1）用简单、廉价的代用品替代复杂、高价、易损、不易获得的物体。如虚拟现实系统等。
（2）用图像替代实物，可以按一定比例放大或缩小图像。如用卫星相片测绘替代实地考察、由图片测量实物尺寸、用B超观察胚胎的生长等。
（3）用红外线或紫外线替代可见光拷贝。如利用紫外光诱杀蚊蝇、红外报警器、门禁系统等。
图4.45为复制原理的运用。
图4.45 复制原理的运用
原理27.廉价替代品
用若干便宜的物体替代高价昂贵、耐久的物体，实现同样的功能。如用废钢炼钢，以减少铁水用量、降低成本；用废纸或破布或旧渔网等作为造纸原料；使用一次性的物品，如一次性的餐具等。
图4.46为廉价替代品原理的运用。
图4.46 廉价替代品原理的运用
原理28.机械系统替代
（1）用光学或视觉、听觉、味觉、嗅觉系统替代机械系统。如洗手间用红外感应开关、用声音栅栏替代实物栅栏（如用光电传感器控制小动物进出房间）、在天然气中掺入难闻的气味提示用户燃气泄漏，从而替代机械或电子传感器等。
（2）使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场。如为混合两种粉末，用电磁场替代机械震动使粉末混合均匀以及静电除尘等。
（3）用可变场替代恒定场、随时间变化的可动场替代固定场、随机场替代恒定场。如早期的通信系统用全方位检测，而现在用特定发射方式的天线可以获得更加详细的信息等。
（4）把场与场作用粒子组合使用。如铁磁催化剂，用感应的磁场加热含磁粒子的物质，当温度超过居里点时，物质变成顺磁，不再吸收热量，达到恒温的目的等。
图4.47为机械系统替代原理的运用。
图4.47 机械系统替代原理的运用
原理29.气压和液压结构
将物体的固体部分用气体或流体代替，如利用气垫、液体静压、流体动压产生缓冲功能；气垫运动鞋，减少运动对足底的冲击；减缓玻璃门开关速度的缓冲阻尼器；运输易损物品时，经常使用发泡材料保护等。
原理30.柔性壳体或薄膜
（1）使用有柔性的膜片或薄膜构造改变已有的三维结构。如在网球场地上采用充气薄膜结构作为冬季保护措施、农业上使用塑料大棚种菜、外科手术用薄膜手套防止感染等。
（2）使用柔性壳体或薄膜，使物体与环境隔离。如用薄膜将水和油分别储藏、超市里包裹蔬菜和副食品的保鲜膜、野营时使用的帐篷等。
图4.48为柔性壳体或薄膜原理的运用。
图4.48 柔性壳体或薄膜原理的运用
原理31.多孔材料
（1）使物体变为多孔或加入多孔性的物体。如泡沫金属（在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将既不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为轻的像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实）；座椅或沙发加上海绵垫后更加舒适；蜂窝煤、建筑非承重墙所用的空心砖等。
（2）若物体已有多孔结构，利用孔结构引入有用的物质或功能。如用海绵储存液态氮、用竹炭清洁室内空气、将氢存储在多孔的纳米管中达到容量大且安全的效果等。
原理32.颜色改变
（1）改变物体及其周围环境的颜色。如在南极地区收集陨石、在暗室中使用安全灯做警戒色、使用随温度改变颜色的示温漆测量室内温度等。
（2）改变物体或过程及其周围环境的透明度或可视性。如在半导体制作过程中加入有色材料的同时将不透明的物体变成透明的；使技术人员可以容易地控制制造过程、随光线改变透明度的感光玻璃；确定溶液酸碱度的化学试纸等。
（3）在难以看清物体或过程的情况下使用有色添加剂或发光物质。如充电电池充电标示、利用紫外光识别伪钞、道路上施工工人的外衣可以在夜间发光等。
（4）通过辐射加热改变物体的热辐射性。如在太阳能电池板上使用抛物面镜提高能量收集等。
图4.49为颜色改变原理的运用。
图4.49 颜色改变原理的运用
原理33.同质性原理
（1）把主要物体及与其相互作用的其他物体，用同一材料或特性相近的材料制成。如为减少化学反应，尽量使物体及包装材料一致；以金刚石粉粒作为切割金刚石的工具，切割产生的粉末可以回收；登山鞋的鞋底尽量接近岩石的撒面粉硬度；用汽油去除衣物上的油渍；用泥土混合肥料做成的花盆等。
原理34.抛弃或再生
（1）采用溶解、蒸发等手段废弃已完成其功能的零部件，或改造其机能。如胶囊药物的可溶性外壳、火箭助推器在完成其作用后逐级分离抛弃等。
（2）在工作过程中迅速补充消耗或减少的部分，或恢复其功能或形状。如草坪剪草机的自锐系统、汽车发动机的自调节系统、自动铅笔等。
图4.50为抛弃或再生原理的运用。
图4.50 抛弃或再生原理的运用
原理35.物理或化学参数改变
（1）改变物体的物理状态。如制作酒心巧克力时，先将酒心冷冻，然后将其在热巧克力中蘸一下；运输石油气时，不是用气态而是将气体液化以减少体积便于运输等。
（2）改变物体的浓度和黏度。如用液态的洗手液代替固体肥皂，可以定量控制使用，减少浪费等。
（3）改变物体的柔度。如洗衣柔顺剂可以让洗涤过的衣物更加柔软和蓬松，也可以消除静电；橡胶硫化可改变其弹性和耐用性等。
（4）改变物体的温度或体积。如烧制陶瓷、降低医用标本保存温度以备后期解剖、烹饪食品（提高温度来改变食品色、香、味）等。图4.51为物理或化学参数改变原理的运用。
图4.51 物理或化学参数改变原理的运用
原理36.相变
（1）利用物质相变时产生的某种效应。如体积改变，吸热或放热会使水在固态时体积膨胀，可利用这一特性进行定向无声爆破。如相变储能，即利用低峰谷电能加热相变物质，使其吸收能量发生相变（如从固态变为液态），把电能储存起来，在没有电的时间里，又从液态恢复到固态，并释放出热能。也可以或利用相变材料吸热特性做成降温服，即选择合适的相变材料加入衣料中，将这些材料包裹在直径平均500纳米的微型胶囊内，放到衣物上，天气炎热时能将热能吸收，而转冷时能放热，实现冬暖夏凉。又如用干冰所产生的二氧化碳蒸汽制造舞台的烟雾效果等。
原理37.热膨胀
（1）使用热膨胀或冷／热收缩材料。如医用温度计就是利用水银的热胀冷缩特性进行温度提示的；当办公楼内起火时，自动喷淋系统顶端装有乙醚的玻璃顶针就会因受热而胀裂，让水自动喷出等。
（2）组合使用不同热膨胀系数的材料。如热敏开关利用不同材料对温度的敏感度控温（两条粘在一起的金属片，由于两片金属的热膨胀系数不同，对温度的敏感程度也不一样，温度改变时会发生弯曲，从而实现温度控制），又如记忆合金可以在一定的温度下恢复到“原始状态”等。
图4.52为热膨胀原理的运用。
图4.52 热膨胀原理的运用
原理38.强氧化剂
（1）用富氧（浓缩）空气替代普通空气。如为持久在水下呼吸，水中呼吸器中储存了浓缩空气。又如火箭的液体燃料就是液态氧等材料等。
（2）用纯氧替代空气。如用纯氧——乙炔法进行更高温度的切割金属、用高压纯氧杀灭伤口的（厌氧）细菌、用高压氧舱治疗煤气中毒等。
（3）将空气或氧气中的物质用电离放射线处理，使用离子化氧气。如使用离子空气清新机等。
（4）用臭氧替代离子化氧气。如把臭氧溶于水中去除船体上的有机污染物、杀菌洗衣机等。
图4.53为强氧化剂原理的运用。
图4.53 强氧化剂原理的运用
原理39.惰性环境
（1）用惰性环境替代通常的环境。如用氩气等惰性气体填充灯泡，以延长灯丝的使用寿命；又如在汽车轮胎中充氮气，以提高轮胎行驶的稳定性和舒适性等。
（2）在物体中添加惰性或中性添加剂。如添加泡沫吸收声振动、高保真音响等。
（3）使用真空环境。如白炽灯泡、真空包装食品延长储存期、利用抽真空原理来做吸尘器、利用太空的高真空和强辐射来实现生物变异和基因变异等。
图4.54为惰性环境原理的运用。
图4.54 惰性环境原理的运用
原理40.复合材料
（1）用复合材料替代均质材料。如混纺地毯有良好的阻燃性能、使用铝塑复合管来做暖气管道、用石英玻璃纤维来制作耐热防火材料（如防火服、隔热材料）、玻璃纤维制成的冲浪板比木质板更轻、更灵活、更易于制成各种形状等。
（2）加入某种材料让其形成复合材料特性。如硬／软／硬的多涂层改善涂料的抗腐蚀性、浇注混凝土时加入钢筋形成钢筋混凝土、用植物纤维与废塑料制成的复合材料可替代木制产品做托盘和包装箱等。
图4.55为复合材料原理的运用。
图4.55 复合材料原理的运用
发明就是克服矛盾，而克服矛盾的常用原理即本节论述的40个创新原理。设计者一旦掌握了这40个创新原理，就可以大大提高发明的效率、缩短发明的周期，并使发明过程更具有可预见性。
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