技术发明的原理与方法

第二节　技术发明的原理与方法

一、技术发明的类型与特点

通常来讲，技术发明是为满足人们的需要，为实现某种特定的技术目标而利用自然规律和技术原理所进行的具有新颖性、实用性和先进性的技术创造。根据技术发明的先进性，技术发明可以分为三种类型：一是基本发明。即将最新科学理论应用于产业发展，这种技术发明常常具有划时代的意义。二是应用发明。即以基本发明为基础，向其他各专业领域进行转移、派生所形成的技术成果。三是一般改良发明。它是应用已有技术的组合或对已有技术发明进行改良而创造和发展形成的技术成果。

技术发明和科学发现是人类创造活动的两个不同阶段，它们相互联系、相互促进。技术发明是对科学发现的创造性实施和延续，是在科学发现基础上产生的具有社会用途的技术成果。与科学发现相比较，技术发明主要具有以下特点：

（1）技术发明的目的和结果是为改造自然、造福人类，是在改造世界的生产实践过程中进行的科学成果向直接生产力的转化与应用。技术发明的成果主要表现在技术设计和产品制造等方面，即为新的设计或制造提出新构思、新方案，开发新产品、新工艺和作出新改革等。而科学发现一般表现为发现新事物、新现象、新特性，得出新概念、新原理、新定律，提出新假说、新观点、新理论等。它以探索未知为目的，是对自然界本身的研究，其成果是对自然界固有规律的认识和描述。

（2）技术发明在方法上偏重经验和试验，它不要求十分精确和严密，但必须十分实用、有效，所用方法一般是由抽象到具体。而科学发现是通过观察、实验发现新事物、新现象、新特性，进而上升到理性概括的过程，一般采用由具体到抽象的方法。

（3）任何科学发现和技术发明能否成立，都要看它能否产生有益于人类社会的实际效果。对于科学发现来说，就是要看它是否为人们提供认识自然规律的新知识，这种新知识有时能够引发人们在观念以至整个理论体系上的革命性变革。而对于技术发明来说，则要看它是否有益于社会生产或改善人们生活，满足人们生产或生活中的实际需要。

二、技术发明中的规划、设计与试验方法

（一）工程技术的规划方法

工程技术规划是对工程技术的发展从总体方向、目标、重点和措施上所作的远景设想与蓝图。工程技术规划在方法上应由以下步骤组成：

1．情况调查和背景研究

主要涉及两类基本因素：一类是科技因素。主要包括国内外在科学、技术、生产和规划编制与组织实施等方面的情况调查与经验总结，可以为工程技术规划提供科学背景、技术水平和由基础研究、应用研究成果所显示出的适应社会需要的潜在能力。另一类是非科技性因素。包括社会因素、经济因素和自然因素三个方面，可以为工程技术规划指明现实的社会需要和实现这些需要的社会资源、社会条件等有关因素。社会资源主要是指自然资源、智力资源和经济资源。社会条件主要是指与规划对象有关联的各种条件和关系的总和。情况调查和背景研究是编制规划的前提和基础，必须扎扎实实地做好。一般应既有定性的描述，又有定量的表现。对调查的情况和数字要进行去伪存真、去粗取精，科学系统地归纳整理，用文字、数字、图表等方式完整地表达出来。调查掌握情况和背景材料必须真实、系统、全面、可靠。

2．分析构思

即通过对调查材料的分析、比较，构思出工程技术规划的初步战略设想。这一步骤主要包括以下内容：一是发现技术问题。主要应着眼科学技术的研究成果与社会需要的交叉点，即到现有技术和社会需要不相适应的矛盾关系中寻找线索、发现问题。二是提出技术发展目标和水平。根据发现的技术问题进行集思广益的周密研究，从实际出发提出可能的发展方向和达到的水平。三是进行技术选择。技术选择不能只单纯考虑技术的先进程度，还必须把技术与经济、社会的各种因素综合起来，加以比较选择。衡量的主要标准是综合的经济效益和社会效益。四是确定工程技术项目。通过技术选择，就可以把技术问题和技术目标确定为工程技术项目或课题，在此过程中应注意区分客观需要和主观要求、特定需求和一般要求以及近期要求和长远需要之间的关系。

3．科学预测

科学预测是在分析构思的基础上，对既定工程技术项目的发展方向、发展趋势、总体目标和各项具体指标所做的预测。科学预测的主要内容包括：第一，发展方向和趋势预测。即对确定的工程技术项目运用各种科学技术方法进行发展方向、发展趋势以及可能达到的成就和最终效果的预测。第二，系统目标的预测。即工程技术项目所规定的技术系统应该达到的总体目标和各项具体指标。第三，提出实现目标的主要措施。即达到目标所采取的途径、措施、政策，包括需要投入的资金保证、智力开发方面的需要和打算，以及在领导体制和组织管理上需要采取的重大措施等。第四，初步拟定各种备选方案。其中，系统目标的分析和辨识首先要分析和明确组成总体目标的各层次或子系统目标之间的相互关系和相互作用，然后进行充分的技术经济论证，即达到系统目标必须具备的各种技术条件及其具体的功能要求，包括对需要和可能、技术性能和使用性以及经济性等进行反复论证和研究，最后进行系统功能的总体合成，以合理确定总体目标。在科学预测中，系统目标的预测至关重要。它使我们能够有的放矢地提出各种类型的技术原理或技术概念，为各种备选的总体方案的提出做好准备。

4．论证评价

即在各种可能的备选方案提出后，要通过工程技术项目的可行性研究与论证、评价，从中选择最佳方案。科学论证的过程是将规划草案（备选方案）由更多专家、更多方面参与的集思广益的过程。论证的重点在于方向和目标是否明确，任务和项目是否重要、关键，措施是否有力可行。论证的方式可以是开座谈会或个别征求意见。在论证过程中需要从以下方面进行综合评价，以检验规划是否合理、是否先进和是否优化：第一，系统性。要看整体系统是否最优化，整体目标是否明确，整体布局是否合理平衡、配套齐全。第二，先进性。即技术上是否有一定水平，是否具有适用性。第三，经济性。即经济上是否合理，这其中不仅包括微观经济效果，而且包括宏观经济效果；不仅要分析方案的开发成本，而且要看整个生命周期成本。第四，现实性。要从影响规划实现的各种技术性因素、社会心理因素、经济性因素和安全性因素等方面，综合考虑规划方案是否有实现的可能和适用意义。由于以上方面的因素相互联系、互相制约，因此在评价时要坚持系统综合评价和发展观点，以选取整体上的最优方案。

5．决策

决策是在充分论证和综合评价的基础上，对各种方案的选择所作的总体权衡和合理判断。决策按其目标性质可分成确定型决策和不确定型决策，不确定型决策中又包括风险型决策和竞争型决策。对于各种类型的决策，在最后决断时一定要区别情况、具体分析，给予不同考虑。对于确定型决策，由于它经过论证评价证实是确有把握的，决策就是根据论证评价的结果选择最佳方案。对于不确定型决策，要认真考虑决策可能发生的各种后果，按其严重性和影响程度加以全面衡量，要多种方案反复比较，甚至在进行多方案试点之后再进行决策。决策不仅取决于论证评价的准确性，而且直接与决策者的决策素养有关。因此，注意决策者的决策修养，包括工作经验、知识水平、创新精神、科技素养、民主作风和决断魄力的培养，是非常重要的。

（二）工程技术的设计方法

工程技术设计是根据规划方案的要求，运用科学理论、技术原理和工作经验使规划方案具体化的过程。工程技术设计的基本类型有：第一，开发性设计。是指在没有参照的设计方案和设计原理的情况下，从对设计对象的抽象要求出发，进行满足各项质和量方面要求的设计。如最初蒸汽机的设计就属于开发性设计。第二，适应性设计。即对已有的设计方案和原理在总体方面保持不变，只进行局部的变更，使设计对象适应于某种特殊的质和量的要求。如在汽油发动机中以新的汽油喷射装置代替传统的汽化器，以此达到节约燃料的设计，就属于适应性设计。第三，变异性设计。在保持已有的设计方案和原理以及设计对象功能、结构的情况下，进行结构配置和规模尺寸的改变，使设计对象适应于量的方面所要求的变化。如为达到改变传动扭矩或速比的要求，重新设计减速器的传动系统和尺寸就属于变异性设计。工程技术设计具有将技术原理转变和物化为技术实体的桥梁作用以及生产组织作用。

工程技术设计的一般步骤可分为以下三个阶段：一是概略设计，也称初步设计。它是概括工程技术规划提出的目标和技术原理，进行工作原理和基本布局等方面的初步设计，并画出概略草图。二是技术设计。这一阶段的任务主要是将通过概略设计初步确定的基本结构和主要参数具体化，对关键零部件进行技术分析，并在整体上进行协调。三是施工图设计。要求将通过技术设计得到的方案进一步具体化，最后绘制出总装图、部件图和零件图等全套图纸及说明书、计算书和预算书等全部设计文件，为制造、装配提供确切依据。

在工程技术设计中常用的现代设计方法主要有：

（1）动态分析设计法。动态分析设计法是从动态情况出发，通过研究在各种信号输入与干扰情况下系统保持正常工作、处于最佳状态的条件，从而使设计达到高可靠性、高速度和自动化等现代化要求的设计方法。例如，对于起重机的起重和制动，过去只考虑一个动载系数，只计算运动时的惯性力。但事实上在整个机器运动过程中，随时随地都有各种信号输入，在起重作业时吊臂与钢丝绳的长度、吊臂倾角和额定起重量等数值经常变化，作业人员、机器状况和环境等也复杂多变，处于动态过程中。这就要求我们在设计时要综合考虑整机的各个部分的动态特性，才能使设计更为科学、合理。

（2）最优化设计法。最优化设计是以数学最优化理论为基础，以计算机技术为手段，在保证满足设计要求的前提下合理选择设计变量数值，以获得一定意义上的最佳方案的设计方法。最优化设计的基本步骤可以概括为两个方面：

一是建立数学模型。即通过建立一个能够正确反映设计问题，由设计变量、约束条件和目标函数组成的数学模型，从而将工程技术设计问题转化为可以通过计算求解的数学问题。在数学模型中，设计变量是指在设计参数中数值可以改变，需要加以优选的独立参数；约束条件是指设计必须满足的，限制设计变量取值的条件；目标函数是指使设计最优化的设计变量的函数，它们表示设计所追求的各种指标。

二是求解数学模型。求解数学模型是在保证满足约束条件的前提下，寻找使目标函数数值最小的那组设计变量值。这一步骤主要通过计算机进行，具体可分为制定目标要求、选择最优化计算方法、编制运算程序和由计算机自动优选设计方案等更多步骤。

目前，最优化设计法已广泛应用于机械、化工、电气、造船、航空和制造工艺等工业部门的设计中，并且在提高设计质量、降低投资和成本、减轻重量、延长寿命、改进产品性能等方面起到重要作用。

（3）计算机辅助设计法。这种方法将人所具有的逻辑、推理、判断和图形识别、联想、表达、自我控制等能力和特点，与计算机所具有的计算迅速、精确，差错少，存储量大，能迅速显示数据、曲线和图形，能自动绘制产品图纸，可以直接对图形进行设计修改等功能结合起来，通过人和计算机之间进行信息交流，相互取长补短，建立最好的特性联系，以取得最佳设计方案。

计算机辅助设计的工作方式有：一是信息检索式。即首先把已有的产品及部件图纸进行整理并制成信息输入计算机存储器内，建立庞大的数据库。当提出设计对象的规格和性能要求后，利用计算机自动检索和计算，给出设计方案。二是最佳计算式。主要用于新产品开发过程中的工程技术分析，其特点是可以通过对多参数、大工作量的数据处理，达到技术分析和优选方案的目的。三是逐步逼近式。有些项目设计的技术要求和设计目标不能完全量化，这就需要设计者给计算机下达指令后，对于计算机输出的草图或布置图，凭借设计经验进行修改，并指令计算机返工重算，直至获得令人满意的图形。

（4）系统设计法。系统设计法是运用系统工程原理和系统方法进行工程技术设计，以求得整体最优设计方案的综合性现代设计方法。使用系统设计法可分成两个步骤：一是系统分析阶段，也称要素设计阶段。在此阶段首先将设计系统分解为若干相互联系的子系统或要素，然后分析各个要素或子系统的特性以及它们之间的相互关系，从而进行要素或子系统的最佳设计。二是系统综合阶段，也称结构设计阶段。在此阶段主要是把对各个子系统或要素的分析设计进行综合，以形成整个系统的技术方案，通过结构设计达到结构最优化。

在上述两个阶段中，子系统或要素分解既是系统分析阶段的关键，同时也是系统综合阶段的前提和基础，掌握适当极为重要。“适当”表现为两种情况：一是分解过细虽然便于分析，但不利于下一步的综合，反之利于综合，但又不利于分析，所以要分得适当；二是分解边界要适当，要尽可能减少干涉，以便使子系统比较独立，便于进行单独处理。

（三）工程技术的试验方法

如果说实验方法是科学研究最基本的方法，那么从一定意义上讲试验方法就是工程技术方法的中心环节。这是因为在科学理论和技术构思转化为技术成果过程中必须经过试验，同样技术成果要转化为生产能力也离不开试验，试验是工程技术研究的必然通道。试验方法是在工程技术研究和生产实践活动中，运用一定手段对科学理论和技术构思的物化成果进行探索和验证的方法。

与科学发现中的实验方法类似，试验方法从人的认识过程出发，可以分为经验试验和理性试验；从试验的功能和作用出发，可以分为探索性试验和验证性试验；从试验的目的出发，可以分为性能试验（定量试验、定性试验）、对照试验和析因试验；从试验将技术原理转化成生产过程的顺序出发，可以分为前试验（包括实验室试验、模型试验、中间试验）和生产试验（包括产前试验、半生产试验和全生产试验）。一个完整的试验过程，通常包括制订试验方案、进行试验操作和编写试验报告三个主要步骤。

（1）制订试验方案。试验活动技术性强、涉及面广，为使试验能够顺利进行并取得预想结果，必须在试验前对试验过程进行全面的总体规划。制订试验方案一般要进行以下几方面的工作：

一是确定课题。确定课题即是要明确试验的对象和范围。课题一般来自于科学理论和技术原理的推广应用、工程技术项目的实施和生产过程中有待解决的难题。为使课题的确定准确无误，应当围绕课题内容进行一定的调查研究。

二是制订初步方案。在课题确定之后，一般应在查阅有关资料和文献，弄懂、弄通课题的性质、基本要素和工艺原理的基础上制订试验的初步方案。围绕初步方案进行大量考察，研究与试验课题有关的经济技术指标和国内外有关的技术情况，研究与试验有关的仪器、设备、原材料及其他环境条件，以进一步加工、补充和修改初步方案。

三是形成试验方案。试验方案通常包括以下内容：第一，试验内容。即通过试验要解决的问题和取得的结果与目标。第二，试验手段。即试验要选用哪些设备和仪器、运用哪些技术资料，以及采取哪些具体的实施措施等。第三，试验程序。应符合“在方法上最简、在时间上最省”的原则，做到需要性与可行性、经济性和适用性相统一的原则。第四，试验数据资料的处理和分析方法，以及试验现场和试验对象等条件的准备。

（2）进行试验操作。试验操作是在试验方案确定和试验条件准备完毕之后，对试验方案的实施过程。试验操作要严格按照试验方案的规定程序进行。在试验进行过程中，应当认真、准确地记录试验中得到的所有数据和全面情况，包括各种意外情况，并力求清晰、明确、客观、完整。

（3）编写试验报告。试验结束以后，无论成功还是失败，都要对试验进行全面完整的总结，写出试验研究报告。试验报告是对试验中所获得的数据和情况通过加工、分析、处理之后，从感性认识上升到理性认识的结论性的资料。它对于找出和解决试验课题中提出的技术问题具有重要作用。

试验报告的内容通常包括：第一，问题的提出和简要的试验经过；第二，试验条件；第三，试验手段和方法；第四，数据处理方法；第五，试验结果分析；第六，结论；第七，存在问题及今后打算；第八，附录。包括典型而重要的试验记录曲线、数据处理结果表、试验规律曲线和典型试验现场情况照片等。

三、技术发明中的创造技法

创造技法是从创造发明的实践中总结出来的一些规则、技巧和方法。19世纪末20世纪初，随着科学技术的发展和社会经济繁荣，专利数量成倍增加，这使得有人可以大量接触到一些发明方案，并由此触发专利审查人员的灵感——总结发明家富有创意的技巧，并加以传授。1906年专利审查人E．J．普林德尔给美国电气工程师协会提交《发明的艺术》论文，不仅用事例说明发明的技巧，还建议对工程师进行训练。1928年至1929年，J．罗斯曼对平均每人获得39项发明专利的710名发明家进行全面调查，写出了《发明家的心理学》一书，其中也谈到用方法训练来促进发明的问题。1946年前苏联一批学者从175万件发明专利中选出4万件高水平的专利文献，对其发明思路进行总结，都属于同样的举动。

至今，据不完全统计，国内外创造学家已总结归纳出300多种创造技法，其中比较常用的有100多种，最基本、最著名的也有20多种。这些技法大体可以分为三类：一是扩散式发明技法。它是围绕创造发明对象，利用扩散式思维诱发各种创造性设想的发明方法。常见技法如智力激励法、联想发明法和设问列举法等。二是收敛式发明技法。它是通过搜集各种情报信息，针对待定的发明对象，按照一定的顺序进行收敛式思维的一种发明方法。常见技法如检核表法和形态分析法等。三是综合式发明技法。它是将发散式思维和收敛式思维综合起来交替使用的一种发明方法。通常来讲，一个较为系统完整的技术发明，往往首先要通过发散式思维提出种种创造性设想，然后用收敛式思维进行整理，这样经过多次循环往复才有可能实现。

以下介绍四种常用的创造发明技法：

1．智力激励法

智力激励法是利用群体思维的互激效应，针对专门问题进行集体创造活动的一种方法。这种方法起源于美国创造学家A．F．奥斯本1939年首创的“头脑风暴法”，是创造学研究提出的第一个创造技法。这一方法最初只用于广告的创意设计，后来很快在技术革新、管理创新和社会问题的处理、预测、规划等领域得到广泛应用。运用智力激励法，能够提出许多创造性设想。日本松下公司能在一年内获得170万条创造性设想，就是因为使用了这种方法。

智力激励法的基本原理是：抓住创造动因和事物联想这两个产生新设想的重要因素，组织众人围绕某一确定的课题或任务，一一提出自己的思考和设想。一般说来，某人提出一种设想，会引起其他人的不同思考，从而产生新的不同设想。由此得出的每一个设想，又成为一系列新的刺激思考的诱因。智力激励法之所以能成为颇具开发作用、备受人们喜爱的一种创造技法，正是因为它体现和利用了这种互激效应，推动人们在更为广泛、灵活和更为深刻、具体的思考中，引发出更多、更好、更为切实可行的创造设想。

智力激励法通常采取召开一种特殊的小型会议的方式。俗话说：“三个臭皮匠，抵个诸葛亮”。这种小型会议，为人们提供互相组合和移植不同知识或技巧的机会。因为参加者各有不同的经历、经验、知识和技艺，思考问题的方法与技巧也各有所异，然而需要解决的问题都是同一的，所以在这种多方位、多角度的“聚光”和“扫描”过程中，很容易“搜索”到理想的目标。同时，当人们置身于一种互相激励的氛围时，大脑皮层高度兴奋，往往会迸发出智慧的火花，闪现出在寻常环流中想象不到的巧办法或妙主意。我们通常所说的“触类旁通”、“情急生智”、“集思广益”就是这个道理。

运用智力激励法一般应遵守以下原则：一是自由思考原则。要求与会者敞开思想，不受传统逻辑和任何常规性思维的束缚和限制，提倡随心所欲，大胆猎奇。往往由于出现一些不切实际、荒诞可笑的设想，就可以打破人们的思维定式，成为刺激产生新创意的重要诱因。二是严禁批判原则。在会议上对别人提出的任何想法，包括否定的、肯定的和相互的、自我的想法，都不能批评，不得阻拦，更不允许批驳和“扼杀”、讥笑，抑制他人。要给与会者以心理安全和心理自由的保障。三是以量求质原则。在召开会议过程中，只鼓励和强调与会者提出设想，所提设想越多越好。会议以谋取设想数量为主要目标。统计调查表明，在同一期限内，一个能比别人更多地提出新设想的人，其中具有实用价值的设想则可能比别人高出10倍。可见，只有所提设想的数量增加，其中好的设想才会更多。四是综合改善原则。该原则的依据是“综合就是创造”。要求与会者自我反问，自我提醒，努力把别人的设想加以综合和改善，发展成为新设想、新思路。坚持这项原则，是搞好畅谈的重要保障。每个与会者都要充分利用别人的设想，诱发自己的创造性思维，使所有的与会者均可相互诱导、相互启发、相互激励，从而促使所提设想的数量在有限的会议时间内尽可能得到增加。

自20世纪50年代以来，奥斯本的智力激励法受到人们普通重视，并且有许多人对此进行补充、改进和完善，出现了一些类似的发明方法，如默写式智力激励法和卡片式智力激励法等。

2．奥斯本设问法

奥斯本设问法又称检核表法。它以横向思维为基础，要求思维灵活交换，抓住声音、颜色、气味、形状、材料、大小、轻重、粗细、上下、左右、前后等事物的基本属性，从多角度地考虑问题，探讨解题方案；运用联想、类比、想象等思维技巧，得到各种类型的答案，最后加以综合。这一技法综合多种技法的特点，可由此产生大量的创造性思路，被誉称为“技术发明技法之母”。

奥斯本设问法以提问的方式，对现有产品或发明从九个角度（提问）进行审核，从而形成新的创造技法。这九个提问分别是：第一，能否改变。能否将产品的形状、颜色、声音、味道、创造方法等加以改变。第二，能否转移。能否将现有发明应用到其他领域。第三，能否引入。能否在现有发明中引入其他创造性设想。第四，能否改进。能否在现有发明基础上略加改进，使其增加功能，延长使用寿命。第五，能否缩小。能否将现有发明或产品缩小体积、减轻重量或者使之分割化小。第六，能否替代。能否用其他材料、产品、技术、工艺、动力、方法来替代或代用。第七，能否更换。能否将现有发明更换型号或顺序。第八，能否颠倒。能否将现有产品、发明或工艺进行颠倒。第九，能否组合。能否将几种发明或产品组合在一起。

运用奥斯本检核表法，可从以下四个方面导致新的技术发明：

一是由灵活变换导致发明。包括从改变现有产品的形状、颜色、声音、味道、制造方法等五方面入手改变产品，产生新的技术发明；包括对现有产品或事物改小、扩大、延长或改大、减小、缩短，产生新的技术发明等。如：普通牛奶加桔汁、菠萝等，可制成不同味道的牛奶；利用电子音乐发声，可制成不同音响的门铃和汽车转向喇叭等。

二是通过寻找替代物进行发明。设问“把这一个换成那一个如何”、“能否寻找其他替代物”等等。这样的设问对技术发明极为有用。如有位名叫石川太郎的日本人，他看到妻子戴铜顶针做针线活，手指磨得红肿，于是就发明皮顶针，以皮代铜。这样材料便宜，又省去在顶针上做密密麻麻小坑的繁琐工序，石川太郎因此成为日本首屈一指的顶针业者。

三是通过寻找新用途进行发明。奥斯本认为技术发明有两类：一类是从确定目标着手，按照既定目标去寻找实现目标的方法。比如，要发明一种新的烙饼器，以此为目标去寻找新方法，或用电炉烤烙，或者采用红外线技术。另一类是从方法着手，由方法引向目标。比如，看到一个熨衣服的电熨斗，然后想象它还能有什么新的用途。结果想到还可以烙饼，于是外形稍加改变，就可发明一种新的烙饼器。

四是由颠倒易位导致发明。这包括由正面思考改为反面思考，由顺向思考改为逆向思考，设问“倒一下行不行”、“倒过来想一想会怎样”、“可否改变顺序，重新组合”以及“能否将几种发明或产品组合在一起”等等。此类方法实际也就是“逆向发明法”和“组合法”。当人们的思路局限在某一方面，无法摆脱常规思维的束缚时，用此设问引导思维转换，往往会使你豁然开朗，新的构思接踵而来。比如，日本人中田藤三郎解决圆珠笔漏油的问题。他发现圆珠笔漏油是因为笔珠磨损变小导致的，因此，他首先想到采用坚硬、耐磨的材料做笔珠来解决这个问题。但是，笔芯头部内侧与笔珠接触的部分因磨损变大，使漏油问题仍然未能得到解决。面对困境，中田藤三郎变换思路，发现当圆珠笔写到25 000字左右时，笔珠就变小漏油。于是他又想，既是如此，何不减小笔芯容量，使它写到25 000字时笔油用完，问题不就解决了吗？通过这番逆向思考，他很快就解决了这一难题。

奥斯本设问法的提问，把寻找问题的目标与解决问题的思路融会贯通，帮助人们对拟改进的事物进行分析、展开和综合，从而明确问题的性质、范围、程度、目的、理由、场所、责任等等。通过明确问题，缩小需要探索和创新的范围，把握技术发明的目标与方向，达到准确、有效地解决问题的目的。

3．列举法

列举法又叫排列法，是遵照一定规则把研究对象的特性、缺陷以及人们的种种希望列举出来，以寻求技术发明的一种技法。它以列举的方式，将问题展开，寻求发明创造的思路，是改进老产品、开发新产品的常用有效方法。这种技法实用且易于掌握，因此对于想从事创造活动，而又苦于无从下手的人，会有很大的帮助。

列举法根据列举的对象不同，分为缺点列举法、希望点列举法和特性列举法。

（1）缺点列举法。缺点列举法是指对一个事物（产品、工艺等）用挑剔的眼光，找毛病，找问题，找缺点，找差距，找不足，并针对这些毛病、问题、缺点、差距和不足寻找改进或创新方案的方法。

为消除产品缺点，大多数情况下用正面突破法去解决问题，但有时也可用缺点逆转法。如在很多车祸中，驾驶员撞在驾驶盘和仪表上造成伤亡。有人就想发明一种装置，能在车祸发生时，在驾驶员和仪表板之间形成一种气垫，以保护驾驶员。但是，有人提出相反建议，在仪表板上安装倒针，对着驾驶员，让他们不敢任意开快车，以防肇事。这种思考问题的方法，就是缺点逆转法。某毛纺厂由于原材料影响，使毛料上出现许多小白花点，在市场上质次价低，想尽各种办法也很难消灭它。某科技人员运用逆向思维，提出既然消灭不了，就干脆把它扩大成大白花点，在市场上换名叫雪花呢。做成大衣后穿在身上，好似身披一层雪花，在市场上十分抢手。

再如雨衣的改进。列举现用雨衣的各项缺点：①胶布雨衣夏天穿太热、太重；②塑料雨衣冬天易变硬、变脆；③穿雨衣骑自行车上、下不方便；④雨大时脸部淋雨睁不开眼，骑自行车容易出事故；⑤雨衣下摆贴身，雨大时雨水顺流而下，弄湿裤子和鞋；⑥胶布雨衣色彩单调，塑料雨衣式样千篇一律。针对这些缺点，可以提出许多改进方案。如采用新材料改进塑料雨衣易变硬、变脆的缺点；在帽檐上加一副塑料防雨眼镜或眼罩；丰富色彩，分别设计适宜男、女、老、少的各种不同式样的雨衣。北京某小学生针对第五项缺点，发明一种下摆可充气的雨衣，解决了雨大淋湿裤子和鞋的问题，获得国家青少年发明奖。

（2）希望点列举法。希望点列举法是通过列举某物品被希望具有的特征或功能，以寻找技术发明目标的方法。希望点列举法不受任何事物原型的束缚，这便为人们使用这一方法提供了广阔的创造思维空间。例如，有人提出希望发明一种“空时安眠药”，睡上10分钟后马上清醒，恢复精神，从而可以很好地改善学习效果，提高工作效率。这种药的本质是现有安眠药所不具备的。因此，希望点列举法与缺点列举法相比具有更大的创造性。这一技法可较多运用于新产品开发。

实施希望点列举法的关键是要激发、收集并仔细研究人们的希望点，在此基础上最终创造新产品以满足人们的希望。希望点的激发可运用智力激励法。如美国创造学家艾可夫，曾列举心目中理想的电话系统，希望：①不需用手即可使用；②在任何场合都能使用；③不会接到错拨号码；④听到铃声就能知道从何处打来；⑤如果电话占线可不挂机，待对方通话完毕后自动接线；⑥当无暇接电话时，可预留口信给他人；⑦三人同时通话；⑧选择使用声音或画面来通信息的电话。艾可夫请教从事电信业的朋友，这位朋友说上述设想在技术上都是可行的。如把其中任何一项作为创造目标，都会制造出更能满足人们需要的新式电话。

现在市场上许多新产品都是针对人们的各种“希望”研制的。人们希望电风扇能吹出阵风，于是发明模拟自然风的阵风电风扇；人们希望伞可以放进提包，于是发明折叠伞；人们希望夜间开门找钥匙方便，于是发明带电珠的钥匙圈；人们希望洗衣服不需费力拧干，于是发明甩干机；人们希望将重物搬上楼能不费力，于是发明能爬楼梯的小车等等。

（3）特性列举法。特性列举法是通过列举、分析创造对象的特性，把较复杂的事物或问题分解，以便较容易地获得创新设想的一种创造技法。该法由美国内布拉斯加大学教授、创造学家克拉福德首创。特性列举的主要方面包括创造对象的物理特性、化学特性、结构特性、功能特性和经济特性等。这些特性往往决定并影响着事物的整体性能与应用。根据这些特性，对事物的名词、形容词和动词等属性进行分析、提问，可诱发创新方案。

运用特性列举法必须注意两个问题：一是列举特性要详尽，尽可能不遗漏。对列举特性逐个加以分析，深入到事物的方方面面，发现问题，启发思路，探讨改进措施，提出创造性设想。否则，就会降低这种技法的实际效用。二是所选改进课题宜小不宜大，改进的产品越具体越好。这样便于获得成功。

4．逆向思维法

逆反思维法与创造性思维中思维的逆向性密切相关。它要求人们敢于并善于打破头脑中已有思维模式的束缚，对已有的理论方法、科学技术和产品实物持怀疑态度，从相反的思维方向去分析和思索，以探求新的创造发明。例如，花园和环境的绿化理所当然是在地面上进行的。但如果应用逆反原理去思考和布置，就可以突破传统绿化方式的单一性，产生下沉式、空间式、内庭式和立体式的绿化方式，由此创造出丰富多彩的生活空间，美化人们的生活。再如20世纪70年代初，世界很多科学家都在忙于提炼纯锗，而日本的江崎于奈和宫元百合子却在锗中掺加杂质，从而得到性能优异的电晶体，荣获诺贝尔奖。

在技术发明实践中，逆向思维法的具体运用可进一步区分为原理逆反、属性逆反、方向逆反和大小逆反等。

一是原理逆反。将事物的基本原理，如机械的工作原理、自然现象规律和事物发展变化的顺序等有意识地颠倒过来，往往会产生新的原理、方法和认识成果，并从而导致创造发明。如德国青年摄影师莫泽尔·梅蒂乌斯研究电影的原理逆反并在地铁中实行——在与车窗等高处的地铁墙壁上挂一幅连续变化的图画，当车辆运行时，图画正好以每秒24幅的速度映入乘客眼帘，于是乘客就会看到墙壁上的“活电影”了。这不就是一种在地铁中做广告和艺术宣传的很好方法。

二是属性逆反。创造的属性逆反是有意以与某一属性相反的属性去尝试取代已有的属性，即逆化已有的属性，从而进行创造活动。如福州市一中学生将普通积木改为空心，并在其中装进适量沙子使其重心可以移动。这种空心积木可以搭、拼出普通积木所不能组成的异型图案，尤其适合各种动物积木的拼搭，表现出很强的创造性。

三是方向逆反。完全颠倒已有事物的构成顺序、排列位置或安装、操纵、旋转的方向以及完全颠倒处理问题的方法等，都属于创造的方向逆反。例如，逆反电风扇的安装方向可使电风扇变成“排风扇”。广东万宝集团公司将传统的上冷下热式电冰箱逆向创新为“上热下冷”，即上为冷藏室、下为冷冻室，不但使用方便而且节能省电。

四是大小逆反。对现有事物或产品即使是单纯进行大小尺寸上的扩大或缩小，其结果常常也能导致其性能和用途等发生变化或转移，从而实现某种程度上的创造发明。如计算机从问世以来，其外形尺寸如不是经过逐步缩小的创新，要迅速发展到今天这样的状况是不可能的。深圳最先推出的锦绣中华微缩景观，其创意就在于整体尺寸的缩小。

四、技术发明原则

技术发明原则是指人们在技术发明的实践活动中必须遵循的法则和判断技术发明构思的标准。在技术发明活动中人们形成的关于技术发明对象的新设想，应当按照技术发明原则对其进行有意识、有目的的酝酿、判断和改善，以使之成为真正的创造性成果。

1．遵守科学原则

技术发明必须遵循现代科技的发展规律和基本原理，任何违背科技原理的技术发明都是注定不能成功的。例如近百年来，许多才思卓越的人耗费心思，力图发明一种既不消耗任何能量、又可源源不断对外做功的“永动机”。但无论他们的构思如何巧妙，结果都逃不出失败的命运，其原因是他们的技术发明违背了能量守恒的基本原理。为使技术发明取得成功，在进行技术发明构思时，必须做到以下几点：

第一，对技术发明设想进行科学原理相容性检查。如果关于某一创造问题的初步设想，与人们业已发现并得到实践检验证明为正确的科学原理不相容，就注定不会获得最后的创造成果。在这一点上要尊重科学，但不迷信权威。比如，在发明飞机和无线电通讯等技术过程中，又都曾有过貌似科学、却并不科学的错误认识，阻碍了科学技术的发展。因此，只有当任何技术细节和实现方式都不可能影响论证的结果时，科学理论的否定性论证才是有效的。

第二，对技术发明设想进行技术方法可行性检查。任何事情都不能离开现有条件的制约。如果设想所需条件超过现有技术方法的可行性范围，则该设想也就只能是一种空想。比如，有人设计出一种扑翼式人力飞机，其结构有独特之处，但需要弹性超群、质地轻巧、坚固耐用的翼面材料。而目前的技术工艺水平，还制作不出这种超理想的复合材料，所以该设计就只能束之高阁。

第三，对技术发明设想进行功能方案合理性检查。一般说来，任何技术发明的新设想在功能上都有所创新或增强，但一项新设想的功能体系是否合理，关系到该设想是否具有推广应用的价值。例如，一种类似帆船、由风力驱动的运输车辆并非制造不出来，关键问题是使用这种风动车辆会产生许多麻烦。由于风的不稳定性，这种车辆在公路上行驶往往会陷于时快时慢、时走时停的状态，这不仅妨碍交通，而且自身也很不安全，是交通规则所不允许的。

2．市场评价原则

当某一设想与科学原理相容且技术方法可行时，要将其转化为现实是完全可以的，但仅此并不意味着技术发明的成功。因为技术发明的成果是否具有实用性，能否成为商品走向市场，必须接受市场的检验和评价。为此，爱迪生曾说：“我不打算发明任何卖不出去的东西，因为不能卖出去的东西都没有达到成功的顶点。能销售出去就证明了它的实用性，而实用性就是成功”。

按照市场评价的原则来分析技术发明设想是否具有实用性，能否经受市场检验实现商品化和市场化，主要应考虑以下几个方面：

一是该技术发明解决的问题是否迫切。事实表明，一项发明如果解决了人们迫切需要解决的问题，那么其实用价值就比较高。所谓“需要是创造之母”即是指这个道理。比如，当火车与轮船已在世界上广泛应用时，远距离通信就成为迫切需要解决的问题，这时电报的发明具有很大的实用价值。

二是该技术发明是否容易使用。一项能够解决某些问题的技术发明，必须保证其本身使用时很方便，否则常会降低其实用价值。比如，家用手摇绞肉机用起来虽然比菜刀剁肉省力，但由于使用时需要经常清洗，十分麻烦，结果不少人购买后却弃之不用，其实用性也就不大了。一种东西越轻便，占地越少，维修保养和操作越方便，其实用性就越大。

三是是否富有美感。造型美观、赏心悦目也是组成实用价值的重要部分。例如，钟表本来是用于指示时间的，但不能认为只要走得准就必然是受欢迎的。现在生产的各类款式的钟表不仅走时很准，而且也可以满足人们的审美需要。

3．相对最优原则

“人无我有、人有我优”已成为众多创造者的技术发明理念。技术发明的相对最优是通过相互比较而实现的。所谓比较，就是将新发明的可能效果同那些要解决同样问题的全部已有技术相比较，看其是否更加优越。比如，爱迪生发明的碳阻电话，其话筒与原来贝尔所用的液体变阻器话筒虽属两种不同的技术，但其功能却相同。很明显，前一种技术更为简单、方便、耐用，比后一种要优越一些。

运用相对最优原则判断、选择技术发明设想，主要应考虑以下几个方面：

一是从技术发明的技术先进上进行比较选择。技术发明的目的之一是促进科技发展，因此可从技术发明设想或成果的技术先进性上进行分析比较。尤其是应将创造设想同解决同样问题的已有技术手段进行比较，看谁更领先、更超前。

二是从技术发明的经济合理性上进行比较选择。仅有先进的技术水平，而其经济性能指标不佳的技术发明，在市场上也是没有多大发展前途的。经济合理性是评价判断一项发明成果有无市场生命力的重要因素。对各种设想的可能经济情况要进行比较，看谁更合理、更节省。

三是从技术发明的整体效果上进行比较选择。技术和经济应该相互支持、相互促进，两者之间的协调统一构成事物的整体效果。任何技术发明的设想和成果，其实用性和创新水平主要就是通过其整体效果体现出来的，因此对整体效果的比较要看谁更全面、更优越。

四是要避免轻易否定的倾向。尤其需要注意的是，不同技术之间很难比较优劣，这就造成一些相关技术及其具有完全相同用途的产品在市场上并存的局面，从而为技术发明活动带来更为广阔的空间。比如，市场上常见的钢笔、圆珠笔和铅笔，以及只能写铅笔字的普通木质铅笔、自动铅笔和细芯铅笔等，并不互相排斥。它们各有优缺点，可适应各自的顾客心理，适用各自的特定场合。

4．机理简单原则

有人认为，一项发明的原理和构造越复杂，就说明其水平越高，其实这是一种错觉或误解。在实际生活中，如果不限制实现方式的复杂性，几乎大多数技术发明目标都是能够实现的。然而，达到这些目标的代价却可能远远超过合理的程度，因而没有什么实际价值。有一些专业技术人员对此不理解，他们常常片面强调一个技术发明中的“知识成分”（或称“科技含量”）和“复杂程度”，从而扼杀了不少简单的技术发明。显然用这种标准来衡量，指南针恐怕也会因其极为简单而不被列入伟大发明的行列。

为使技术发明的设想或结果更加符合机理简单原则，主要应考虑以下几个方面：

一是技术发明所依据的原理是否重叠，超出应有范围。开展技术发明活动必须在一定科学原理和思维方法的指导下进行，但这并不意味着技术发明设想依据的原理越多，其结果才越有价值。人们常说科学的美在于它的公式的精练。例如在研究行星方面，大量堆积起来的观测数据是最复杂的，然而其水平也是极低的。后来，开普勒概括出行星运动三定律，其水平便大大提高了。而当牛顿用一个精练的万有引力定律及其公式，把行星和其他天体的运动方式全部概括起来时，才表现出更高的科学水平。

二是技术发明所拥有的结构是否复杂，超出应有程度。结构简单、使用方便是人们对技术发明的一种追求。反之，结构过于复杂，超出应有程度，常会断送一项发明。比如，在莫尔斯发明电报机的同时，其他人也发明了几种不同的电报机。但由于莫尔斯的电报机只需用一根电线，结构简单，所以独占鳌头。

三是技术发明所具备的功能是否多余，超出应有数量。功能是人们对技术发明最根本的需求，但多余的功能不能增加物品的使用价值进而提高物品的创造水平。比如日本理光公司在开发新型传真机时，特意多布置了三个按键，以增加功能。然而事与愿违，有95%的客户因不需要这些多余的功能而不愿购买这种产品。因此，技术发明的功能并不是多多益善的。对多余的功能要仔细检查，果断删除。

5．构思独特原则

我国古代军事家孙子在其名著《孙子兵法·势篇》中指出：“凡战者，以正合，以奇胜。故善出奇者，无穷如天地，不竭如江河”。这里所谓“出奇”，就是思维超常、构思独特。创造贵在独特，也需要独特。技术发明的最高境界就是要开创独具特色的事物，而不是简单地修缮和改良。构思独特的技术发明，必然会增进其使用价值和应用效果。

在创造活动中衡量关于创造对象的构思是否独特，主要应考虑以下几个方面：

一是技术发明构思的新颖性。新颖的事物是技术发明所追求的目标。但就其本质来说，还可分为翻新的事物、革新的事物和全新的事物。毫无疑问，全新的事物其技术发明意义最大，新颖性程度也最高。因此，在进行创造性构思时，应尽可能不落“俗套”，以新取胜。

二是技术发明构思的开创性。美国科学家贝尔曾说：“创造，有时需要离开常走的大道，潜入森林，你就肯定会发现前所未有的东西”。技术发明有时要不趋热点，专走冷门；不依常理，另辟蹊径。开创的程度越高，获取新创造的概率就越大。

三是技术发明构思的特色。特色是事物的生命，其实质是事物在存在和发展过程中形成的一种最优状态。保持构思的特色，据此创造出与众不同的事物，是创造性构思获得成功的体现。比如，享誉世界、经久不衰的牛仔裤就是例证。