技术创新和网络式推理思维及方法

第一节　技术创新和网络式推理思维及方法

一、技术创新及其内涵

创新这一概念已成为我国全社会的共识。从中央领导到普通群众，从学者到工人，都认识到创新活动是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。而创新本身是一个高层次的思维活动的结果。当今社会科技高度发展，推理性思维活动更是与技术创新紧密结合，此时有必要探索两者的关系，以正确引导，加速技术创新。

熊彼特（J．A．Schumpeter）于1911年写出德文版《经济发展理论》，以后译成英文，使用了“创新”（Innovation）一词。创新（Innovation）不同于创造（Creation），也不同于发明（Invention），其更正确地反映表达了人类在经济领域的创造性过程。从此以来，国内外学者对创新的概念和定义进行了广泛而深入的讨论，把创新理解为新思想的来源和以后阶段的实现发展。并把创新定义为几乎涉及一切领域的创造性活动，有了技术创新、理论创新、体制创新及其他形形色色的创新。本文只涉及技术创新。

关于技术创新，学者缪尔塞（R．Mueser）于上世纪80年代简练地定义为“技术创新是以其构思新颖性和成功实现为特征的有意义的非连续性事件”。这一定义首先强调了活动的非常规性，即新颖性和非连续性，又强调了活动必须获得最终的成功。由此可以看出，科学追求的是解释客观存在和自然现象，是发现。技术追求的是从无到有，是发明。科学的发现可以不断地深化，从牛顿的三大定律到爱因斯坦的相对论就是人类深化认识自然界的飞跃发展；技术的发明可以是连续式的进步，也可以是非连续式的跳跃。从手算到手摇计算机到电子计算机的发明，人类实现了从无到有，从低级到高级的无数次的飞跃。而创新既包含了科学与技术领域的发现和发明，又涵盖了在社会政治、经济、文化诸多领域的一切非连续性的进步。创新比之发现和发明，又多了一层最终的成功。就技术创新而言，它始于研究开发而终于市场的实现。以经济学家熊彼特为首建立的创新理论可以用“发明—创新—扩散”这一模式来概括，强调了创新和由此产生的经济效益。

技术创新顾名思义当然是指在技术范围内的事件，技术创新有其明显的特征。首先，发明创造是科技行为，是科学知识的社会应用，是科学与社会的结合。其次技术创新是把发明之类的成果引入生产系统，制造出市场需要的商品，是技术与经济的结合。也就是说，技术创新始于研究开发而终于市场实现。以技术引进为例，研究开发的工作量不大，但也有消化吸收和在本企业开发实施的过程，而随后的市场实现才能真正体现技术引进的价值，才有评价的可能性和现实性，这类活动也属于技术创新的范围。最后，技术创新的外延扩散是技术创新社会和经济效益的充分表达。当今世界，没有一个产品不被别人引进或模仿，也没有一个企业不去模仿他人，分享别的创新者的利益。高明的模仿者后来居上超过原创者的例子不胜枚举。所以说外延扩散使技术创新的成果得到社会的充分肯定，并产生巨大的经济效益，进一步成为下一轮技术创新的动力。

二、推理思维

思维过程可以是有意识、半意识或无意识地进行。思维的内容称作概念。创造发明活动有时是在无意识的思维过程中完成的，但绝大多数的创造发明活动、技术创新活动是在有意识的思维中完成。有意识思维还可区分为直觉的（顿悟）和推理的（有步骤）思维。这两者之间既有区别又有联系。当有意识地分析不同的概念并加以组合，从而有意识地经历一个思想链或思想网，这就是推理思维。在推理思维的各个阶段，可以产生许多直觉思维，因此两者交融在一起。

一个有目标的思维过程一般是推理思维，而且受到直觉思维的帮助，有时某个直觉思维还可能起关键作用。同时，无意识或半意识的思维过程也可能时有参与，但这种思维因人而异，无法明显表达。

既然推理思维是链状或网状展开，就有相应的方法可以遵循。其基本的方法有：

（1）提问法。最重要的是把注意力集中到提出某些关键性的问题。通过问题提出激发思维过程。

（2）否定法。如果人们已经知道解决某个问题的办法，并试图寻求一种新的解决办法，就可对原有的解决办法提出各种责难，笛卡儿称之为“方法学怀疑”。在科技史上一个有名的例子就是对平行线公理的否定和非欧几何学的诞生和发展。

（3）前进法（发散性思维）。人们把问题的初始情况作为起点，向各种可能的途径前进，发展思维，最后达到目标。

（4）反推法（收敛性思维）。考察目标情况，并开始反推地发现能够实现目标的路径。

（5）相似法。把一个目标所含的问题与第2个或多个或多或少相近目标的问题域作比较，由此获得广泛意义上的相似问题和相似解，最后再转到原有的问题和目标。

三、网络式推理思维和技术创新

前面论述了技术创新是一个高层次的人类思维活动。推理性思维自然是一种最为合适的与之相配的思维方式。针对技术创新，推理性思维还应推广到下面几种带有网络特色的方法。

（1）迭代法。在明确技术创新的目标任务后，工程技术人员先通过推理思维寻找出一种解决问题的途径并予以细化，如方案构思、画出图纸、估计成本、并作出技术和经济的双重评价。一旦发现问题，就回到该问题的起点，重新开始方案构思，原理确定，结构设计和成本结算的过程。反复迭代，直到满意为止。

（2）对话法。由于一个人的知识有限，且常有固定的思维模式，所以同行中针对某一目标任务的对话十分重要。几个掌握专业知识且对同一问题感兴趣的人，在平等的气氛中对某个方案构思和原理进行评价和质疑，并提出新的见解，往往是解决问题的捷径。所谓智暴法就是其中的一个方法。

（3）集体法。技术创新在企业中大致可分为两类。一类是改进性开发，即改进现有产品，目的是诸如延长寿命，降低成本，并从而提高其经济性，这类工作可以由某个人来完成。另一类就是新开发，即研究开发出本企业目前还没有的新产品，目的是使产品具有更多更新的功能，有全新的结构等，对于这种新开发，集体法特别适用。一个技术创新活动的小组应由若干个专业人员组成，其个人的专长、特点应有互补。要把设计人员与理论研究人员、实验工艺人员捆绑在一起，其中至少一人具有发明天赋，并形成良好的团队合作氛围。小组内多向交互的网络式思维还应在自由和宽松的环境中进行。有许多成功的例子，任何一个成功的企业家都会有这方面的经验。

上面提及的迭代法、对话法和集体法，实质上都是试图把推理性思维的链状结构置换成网状结构。从系统学的角度，视该技术创新为一个系统，网状结构可以实现理想的局部优和全局优的综合，从而实现最佳的技术创新效果。

四、三种当今国际流行的设计方法

这里介绍三种当前国际流行的设计方法，以引导设计人员科学的网络式的推理思维，有利于技术创新活动的开展。

针对创新设计过程所特有的推理式思维，各国学者作出了长期和大量的努力。下面介绍具有代表性的三种方法。

（1）TRIZ是第一种值得介绍的设计方法。TRIZ是俄语“发明问题的解决理论”中几个主干单词的首字母组成的缩写。英文译为“Theory of Inventive Problem Solving”，按照英文，也可缩写为TIPS。德文译为“Theorie des erfinderischen Problemloesens”。1946年，苏联的一位在专利机构工作的年轻人Mr．Genrich Altschuller用人工的方式分析研究了世界上20万件专利，得出了下列三条结论：①数量庞大的发明是基于相对而言比较少量的解的原则；②人们是在克服矛盾和对立的基础上引导了进一步的发明；③技术系统的进化（Evolution）遵循一定的模式。TRIZ法进一步为工程师提供了许多供系统工作和快速发现可实施解的工具。这些工具可以分为四大类。分别为系统工程（Systematics）、知识（Knowledge）、相似（Analogy）和想象（Vision）。TRIZ可以视为解决问题的“万能武器”。在技术、管理、教育、医药、政治甚至广告艺术领域都可以得到应用，并获高水准的创新。应用TRIZ法，可以把一个具体和专门的问题抽象化并翻译成TRIZ语言，使用者从而可得到一系列的解的原则。又把这些解的原则回归到原来具体而专门的问题，从而形成一系列的创新概念。在TRIZ法中还介绍了大量的技术和物理效应，供设计人员参考，使得专业人员可从自己不熟悉的技术和物理领域中发现有用的功能效应来满足本身课题的需要。这一方法通过Altschuller弟子出国的方式流向世界，从上世纪90年代起在美国和日本大企业流行。我国也正在开展相应的工作。

（2）公理设计（Axiomatic Design）一书由美国麻省理工学院Nam Pyo Suh著，中国工程院士谢友柏翻译。作者在书中称已发现了控制一切设计活动的公理，并进一步研究如何自觉应用这些公理以实现正确的设计。所谓公理，是指人们通过实践活动总结出来而无法推导，也找不到反证和例外的事实和定律，如热力学第一和第二定律、牛顿三大定律等。通过考证大量好的原创设计和对已有产品的重大改进设计，取出了共同的要素，作者发现了两条设计公理。第一公理称为独立公理，对一种设计应该满足的功能集（FRs）而言，各个功能（FR）必须保持独立，且功能集（FRs）定义为表征设计目标的独立需求的最小集合。第二公理称为信息公理，它指出在满足第一公理即独立公理的诸个设计中，具有最少信息含量的设计为好的设计。应用第一公理，可以解释并行工程（Parallel Engineering）的机理和实施要点。应用第二公理，可以为优化设计和强健设计提供基础。公理设计的提出，把设计这项以个人经验和灵感为主的活动提升到科学的高度，是在设计中实现的网络式推理思维的极有用的工具。

（3）值得一提的第三种设计方法是德国工程师协会（VDI）组织了一些德国高水平专家编写的VDI准则2222（VDI Richtlinie 2222），名为“技术产品设计构想”（Konzipieren Technischer Produkte）。大家知道，产品设计大体可分为两类，即方案和概念设计和细节设计。细节设计有许多现成的资料供使用，并配有CAD、CAE、CAM等手段。而方案和概念设计所涉及的需求和条件往往是不十分精确的，而且要求设计师能综合运用跨学科的知识，具有丰富的实践经验和创新能力。VDI 2222就是为了帮助设计师创新完成方案设计的有力工具。它的主要内容是首先把整个设计过程分解为四个大的阶段，给出了对应于每个阶段的思维逻辑和专门的方法。又重点地从新产品的计划及已阐明的任务要求出发，把相应的总功能分解为分功能，进一步寻求解决问题的原理；在此基础上，为满足总功能要求而综合这些原理从而形成解决问题的方案，通过技术经济评价，这个方案就成为整体设计的起点。为了与VDI准则2222相配套，还有VDI准则2222第二篇，其内容为介绍如何借助设计目录进行方案设计以及一般设计工作十分有用的几个重要的设计目录。还有一个重要的文件为VDI准则2225，名为“技术经济设计——指南和实例”（Technisch－Wirtschaftlisches Konstruieren－Anleitung and Beispiele），可定量地对已确定的设计方案进行技术经济的综合评价。上述三个文件构成一个整体，用于在宏观范围内指导德国工程师的设计工作。德国纺织机械一直以设计新颖、功能强、性能好、质量高著称，不能不说是得益于这种科学的设计方法的普及。

创新设计方法目前正处在百花齐放的阶段，上述三种很有代表性。如能精通一种又融会贯通其他，借助于网络式的推理思维，就可高层次地实现技术创新。

技术创新不同于创造和发明，是一个集科技和经济于一体的高级复杂活动，是科技转化为生产力的一种最重要的表达形式。建立网络式的推理思维，在设计尤其是方案设计中自觉采用行之有效的设计方法，有助于技术创新的高水平实现。