程不时-创新设计的需要,途径和障碍(中)-中华网博客

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创新设计的需要,途径和障碍(中)
2007-05-04 15:29:57.0
创新设计的需要,途径和障碍(中)
二、创新设计的途径
1、 科技原理新的应用
科技原理在产品上新的运用，会带来前所未有的创新设计的出现。比如摩斯第一次利用电脉冲来传递信息，设计出第一台电报机；贝尔第一次使用电波传递声波而设计出电话。
新发明可以大到整架宇宙飞船，也可以小到一个具体的局部构件。原苏联在设计第一架超音速战斗机“米格19”时，由于机翼的减薄，机翼上的摇臂不能像普通操纵摇臂那样高，为此，设计者很巧妙地设计了一个结构高度很小的翼接头，完美地解决了这个问题。这项局部的接头设计却为此获得很高的奖励。
设计中采用的办法，有时是科学上的新发现或技术上的新发明。比如电视节目通过卫星转播，利用的就是新出现的同步卫星提供的技术。但是有的情况下，也可以是用老的办法来解决新的问题。例如，美国“阿波罗11号”登月所使的月球轨道指令舱和登月舱分离的办法，实际上就是巨轮不能靠岸时采用驭船的方法。现代粒子回旋加速器所使用的加速粒子的方法，就是古代传说中以色列大卫国王所使用的投石器的原理——把石头拴在皮带上，在旋转中一点点加入能量来加速石头。
不论用新的或成熟的老方法来解决问题，都应当保持灵活的态度。有的难题如果从正面攻不破，应该尝试迂回的方法检查是否仍然可以达到目的。例如，为了解决燃气轮机涡轮叶片在高温下出现的腐蚀问题，直接的途径可以从高温合金的冶炼入手，而迂回的途径则可以采用叶片冷却技术、或改变涡轮的构造等等。有人曾长研究用化学方法来解决冶金炉的连续出渣问题，后来才知道，他长期来企图攻克的问题早已被人用一个螺旋的机械装置解决了。
2、 新的综合
美国阿波罗登月计划总指挥韦伯说过：“阿波罗计划中没有一项新发明的技术，都是现成的技术，关键在于综合。”日本学者也指出：“综合说是创造。”确实，在国外工程文献中，“设计”有时就直接称为“综合”（如“飞机设计”Aircraft Design被称为“飞机综合”AircraftSyntheses）
由平凡的东西组合而得到不平凡结果的惊人例子之一，是爱迪生发明的留声机。1877年的某一天，爱迪生画出了一个奇怪机构的图纸，交给他的包工约翰.克留西去制造。图纸上画的锡纸圆筒，螺旋杆以及带有尖针和薄膜的圆头，没有一件是希罕的东西。克留西一面按图纸制造，一面始终猜不透这些东西凑在一起能有什么作用。最后，爱迪生当着他的面作第一次试验，他才大惊失色地发现，这样造出的竟是人类第一台可以把消失即逝的声音记录下来并可以重放的留声机。当爱迪生把这件“会说话的机器”带到《科学美国人》杂志编辑问去表演的时候，各报的记者闻讯前来观看，几乎把楼板压塌。留声机放出爱迪生亲自对着话筒唱出的儿歌“玛丽有一只小羔羊”，这一奇迹把在场的记者们全都惊呆了。
最初的自行车装的是硬轮子，1887年，英国的邓禄普参加自行车比赛时，把花园的水管应用到自行车的轮子上去，创造出充气轮胎。1884年，沃特门发吸的自来水笔，是把蘸水钢笔和墨水瓶组合起来的产物。还有把轴承浸入润滑油中制成含油轴承等。20世纪荷兰菲利浦公司推出的一种SL灯泡，是在白炽灯泡中加入水银，并在灯光壁上涂上一层荧光粉，实际上是将白炽灯和荧光灯结合在一起，可便耗电大幅度下降，而寿命提高近两10倍。目前许多创新技术，如脉冲充电、脉冲电镀、微波能的得用、超大型远程雷达等，从总体上是新的创造，从所组成的新时期技术上分析，则都是已有技术的重新组合。
3、改进已有的产品。
美国著名发明家爱迪生一生中有许多发明就是对已有的产品的改进，使其达到实用，如电报、电话、电发光等，并不都是爱迪生首先发明的，但他对它们的发展都作出了贡献。
世界驰名的派克钢笔的创办人派克，把当时圆柱形钢笔杆改为美观的流线型，又将笔套用螺纹拧上改为插入式套上，又不断改进了钢笔的其他方面，使他的产品获得了世界声誉。日本的松下幸之助，从改革双头插座和自行车灯座等小电器入手，经过几十年的发明革新，使原来只有几个人的小作坊发展成为规模宏大的日本松下电气公司。
人们历来称颂瓦特发明蒸汽机，但瓦特认为他不过改良了纽康门发明的蒸汽机而已。爱迪生发明的第一批电灯泡，发光效率只有3流明每瓦，以后电灯经过多次改进，到1950年的钠光灯已经达到了280流明每瓦，理论上可以达到430流明每瓦。
日本的田熊调查了当时锅炉的优缺点，结果设计出一种田熊锅炉，把外国锅炉都从日本市场上排挤了出去。
对已有产品的改进与革新，是作出有独创性设计的另一条通道。
4、仿生的启发
自然界许多现象常常能启迪人的创新设计思路。钢筋混凝土是一位法国的园艺师约瑟夫.莫尼埃观察到植物的根系盘根错节交叉成网，能使松软的泥士变得坚固的现象，1865年用钢丝仿照植物根系织成交叉的结构，再用水泥浇注成花坛获得成功，促使他十年后用这种办法主持修建了第一座钢筋混凝土桥梁。.
人类从仿生中得到启发而研制出技术装备的例子很多。如从鸟类想到飞机、从蝙蝠想到雷达、从犰狳想到坦克、从石龙子想到伪装色、从飞鼠想到降落伞、从乌贼想到喷气推进、人蝎子想到皮下注射、从鲍鱼想到吸盘等等。
目前仿生学主要有５个方面，即信息仿生、控制仿生、力学仿生、医学仿生、及化学仿生。
5、抓住偶然的发现
不少具有创新性的设计是偶然发现的。如法拉第一次将他发明的发电机接通蓄电池之后，发电机却意外地旋转起来。这使他悟到：原来发电机同时也是电动机！
第一张照片的出现（出自放在盛有化学药品柜内的一张曝过光的玻璃片显出的图像）、作为“产业革命”标志性的纺车的出现（家用手摇式纺车偶然翻倒在地，纱绽直立仍在旋转，使发明者想到可以设计出同时纺８根纱的纺车。以后又设计出具有３０、８０根直立纱绽的纺车。）以至合用的船用螺旋桨，是原来设计为开瓶塞式的长螺旋在试航时在水中断裂，残缺的螺旋却使船行得更快，这个意外事故使设计者找到了有效的船用螺旋桨最合理的型式。
勤于实践，才会增大遇到意外发现的概率。敏于观察，才会使自已不错过可能有启发的机遇。至于机遇发生了，又被观察到了，他本身还只是一些启示，要作出真正的贡献，还需要主观上作出艰苦的努力。因此，“机遇只偏爱有准备的头脑。”
创新设计的５条途径，是对一些已有的设计常有的情况所作的归纳。这种归纳，丝毫不限制我们开辟新的途径，闯出新的道路。