科技发明中的分析方法<%=id%>

　　美国的创造工程之父奥斯本曾在创造学的奠基性著作“创造性想象”一书中应用大量篇幅着重指出过分析问题的重要性，并从九个方面指出了如何分析问题。他指出，“我们应了解问题，弄清楚问题的全貌并抓住问题的实质，然后，才可能研究探讨解决问题的方法。”

　　科技发明的过程也就是创造的过程。贝弗里奇在有关创造过程的权威论著“科学研究的艺术”一书中提出的“四段论”，即“准备—酝酿—豁朗—验证”被大多数学者所认可。其中的第二阶段“酝酿期”最重要的思维活动就是分析。在笔者所著“创造发明技法”　　一书中指出分析阶段的主要任务有两个：
　　一、进行综合逻辑加工，使问题清晰化；
　　二、对问题进行时空的、价值的、功能的、上位的、下位的、物理的、化学的等各角度变换，分析问题的症结所在。

　　具体地说，分析问题时所能应用的创造学方法繁多。如：列举类方法中的属性列举法、希望点与缺点列举法；设问类方法中的5W1H法、六步法、参数分析法、奥斯本设问法、目标设定法；组合类方法中的形态分析法、信息交合法；系统发明理论中的等价变换理论、物场分析理论、前苏联的技术发明大纲（第二、三部分）、系统分析理论、综摄法、物元分析法等等。总之，除了分析类技法外的任何一个创造学理论和方法中都不可缺少地包含着分析方法部分。

　　创造学方法中所介绍的分析方法可以归纳为两类，第一类为水平思考分析，第二类为纵向逻辑分析，两种方法综合使用。水平思考方法是一种发散思考的方法。当我们纵向分析时经常是沿着一条错误的或是习惯的轨道分析，其结果是:越是纵深分析，重要的因素舍弃得越多，道路越窄，使得问题的解决烦琐而不美妙，或者进入绝路。当我们运用了发散思维的方法就可以全面地考虑问题，以不同的方式，不同的角度分析问题，突破定势，寻找出解决问题的关键所在。

　　第一类：水平分析的方法

　　创造学方法中的分析方法强调问题的系统性、层次性和各要素的角度。科技发明中首先必须强调的是对系统的分析，应包含物场分析理论及发明大纲中的关于科技体系生命曲线的分析、课题水平的分析、对问题的向上位与下位的变换；其次是要素分析，包含属性列举、形态分析、信息交合、5W1H法、六步法、参数分析、奥斯本设问法、等价变换理论中的关键词状语拓展、等方法中的要素分析。

　　（一） 系统分析

　　1、 系统生命曲线的分析

　　生命力 技术体系的生命曲线可分为四段。第一阶段是奠定基础，第二阶段是高速发展，最富生命力期，第三阶段进入老年。进入第四阶段后，随时可被新技术代替。 我们对于不同阶段的科技课题应采取不同的发明策略。

　　2、发明课题的水平分析
　　按照前苏联的发明理论可将发明课题划分为五个等级，列表表示如下：
课题水平等级涉及的可变因素数目 解题搜索范围 成果所达到的水平 解题中引起事物变化的程度 在课题总数中所占比例（约）
　　最低 1〈N〈10 常识、本专业知识 合理化建议、实用新型 小、局部、工艺上的 60%
　　较底 10〈N〈100 专业、边缘 实用新型 明显、局部、 30%
　　中等 100〈N〈1000 跨专业、跨行业 发明专利、重要发明专利 很大、整体性、技术性变化 6%
　　较高 1000〈N〈10000 跨行业、一般理论 重要发明专利、基础专利 很大、根本性、专业技术基础性变化 3%
　　最高 10000〈N〈100000 一般理论、基础理论 基础专利、科学发现 技术体系的重大变化、形成基础理论 1%

　　课题水平指课题的难度以及该课题所获得的期望答案的水平，因此，课题的水平是与课题的领域、性质、任务、目标有关，也与当时的科技水平、课题承担者的素质与策略有关。对课题水平的分析可为课题的解决划出一个大致的范围。缩小搜索区域。

　　3、 系统向上位系统与下位系统的变换

　　系统发展到老年期发展的可能性殆尽，必须将老的系统转入上位系统作为上位系统的一部分，将问题在上位系统重新考虑，课题将上升到新的高度。下位系统的变换与之相反。

　　（二） 要素分析

　　创造性思考方法常常是不断地扩大思维搜索的范围，这些范围可以用要素来划定，笔者综合了各种创造学方法中出现的要素进行了分类，曾在“创造发明技法”一书中提出如下要素分类（详见此书220-226页）：
　　服务对象与功能（如：本体、客体、区域、人物、功用、特征等）；功能与构成；构成与生产（如原理、组成-结构-层次-材料、性能等）；要素；位置与顺序（如：方位、地点、时间、时空顺序等）；顺序与联系；联系与关系（如：与、或、非、物理、化学等）。

　　不同的创造学方法只是强调的要素不同，下面以几个最常见的创造学方法为例分析。

　　1、 5W1H法
　　这个方法是美国陆军在1953年提出的，至今仍被在全世界范围的最广泛与经常地使用，它所提出的要素是从六个方面，即：客体的本质(what)、主体的本质(who)、物质运动的基本形式：时间和空间(when，where)、事情发生的原因(why)与程度(How)这几个角度

　　5WIH这六个问题是：
　　(1) 为什么?
　　如：为实现什么功能?达到什么样的工效指标?什么样的质量标准?以及为什么这样做?为什么国外至今没有这种技术？等。
　　（2）是什么?(或什么?)
　　可包括是什么发现?是什么产品?是什么技术?是什么材料?是什么工艺？新技术的关键是什么？需要克服的原理问题是什么？
　　（3）谁?
　　可包括谁是生产者?谁是消费者?谁是销售者?谁曾开发过类似技术或类似产品而没有成功，或是效果不好、质量不好。
　　(4)何时?
　　可包括何时研究?何时完成?何时安装?何时销售?国内外何时有过类似设想但最终没有实现？
　　(5)何地?
　　可包括何地研究?何地试验?何地生产?何地安装? 何部门采用？何地有资源？
　　(6)怎样（如何）?
　　可包括怎样效率高?怎样克服关键难题？怎样避免失败?怎样求发展？
　　我们也可采用列表的方式进行分析，这样更直观（见下表）。
　　是（肯定的） 不是（否定的） 关键 变化
　　为什么
　　（是）什么
　　何人
　　何地
　　何时
　　怎样（程度）
　　表中肯定的与否定的两栏能将可做的与不可做的事分析清楚。关键点是从诸事物中找出最重要的。变化是看一看问题是否有变化的倾向。

　　下面以纳米技术应用于癌症治疗为例进行分析：

　　磁疗治癌方法通常是从人体外利用电磁场对肿瘤部位进行加热，当温度高于40"C时，可以杀死癌细胞，但是，这种磁疗方法也会同时损害肿瘤周围的健康组织，在治癌的同时又造*体组织的伤害。

　　第一步：按六个要素进行分析看是哪个要素出现问题。
　　经分析首先是“是什麽技术”上出了问题，若仅采用磁场，准确定位与控制治疗程度都很困难也就是由what引起who、when、where、why、how一连串的问题造*体伤害。
　　第二步：若想应用准确定位的核心是改变物场，应用物场分析的方法应引入电磁场的介质，应用介质来控制治疗，这使我们想到引入纳米磁性材料。
　　第三步：若采用纳米技术后who、when、where、why、how都可以随之改变。德国医院采用的新磁疗法是将一些纳米磁性材料氧化铁微粒注入到患者的肿瘤里，然后，将患者置于可变的磁场中。受到磁场的作用，患者肿瘤里的纳米氧化铁微粒可以升温到45~C左右，而这一温度足以烧毁癌细胞。采用这种方法治癌，由于肿瘤附近的人体健康组织中不存在磁性微粒，温度不会升高，也就不会受到伤害。治疗结束后，纳米氧化铁微粒可以很方便地通过人体自然排出而不会影响人的健康。最近，该医院又在探讨如何将纳米磁性微粒通过血管输送到目的地。因为纳米微粒通常仅对某些确定的表面活性的癌细胞起作用，对其他正常细胞不起作用。如果这项研究取得成功，人们将有望利用纳米磁性微粒追踪和消灭正在转移的癌细胞，成为人体内消灭癌细胞的“生物导弹”。这种可定点给药的“生物导弹”可以将肿瘤摧毁在萌芽状态之中。

　　又如医疗中的很多问题都是由于药物在不同的时间释放浓度不同造成的主要是when的问题，如何能控制药物的释放浓度，应用类比的方法人们想到若在人体内存放一些药瓶子，应用人体的自然调节作用去释放药物，可达到最佳的治疗效果。美国伊利诺依大学正在做这样一个实验，他们研制出一种“人造细菌”。这种所谓的细菌是一种纳米细管结构，它由附在带电油脂膜上的肌动蛋白构成。肌动蛋白是一种肌肉蛋白质，当肌动蛋白与特定的脂微粒混合时，它立刻经历分层自聚合的过程，先是分成平行的片层，然后发生弯曲并形成类似细管的纳米结构。由于这种细管类似细菌的细胞壁，因此，又将它称为“人造细菌”。这种纳米“人造细菌”在医学上有许多的用途，其中之一是利用它的细管结构向人体内释放药物。

　　2、 属性列举法、形态分析法、信息交合法

　　在属性列举法中要素是通过列举名词、动词、形容词列出的其中的要素可包括：结构、材料、整体及部分组成、工艺（名词）；主要功能、辅助功能、附属功能（动词）；人的五官及其它感觉（形容词）。

　　在形态分析法、信息交合法中的要素可按上述要素选取，还可将上述全部要素综合，即在信息交合论中标线的选取可选为：时间、地点、人物、材料、结构、品种、工艺、功能、图案、包装、外观、等。

　　其分析方法与前者类似，不再赘述。

　　进行要素分析时可以将要素按层次编成要素树，逐层次进行分析。

　　第二类：纵向的逻辑分析方法

　　1、揭示物理矛盾的分析方法

　　这里介绍一种与技术问题相结合的矛盾分析法。——揭示物理矛盾的方法。这种方法是前苏联的创造学专家阿列特舒列尔在物场理论中提出的。

　　任何发明课题都是由问题开始的，而这些问题中必然包含着矛盾，矛盾的解决正是发明方案的形成。这种矛盾按其层次来说可分为管理矛盾、技术矛盾及物理矛盾。管理矛盾是指对问题的管理中的矛盾。技术矛盾是指现有的技术所能达到的指标与理想中或新的技术要求所能达到的指标不同而形成的矛盾。

　　当你使用现有技术去解决眼前新的课题时可能从某种程度上能解决一些问题，但同时会带来一些更坏的影响，而达不到技术要求。例如，在抛光光学玻璃时，为保证抛光质量，减少升温影响必须向树脂制的抛光模供给冷却液。树脂模是固体它是实的，实的物体如何供给冷却液降温，“如何降温?”构成了一个发明课题。我们可用习惯的作法，那就是将抛光模内打些孔，以使冷却液通过，这样降温的问题似乎能解决了，似乎表面“有窟窿的”抛光模比表面没窟窿的抛光模工作性能好，也就是当你使用“打孔”这一现有技术通冷却液时，升温的问题是解决了，但模具表面不平的问题又产生了，所以技术所能达到的标准与新问题要求的技术标准是不吻合的，这就是技术矛盾。问题的出现正象征着发明的开始。在技术矛盾的背后必然包含着我们所不习惯解决的物理矛盾。 什么是物理矛盾呢?，若我们想解决技术矛盾就必须对技术体系的某一部分提出相互矛盾的物理要求，这相互矛盾的物理要求构成为物理矛盾。也就是说技术矛盾是显而易见的，而技术矛盾一般是由于物理矛盾引起的，物理矛盾解决了，技术矛盾一般也就解决了。物理矛盾的解决是解决发明问题的核心。例如抛光玻璃的问题中若想磨得平则我们需要抛光模的表面应该是硬的，但若想磨得好就应能很好地散热，最好它是空的，而硬的物体它是实体，这就构成了矛盾，物理矛盾的解决就在于我们能否既保证模的表面是平的（硬的），又能很好的散热（空的）。这一要求可提示我们考虑这几种途径：

　　①模的材料可由这样的物态构成，即：在磨擦过程中产生吸热反映，那么只有两种情况，a物态变化，b物质结构变化。这样我们很容易想到冰，干冰，等。再考虑低温加工条件是易于获得的。这个发明正是选择了冰为抛光模，并获得了专利权。
　　②模改用耐磨而导热性能好的合金制成中空系统，通入循环水降温。
　　③将模研磨与通冷却液作业进行时间分隔，磨一段时间后将模提高，通冷却液。
　　④制作低温工作台。或许还有其它途径。

　　又如，我们来解决压缩机密封不严的检测问题。条件是在工作线上的在线检测，技术要求是迅速而准确。根据我们的知识，密封不严处的孔是极小的，用肉眼几乎是不可见的，目前常用的办法是涂肥皂液，检查哪里有气泡。这个办法是无法在大规模生产中使用的，这就是技术矛盾。技术矛盾形成的原因是造成泄露的孔太小，不可见，而我们若想能快速检测，则要求孔可见。孔即小又可见这就是物理矛盾。

　　分析技术矛盾与物理矛盾的程序如下：

　　1、准确地描述新的技术要求并与现行技术进行比较；指出其中的矛盾之处；
　　2、假想如能克服技术矛盾对应技术体系的一部分提出何样的物理要求；
　　3、分析新物理要求与实现物理现象之间的矛盾，并将其明确表达出来。

　　例如：抛光模问题。

　　技术矛盾：要达到较高技术标准应解决降温问题，而现有技术解决降温的同时会影响抛光模面的平滑度，从而达不到好的效果。
　　新物理要求：模本身是空的或能吸热。
　　物理矛盾：实模不可能是空的或吸热的。 也可列表表示如下：
　　抛光模问题
　　情况列举 矛盾分析 解决途径
　　新的技术目标 模面平而降温好 打孔的方法可 解决降温问题，但形成模面不平 1、时空分割2、物态变化、物质结构变化、化学反应
　　现有技术使用效果 若采用一般方式通冷却液 则要打孔
　　对技术体系的新的物理要求 模本身在磨制过程中能吸热或模是空的 ① 实体不能是空的② 一般固体磨擦生热而不吸热
　　现实物理现象 目前使用的模按上述物理要求是不能实现的
　　这种方法仅限于解决由物理原因而构成的问题，在解决非物理问题构成的问题中不能生搬硬套这种方法，而应寻求技术矛盾背后的其它各种矛盾；并将其揭示出来。 2、C：辞典法
　　日本市川龟久弥的等价变换理论中又是如何应用C：辞典分析问题的呢下面以实例进行介绍。
　　一般的辞典经常是将名词按笔划、音序或字母表次序排列，以便各种知识处于便于检索状态，但各知识之间的相对位置并不能反映词之间的联系，所有的词几乎都是独立。“C”辞典是以辞典的方式将动词或副词、形容词与名词按其自然的联系方式组合起来以便于发现问题的查找。辞典中的动词即s，形容词或副词及副词短语对动词起修饰和限定作用，也就是C；词组C：即为某类事物或现象间的关系的概括。
　　C：词组与名词组合后构成规范的表现形式：将XX用XX实现XX”。各种事物或现象(A。)作为素材，多为名词形式，位于“将”字之后处。这样一个完整的词句应为“将ai用ci实现凰”，去掉ai的句型：“用Q实现ei”即为C，词组。如何应用辞典法分析问题呢?下面以汽车运输为例进行分析，首先将汽车运输原理诸因素以辞典的形式排出(如下图)。图中把这一问题分成了6个层次，每一层次逐次深入，都列出后，我们可依次寻找问题，最后找出主要影响因素。

　　这种方法的使用程序是：
　　（1） 找出描述某一产品主要功能的动词，并按将XX用XX实现XX的形式写出。
　　（2） 再找出实现这一功能的词组，并依次寻找下去，都以将XX用XX实现XX的形式写出。
　　（3） 按顺序去寻找问题。
　　将 ai 用 ci 实现 d
　　① 客 货 用 车轮 转动 实现 搬运
　　② 车轮 用 活塞往复滑动 实现 转动
　　③ 活塞 用 汽油 爆发力 实现 往复滑动
　　④ 汽油 在 汽化状态 点火 实现 爆发
　　⑤ 汽化汽油 用 高压电 放电 实现 点火
　　⑥高压电 在 火花塞 间隙 实现 放电

　　以上两种方法的区别在于前者是着重与物理过程结合的，后者是抓助动词，从功能上分析，同样可达到分析清问题的目的。其它方法不再着重分析。

　　发现问题是提出问题的过程，分析问题的过程则是明确问题要害的过程。发现问题是从知道有问题到知道哪里有问题和有什么问题的过程。分析问题需要除掌握适当的分析方法之外还应详细占有资料，在应用适当方法分析大量资料的基础上，通过全面深入的分析研究，找出问题的核心即关键性问题。抓住了关键问题，就可以使思维的指向性更强，缩小不必要的搜索，缩小问题的范围，减少问题的困难程度，为解决问题进行思维变换打好基础。

　　分析问题时能否找到问题的关键还依赖于以下几点。

　　1、占有必要的充足的资料。分析研究问题时应占有大量的感性材料，没有必要的信息，解决问题是不可能的。
　　2、知识、经验。知识经验越丰富，越容易从大量、纷繁的事实中把握主要问题。
　　3、 表达能力。分析问题过程中能否清楚地阐述问题是非常重要的。
　　4、 分析过程基本为理性思考，但有时其中也会出现非理性思考，对于创造性解题实数正常。思考者的心理控制也是分析好问题的重要年因素。

　　主要参考资料
　　1、〈创造性想象〉1954年 （美） A.F.奥斯本著 1985年 王明利等译 发明基金会(内部)
　　2、〈技术创造原理〉1983年 （苏 ）A.B.邱斯等著 1989年 吴光威等译 宇航出版社
　　3、〈创造是一门精密的科学〉1979年 （苏） 阿列特舒列尔著 1990年 吴光威等编译
　　4、〈创造工程〉1977年（日） 市川龟久弥著 1985年 孙国君等译 发明基金会(内部)
　　5、〈创造发明技法〉1998 孙家胜著 天津人民出版社
　　6、〈发明程序大纲〉1979年（苏）阿列特舒列尔著 1985年 魏相 徐明泽编译 发明基金会(内部)
　　7、〈发现的种子〉1980年（英）贝弗里奇著 1987年 金吾伦 李亚东译 科学出版社
　　8、〈纳米技术与应用〉2001年 黄德欢著 中国纺织大学出版社