机械创新设计
常用创新技法
吕 鲲
参考书
裴旭明主编的《创新设计》
原理与技法
任何创造技法的产生均有一定的创造理
论为基础。而创造理论与实践结合产生
出来的可操作的程式、步骤和方法，就
是创新技法。
创造原理是指导人们开展创新实践活动的重要
理论基础，也是指导人们创造新技法的基本理
论基础。
创造技法
创造技法是从创造原理中最终派生出来的并与
实践密切结合的可操作的具体创造程序或步骤。
一个完善的创造技法至少应该具有理论性(即
理论根据)、可操作性、排他性和可思维性。
常用的创新技法
见下表
一、列举类
1、缺点列举法
2、希望列举法
3、属性列举法
4、综合列举法
5、成对列举法
二、集智类（智力激励类）
1、头脑风暴法
2、六三五笔写法
3、三菱式MBS法
4、特尔斐设想法
5、集思广益法
三、解决问题类
1、检核目录法
2、和田十二法
3、6w2H法
4、目标设定法
5、探索方略法
四、组合类
1、分解组合法
2、成对组合法
3、辐射组合法
4、信息交合法
5、形态分析法
五、联想类
1、焦点法
2、联想法
3、入出法
4、综摄法
5、二元坐标组合法
六、整理类
1、KJ法：是日本人川喜田二郎提出的，KJ为其名字的
缩写
2、NM法：日本创造学家中山正和于1968年提出的。
3、ZK法 ： 它是由东京大学交流研究所的片方
善治提出的。
4、TCT法：这种方法是由日本高桥浩于1970年设想出
来的。
5、OCU法：是日本高桥浩提出的方法。
共同特点是由日本人提出，且都是用卡片。
（1）希望点列举法
希望点列举法就是对创意对象提出一系列希
望，愈多愈好，愈新奇愈好，经过归纳，选出
最优希望点进行创意设计的技法。
对电视机的希望
看起来像立体；
具有每个人都可以分开看的镜框式装置；
想看的频道节目会自动出现；
拍摄的东西想看时就会在眼前出现；
能够看到全世界的节目；
观看时可以调节画面的宽度；
可以通过遥控选择节目；
有香味的画面；
像磁带一样，想看可以随时重放……
（2）缺点列举法
该法是通过对事物或对象的缺陷一一列举，
从而找出改革或创意方向，使之更臻完美的创
造技法。
消费者的欲望永远不会满足，这是产品创新的
不竭动力和源泉
尽可能多地列举出玻璃杯的缺点
容易碎； 较滑； 盛开水后手摸上去很烫手；
容易沾上脏物；有了小缺口会划手；
容易翻倒； 活动时带在身边不方便；
倒上热水后很容易凉；
成套的玻璃杯花色相同，喝水人稍一不注意就
分不清自己所用的杯子；
有些鼻子较高的人用普通玻璃杯喝水，杯沿压
着鼻子会感到不舒服。
（3）属性列举法
是美国内布拉斯加大学R．P.克劳福德教授发
明的一种提出问题和分析问题的方法。
该方法的主要特点，是将事物整体依照其不同
属性分解为不同的部分或方面，然后就某一部
分或方面，运用问题的基本概念或其他方法提
出局部或整体的创新问题。
事物的属性
所谓事物的属性，包括外部特征、内部结构、
整体形态、功能、性能、运动方式、操作和做
工方式等。
这些属性可分为三类，即名词属性、动词属性
和形容词属性。
基本程序
1．确定对象
根据技术发展和市场前景选择某项技术或产品作为改
进对象。
2．列举属性 ·
分别列出对象技术的名词属性(包括全体、部分、材料、
制法)，动词属性(包括作用和功能、运行和操作)，形
容词属性(包括性能、形态、特征)。
3．提出问题
借用缺点列举法和希望点列举法，针对某个或某些属
性提出创新问题。
以牙刷为例
(1)确定研究对象：新型牙刷。
(2)以普通绿塑料杆、尼龙刷毛牙刷为例进行属性分析
名词性特征：刷杆、刷毛、刷面、塑料、尼龙、刷头。
动词性特征：拿、放、刷、冲。
形容词性特征：
①刷杆——长的、实心的、扁的、透明的、绿色的、硬
的
②刷毛——圆的、端面是平的、直的、单根的、密的。
属性进行分析
(3)应用列举缺点与希望点方法对以上属性进行分析
①刷杆太长，不易携带，最好将刷杆变为可折叠、可伸缩式的。
②刷毛太硬，刷头的端面是平的，其边缘有棱，易损伤牙床。是否
可将刷毛变为圆滑的以避免刷牙时牙床出血。
③刷头与刷杆寿命不一致，造成浪费，是否可生产一种可更换刷头
的牙刷。
④刷杆是实心的，能否将刷把改为空心的，可以装牙膏或清洁剂。
⑤刷头是直的，刷牙只便于横着刷，不便于竖着刷，是否可生产一
种可改变方向的刷头
属性进行分析
⑥刷毛都一样长，不容易刷干净牙的内侧。
⑦刷毛的根部过密，不易于冲洗、消毒。
⑧人们长期使用一枝牙刷，容易感染口腔疾病，
能否生产一种七枝一套的周用牙刷
⑨是否能增加牙刷的新功能，如：照明、清理牙
垢、清洗舌苔等。
⑩牙刷的外观单一，是否能生产出各种造型的牙
刷。
提出设想
将设想归类，提炼
对刷头的改造：将刷头变为可更换的，可旋转角度的。
对刷毛的改造：将刷毛变为单根分叉，端面磨光滑。
刷毛的长短由一致改为不一致。
对刷杆的改造；刷杆变为空心的，以装牙膏，并增添
挤牙膏的装置。
对包装及外观的改造：专门设计一种美观的、周用七
头牙刷盒，每只刷头以不同的外观加以区别。盒内还
可以增加一些其他的清洁口腔用品。
（4）头脑风暴法（brain
storming）
头脑风暴法是集智法的一种
风暴法或BS法，是创造学的奠基人——美国
学者奥斯本于1939年创立的。智暴法是运用
群体创造原理，充分发挥集体创造力来解决问
题的一种创新设计方法。
BS法的基本步骤
选择成员：1个组长、5-10个组员、1-2名记录
组织会议：组长简明扼要的叙述问题，组员将
构想写在卡片上，轮流说出一个构想，并写在
黑板上，在此基础上继续补充（脑力激荡）。
BS法的基本步骤
汇总评估：将构想评估分类，先进行个别评估
后进行团体评估（准则可以是提前准备的，也
可以由评估人补充），团体评估时进行第二次
脑力激荡。
决策报告：将评估结果合成为一个决策表，选
出几个合理的设计概念。最后的结案报告由团
体评估、个别评估和构想图解组成。
BS会议的规则
会中不得批评
天马行空、思绪自由翱翔
鼓励给出尽量多的构想，主动接受别人的启迪
组合与改进构想
（5） 635法——书面集智法
635法：6个组员、每人在卡片上写3个问题、每轮5分
钟。
第一个5分钟在自己的卡片式写上三个问题，传至下
一个；接到左邻的卡片后，在第二个5分钟内参考别
人所写的设想后再在其下写出3个设想，然后再次把
自己填写的卡片传给右邻……如此多次传递，共传6
次．半小时即可进行完毕，理论上可产生108个设想。
特点：操作性强、效率高，专业性强的问题对成员具
有较高的要求
思考
有甲、乙两个饭店，在同一个街面，甲靠里，
乙靠外。目前乙的经营情况比甲好，分析原因
主要是顾客在经过乙时被其“拉” 走。
试用BS法帮甲店提出解决方案。
德尔菲法——函询集智法。
发函至有专业背景的专家
日本三菱MBS法
(1)确定主题。
(2)由参加会议的人在纸上各自填写设想10分钟。
(3)与会者轮流发言，提出自己的设想。
(4)将修改后的设想完善为方案。
(5)相互质询，进行修改完善。
(6)主持人将意见写于黑板上，与会者进一步研
讨。
（6） 类比创新法（analogy）
类比法是运用移植创造原理进行联想比较、
模拟仿效的创新方法。采用类比可以扩展人的
思维，跳出定势的束缚，从而可以获得更多的
创造性设想。古往今来的许多发明创造都源于
人脑的类比联想，因此，这种方法特别适于新
方案的提出、新产品的开发。
类比离不开联想，仿生学就是类比创新的结果。
案例
19世纪中期，法国巴黎有个花匠叫莫里哀，他
培育的花草远近闻名，前来观赏的游客络绎不
绝，但经常有游人碰坏花坛，他尝试用围栏围
住花坛四周，用告示牌请游客注意不要踏踩花
坛，但无济于事。怎样才能使人们不踏碎花坛
成为莫里哀经常思考的问题。
首先他想用更耐久的水泥，但水泥硬而脆，
多次试制，效果不理想。
钢筋混凝土是这样发明的
有一次，他将一盆木本的花移种，不小心将花盘打碎
了，突然他发现由于花的根须纵横穿插，交织成网状
结构，竟把松软的泥土箍得非常坚固，用拳头去捣，
将其摔到地上，都没有破碎。
于是他便按照自己的设想，砌起了一个带铁丝网骨架
的花坛。果然，这个花坛非常坚固，一直没有被人踏
碎。莫里哀的发明于1867年获得专利。这样，将花草
根系网状结构移植到建材领域，产生了至今广泛采用
的钢筋混凝土结构。
案例
建筑爆破——结石爆破
人工培育珍珠——人工培育牛黄
思考：
如何在显微镜下观看无色透明的细菌？
（对比联想）
思考：
答案：
（7）形态表分析法(morphological chart
analysis)
形态分析是一种系统搜索和程式化求解的创
造技法，是由美国加州理工学院兹维基教授创
造的。
聚合创新原理的典型应用
形态表分析法的诞生
二战期间德美的军备竞赛中，德国首先制造了
带脉冲发动机的巡航导弹F-1和F-2。
随后，美国集中了一批优秀科学家进行研制。
兹维基教授在研制过程中分析了火箭的各主要
组成要素及其可能具有的各种形态。
任何火箭都必须具有六个基本要素：
使发动机工作的媒介物，
与发动机相结合的推进燃料的工作方式，
推进燃料的物理状态，
推进动力装置的类型，
点火的类型，
做功的连续性。
基本要素的可能子解
使发动机工作的媒介物有真空、大气、水、离
子流等4种；
与发动机相结合的推进燃料的工作方式有静止、
移动、振动、回转等4种；
基本要素的可能子解
推进燃料的物理状态有气体、液体、固体等3
种；
推进动力装置的类型有内藏、外装、没有等3
种；
点火类型有自动点火、外点火等2种：
做工的连续性有持续的、断续的等2种。
总的方案与筛选
应用数学中的排列组合原理，则这些基本要素
组成的可能形态总数为4M 4X3x 3x 2x 2＝576
种火箭方案。其中包含了德国的F-1和F-2
对这些方案进行分析和筛选，就可以找到最佳
方案，这就是兹维基教授创造的“形态分析法
”。
步骤：
（1）定义设计对象的主要参数（功能因素）
（2）列出设计参数的可能子解
（4）构建形态学矩阵
（5）找出可行解
举例
挖掘机的设计方案：挖掘机必须具备五个独立
的功能因素，即动力、移动、移动的传动系统、
挖掘和 挖掘的传动系统共五个功能因素。挖
掘机设计方案的形态学矩阵见下3—2。
挖掘机设计的形态学矩阵
形态表分析法特点
适合于能分解成子系统的问题。
适合于个人使用
可能的方案很多，包括变形方案和全新构想。
思考：
开发洗衣机的形态学分析法
（9） 设问探求法
好的提问往往就意味着问题已经解决了一半。
设问探求法就是针对创造目标从各个方面提出
一系列有关的问题，设计者针对提问进行分析
和思考，通过思维的发散和收敛逐一找到问题
的理想答案。
是大家公认的创造技法之母。
检核表法（checklist）是一种典型的设问探求
法，也是由创造学之父美国的奥斯本创立的。
检核表法
检核表法是现将问题列成一个分析表，再针对
表中的每一项，从问题的要点、范围或可能性等
方面提供暗示。
检核表可以是设计初期提出的一组问题，也可以
是设计中包含的一组特征，也可以是最终设计必
须满足的一组准则。
奥斯本认为创造有两种类型
一种是先有创造的目标，然后根据目标去寻找
实现目标的方法；另一种是先有一种事实，然
后想象这一事实将有什么用途，即从方法入手
去实现创造的目标。
检核表更适合后一种。
“检核表法”从以下几个方面设问
Put to other use:现有的发明成果有无更多的
用途？或稍加改进后有无新的用途？
Adapt: 有无类似的东西可以借用?可以模仿?
modify: 能否修改? 如形状、形式、方法、颜
色、声音或味道等。
Magnify: 能否增加什么？如扩大使用范围、
增加功能、延长寿命、添加部件、提高强度、
加倍、加长、加高、加大等。
“检核表法”从以下几个方面设问
Minify: 能否减少点什么?能否省略一部分?能否微型化
”能否浓缩?能否分割?能行再小点、再轻点、再短点、
再低点、再薄点?
Substitute: 能否取而代之?采用其他工艺?其他元件?其
他动力?其他配方?其他材料？
Rearrange: 能否重新配置?改变元件的型号?改变顺序
或结构?改变配方或方案？
Reverse: 能否颠倒?如上下颠倒、正负颠倒、里外颠
倒、工艺方法颠倒等。
Combine: 能否组合?如方案组合、目标组合、部件组
合、材料组合等。
保温瓶
5W2H法
5W2H设问法，是通过回答为什么(why)、做
什么(what)、何人(who)、何时(when)、何处
(where)、怎样(how)和多少(how much)7个方
面的提问来获得创造设想的技法。
具体步骤
1、检查原产品的合理性
（1）为什么（why）？
为什么采用这个技术参数？为什么不能有响声？为什么停用？为
什么变成红色：为什么要做成这个形状？为什么采用机器代替人
力？为什么产品的制造要经过这么多环节？为什么非做不可？
（2）做什么（What）？
条件是什么？哪一部分工作要做？目的是什么？重点是什么？与
什么有关系？功能是什么？规范是什么？工作对象是什么？
（3）谁（who）？
谁来办最方便？谁会生产？谁可以办？谁是顾客？谁被忽略了？
谁是决策人？谁会受益？
具体步骤
（4）何时（when）？
何时要完成？何时安装？何时销售？何时是最佳营业时间？何时工作人员
容易疲劳？何时产量最高？何时完成最为时宜？需要几天才算合理？
（5）何地（where）？
何地最适宜该产品使用？何处生产最经济？从何处买？还有什么地方可以
作销售点？安装在什么地方最合适？何地有资源？
（6）怎样（How to）？
怎样做省力？怎样做最快？怎样做效率最高？怎样改进？怎样得到？怎样
避免失败？怎样求发展？怎样增加销路？怎样达到效率？怎样才能使产
品更加美观大方？怎样使产品用起来方便？
（7）多少（How much）？
功能指标达到多少？销售多少？成本多少？输出功率多少？效率多高？尺
寸多少？重量多少？
具体步骤
2、找出主要优缺点
如果现行的做法或产品经过七个问题的审核已无懈可
击，便可认为这一做法或产品可取。如果七个问题中
有一个答复不能令人满意，则表示这方面有改进余地。
如果哪方面的答复有独创的优点，则可以扩大产品这
方面的效用。
3、决定设计新产品
克服原产品的缺点，扩大原产品独特优点的效用 。
和田十二法
和田十二法是我国学者许立言、张福奎在奥斯本稽核
问题表基础上，借用其基本原理，加以创造而提出的
一种思维技法。它既是对奥斯本稽核问题表法的一种
继承，又是一种大胆的创新。
1．加一加，还可添加点什么?
2．减一减，还可减去点什么?
3．扩一扩，在功能、结构上还可扩展吗?
4．缩一缩，在功能、结构上还可缩减吗?
5．变一变，可以变化吗?
6．改一改，何处可以改进呢？
和田十二法
7．联一联，与其他什么有联系呢?
8．代一代，可用别的代替吗?
9．搬一搬，搬到别的场合可用吗?
10．反一反，反过来考虑会怎样呢’
11．定一定，还要规定些什么呢?
12．用一用，能用新技术吗?
电风扇
(1)加，加个电脑，带电脑的电扇；
(2)减，减去吊杆，吸顶电风扇；
(3)扩，扩大送风角度，全方位电风扇；
(4)缩，缩小尺寸，微型电风扇；
(5)变，改变结构，球式电风扇；
(6)改，改进使人着凉的不足，保健电风
电风扇
(7)联，与催眠联系．催眠电风扇，
(8)代，用其他材料代替，木叶片电风扇
(9)搬，搬到电视机上，电视机用电风扇
(10)反，冬天也用电扇，热风扇；
(11)定，规定节能标准，节能电风扇；
(12)用，用新技术，太阳能风扇。
（10） 综摄法（synetics）
综摄法是一种以类比为核心，以小组讨论为
基本形式的创意技法
是类比和集智法的综合
实施该法有两个重要思维出发点：异质同化和
同质异化
异质同化
即变熟悉为陌生：对已有的各种事物，通过类
比，从新的或陌生的角度来观察、分析和处理，
把熟知的东西变为陌生的东西。
目的是不能让已知的东西束缚思想。
电子计时笔的发明即是一例。
同质异化
即变陌生为熟悉：把给定的陌生东西与早己熟
知的东西进行比较，将陌生之物纳入一个可接
受的模式中，从而转换成熟悉的东西。
综摄法的操作步骤
1 给定问题：是指对要解决问题的陈述，问题可
以外部提供，也可以是发明小组成员自己提出。
2 分析问题：是指对主持人给定的问题进行解释，
变陌生问题为熟悉。
综摄法的操作步骤
3 斟酌问题：是指发明小组成员，在听到给定
问题和由主持人的解释后，立刻提出一些建设
性的想法，如果这些方法很好，将有利于解决
问题，即使想法不够恰当，主持人解释为什么
这种建议行不通，也将帮助人们更好地理解这
个问题。
综摄法的操作步骤
4 理解问题：是指在斟酌之后，每个人都要根据
自己的理解，重新复述问题。这种复述应当是
多角度的，可以不受任何已知定律和事实的约
束。
5 引导问题：是指可以引出隐喻机制的问题，引
导问题可以有三种不同提问方式，亲身类比、
比喻和象征类比。
（11）NM法
这种方法是建立在KJ法和综摄法基础上，并集
中了这两种方法的优点，使综摄法变得更易操
作。
电冰箱发明过程
(1)确定课题：食物冷冻保鲜
(2)搜索“点”的记忆找到与保鲜有关的本质关
键词“冷”，通过联想类比可以提出水冷、雪
冷、结冰冷、风吹冷、气压冷、散热面大易冷
等多种制冷方法。分别填入卡片，竖排于“冷
”词之下。
电冰箱发明过程
(3)对各种制冷的方法通过重新组合，归纳出比
如自身出汗后风吹来感觉冷的设想。这是汗的
挥发造成的。
(4)经过比较选择提出“线的记忆”’的解题概
念，即蒸发制冷。最终加以不断修正改进，确
定以“蒸发制冷”原理为依据的冷藏保鲜设备
的方案——电冰箱。
洗衣机的发明
第一步，确定目标和要求，找出诸如“洗”、“
清洁”、“安全”、“经济”、“制造简单”、
“使用方便”、“不损衣物”等若干目标词。
填入卡片，按一定逻辑排列。
第二步，从目标词中选3—5个关键词，逐个进行
综摄法讨论。比如，对“洗”词的讨论，可以
通过联想、类比提出搓洗、刷洗、冲洗、干洗、
漂洗、浸洗、捶洗等多种洗涤方法。分别填入
卡片，竖排于“洗”词之下。
洗衣机的发明
第三步名词讨论完后，整理各列卡片，以获得有
用设想。比如，从各种洗法中可归纳出加速水
流冲去污物和通过摩擦使污物与衣物分离而溶
于水这两种设想。再与从其他目标词类比得来
的各种设想结合、归纳，可得到多种设计方案。
第四步，经过比较，选出以加速水流冲去污物为
原理的现代洗衣机设计方案。经过改进，搞出
高速水流冲击与内桶摩擦相结合的方案。
（12）OCU法
OCU取original(新颖的)、common(普通的)及
useful(实用的)三个单词的字头组成的
OCU法的程序
(1)先把个人调查或集体创造思考得来的想法书写于一张
张的卡片上：
(2)从中取出任意的30张，将其排列于桌上。
(3)对卡片进行研究、归类并从中追加设想(如材料、环
境、工艺等)。
(4)将卡片分为7组，每组找出具有代表性的，置于最上。
(5)30张以外的卡片，以同样的方法分类，若没有相似的
可另设组。
OCU法的程序
(6)将分好类的卡片，按组一排排展开放好，并用几张卡
片分别给每组卡片标出名称(可用彩色以示区别)，并
置于每组之首。
(7)将排列好的每组卡片进行同上O、C、U分类，并调
整卡片位置。
(8)新颖的O设想常常不能直接使用，需进行实用化加工，
加工后变为有效化的卡片做上记号，移到U的位置。
(9)按上述做法，将C即普通的卡片也进行有效化转换，
也可采用组合的方法，转换好的卡片同样可做上记号，
移至U的位置。
OCU法的程序
(10)进行“O-U”、“C—U”转换后，可进行“增值联想”
，即按每一相同的提议检查u卡片，此时须这样考虑：
“如果有这种事情，是否可用这样的方法?”“这种方
法有用，还可增加一些新的设想。”然后，将新设想
制成“增值卡”加上标记，归入U类卡中。
(11)进行O、C、U的结构化阶段。首先检查一下方法的
名称，然后依设想的重要性，将U卡片从上向下顺次
排列，再从左向右排列，O卡与C卡不动。
作业
列举不少于5种创新技法，简要说明其特点。
选一种你熟悉的机器列出其检核表和形态学矩
阵。
试述BS法的基本步骤。
列举普通的糖的危害和你对它期望的功能，通
过什么方法可以实现你的期望功能？
探究魔方的原理，并列举它可能的用途
酒心巧克力
口香糖
金嗓子喉宝
摩托车的形态学矩阵
设计轻型摩托车的动力传动系统；
(1)主要的独立设计参数为：
1)动力源的种类。
2)速度控制（档）的种类。
3)传动机构的种类。
4)转速比的种类。
摩托车的形态学矩阵
(2) 设计参数的所有可能子解为：
1)动力源：汽油发动机、喷射发动机、施特林发
动机。
2)速度控制：手排、自排、混合
3)机构；齿轮、带传动、链传动、传动轴、混合，
4)转速比：三速、四速、连续变速、其他。
形态学矩阵
