創(chuàng)新算法.docx

第一節(jié) 大海撈針發(fā)明家是如何工作的? 發(fā)明來得多么遲! 創(chuàng)新理論是研究創(chuàng)造性的，目的是開發(fā)有效的方法來解決創(chuàng)新問題。 言下之意，現(xiàn)有的創(chuàng)新方法太差勁了，應(yīng)該被替換掉。這簡直是異端邪說!人們用這些陳舊的方法做出了偉大的發(fā)明，當(dāng)今所有的發(fā)明都是基于這些方法，每年都產(chǎn)生成千上萬的新技術(shù)，這些創(chuàng)新方法怎么會(huì)是錯(cuò)的呢? 不要匆忙下結(jié)論，讓我們從考查傳統(tǒng)方法如何創(chuàng)新開始。 一般來說，發(fā)明家并不想討論他們開發(fā)新技術(shù)的過程。天才發(fā)明家，NSE的秘密一書的作者BS艾格羅夫(BSEgorov)是個(gè)例外，他詳細(xì)描述了他是如何發(fā)明一種繞線裝置的。我們來看看這位發(fā)明家的思考過程。艾格羅夫這樣陳述問題：一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)有幾千個(gè)細(xì)小的環(huán)形變壓器。每個(gè)變壓器的中心孔徑僅2mm，通過這個(gè)孔，纏繞比頭發(fā)絲還要細(xì)的線。線的真絲絕緣層容易破碎，因此必須手工繞制。問題很清楚：如何快速準(zhǔn)確地把絕緣細(xì)線繞到鐵芯上。幾年前艾格羅夫成功地解決了一個(gè)類似的問題。那個(gè)問題是要求電話上的電感線圈實(shí)現(xiàn)機(jī)械化繞線操作。乍一看，這兩個(gè)問題很相像：兩個(gè)問題中都有一個(gè)環(huán)，線必須繞到環(huán)上去。只不過在新問題中的小鐵環(huán)比電話上的電感線圈上的小鐵環(huán)明顯小很多。這一點(diǎn)從根本上改變了問題的性質(zhì)。 艾格羅夫?qū)懙溃?我得承認(rèn)，剛開始這個(gè)問題看起來并不復(fù)雜，不過，進(jìn)一步分析后，我的觀點(diǎn)改變了：繞線的環(huán)直徑只有2mm，這是非常困難的。例如，蘇聯(lián)BESM一2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用的鐵磁線圈K一2 8和它尺寸相似：外徑31 mm，內(nèi)徑2o mm，壁厚12 mm。BESM一2的存儲(chǔ)裝置用的線圈甚至更小。這些線圈也是用繞軸手工繞線的，繞軸就像一根帶線的”針，線圈和繞軸放大后如圖1所示。環(huán)的截面形狀并不重要，可以是正方形、長方形或者圓形。 當(dāng)然了，如果這個(gè)線圈由兩個(gè)分開的C形半圓組成，問題就簡單一些。但是，鐵磁線圈是通過粉末冶金工藝制造出來的：粉末被壓縮之后高溫烘焙定型。任何繞線都不能承受這樣的高溫高壓，因此必須在線圈成型之后才能繞線。艾格羅夫解釋道：圖1 手工往環(huán)上繞線圖 繞軸應(yīng)該多大?繞軸兩頭的開叉應(yīng)該多大?我很快明白，在第一個(gè)設(shè)備上繞線的繞軸不能用在這里，這里的繞軸太小，問題變得復(fù)雜。不用繞軸來繞線，能否發(fā)現(xiàn)一種全新的繞線概念呢?那會(huì)是什么概念?這些問題讓我的頭腦無法平靜下來。 也許，可以用鐘擺?我請教過很多朋友，有人提出這樣的想法。于是我決定試試用鐘擺來解決這個(gè)問題。概念很簡單，有兩個(gè)鐘擺，線圈位于它們中間。右邊的鐘擺有一根帶線的針，針穿過線圈后，帶著線到達(dá)左邊的鐘擺。線圈向上一拉，針帶著線從線圈的下面又回到右邊的鐘擺，如此循環(huán)往復(fù)。太簡單了!沒有繞軸也成!艾格羅夫制作了一個(gè)樣機(jī)模型，但是結(jié)果并不令人滿意：只有當(dāng)針到達(dá)極限位置時(shí)線才能拉緊；線在運(yùn)動(dòng)過程中很松弛，造成繞線不均勻。重新開始，加倍努力!首先我嘗試改變鐘擺的位置，接著又改變線圈的位置，然后又改變鐘擺的擺動(dòng)。這些都沒用，線還是很松。3 00多次試驗(yàn)后，我最終得出結(jié)論：鐘擺不是個(gè)好辦法。此時(shí)我很清楚，應(yīng)該尋找一個(gè)新概念。但是哪一個(gè)呢?我分析了幾種不同的辦法，都不能令人滿意。一個(gè)主意出現(xiàn)在我的腦海里：用壓縮空氣代替鐘擺來繞線，空氣推動(dòng)針穿過線圈。艾格羅夫制作了另外一個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，但是壓縮空氣也不行，繞線還是松的。突然一個(gè)想法冒出來：用線繞環(huán)這概念整個(gè)就是錯(cuò)的。這樣的概念認(rèn)為針必須穿過環(huán)，而正是針的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致線變得松弛，因此絕對不可以用針。得尋找一個(gè)全新的方法。時(shí)間流逝，艾格羅夫繼續(xù)思考這個(gè)問題。有一天他正在乘火車，突然想到一個(gè)主意：當(dāng)時(shí)我坐在長椅上，環(huán)顧四周，我的眼光落在一位正在編織帽子的老太太身上。她手里拿著鉤針，移動(dòng)手指，鉤出一個(gè)又一個(gè)線圈。我盯著她的手，在腦海里重復(fù)著她的動(dòng)作。一個(gè)線圈，又一個(gè)線圈鉤針不斷地移動(dòng)：不是在老太太的手里，而是在我的機(jī)器上。如果在我的機(jī)器上把繞軸和鐘擺換成鉤針會(huì)怎么樣?鉤針帶著線穿過環(huán)。彈簧能把線拉緊。我拿出一根針和線，把針變?yōu)殂^針，嘗試著重復(fù)老太太一個(gè)接一個(gè)的手勢。簡直不能相信，這個(gè)簡單的鉤針，隱藏著繞線機(jī)器的秘密!我是不是已經(jīng)找到了原本看似沒有答案的問題的秘密?完全正確!現(xiàn)在線繞得很完美。這正是我搜尋了很久的概念，鉤針可以把線緊緊地繞在線圈上。繞線機(jī)器就這樣誕生了?，F(xiàn)在，我們能對發(fā)明家遵循的創(chuàng)新路徑說些什么呢?首先，尋找答案是隨機(jī)的，正如心理學(xué)家所說的。通過“試錯(cuò)法”， 終于有個(gè)想法冒出來：“如果我們這樣做會(huì)怎么樣?”接著就是對這個(gè)想法進(jìn)行理論和實(shí)踐的測試。一個(gè)不成功的想法，被另一個(gè)不成功的想法所代替，然后繼續(xù)做下去，直到找到成功的答案。這種方法如圖2所示。發(fā)明家要從“問題”點(diǎn)出發(fā)，到達(dá)“答案點(diǎn)，而后者的位置是未知的。發(fā)明家沿著某個(gè)方向形成一個(gè)搜尋概念（2中的SC)，比如“我決定試試鐘擺”。對問題的進(jìn)攻就從這個(gè)方向開始，如圖2的箭頭所示：“如果我們這樣做會(huì)怎樣?”后來，發(fā)現(xiàn)整個(gè)概念明顯是錯(cuò)的：“我得出結(jié)論，鐘擺不是個(gè)好辦法?！眻D2 試錯(cuò)法的搜索方法圖發(fā)明家回到最初的問題，引人一個(gè)新的搜尋概念：“一個(gè)主意出現(xiàn)在我的腦海里：用壓縮空氣代替鐘擺來繞線。發(fā)明家又開始了一系列新的進(jìn)攻?，F(xiàn)實(shí)中的創(chuàng)新需要的嘗試次數(shù)，通常比這個(gè)圖示的例子多得多。艾格羅夫的第一個(gè)模型就修改了大約300次。使用試錯(cuò)法創(chuàng)新，嘗試的次數(shù)很多，需要幾千次甚至上萬次嘗試“如果會(huì)怎么樣，才能找到一個(gè)滿意的答案。試錯(cuò)法還有另一個(gè)顯著的特征。在圖2中，一簇箭頭指向與答案相反的方向。這并非偶然。通常，最初的嘗試并不像表面上看起來那樣混亂，發(fā)明家從過去的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)尋找答案。艾格羅夫發(fā)明過電話電感線圈的繞線機(jī)器，當(dāng)他開始解決新問題的時(shí)候，他的大腦立刻轉(zhuǎn)向以前的經(jīng)驗(yàn)：“需要一個(gè)繞軸，不過這個(gè)繞軸很小，或者一根穿著線的細(xì)針也可以?！睅缀跛信c針有關(guān)的嘗試都不成功。如圖2的慣性向量V所示，從問題一開始，V的初始趨勢就背離了答案的方向。當(dāng)發(fā)明家最終放棄用針繞線這個(gè)概念后，發(fā)明的主要步驟才完成。本書后面還會(huì)更詳細(xì)地討論試錯(cuò)法，下面讀者可以自己檢驗(yàn)一下這種方法。問 題 1艾格羅夫的發(fā)明很好地解決了鐵磁線圈繞線的問題，只要環(huán)的內(nèi)徑不小于2mm。不過，小型電子設(shè)備需要的變壓器越來越小，線圈也越來越小，跟以前一樣，繞線的工作也只能靠手工完成。如何能實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程的自動(dòng)化?讓我們花點(diǎn)時(shí)間，嘗試不用任何發(fā)明方法論來解決這個(gè)問題。問題很清楚。有一個(gè)鐵磁線圈，比如說內(nèi)徑是O5mm，還有絕緣細(xì)線要繞在線圈上。如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程的自動(dòng)化?線圈圈數(shù)依賴于變壓器的設(shè)計(jì)，因此它會(huì)改變。環(huán)形變壓器有幾百圈，而計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器線圈只有兩三圈。假設(shè)我們需要繞20圈線。我們另外還要考慮兩點(diǎn)：首先，這是個(gè)實(shí)際問題，不能改變問題本身，就是說不能完全去掉鐵磁線圈；其次，只要能提高生產(chǎn)率，任何方案都可以，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器要使用數(shù)百萬個(gè)這樣的變壓器。解決這個(gè)問題并不需要特殊知識(shí)，即使如此，我還是很懷疑，最有經(jīng)驗(yàn)的發(fā)明家只要用試錯(cuò)法就能找到好的解決辦法。事實(shí)上，我敢肯定，就算讀者您有托馬斯愛迪生的天賦，也不能解決這個(gè)問題。你知道嗎?連愛迪生自己也承認(rèn)，他完成每個(gè)發(fā)明平均要花7年時(shí)間，有三分之一的時(shí)間花在尋找方案概念上。曾經(jīng)和愛迪生一起工作過的尼古拉特斯拉(Nicola Tesla)寫道：如果愛迪生要在干草垛里面尋找一根針，他不會(huì)浪費(fèi)任何時(shí)間去判斷針最可能在什么位置。他會(huì)立刻像蜜蜂一樣，辛勤地檢查每一根稻草，直至找到那根針。他的方法效率很低。他會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，最終還是一無所獲，除非他運(yùn)氣好。從一開始他就忙忙碌碌，真是悲哀!因?yàn)槲覀冎?，哪怕只用一點(diǎn)點(diǎn)理論知識(shí)和少量計(jì)算，就能節(jié)省至少30的時(shí)間。他看不起書本教育，特別是數(shù)學(xué)知識(shí)，而完全相信自己的發(fā)明直覺和美國人的常識(shí)。盡管我不相信讀者能解決這個(gè)變壓器的問題，我還是希望你們試一試。后面我們會(huì)用創(chuàng)新方法論來解決這個(gè)問題。然后，你就可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，把本書描述的算法，與用試錯(cuò)法尋找答案的方法比較一下。艾格羅夫發(fā)明了繞線機(jī)器，他是個(gè)有天賦的工人，也是個(gè)發(fā)明家。如果這個(gè)問題由一位科學(xué)家來解決，會(huì)怎么樣呢?具備更多的知識(shí)能不能提高試錯(cuò)法的效率呢?前不久，發(fā)明家和創(chuàng)新者雜志發(fā)表了E范麗特尼科夫(EVeretennikOv，技術(shù)科學(xué)博士)的一篇文章。這是另一個(gè)少見的案例，發(fā)明家描述了他是如何找到一個(gè)新想法的。范麗特尼科夫解決的問題并不復(fù)雜，他的高等科學(xué)教育也沒有讓這個(gè)案例與眾不同。下面是范麗特尼科夫描述的故事： 我們庫伊布舍夫工業(yè)研究院與庫伊布舍夫制造廠合作，后者生產(chǎn)鉆井機(jī)的螺旋鉆頭。每個(gè)參觀過這家工廠組裝車間的人，都會(huì)問同一個(gè)問題：“為什么不用另一種方式組裝呢?工廠里的景象讓人很不舒服。每一根鉆柄涂著厚厚的潤滑油脂作為黏合劑，油脂使?jié)L珠保持在兩個(gè)水平面上。如果沒有油脂，滾珠會(huì)散落一地。兩排軸承一放好，就把刀頭裝在上面。整個(gè)過程手工操作，而油脂對人的皮膚有害。除此之外，金屬屑會(huì)刺傷裝配工的手。這項(xiàng)工作很困難，需要很高的技巧。這種組裝很常見，需要將工件定位。各種各樣的夾緊裝置，錫焊、點(diǎn)焊、膠水和黏性材料，都用來臨時(shí)定位工件。這種特定的螺旋鉆組裝工藝，促使我重新考慮如何將滾珠臨時(shí)定位在鉆柄上。問題看起來是這樣的：組裝螺旋鉆頭，首先要把兩排滾珠軸承定位在鉆柄表面，每排有2030顆滾珠。很明顯手不能抓住所有滾珠，必須找到一種辦法，不用油脂也能將滾珠定位在鉆柄表面，直到切刀安放在上面。答案必須簡單、高效，利于進(jìn)一步的自動(dòng)化操作。我的第一個(gè)念頭當(dāng)然是用繩子固定滾珠。立刻，我又想到：“組裝完成后怎么去掉繩子呢?”我們可以用薄膜代替繩子，組裝后用油來熔化它。這可能是個(gè)很好的方案，除了讓制造過程變得更復(fù)雜這一點(diǎn)。進(jìn)一步思考之后，我有了更好的方案，可以用其他方式來定位軸承，例如用磁力。范麗特尼科夫的發(fā)明非常出色。只不過這個(gè)發(fā)明的故事，就像是個(gè)壞小說有個(gè)好結(jié)局。這個(gè)問題很早以前就出現(xiàn)了，當(dāng)時(shí)解決手段也已經(jīng)存在。遺憾的是，至少到二三十年后發(fā)明答案才出現(xiàn)!范麗特尼科夫強(qiáng)調(diào)說，到過這個(gè)工廠裝配車間的每個(gè)人，都意識(shí)到改進(jìn)的必要，好像問題在沖著大家喊叫：“請注意我!解決這個(gè)問題非常重要，而且也不那么困難。但是人們熟視無睹，擦肩而過。這并非個(gè)案。各行各業(yè)都需要利用現(xiàn)代科技知識(shí)，進(jìn)行大量的發(fā)明創(chuàng)造，但是這些發(fā)明從來沒有出現(xiàn)過。讓我們看看發(fā)明家是如何解決這個(gè)問題的：他的第一個(gè)念頭：“當(dāng)然可以用一根繩子。注意這里強(qiáng)調(diào)“當(dāng)然，整個(gè)思考過程的出發(fā)點(diǎn)，與現(xiàn)存的機(jī)制繩子相關(guān)。不可能用金屬繩子當(dāng)接頭，他想用普通的繩子?！袄K子的想法完全制約了發(fā)明家的想象力，以至于誰都不想放棄它。下一步還是繩子，這就是“慣性思維”。這次繩子由塑料薄膜制成。分析表明盡管這個(gè)概念更加現(xiàn)代，它仍然不是個(gè)成功的方案。最后，進(jìn)一步的思考的確得到了正確的方案：必須使用磁力。這個(gè)問題屬于這種類型：一旦表述準(zhǔn)確，問題就能自動(dòng)解決。在這里，創(chuàng)造力就是正確表述問題的技能。我們再來一遍：滾珠軸承要定位在鉆柄上，并且在切刀頭放好之前不能掉下來。換句話說就是，一個(gè)金屬部件必須臨時(shí)與另一個(gè)金屬部件連在一起。這樣陳述問題就足夠了，僅有小學(xué)六年級水平的人，也有一半能立即解決這個(gè)問題：用磁鐵?？梢赃M(jìn)一步明確這個(gè)問題：一個(gè)金屬部件要與另一個(gè)金屬部件連在一起，不能用任何其他物質(zhì)(如油脂)，不需要很大的力，只要能補(bǔ)償部件的自重即可。現(xiàn)在八成的人們能夠回答正確。后面，當(dāng)我們對發(fā)明方法了解更多的時(shí)候，就更容易發(fā)現(xiàn)解決這個(gè)問題的過程中所犯的其他錯(cuò)誤。不過至少現(xiàn)在，我們能得出一些結(jié)論：a發(fā)明家的思路從一個(gè)已知的概念轉(zhuǎn)移到一個(gè)未知的概念。發(fā)明家用現(xiàn)有的裝置(如金屬帶)作為原型進(jìn)行修改，產(chǎn)生了許多不成功的方案。同樣的事情也發(fā)生在艾格羅夫身上，“慣性思維”總是誤導(dǎo)我們。b發(fā)明家被迫選擇一條完全不同的道路，以便找到正確方案。開始他并不知道這條路，他可以從邏輯上自信地解釋他是怎樣踏上這條路的：從一個(gè)不成功的想法到另一個(gè)想法。突然，路到盡頭了。沒有邏輯的解釋，只有毫無意義的自語：“進(jìn)一步的思考把我引向”我們還記得，艾格羅夫不能解釋為什么沒有早點(diǎn)想出好主意。c盡管最終方案很成功，但是發(fā)明家的搜尋之路遠(yuǎn)不是完美的。磁力裝配設(shè)備早就應(yīng)該開發(fā)出來。這個(gè)發(fā)明的經(jīng)濟(jì)需求，很久以前就出現(xiàn)了，而且那時(shí)所需的技術(shù)也已經(jīng)存在。要么是發(fā)明家們不想看到這個(gè)問題，要么就是他們沒有足夠認(rèn)真地對待。發(fā)明家們讓這個(gè)問題停滯不前，這個(gè)代價(jià)非常高：年復(fù)一年又臟又累的手工勞動(dòng)。從長期的歷史階段上看，我們發(fā)現(xiàn)，發(fā)明的出現(xiàn)要受到某些進(jìn)化規(guī)律的制約。比如，蒸汽輪船不能比蒸汽引擎的發(fā)明出現(xiàn)得更早，蒸汽引擎不能在經(jīng)濟(jì)需求之前出現(xiàn)。不過，創(chuàng)新總是毫無緣由地姍姍來遲：創(chuàng)新的客觀條件已經(jīng)存在，但就是沒有創(chuàng)新。技術(shù)進(jìn)化的邏輯方向，并不意味著發(fā)明會(huì)自己出現(xiàn)，我們只需守株待兔。產(chǎn)生最有價(jià)值的產(chǎn)品新技術(shù)想法的“發(fā)明業(yè)，目前仍然使用著傳統(tǒng)方法，結(jié)果生產(chǎn)率低下，質(zhì)量也比應(yīng)該達(dá)到的水平差。有時(shí)很難理解為什么不同的發(fā)明沒有特別早出現(xiàn)。例如，在汽車時(shí)代的早期，風(fēng)扇用來冷卻引擎。即使那時(shí)每個(gè)司機(jī)都知道：如果外界環(huán)境溫度低就不需要冷卻引擎；此外過分冷卻引擎是有害的，而且耗能也多。但是直到1951年才發(fā)明了磁力離合器，在外界環(huán)境溫度低時(shí)關(guān)閉風(fēng)扇。“停滯不前持續(xù)了將近半個(gè)世紀(jì)，我們?yōu)榇烁冻龀林氐拇鷥r(jià)：浪費(fèi)的汽油流成了河。下面來看看更復(fù)雜的問題需要用什么創(chuàng)新技術(shù)，我們以望遠(yuǎn)鏡的透鏡鏡頭的發(fā)展歷史為例。二次大戰(zhàn)之前，列寧格勒的光學(xué)儀器商馬克蘇托夫(DDMaksutov)致力于開發(fā)教學(xué)用的望遠(yuǎn)鏡。他的目標(biāo)是開發(fā)一種簡單、便宜、高質(zhì)量的設(shè)備，能夠在惡劣的課堂環(huán)境中使用?，F(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡既復(fù)雜又昂貴，需要小心操作，而所有簡化望遠(yuǎn)鏡和降低成本的努力，都會(huì)導(dǎo)致光學(xué)質(zhì)量的惡化。這兩種特征完全不相容，馬克蘇托夫不能同時(shí)把它們結(jié)合到一起。馬克蘇托夫在他的書天文光學(xué)中寫道：在撤離列寧格勒期間，我于1941年8月初發(fā)明了透鏡望遠(yuǎn)鏡。我離開了列寧格勒，把自己花了半輩子心血準(zhǔn)備的校用望遠(yuǎn)鏡生產(chǎn)線留在了那里。我懷疑自己的發(fā)明能否成功，仿佛看到了我的“孩子”的悲慘結(jié)局。這期間我發(fā)現(xiàn)，自己除了思考最感興趣的這個(gè)題目之外無所事事，這對整天忙碌的我來說是很少見的。我設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡反射器中，一切都正確嗎?不，特別是鍍鋁的鏡子質(zhì)量下降很快；反射器位于開放的鏡筒中，不能在學(xué)校的環(huán)境中長時(shí)間使用。即使護(hù)工只擦一次鏡子上的灰塵，它就毀了。能用玻璃罩蓋著鏡子嗎?當(dāng)然可以，這會(huì)保護(hù)鏡子。用什么材料做玻璃罩呢?普通玻璃便宜，但吸收光線太多。光學(xué)玻璃會(huì)好很多，但也貴多了。我如何才能改善這個(gè)設(shè)計(jì)?似乎只有一個(gè)答案：在鏡筒前面安裝一個(gè)與鏡面平行的保護(hù)玻璃窗，這讓設(shè)計(jì)變得更復(fù)雜。安裝這樣一個(gè)光學(xué)玻璃窗，會(huì)顯著增加望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的成本發(fā)明家思考這個(gè)問題好多年了。每次他都要面對這樣的現(xiàn)實(shí)：普通玻璃不夠好，光學(xué)玻璃又太貴。有一次乘火車時(shí)，馬克蘇托夫說自己在做白日夢，換句話說，他從自己的“慣性思維中走出來，審視以前認(rèn)為不合適的方法。他打開了幻想的翅膀，允許自己想象如下的情形：假設(shè)光學(xué)玻璃變得非常便宜，就可以用它做反射器的保護(hù)窗，來密封望遠(yuǎn)鏡。這會(huì)帶來什么結(jié)果?當(dāng)然了，首先鏡子的壽命會(huì)延長。他繼續(xù)下去，發(fā)現(xiàn)保護(hù)玻璃還有另外的好處：密封的鏡筒另有好處：消除了對流的空氣。只要在玻璃上鉆一個(gè)孔，把鏡框的連接桿放進(jìn)去，就可以把對角鏡連到玻璃窗上。這樣就可以去掉支撐鏡子的框架，因?yàn)榭蚣軙?huì)吸收光線，增加額外干擾。就是在這里，馬克蘇托夫邁出了發(fā)明的第一步。光學(xué)玻璃原本有不可避免的缺陷，“但是這沒關(guān)系，”馬克蘇托夫說，“我們就用光學(xué)玻璃。既然這里必須用玻璃，那么為什么不從中得到其他好處，來作為補(bǔ)償呢?”僅僅做這樣的陳述已經(jīng)足夠。任何人，即使不是專家，只要了解望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造，現(xiàn)在都能夠找到正確答案。應(yīng)該在望遠(yuǎn)鏡的入口處放一個(gè)平面鏡(副鏡)，這面鏡子能把主鏡的光線反射到觀察者的眼睛。原來支撐副鏡的裝置吸收了很多光線，現(xiàn)在它能直接連到保護(hù)玻璃窗上。他的思路往前走得更遠(yuǎn)：為什么不把保護(hù)玻璃窗做成透鏡的形狀，而作成平面盤形呢?這樣的話，鍍鋁的中心區(qū)域就可以作為副鏡，不僅可以去掉副鏡的機(jī)械定位裝置，而且副鏡本身也沒了。副鏡的功能現(xiàn)在由保護(hù)玻璃窗的中心部分實(shí)現(xiàn)。這個(gè)設(shè)計(jì)很好。副鏡沒有框架，因此偏差也會(huì)最小化。但是又出現(xiàn)了另一個(gè)擔(dān)心：這個(gè)透鏡鏡頭會(huì)導(dǎo)致有害的光學(xué)失真嗎?可能會(huì)，但不是像差，而是同時(shí)有正的和反的球面像差。這里我?guī)缀蹂e(cuò)過了一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)：透鏡可以設(shè)計(jì)成沒有失真的。請仔細(xì)閱讀下面幾行。發(fā)明家克服了兩個(gè)障礙，第一個(gè)障礙是保護(hù)玻璃窗只能由昂貴的光學(xué)玻璃制成，后來才清楚，玻璃的高成本，可以由它所提供的額外功能補(bǔ)償，這樣就沒有必要跳過這個(gè)障礙，只要簡單地繞過去就行?，F(xiàn)在，發(fā)明家碰到了第二個(gè)障礙，需要消除透鏡造成的失真。現(xiàn)在是使用我們新發(fā)現(xiàn)的“補(bǔ)償概念的時(shí)候了。就讓鏡頭像差留在那兒它只不過是另一個(gè)不可避免的缺陷，我們能夠補(bǔ)償這個(gè)缺陷，從中提取有用的東西，而不是去掉它。這個(gè)例子中，試錯(cuò)法的弱點(diǎn)非常明顯。起初，方法好像很混亂，其實(shí)不然，它有章可循。嘗試總是沿著阻力最小的方向進(jìn)行，畢竟沿著熟悉的方向前進(jìn)要容易得多。發(fā)明家下意識(shí)地遵循同樣的路徑，因此他沒有任何機(jī)會(huì)來發(fā)現(xiàn)新東西。跳過障礙只是在重復(fù)同樣的努力。就像我們剛學(xué)到的，其實(shí)不必跳過去，只要繞過去就行了。馬克蘇托夫繼續(xù)寫道：我花了幾個(gè)小時(shí)琢磨這些想法，然后我明白了：選擇一個(gè)引起正向像差的透鏡鏡頭，用它來補(bǔ)償球面鏡或平面鏡造成的負(fù)向像差。就在此時(shí)此刻，我發(fā)明了透鏡望遠(yuǎn)鏡。于是第二個(gè)障礙同樣用補(bǔ)償?shù)姆椒朔?。透鏡鏡頭會(huì)讓光線變形，發(fā)明家知道沒有必要去對付這種變形。相反，最好能利用這種變形來補(bǔ)償主反射鏡在制造過程中產(chǎn)生的變形。制造拋物面反射鏡既復(fù)雜又費(fèi)力。馬克蘇托夫的發(fā)明讓我們可以用易于制造的球面鏡取代拋物面鏡。最初不可能用球面鏡，因?yàn)樗鼤?huì)造成視覺變形，現(xiàn)在可以用透鏡產(chǎn)生的變形來補(bǔ)償反射鏡的變形。光學(xué)上不完美的反射鏡，和一個(gè)不完美的透鏡組合在一起，就是一個(gè)完美的光學(xué)系統(tǒng)!馬克蘇托夫?qū)懙溃簩ν哥R系統(tǒng)進(jìn)行理論研究，了解它的優(yōu)點(diǎn)，這時(shí)，我情不自禁地想起了光學(xué)工業(yè)發(fā)展的歷史，道路崎嶇不平。在反射鏡和折射鏡提倡者的戰(zhàn)斗中，有多少折戟沉沙?不斷研究完善制造精確球面的方法浪費(fèi)了多少精力?而且又要解決消像差玻璃的問題?制造了多少最終被扔掉的燧石玻璃?還有其他復(fù)雜又耗力的玻璃?最后又建了多少昂貴、笨重、不完美的望遠(yuǎn)鏡 (以及同樣笨重、昂貴的機(jī)械裝置，和有巨大旋轉(zhuǎn)圓屋頂?shù)慕ㄖ??在天文光學(xué)發(fā)展的初期，如果我們知道了補(bǔ)償透鏡這個(gè)簡單的概念(它在笛卡兒和牛頓時(shí)代就可用了)，那么天文光學(xué)就會(huì)在全新的方向上發(fā)展。只需簡單地使用一種光學(xué)玻璃，就可以開發(fā)出消像差的球面短焦距光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，而不用考慮它們的屬性。在這個(gè)案例中，發(fā)明遲到了25O3OO年。這個(gè)發(fā)明的命運(yùn)是什么?在建好望遠(yuǎn)鏡之后，馬克蘇托夫又決定開發(fā)透鏡顯微鏡、雙目望遠(yuǎn)鏡，以及其他光學(xué)儀器。在光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，馬克蘇托夫的概念只用于解決與這個(gè)問題類似的任務(wù)。如果這個(gè)問題的領(lǐng)域略有不同，它就沒法解決；或者，人們嘗試去解決，但會(huì)走馬克蘇托夫的老路：試錯(cuò)法。這里還有一個(gè)這樣的發(fā)明故事。密切關(guān)注其思考過程和答案，兩者都驚人地讓我們回憶起透鏡望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明。我突然有一個(gè)想法，我認(rèn)識(shí)一個(gè)業(yè)余潛水員，他戴眼鏡好多年了。他在水下戴眼鏡時(shí)遇到問題，我建議他戴一副有機(jī)玻璃面具，照著他的眼鏡打磨鏡片。這個(gè)想法很誘人，盡管不是每個(gè)人都能得到這種眼鏡。我突然明白，真正的答案在于水本身。如果面具的平面玻璃做成凸形，水和空氣這兩種物質(zhì)的交界面就變成了凹形，會(huì)像凹鏡一樣散射光線。這位潛水員戴的水下眼鏡鏡片的屈光度(曲率)是一2。一3。，實(shí)驗(yàn)表明，這相當(dāng)于凸面半徑為1015cm的面具。此時(shí)我意識(shí)到，眼鏡和水下視覺毫無關(guān)系。水下遠(yuǎn)距離的物體看起來變形了：大得多，也近得多。如果玻璃的凸面半徑是2035cm，那么水造成的放大效應(yīng)就會(huì)消失，水下世界看起來就和它的自然尺寸一樣，當(dāng)然還是近得多。就像馬克蘇托夫一樣，這個(gè)發(fā)明家剛開始想把光學(xué)鏡片附在游泳面具窗上。然后，他推測可以通過把窗口做成凸形，使之變形為透鏡，來去掉鏡片。不過這個(gè)透鏡還有其他的功能，它可以消除面具窗上平行玻璃造成的變形。就這樣，一個(gè)新的技術(shù)想法誕生了。馬克蘇托夫的發(fā)明包含的最重要的想法是：接受以前不可接受的想法，然后補(bǔ)償它。我敢肯定，在許多還沒有解決的問題中，有一些就可以用這種補(bǔ)償方法來解決，不過補(bǔ)償法還沒有廣為人知。透鏡望遠(yuǎn)鏡被提到過上百次，但從沒有文獻(xiàn)說：“這是一個(gè)解決不同創(chuàng)新問題的成功方法，它不僅能用于光學(xué)行業(yè)，也可以應(yīng)用于其他行業(yè)。”迄今為止，我們已經(jīng)談了很多單獨(dú)解決問題的發(fā)明家。大型組織有更多可以調(diào)配的資源和更有效的創(chuàng)新技術(shù)，也許情況會(huì)不一樣。航空設(shè)計(jì)師和運(yùn)營執(zhí)行官，歐列格康斯坦丁諾維奇安托諾夫(Oleg Konstantinovich Antonov)，講述了下面的故事：在大型俄羅斯客機(jī)Antey的設(shè)計(jì)階段，在尾翼(飛機(jī)尾部，包括垂直尾翼和水平平衡器)的概念上，我們碰到一個(gè)非常復(fù)雜的問題。簡單、高而直的垂直尾翼加上上部的平衡器難于制造，盡管這個(gè)想法誘人，而且是由空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室推薦的。為了裝貨，機(jī)身被切掉寬44m、長17m這么一大塊。如果尾翼這么高，機(jī)身就會(huì)像紙袋一樣被粉碎和扭曲。我們不可能分割垂直尾翼，把垂直的圓墊圈裝在平衡器的兩端，雖然這會(huì)大大減少尾翼的致命振動(dòng)。時(shí)間流逝，我們還沒有找到可用的尾翼概念。 當(dāng)代的航空公司有組織地解決共同關(guān)心的問題?？傇O(shè)計(jì)師在考慮一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，通常不是一個(gè)人單干，飛機(jī)的每個(gè)系統(tǒng)都指派給一組有才能的工程師，他們具有本行業(yè)任何事情的最新信息。如果某個(gè)組一松懈，整個(gè)組織的工作節(jié)奏就會(huì)受到影響。不難想象這句話的成本：“時(shí)間流逝，我們還沒有找到可用的尾翼概念?！卑餐兄Z夫繼續(xù)寫道： 有一次，我半夜睡不著，習(xí)慣驅(qū)使我開始思考最困擾我的問題。如果水平平衡器的“半個(gè)墊圈由于重量而產(chǎn)生振動(dòng)，那么“墊圈應(yīng)該這樣放置，使得其質(zhì)量負(fù)效應(yīng)變成正效應(yīng)。因此需要把它們移動(dòng)到水平平衡器的中心軸前面。這么簡單!我伸手在床頭柜上摸到鉛筆和筆記本，在漆黑中畫下我新發(fā)現(xiàn)的概念。如釋重負(fù)，我很快就睡著了。剛開始，安托諾夫就像馬克蘇托夫一樣，想要去掉一個(gè)有害因素，但沒成功。在馬克蘇托夫的案例中，有害因素是像差；安托諾夫的有害因素是物體的重量。然而他們的答案概念是一樣的：不需要去掉有害因素，只是稍微修改它，讓它變得有用。今天，在一些工程公司里，工程師們可能正在努力去掉一些有害因素。他們不斷地碰壁，卻沒有意識(shí)到有扇門已經(jīng)打開?，F(xiàn)在一點(diǎn)也不難回答本章開始提出的問題，我們需要一個(gè)發(fā)明的方法論來：a讓那些停滯、亟待創(chuàng)新方案的問題，立刻受到發(fā)明家的關(guān)注；b高效地解決發(fā)明問題；c不斷應(yīng)用新發(fā)現(xiàn)的方法來解決其他技術(shù)問題，把發(fā)明家從尋找新方案的辛勞中解脫出來。第二節(jié) 創(chuàng)造性等級創(chuàng)新是最古老的人類活動(dòng)。嚴(yán)格地說，我們的祖先變成人的過程，就是從發(fā)明最早的工具開始的。從那時(shí)起，產(chǎn)生了數(shù)百萬發(fā)明創(chuàng)造。令人吃驚的是，雖然創(chuàng)新的問題越來越復(fù)雜，但是解決這些問題的方法卻沒有任何改進(jìn)，通常發(fā)明家一直用試錯(cuò)法解決問題。 “發(fā)明家既沒有推理也無遠(yuǎn)見，甚至沒有最起碼的耐性。法國科學(xué)家查爾斯尼科爾(Charles Nicolle)寫道，“他既不做調(diào)查研究，也不會(huì)沿著他那活躍的想象力馳騁。相反，他迫不及待地把自己扔進(jìn)未知的世界，希望這樣就可以征服世界。問題就像隱藏在煙霧中，普通燈光無法穿過煙霧把它照亮，卻突然間被閃電照得通明，于是一個(gè)新的發(fā)明誕生了。這樣的活動(dòng)既沒有邏輯也不明智?！薄叭绻l(fā)明活動(dòng)是一個(gè)邏輯和系統(tǒng)過程的結(jié)果，那該多好，美國發(fā)明家約翰拉比諾夫(John RabinoV)說，“不幸的是，事實(shí)并非如此。發(fā)明活動(dòng)是心理學(xué)家稱之為直覺，的產(chǎn)物：靈光乍現(xiàn)，一個(gè)隱蔽在人類意識(shí)背后的過程。與尼科爾一樣，拉比諾夫也認(rèn)為發(fā)明的過程沒有邏輯可言。不過拉比諾夫的觀點(diǎn)與尼科爾有所不同，他認(rèn)為只要專攻問題，最終總能征服它，從而做出一項(xiàng)發(fā)明。拉比諾夫描繪了一幅不太樂觀但更接近現(xiàn)實(shí)的畫面。只有不斷地鉆研問題，并挑選出所有可能的方案，就有可能成功。還有很多類似的說法，都是些不切實(shí)際的胡思亂想。蘇聯(lián)著名發(fā)明家貝貝托(GBabat)把發(fā)明活動(dòng)比作攀登陡峭的山峰：你躑躅前行，找到一條羊腸小道。路到盡頭，懸崖絕壁，你只好又折回。經(jīng)歷了無數(shù)次挫折，你終于到達(dá)了最高峰。回首俯望，你才發(fā)覺，走過的路混亂而無序。此時(shí)你突然注意到，原來有一條陽關(guān)大道就在你的身旁。如果早知道有這條路，到達(dá)頂峰就會(huì)容易得多，也快得多。貝貝托在這里準(zhǔn)確描述了創(chuàng)新過程的本質(zhì)?；靵y無序的探索要付出高昂的代價(jià)，你的時(shí)間，你的精力。因此并不奇怪人們終于醒悟到，需要開發(fā)一種按規(guī)則有序探索的過程就像一張地圖，指明通向頂峰的陽關(guān)大道。我們需要解決創(chuàng)造性問題的科學(xué)：啟發(fā)法(Heuristics)。啟發(fā)法這個(gè)詞最先出現(xiàn)在希臘數(shù)學(xué)家亞歷山大的著作中，他生活在3世紀(jì)下半葉。此后很多著名科學(xué)家，包括萊布尼茲和笛卡兒，都認(rèn)為有必要研究創(chuàng)造性思維過程本身。收集到的大量觀察結(jié)果逐漸證實(shí)，存在一些啟發(fā)法的原則。了解發(fā)明過程的信心增加了，然而發(fā)明家們直到今天還在繼續(xù)使用試錯(cuò)法。為什么17個(gè)世紀(jì)以后，啟發(fā)法還不能提供有效地解決創(chuàng)新問題的方法呢?從一開始，啟發(fā)法就確立了廣義的目標(biāo)：找到一些普遍規(guī)律，能用在人類活動(dòng)的所有領(lǐng)域，解決任何創(chuàng)新的難題。古希臘哲學(xué)家試圖尋找?guī)追N“基本元素”來解釋各種各樣的現(xiàn)象。亞里士多德教導(dǎo)說，任何物質(zhì)都是由5種元素組成的(火、氣、水、土和以太)。于是，人們就用同樣的方式提出了創(chuàng)造活動(dòng)的共同元素。當(dāng)然，所有的創(chuàng)新活動(dòng)的確有一些共性。但如果我們僅限于分析共性元素，就很難超越基本概念。蘇聯(lián)天才科學(xué)家恩格曼(Engelmeyer)在這方面成績斐然。這位科學(xué)家用豐富的事實(shí)資料，建立了如下的創(chuàng)新過程模型： 第一步 第二步 第三步 直覺和意愿 知識(shí)和分析 具體實(shí)施 創(chuàng)建一個(gè)想法 建立概念和計(jì)劃 發(fā)明的工程實(shí)施一般而言，這個(gè)模型沒錯(cuò)，每一個(gè)創(chuàng)新活動(dòng)都包括三個(gè)步驟：制定一個(gè)計(jì)劃(問題陳述)、探索新想法(問題的解決方案)和開發(fā)這個(gè)想法(工程實(shí)施)。但是這個(gè)概念太模糊了，對發(fā)明家的創(chuàng)新活動(dòng)沒有實(shí)際幫助。 事實(shí)上，包括恩格曼在內(nèi)的很多研究人員，并沒有把尋找一種真正可用的解決創(chuàng)造性問題的方法論作為一個(gè)目標(biāo)。直到最近，人們還相信當(dāng)前的“發(fā)明業(yè)能滿足現(xiàn)有的所有創(chuàng)新需求。只要能最終成功地解決問題，嘗試次數(shù)的多少無關(guān)緊要?！鞍l(fā)明業(yè)”仍然沿襲祖輩的方法，似乎也能滿足世界的需要。這也難怪啟發(fā)法發(fā)展緩慢。人們從狹隘的專業(yè)角度看待創(chuàng)新，這使情況變得更復(fù)雜。通常，科技?xì)v史學(xué)家完全忽略創(chuàng)新過程中的心理作用，而心理學(xué)家則不考慮科技進(jìn)化的客觀規(guī)律，只對那些著名科學(xué)家和發(fā)明家的個(gè)人創(chuàng)新特質(zhì)感興趣。I926年，美國心理學(xué)家特曼(LTermen)和考克斯(SCox)出版了300名天才的早期智力特征研究。在后來的2530年里，特曼和伊登(MEden)研究了1OO0名有天分學(xué)生的生活，出版了三卷天才的遺傳研究。發(fā)明家們不屑于剖析創(chuàng)新的過程。發(fā)明家畢竟是少數(shù)，很多人陶醉于別人對他出類拔萃光環(huán)的奉承。20世紀(jì)初，美國心理學(xué)家羅斯曼(Rossman)對很多發(fā)明家進(jìn)行問卷調(diào)查，其中一個(gè)問題是：“你認(rèn)為發(fā)明能力是天生的，還是可以學(xué)到的?”7O的發(fā)明家回答說：“發(fā)明是不可能學(xué)會(huì)的。一個(gè)人必須天生就具備成為發(fā)明家的能力。但是，接受調(diào)查的人誰也說不清這“天生的能力是什么。就在這個(gè)調(diào)查后不久的1931年，羅斯曼出版了發(fā)明家心理學(xué)一書。他在書中寫道：目前，我們對創(chuàng)新的心理過程還一無所知。我們既不清楚什么樣的條件有利于創(chuàng)新，也不清楚發(fā)明家個(gè)人需要明確具備什么樣的素質(zhì)。盡管羅斯曼收集了很多有趣的事實(shí)，但他還是沒有揭示創(chuàng)新的本質(zhì)。他謙虛的結(jié)論也只是描繪了創(chuàng)新過程的大體框架，如下所述： a識(shí)別需求和或問題； b分析這些需求和或問題； c評估已有的信息； d歸納出所有可能的方案； e分析這些方案； f產(chǎn)生新想法； g實(shí)驗(yàn)和確認(rèn)新概念。在凱撒大帝(Julius Caesar)征服高盧人后，他這樣把新聞發(fā)給羅馬：“我到了，我看見了，我征服了。試想，如果有人根據(jù)上述歷史，就把軍事策略的原則概括為“第一步：到達(dá)；第二步：看見；第三步：征服，那是多么荒謬!羅斯曼的概念與此很類似，只是將創(chuàng)新的基本步驟按照時(shí)間的先后羅列起來，也沒有按重要性區(qū)分不同的步驟。比如，他認(rèn)為收集信息和構(gòu)思新想法同等重要。信息可以很容易地從圖書館得到，但人們怎樣“產(chǎn)生一個(gè)“健康而有價(jià)值的新想法呢?羅斯曼沒有回答這個(gè)問題。發(fā)明技術(shù)仍然是個(gè)謎。1934年，蘇聯(lián)心理學(xué)家P雅各布森(PJacobson)出版了他的書發(fā)明家的創(chuàng)造過程第一卷。通過分析羅斯曼的結(jié)論，雅各布森提出了他自己的創(chuàng)新過程新概念，也包括7個(gè)步驟： a知識(shí)創(chuàng)新準(zhǔn)備期； b尋找需求； c任務(wù)和或想法的產(chǎn)生； d探索方案； e形成創(chuàng)新概念； f把概念變成原理圖； g想法的技術(shù)實(shí)施和開發(fā)。很容易看出，這個(gè)概念有羅斯曼思想的影子。但雅各布森清楚地表達(dá)了這樣一個(gè)想法：有必要揭示技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)在規(guī)律，并建立一種科學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)新。他計(jì)劃在第二卷中闡述這種方法，但遺憾的是他并沒有寫第二卷，雖然他繼續(xù)出版其他心理學(xué)著作。20世紀(jì)30年代中期，專利圖書館的書架上存放著數(shù)百萬項(xiàng)專利。發(fā)明活動(dòng)變得越來越普遍，人們明顯急需一套科學(xué)的創(chuàng)新方法論。然而在其后的20年里，因?yàn)楦鞣N各樣的原因，并沒有“發(fā)明技術(shù)的新著作問世。與此同時(shí)，過去的模糊而效果不佳的概念作用甚微，而且在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，這些概念更加沒用。蘇共中央委員會(huì)的24屆全會(huì)報(bào)道：“把科研成果轉(zhuǎn)換為大規(guī)模生產(chǎn)力，是我們最薄弱的環(huán)節(jié)?？蒲谐晒皇峭ㄟ^創(chuàng)新進(jìn)入工業(yè)界的嗎? 1944年，美國數(shù)學(xué)家博亞(DPoia)解讀啟發(fā)法：“顧名思義，它有一點(diǎn)邏輯的成分，有一些哲學(xué)的概念，還有一點(diǎn)心理學(xué)，但沒有明確定義其研究領(lǐng)域。它經(jīng)常被泛泛而論，很少詳述，實(shí)際上現(xiàn)在已經(jīng)被人遺忘了?！眴l(fā)法的歷史由長期低潮和短期高潮組成。在每一個(gè)高潮中，新的希望和術(shù)語會(huì)豐富啟發(fā)法。但是不久就能清楚地看到，這些偉大的愿望并沒有很快實(shí)現(xiàn)。人們發(fā)現(xiàn)，在新術(shù)語的背后，隱藏的還是陳舊而模糊的思想，于是又一個(gè)低潮期開始了?？刂普摰某霈F(xiàn)延遲了啟發(fā)法的下一個(gè)低潮。對變量不斷排列組合的方法論，主導(dǎo)了計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。這樣電腦和人腦之間的類比很流行，表面上也令人信服，但實(shí)際上它只是強(qiáng)化了創(chuàng)新一定要用試錯(cuò)法的觀點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，直到20世紀(jì)5O年代末，人們才明白，即使具備巨型計(jì)算機(jī)的處理速度，對變量不斷排列組合也不能解決創(chuàng)新問題。人們必須重新借助啟發(fā)法。于是按啟發(fā)法編程的新想法出現(xiàn)了：不是讓計(jì)算機(jī)排列所有變量，而是根據(jù)某種規(guī)則預(yù)先選擇少數(shù)變量，這組變量本身應(yīng)該足以解決問題。1957年美國科學(xué)家紐厄爾(ANewell)、休(JShow)和西蒙 (GSimon)發(fā)布了名為“通用問題解決法”的啟發(fā)法程序。這個(gè)嶄新的術(shù)語帶有控制論的痕跡，但它的思想很古老，即開發(fā)通用的原則來解決創(chuàng)新問題。但這些問題的決定因素很明確，一般只適合證明數(shù)學(xué)定理。紐厄爾嘗試用它下象棋，但什么結(jié)果也沒有，更談不上解決創(chuàng)新問題了。用這個(gè)程序解決問題太難了。后來紐厄爾、休和西蒙開發(fā)了一套特殊的下棋程序。不過這次他們放棄了傳統(tǒng)的啟發(fā)法搜尋原則，科學(xué)家們轉(zhuǎn)向研究棋弈的客觀規(guī)律。這樣，以前成熟的棋弈理論就成為這個(gè)程序的核心。看來他們找到了正確的方向。為了開發(fā)啟發(fā)式的程序，需要以研究領(lǐng)域的客觀規(guī)律為基礎(chǔ)，但是現(xiàn)代啟發(fā)法沒有熱忱地接受這個(gè)思想。事實(shí)上，棋弈的理論早已存在，棋弈規(guī)則、總結(jié)和指導(dǎo)的書籍也早已存在，而且有大量的研究以前棋局的分析資料。如果這些都不存在，工作將復(fù)雜幾千倍。首先必須發(fā)展出理論，然后根據(jù)這個(gè)理論開發(fā)啟發(fā)式的程序。這就是當(dāng)代啟發(fā)法對發(fā)明家而言沒有幫助的原因。羅斯曼和其他研究人員將創(chuàng)新過程分成單獨(dú)的階段，沒有考慮每個(gè)階段還可以繼續(xù)分為不同的量化級別。這在創(chuàng)新活動(dòng)調(diào)查中很典型。發(fā)明總是作為總體來考慮的，盡管它們實(shí)際上代表的是各種截然不同的物體。我們來比較兩個(gè)具體的發(fā)明：作者證書第166584號(hào) 一個(gè)開瓶的設(shè)備，由柄和爪組成。這項(xiàng)發(fā)明的創(chuàng)新在于，可以開啟聚乙烯瓶蓋。爪做成馬蹄形，用內(nèi)沿緊扣瓶蓋。作者證書第123209號(hào) 一種放大電磁輻射(紫外線、可見光、紅外線以及無線電波)的方法。放大的輻射穿過一種媒介，在輔助輻射或其他方法的幫助下，產(chǎn)生比平衡狀態(tài)下更集中的原子、其他粒子或其系統(tǒng)。它的工作原理就是將輻射激勵(lì)到更高的能量等級，從而“放大電磁輻射。每一個(gè)創(chuàng)新過程都必須遵循同樣的步驟：開始、中間和結(jié)束。但是，開啟塑料瓶塞和研發(fā)感應(yīng)發(fā)射器(激光)有數(shù)量級上的差異，因此兩個(gè)發(fā)明中新概念的實(shí)現(xiàn)機(jī)理也明顯不同。我隨機(jī)詢問了29個(gè)年齡在1240歲的人，在25min之內(nèi)，所有人都能找到一種想法，使開啟瓶塞的過程機(jī)械化。下面是這次調(diào)查的一個(gè)記錄，是我和我12歲的兒子一起完成的。作者：我們要構(gòu)思出一種能開塑料瓶塞的新開瓶器。標(biāo)準(zhǔn)的螺絲刀不夠好，開罐頭的利刀也不好，我們必須制造一種專門開塑料瓶塞的開瓶器。 兒子：媽媽用廚房的菜刀。 作者：用刀不方便。我們需要一種特殊的開瓶器。 兒子：你可以用剪刀。 作者：為什么剪刀好一些呢? 兒子：刀從一邊提起瓶塞，剪刀從兩邊提起。 作者：我們怎樣才能使它更好呢? 兒子：(熱情地)我們可以從三邊提起瓶塞!(說明，這正是在作者證書第166584號(hào)中寫到的：馬蹄形的爪。) 作者：還是需要開發(fā)一種特殊的開瓶器。 兒子：能夠從三邊提起瓶塞的特殊刀片(用手指比劃著)。把柄裝在上面。為了理解創(chuàng)新過程的技巧，有必要在創(chuàng)新過程的每一個(gè)階段，從多個(gè)級別來考慮創(chuàng)造活動(dòng)。這就是我們正在做的事情。 表1就是創(chuàng)新過程的結(jié)構(gòu)圖表。A、B、C、D、E和F代表過程的不同階段，1、2、3、4和5代表過程的級別。每一階段可以按照5個(gè)級別來工作。后面我們會(huì)詳細(xì)討論這些級別之間的差異。現(xiàn)在我們定義創(chuàng)新過程的以下特征：1級 使用一個(gè)已有的物體，不考慮其他物體；2級 在幾個(gè)物體之間選擇一個(gè)；3級 對選出來的物體做部分改變；4級 開發(fā)一個(gè)新物體，或者完全改變選擇的物體；5級 開發(fā)一套全新的復(fù)雜系統(tǒng)。表l 創(chuàng)新過程的結(jié)構(gòu)圖表 【1級發(fā)明】作者證書第157356號(hào) 高壓氣體、液態(tài)氣體或溶解氣體的容器保護(hù)蓋。蓋子由塑料制成，有內(nèi)襯支架來增加強(qiáng)度。這樣可以降低成本，節(jié)省金屬用量。有一個(gè)常見的問題(節(jié)省金屬用量)。采用一個(gè)已有的搜尋概念(用廉價(jià)的東西替換金屬)，最后設(shè)計(jì)出一個(gè)已有的解決方案(塑料蓋子)。這個(gè)設(shè)計(jì)太一般：蓋子內(nèi)襯支架，因此不需要研究或調(diào)試的過程。作者證書第362335號(hào) 抽吸液態(tài)金屬的虹吸管有一個(gè)U形管，一個(gè)可以透氣的陶瓷塞通過管接頭連接真空泵，真空泵有一個(gè)水平入口管。這個(gè)裝置可以提高抽吸上來的金屬純度，因?yàn)楹缥艿闹苿?dòng)桿位于容器的沉積物水平面之上。為防止虹吸管沉人黏稠的沉積物，虹吸管安裝了一個(gè)制動(dòng)桿：小任務(wù)，小解決方案?！?級發(fā)明】作者證書第210662號(hào) 一個(gè)感應(yīng)式電磁泵包括泵體、一個(gè)感應(yīng)器和一根導(dǎo)管。這個(gè)泵的新穎之處在于，感應(yīng)器可以沿導(dǎo)管的軸移動(dòng)。電磁泵已經(jīng)存在很長時(shí)間了，它由一根管子及上面的環(huán)形感應(yīng)器組成。工作時(shí)，管子的一端浸在液態(tài)金屬中。通常感應(yīng)器位于液態(tài)金屬面之上。啟動(dòng)電磁泵，液態(tài)金屬會(huì)被吸到感應(yīng)器位置的高度。針對這個(gè)問題有幾種解決方案： a在吸管的下端放置一個(gè)啟動(dòng)感應(yīng)器； b電磁泵啟動(dòng)前，從上面倒人金屬； c放低感應(yīng)器而不是管子。這里，選擇了其中一個(gè)答案，可能是最好的一個(gè)：啟動(dòng)時(shí)放低感應(yīng)器而不是管子本身。然后提升金屬平面到感應(yīng)器的工作位置。從表1可以看出，這是一個(gè)2級D階段的發(fā)明(在幾個(gè)想法中選擇一個(gè))?！?級發(fā)明】作者證書第163487號(hào) 采用曝光驅(qū)動(dòng)的快門中斷光束的方法(例如，制作高速動(dòng)作圖片)。這項(xiàng)發(fā)明與眾不同的是，在兩個(gè)玻璃保護(hù)片之間的液體中安裝一個(gè)放電器，在中性條件下玻璃片的表面和光束接觸。這樣快門可以重復(fù)使用。以前快速中斷光線的方法是打碎玻璃，快門就是一次性的。改變快門的物理狀態(tài)，使之具有新的特性，液體快門可以重復(fù)使用。這是一個(gè)3級D和E階段的發(fā)明。作者證書第256956號(hào) 一種去除魚內(nèi)臟的方法。這種新方法通過插入一個(gè)溫度低于一5的裝置，來冷凍器官，同時(shí)又能保鮮?！?級發(fā)明】作者證書第163559號(hào) 用于現(xiàn)場監(jiān)控鉆土工具狀態(tài)的方法(例如鉆井)。與其他發(fā)明不同，該發(fā)明使用強(qiáng)烈的氣味作為鉆孔工具磨損嚴(yán)重的指示器，即將一次性的化學(xué)藥劑注入鉆頭。這是一個(gè)4級的發(fā)明，因?yàn)樗捎靡环N控制磨損過程的新方法，而不是修改現(xiàn)有的過程。作者證書第187135號(hào) 電機(jī)的蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)。為了去掉電機(jī)的分離式冷卻系統(tǒng)，新式電機(jī)的工作元件與以往不同，工作元件采用多孔的冶金粉末制造，冶金粉末摻入液態(tài)冷卻劑。操作時(shí)，冷卻劑蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生短期、強(qiáng)烈而均勻的制冷作用。傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)從外部產(chǎn)生制冷效果，低效又笨拙。這項(xiàng)發(fā)明建議在金屬中預(yù)先存儲(chǔ)制冷劑?！?級發(fā)明】作者證書第70000號(hào) 制造金屬粉末、合金粉末和其他導(dǎo)電物質(zhì)粉末。這個(gè)方法的不同之處在于，用這些材料制造的電極與一個(gè)振蕩電路相連，這樣電火花放電把電極物質(zhì)打散形成粉末。這種方法開啟了電極放電加工材料的技術(shù)之門。 當(dāng)然，每個(gè)階段和等級還可以再往下分。但是，等級之間質(zhì)的區(qū)別，比每個(gè)等級內(nèi)的量的區(qū)別更重要。讓我用一個(gè)類比來解釋一下。我們不可能泛泛地研究一種物質(zhì)，例如水。水有不同的質(zhì)的級別：冰、液態(tài)水和蒸汽。它們的特征和規(guī)律各不相同。每個(gè)級別內(nèi)還有區(qū)別：4的水和99。C的水不同，臨界溫度的蒸汽和臨界溫度以下的蒸汽也不同。但是，在結(jié)構(gòu)化創(chuàng)新分析的第一步，同一級別內(nèi)的差別并不起顯著作用。也許讀者想了解1級發(fā)明和5級發(fā)明之間的關(guān)系。從1965年到1969年，我研究了14類發(fā)明，它們分布如下： 1級 320 2級 450 3級 190 4級 低于40 5級 低03因此，77(1級和2級)的注冊專利僅代表一種新的設(shè)計(jì)。一般而言，每一個(gè)工程師都知道如何在1級和2級上創(chuàng)新，在這些級別的范圍內(nèi)，不需要選擇新的任務(wù)、新的技術(shù)理念，工程師有足夠的知識(shí)和技能來提供有效的解決方案。而在諸如5級的較高級創(chuàng)新，就需要運(yùn)用新發(fā)現(xiàn)。當(dāng)今的創(chuàng)造發(fā)明一般都在3級到5級的中間子級的范圍之內(nèi)。從數(shù)量上看，這些還不到所有注冊專利的14。但是，正是這些創(chuàng)新給技術(shù)帶來了質(zhì)的改變。D階段的不同級別，可以用一般工程師搜尋答案過程中采用試錯(cuò)法的次數(shù)來描述： 1級 110 2級 10100 3級 1001000 4級 100010000 5級 10000100000，甚至更多在5級發(fā)明的高子級上，嘗試的次數(shù)是無限的，因?yàn)檎也坏綕撛诖鸢竵斫鉀Q給定的發(fā)明任務(wù)。心理學(xué)家可以精確定義1級發(fā)明和2級發(fā)明思維過程的機(jī)制，因?yàn)樗鼈兣c非創(chuàng)新的思維過程沒有什么區(qū)別，無非是排列變量，并去掉壞的變量。每去掉一個(gè)壞的變量，問題就更加清晰，并可重新表述問題。在揭示較高級別發(fā)明的機(jī)制時(shí)，傳統(tǒng)心理學(xué)遇到了挑戰(zhàn)。從理論上講變量的數(shù)量很大，但毫無疑問，發(fā)明家不可能對每一個(gè)變量都進(jìn)行排列組合。發(fā)明家會(huì)采取某種方式減少潛在的嘗試次數(shù)，從100000個(gè)可能的嘗試中，啟發(fā)性地選擇一小部分，比如100次嘗試。這里，選擇的機(jī)制具有決定性作用，之后則通常是常規(guī)的嘗試過程。啟發(fā)法(和大部分創(chuàng)造性思維的心理學(xué)一樣)希望能定義一種機(jī)制，將變量從100000個(gè)降到100個(gè)。沿此方向的實(shí)驗(yàn)和啟發(fā)法本身一樣古老，也一樣毫無價(jià)值?；炯僭O(shè)是錯(cuò)誤的。沒有一種機(jī)制能從很大的探索領(lǐng)域(幾十萬次嘗試)，轉(zhuǎn)換到一個(gè)小而基本的探索領(lǐng)域(1OO次嘗試)。盡管問題本身可能需要100000次試驗(yàn)，但實(shí)際上發(fā)明家只會(huì)嘗試100次。這看起來很矛盾，但能解釋得通。心理學(xué)家只考慮單個(gè)人的行為，而高級別的問題需要很多人持續(xù)努力才能解決。想象一件寶藏埋在100000 acre(1acre一404686m2)的地下。歷經(jīng)幾代，成百上千的人都在這塊地上尋寶，每人挖200acre的范圍，有時(shí)候地塊之間彼此會(huì)重疊。逐漸地，哪些地域沒必要再挖掘就越來越明顯。同時(shí)，人們還在繼續(xù)挖。最后第一千零一個(gè)探寶者出現(xiàn)了，他知道哪兒不需要挖，因?yàn)樗那拜呍诖饲?O年的時(shí)間里已經(jīng)挖過了。他另辟蹊徑，最終挖出寶藏。這時(shí)心理學(xué)家出現(xiàn)了：“請告訴我，你怎樣能這么幾下就找到寶藏?”實(shí)際上，答案非常簡單，所有“勞而無功的地方都被其他人在半個(gè)世紀(jì)里辛辛苦苦地挖過了，新的探索區(qū)域就變得很小。以此為例，我們來看看發(fā)明簡易變速器的過程。變速器是連續(xù)變速的傳動(dòng)器。對工業(yè)界而言，能夠連續(xù)調(diào)節(jié)每分鐘轉(zhuǎn)速(rmin)的設(shè)備是很重要的。在2O世紀(jì)初，對這種類型變速器的探索就起步了。1945年，發(fā)明家皮羅茲科夫(EIPirozkoV)在巴拉諾夫(GGBaranov)博士的指導(dǎo)下，開始解決這個(gè)問題。較早的時(shí)候，皮羅茲科夫發(fā)明過液壓變速器(作者證書第70842號(hào))，這個(gè)背景很理想：發(fā)明家以前有過相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還有科學(xué)家的指導(dǎo)。讓我們看看這項(xiàng)工作是如何進(jìn)行的。以下摘自1969年7月的發(fā)明家和創(chuàng)新者：我們做了認(rèn)真的調(diào)研，分析了國內(nèi)外大量的文獻(xiàn)，詳細(xì)研究了所有變速器的設(shè)計(jì)，確認(rèn)每一種變速器的強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)。這項(xiàng)工作十分艱苦，任務(wù)巨大，永無止境。盡管皮羅茲科夫有以前發(fā)明成功的經(jīng)驗(yàn)，但他還是認(rèn)識(shí)到，液壓、氣壓或者電動(dòng)的變速器，都有一個(gè)明顯的無法解決的缺陷很少有變速器專家注意到摩擦型變速器。很多設(shè)計(jì)都有明顯的缺點(diǎn)，例如， “干式變速器可靠性差，因?yàn)橐粋€(gè)摩擦面在另一個(gè)面上