就有人说过，必须要用更有效的方法——“科学”来代替“创造”，以后又不止一次地说出过这个想法。但直到上世纪中叶，发明的科学还不受重视，但现在已经变了，“逐个地去挑”已经难多了，在利用尝试法时，时间的浪费已不能容忍。解决发明课题理论的出现和迅速发展，并非偶然，而是现代科学技术革命提出的要求，也是信息时代的呼唤。
技术体系的设计，在一百年前是艺术，在今天成了精确的科学。不久前，科学还只包括已知的技术体系的没计，并未涉及创造原则上是新的体系。现在可以有把握地说，体系的设计正在变成技术体系发展和设计的科学。发明作为创造新体系和改进旧体系的方法，在历史上已经过时。在能使用机器的地方，却“用手来掘”是不明智的。“按公式”来工作，必然废除那些摸索性的工作。而人类的智慧并非闲置不用，而是用于思考更为复杂的课题。
科学代替创造是个复杂而缓慢的过程，它不仅取决于解决发明课题理论的发展，而且也取决于发明专利保护的理论与实践的革命。首先取决于在“发明”这一概念中内容的逐渐变化。如我们看见的那样，对希望被承认为发明的那些技术答案，提出的最低要求在现在是十分低的。因为甚至最普通的建议也常常被登记为发明。大概，在可以预见的未来，对发明的要求会提高。
按“公式”进行发明，即使最高水平的发明也可“按公式”进行。现在，许多这样的“公式”已经有了，在最近的十年里，发明课题的解决法，将会变成关于技术体系发展的精确的科学。技术体系将“按公式”发展，没有“创造的痛苦”，那么，科学和发现的情况又将怎样呢?
技术里充满了发展着的体系——机器，科学也充满了发展着的体系——理论。理论的生命也是有规律性的。在许多情况下，理沦的规律性与机器发展的规律性相一致。在利用尝试法使某个理论体系完善化时产生的困难，就其性质来说，也与在技术领域遇到的相同。下面就是一个典型的例子．在约特逊的《双螺旋》一书里，讲述过关于DNA的结构和产生机制的一个假说是怎样产生的。弗兰西斯.科拉克，后来的诺贝尔奖金获得者，在大学的舞会上，听见一个天文学家讲述有关“完善的宇宙法则”的什么东西。这位天文学家到底指的是什么，科拉克没有注意，吸引了他的是另一个想法：若是存在着“完善的生物学法则”会怎么样?也就是，给研究问题表达出最终理想结果，会怎么样?科拉克对DNA的产生问题有兴趣，因而在此情况下，“完美的的生物学法则”就是“DNA自己产生自己??”。这样，就向二十世纪最重大发现之一，迈出了第一步。
这是偶然在大学舞会上所听见一句话产生的结果。若是有意识地将最终理想结果，应用于生物学的领域来“进行发现”，情况又会怎样呢?于是，工程师戈列夫钦科，斯维尔德洛夫斯克城的解决发明课题的理论教师，将最终理想结果的概念应用到??植物的进化上。推理的过程大致是这样的：今天的植物与昨天的植物相比，是接近最终理想结果的，是接近某个能从外界环境中最大限度地同化物质和能量的理想植物。那就来看看，在植物接近最终理想结果时，会产生什么样的矛盾，以及植物是怎样克服它们的。戈列夫钦科从事的研究，导致了植物的风能现象——植物直接同化风能的能力的发现。
做出发明就意味着想出了没有前一个技术体系所固有的矛盾的技术体系。同样，做出发现就意味着想出了没有前一个理论所固有的矛盾的理论或科学体系。
课题解决方法的革命，首先发生在技术里，这不是偶然的。只是在技术里才有专利贮备；而在科学和艺术中，关于新事物的资料，都分散的溶化在无边无际的文献里了。体系的发展规律性，在技术中表现得也更为清楚。不合适的理论有时能存在很久，而不合适的机器干脆就不能工作了。 解决创造性课题的新技巧，将不可避免地以某种形式越过技术的范围，能越过多远，则很难说。谁曾预见到，从赫芝的实验，麦克斯韦的方程，波波夫的雷暴指示器中产生了现在以某种方式影响到每个人生活的无线电技术呢?
看来，控制思维过程的可能性是无限的，这种可能性是不会耗竭的。因为智慧——认识和改造
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世界的强大工具，能够自我改造。谁能说人类的进化过程有限度呢?只要人类存在，对这种力量的控制就要完善化，我们不过是站在这漫长道路的开端罢了。
第二章 发明课题的水平及模式
1 发明课题水平
研究发明创造的方法，是从认识这样一个普通的真理开始的：课题经常是不同的，不可能用一个普遍的方法研究它们。有非常容易的课题，经过几次尝试后就能够解决它们；也有困难得难以想象的课题，它们需要许多年才能够解决。为什么容易的课题很容易?为什么困难的课题很困难?是什么使课题成为困难的课题?能否把困难的课题变成为容易的课题? 因此首先需明确“容易”课题与“困难”课题的区别。
按课题的困难程度，可以把课题分成五种水平(分五级)。对于最容易的课题(第一水平课题)来说，其特征是:应用一些常规的手段(装置、方法、物质)就可解决的目的明确的问题。
1.1 课题水平
1.1.1 第一水平的例子
课题1：有个炉子，里面有熔化了的金属．向炉子中部通入一根供应液氧的导管。为使在管子里流过的液氧在到达金属之前不完全汽化，应怎么办?
分析：需要绝热。如果已经绝热了，则需要加强它，即使绝热层加厚，采用双层壁，利用强制冷却等等。
方案：“向熔化的金属供液氧的装置，采用四个同心配置的冷却管和一个管口的型式。其特征是，可防止液流中的氧发生汽化，内管用厚15～20毫米的绝热层与周围隔绝”。 1.1.2 第二水平的例子
课题2：电弧妨碍了焊工观察焊接区的工作过程，即电弧光晃花了不太亮的部件(金属滴等)，必须即能改善观察条件，而不能使设备太复杂或降低生产率。
分析：这个问题较为复杂些，因为必须要选择几十个方案。
方案1：引进辅助照明灯来照亮整个焊接区——该方案落选，因为它使设备复杂化； 方案2：周期地关断电弧——该方案落选，因为会降低生产率。
方案3：一种保护电焊工眼睛焊区后部的设备，包括有一护面罩和框架，装有滤光片。其特征是，为较好地观察焊接过程，该设备装有反射镜，它安装在整个护面罩的正扇面上，把来自电弧的光聚焦到熔融区的被焊金属上。
最终方案：方案3才是满足该课题条件的最简单的解决办法。 1.1.3 第三水平的例子
举例：由螺栓和螺帽组成的一付紧固体。其特征是，为了通过消除工作时它们之间的摩擦力，防止它们表面的磨损，在工作时螺栓和螺帽间留有间隙，在螺纹内安放产生电磁场的线圈。它可保证螺帽相对于螺栓作平动”。紧固件仍然有，但与原来的紧固件相比，已经大大地变化了。 1.1.4 第四水平的例子
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举例：检查发动机磨损的新方法：以前检查磨损，是不时地取润滑油试样，测定其含有的金属细屑。一项发明方案建议向润滑油里添加荧光粉，根据发光情况的变化(金属细屑发光变暗)连续地检查金属屑的浓度。这样，不通过取样就可直接观测发动机磨损情况了----方法完全改变。
分析评价：利用这种物理效应发现的这个新想法，比该专利所涉及的“检查磨损法”的应用更为广泛，即在其它类似场合同样适用——根据发光物质变暗方法来检查金属细屑的出现。 1.1.5 第五水平的例子
举例：为借助温度波动时固体工作件弹性变化，而将热能转变为机械能，利用铜—铝—镍和铜—铝—锰合金的单晶作为固体工作件。
分析评价：众所周知，在温度变化时，固体的特性也要变化。但是，在温度变化不大时，特性变化很大的物质，我们却知道很少，发现和得到这种物质已经接近于科学上的发现了，就像超导材料的发现。利用温度的微小变化引起对象自身性状的极大改变，从而实现自动换能的新物质___换能器，这一发现可以用来解决种类极多的发明课题(制造热发动机和各种测量仪器等)。 小结：
在第一水平的课题中，设备或方法没有改变，仅仅是加强了已有的绝热层；
在第二水平的课题中，事物有变化，但改变不大(在防护设备中补充性地引进了反射镜)； 在第三水平的课题中，事物变化很大； 在第四水平中，它完全变化了；
在第五水平中，包含事物的整个技术体系改变了。
发明课题经常与技术问题、工程问题、设计问题混在一起。有了现成的图纸和计算。来建造一所房子，这是技术问题；利用现有的公式，计算一座普通桥梁，这是工程问题；设计舒适而经济的汽车，在舒适和经济间寻求折衷，这是设计问题。在解决这些问题时，不必克服矛盾，只有为解决问题必须克服矛盾时，该问题才成为发明课题。
在解决第一水平课题时，没有遇到矛盾，这是设计问题而不是发明问题。因此第一水平的课题将不再被认为是发明。类似“引进绝热层”（课题1）所记述的那些简单的设计问题，将不再被认为是发明了。为了避免混乱，还暂时使用“第一水平的发明课题”这样的说法。但请记住，第二水平及更高水平的真正的发明课题，是一定要与克服矛盾相联系的。
1.2 解决不同水平课题工作量
解决第一水平课题，需要选择几个明显的方案，这是每个工程师都能做得到的。就象我们的大多课题, 虽然并不都是写成申请发明证书的形式，但每天几乎都在毫无困难地情况下被按部就班地解决。
解决第二水平课题，要选择的方案数目大致有几十个。原则上，每个工程师都能选择50—70个方案，但需要一定耐心，有坚定和解决问题的信心。有时候，一个人经过十几次尝试就没有办法了。
解决第三水平课题，其正确答案隐藏在几百个不正确答案里。 解决第四水平课题，为找出课题的答案，需要作几千、几万次的尝试。
解决第五水平课题，尝试的次数到了几十万、几百万次。比如，可以回忆一下，爱迪生为发明碱性蓄电池，进行了五万次试验，这是指做过的试验而言，把所有想到过的试验都加进去，一定还要多得多。
练习题（第四水平的）：
课题3： 把弯曲的树干和树枝劈成劈材，得到了一堆树皮和木块的混合物，怎样将树皮与木块
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分开，如果它们在密度和别的性质上区别非常小。
分析：此课题在许多国家都申请过多项专利。发明家们都是固执地利用密度方面的微小差别来试图将树皮与木块分开，但均未获成功。在这个问题进行试验时，尝试的次数有时达几百次，但没有人能克服心理上的障碍，进入原则上是新的、关键性及可靠的方向上去。
提示：利用电磁场。树皮的微粒带负电，木块的微粒带正电的特点制造分选机。
1.3 解决不同水平课题的知识体系
高水平课题与低水平课题的区别之处，不仅在于为发现答案必须进行的尝试次数上，而且也有质的区别。第一水平的课题和解决它的手段，都在一个狭窄的专业范围内(使刨花板的生产完善化的问题，可用生产中常规的方法来解决)；第二水平课题及其解决它的措施都属于同一个技术部门(生产刨花板的问题，用木材加工业常规的办法来解决的)；第三水平课题的答案，就必须要到别的部门去寻找(木材加工方面的问题要用金属加工方面常规的方法来解决)；对于第四水平课题的答案，不应在技术中，而应在科学中去寻找——答案通常存在于很少应用的物理的、化学的效应和现象之中。对于第五水平范围内的课题，其解决措施可能完全在现代科学的范围之外。因此，首先应当做出科学发现，以后依据新的科学资料来解决发明课题。
在第一水平和第二水平上，可以只利用专门知识来选择方案，课题的水平越高，需要的知识越广泛。好的专家集体很容易做出第一、第二水平的发明，这种发明使技术完善化。但是，原则上是新的答案，更多可能期待着“外行”人来做出。例如，“感应电磁泵由外壳、感应器和管道组成，其特征是，为简化电磁泵启动，感应器制成沿管道轴心滑动型的”。这个发明是由专家做出的，里面没有任何革命性的东西，但这是非常有用的改进。专家鉴定时很容易接受这一想法的——从申请发明证书致颁发证书只经历十四个月。可是，新闻记者A·普列斯尼亚柯夫却用了十四年才得到发明授权：“利用输送电解液的电磁泵作反冲式船用发动机。”这个发明的基础是磁液压效应。这个想法是在人们对磁液压发动机一无所知时提出的，尽管它现在已是很普通的了。
小知识：磁力传动离心泵（简称磁力泵）是应用现代磁力学原理，利用永磁体的磁力传动实现扭矩的无接触传递的 一种新型泵，也就是电机带动外转子（即外磁钢）总成旋转时，通过磁场的作用磁力线穿过隔离套带动内转子（即内磁钢）总成和叶轮同步旋转，由于介质封闭在静止的隔离套内，从而达到无泄漏抽送介质的目的，彻底解决了机械传动泵的轴封泄漏，而设计的全密封、无泄漏、无污染的新型工业用泵。
科学技术革命的要求，使得高水平课题要在越来越短的时间内解决。一般促进解决过程的做法是增加同时从事同一工作的人数。但是，现在几乎已不可能用这种办法来促进课题的解决进程了，因为大量的人集中于解决一个技术问题，会导致其它方向工作进度的减慢。
需要一种把高水平课题从高水平降低到低水平的方法。如果能够把第四水平或第五水平的课题，变成第一或第二水平的课题，那么，普通的尝试法还会起作用。在把“困难的”课题变成“容易的”课题的时候，要点在于能迅速地判明要探索的领域。
2 发明课题理论框架 2.1 矛盾及其提示力
2.1.1管理矛盾
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发明课题产生的事实本身就是存在矛盾的：需要做某一件事，但却不知道怎样做，这样的矛盾通常叫作管理矛盾。没有必要特意揭示管理矛盾，因为它们就摆在问题的表面上。这种矛盾的提示力等于零，它没有提出应当向什么方向去寻求答案。 2.1.2 技术矛盾
在管理矛盾的深处存在着技术矛盾：如用已知的办法去改善技术体系的一部分(或一个参数)，该体系的其它部分(或其它参数)就要不可容忍地变坏，无法兼顾。在课题的条件里常常已指出了技术矛盾，但原技术矛盾也经常要求加以很大程度的转换，因此，正确表达出技术矛盾是具有一定的指示价值的。诚然，技术矛盾的表述并没有指出具体的答案，但它能使我们明智地放弃许多无用的方案。我们可以排除那些仅使一方性质改善，而伴随着另一性质恶化的方案。 2.1.3 物理矛盾
对同一体系产生相互矛盾的要求即为物理矛盾，物理矛盾是产生技术矛盾的原因。我们以下面的课题作为例子：
课题4： 在抛光光学玻璃时，必须向光模下供给冷却液(抛光模是树脂制成的)，曾尝试在抛光模里打些眼孔，以使液体通过，但有“窟窿的”抛光模表面的工作性能比无“窟窿的”表面差，怎么办?
技术矛盾：“有窟窿的”抛光模的冷却能力与抛光玻璃能力相冲突。冲突的原因在哪?“窟窿”能使冷却液很好地通过，但是当然不能磨光玻璃；相反，抛光模的硬的部分能磨光玻璃，但却不能使冷却液通过。因此，为了磨光玻璃，抛光模的表面应当是硬的，为了通过液体，它又应当是空的。这就是物理矛盾：向体系的同一部分提出了互相对立的要求。
在物理矛盾中，互相对立的要求之间是极为尖锐的，因而乍看起来，物理矛盾似乎是荒唐的，根本不能解决的。要使抛光模的全部表面都是连片的窟窿，同时又是连片的固体，该怎么办才好？！
注意：物理矛盾的启发力正在于矛盾走向了极端这一点上。因为物质的同一部分不可能存在两种不同的状态之中，那么就只剩下一般的物理改造方法将矛盾的特性分开了。
通常，可以将它们在空间上分开：让物体由具有不同性质的两个部分组成：可以将矛盾的性质在时间上分开：让物体交替地时而具有这种性质，时而又具有那种性质；也可以利用物质的过渡状态，因为这时暂时地出现了双重矛盾性质共存着的东西。比如，如果抛光模是由冰和冻在那里的磨料粒组成的，冰在抛光时会融化，这就保证了所要求的相结合的性质：抛光模的表面仍然是硬的，同时，到处都能让冷却水通过。
因此，解决物理矛盾具有最强的提示力，技术矛盾的解决是通过物理矛盾的解决而得到的，具有较次的提示力，管理矛盾就摆在问题的表面，没有提示力。 发明的实质:寻找揭示和消除发明课题中的物理矛盾的措施。
这些措施能大大地缩小要探索的范围，并且用不着逐个试验，就能扬弃许多无效的方案。 我们已经知道了一些措施，将矛盾的性质在空间或时间上分开，利用物质的过渡状态等。那么还有吗?从哪里去得到这么一套措施，能足以解决形形色色的发明课题呢?
回答是明显的：只有较高水平的发明课题才有物理矛盾。所以消除物理矛盾的措施应该在高水平课题的答案中去寻找。
2.2 建立课题模式
发明创造过程从揭示和分析发明情境开始。所谓发明情境，系指任何一种工程情境，它突出某种不能令人满意的特点．“工程情境”一词在这里是广义的，它泛指技术情境、生产情况、研究情境、
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大学生专利设计方法
