案例思考

1. 案例思考 練習4發明竅門 練習５ 發明竅門 練習6 知識的力量 練習１ 腦體操 練習2 擺脫惰性思維 練習3分離矛盾

2. 練習 1 腦體操

3. 問題1：我們該選什麼地方 • 如何測量古塔的沉降？ • 思考： • 站在高處，利用水準儀原理，測量兩個物體的相對位移； • 答案： • 連通管的妙用！ ——利用物理效應

4. 問題2 水銀溫度計 • 水銀溫度計： • 玻璃管中的水銀柱隨溫度的上升而膨脹，但會隨溫度下降而收縮（不好），必須做得很細才能防止水銀下降，但太細又不好讀數，怎麼辦？ • 無解嗎？ • 現在的答案：用三角玻璃外殼，利用玻璃放大影像。

5. 問題3 將水變軟 ——改變物質形態 • 教練： • “現在訓練很困難，跳水動作變得越來越複雜了，要訓練新動作的組合進行練習，問題是多次不成功的入水增加了跳水的損傷，當你從很高的跳臺往下跳時水不是軟的，跳水運動員常常為訓練跳出新動作而受傷，失去參加比賽的機會” • 同事： • “沒辦法，訓練新動作必須經歷風險。” • 突然，一個發明家誕生了…… ——改變物理狀態

6. 問題4 抓住偷油賊——提前來做 • 故事： • 公司買了葵花籽油，用油罐車運送，買主發現每次泄完油都短缺30升，測量儀很正常，油罐封口和可能漏油之處均無問題，甚至考慮油罐內壁可能粘上的一側油以及氣溫變化的影響，但無法解釋短缺油的原因…… • 有經驗的偵探介入也未發現可疑之人…… • 突然，一個發明家誕生了……

7. 問題5：巧克力中的竅門——反過來做 • 如何又快又好地製作果汁巧克力？ • 思考： • 果汁必須較濃才能成型，但濃果汁很難灌進巧克力瓶子。 • 提示： • 先有巧克力瓶子，還是先有果汁？ • 答案：…… ——反過來做

8. 問題6 給膠管鑽孔——反過來做，改變物質形態 • 問題： • 需要給軟性的膠管上鑽很多10mm的孔，膠管一會兒伸、一會兒縮、一會兒彎，怎麼辦？ • 思考： • 用加熱的鐵棒在管上燙——孔很不光滑，且易破損 • 突然，發明家誕生了…… ————反過來做

9. 問題7：不合作的A和B——物－場分析 • 生產新型肥料的機器，如何將兩種不同成分液滴分別霧化並充分混合在一起？ • 思考： • 不要AA滴或 BB滴，要AB滴 • 提示： • 加入電磁場 • 答案……給A、B滴分別載入靜電場 ——利用物場分析

10. 發明小竅門 • 1、物理效應 • 2、改變物理狀態 • 3、提前來做 • 4、反過來做 • 5、物場分析 返回

11. 練習 2 擺脫惰性思維幾種方法 最終理想解－FIR 小人建模法－MMD 大小、時間、價格－STC運算元

12. 最終理想解IFR • IFR ： • 解決問題之初，先拋開各種客觀限制條件，通過理想化定義問題的最終理想解（ideal final result） • 思考狀態：急於解決問題而不考慮損失 • 關鍵問題： • 思想試驗：在觀念中按照試驗的模型展開思維活動，在思維中運轉推理得出符合邏輯的試驗結論；是想像思維和邏輯思維共同作用結果，體現理想化和現實性的對立統一 • 設立理想模型：指導思想是最優化原則，超前行為只有在現實條件所容許的情況下才具有可行性；但注意理想模型設計並非必須遷就現實條件，有時需要改造條件。

13. 問題1　風從哪裡來 • 問題: • 需要研究牛棚中的空氣運動，需測量氣流速度。牛棚很大，頂棚很高，空氣速度依賴於腔和棚頂的溫度，需要多次測量。 • IFR： • 需要抓住某種矛盾特點的事物，它應該在任何一處，任何地方，但又不能無處不在，從而使空氣清晰，以便觀察。 • 蠟燭 ——佈置會有間距 • 煙 ——無處不在 • 氣泡——與空氣稍有不同，氣流大的地方將呈現長條形的氣泡

14. 問題2：移動鋼軌 • 問題： • 鐵路工人移動笨重的鋼軌，將撬棍插在鋼軌下面，聽到號令將鋼軌一點點移到正確位置，困難且危險！ • 規則 • 規則1：在解決問題之前找出為什麼出現問題 • 為什麼難以移動？管子容易移動，鋼軌難以東不是因為笨重，而是因為…… • 規則2：說明矛盾 • 原型的鋼軌較易移動，但不能有圓形鋼軌，因此應該保持……增加…… • 規則3：想像解決問題理想答案IFR • 將鋼軌兩端裝上輪子……

15. 問題3 永不脫落的油漆 • 傢俱公司經理： • “去年我們向幼稚園銷售了一百套傢俱，令人遺憾的是買主抱怨說孩子們將漆從傢俱上刮下來” • 工程師： • “這不是我們的問題，也許他們應該買不油漆的傢俱。” • 傢俱公司經理： • “不，幼稚園需要絢麗的傢俱，也許我們能找到能滲透到木板裡面的油漆。” • 突然，一個發明家誕生了…………

16. 小人建模法 （MMD） • 方法： • 想像一個物體（機器、儀器）是由一群小矮人組成的，小矮人可以思考、根據實際情況可以分離、組合，避免自我的損壞，充滿智慧地完成其任務。 • 是一種思維模式：需要非常強的想像力，想像這個物體包含許多會思考的小生命，不是分子或原子。他們會怎樣感覺？怎麼行動？怎麼合作？ • 優點： • 避免了有機體在“融入設想法”中的損壞。

17. 問題4 任性的蹺蹺板 • 問題： • 一個水計量器做的像一個蹺蹺板，儀器的左邊有一個液體容器。計量器一裝滿水就傾斜，水流出後左邊變輕，蹺蹺板恢復原狀，問題測量不精確，不是所有的水都流出來。 • ＭＭＤ • 蹺蹺板上有男孩和女孩，女孩是液體男孩是平衡物容器接受物體重量，蹺蹺板降下來……

18. 問題5 裹著豹皮的船 • 輪船外部裹上豹皮，以減少船與水、船與空氣之間的摩擦； • 當然還可以設想停泊著這類船隻的碼頭，快艇、遠洋輪、油輪裹著其它動物的毛皮，不過這不太符合保護動物者的口味， • 設計賽艇時考慮該方法卻是有意義的

19. 問題6 測量甲蟲體溫 • MMD實質：基於下位系統級別的發明

20. STC 算符 • 條件的限制：大小、時間、價格 • 發明家應該考慮： • 某物的體積縮小會發生什麼？反之？ • 某動作所用的時間減少會怎樣？反之？ • 增加新的條件會發生什麼？造價增加或反之？ • 利用STC算符 • 並不能直接給出問題的答案，但可以打破我們思維的心理惰性

21. 問題7 斷案中的科學 • 偵探故事 • 偵探：這支槍應該檢查一下，以便瞭解它是否在一周前射過子彈 • 專家：不知如何解決，槍筒已被擦拭，裡面沒有積炭。 • 如果槍在10秒前發射，則槍筒應該是熱的，但溫度記憶很短，不可靠！金屬有沒有其他記憶呢？ • 有！ • ？利用什麼物理效應 • 突然，一個發明家誕生了…… • 彈藥所產生的氣體不僅只對子彈起作用，也對槍筒起作用。通常地球磁場會給槍筒上磁，射擊之後磁性消失，3～4周後槍筒重新被磁化，時間越長，磁性記憶逐漸消失…… ——同時應用了STC算符

22. 發明竅門 • IFR:最終理想解 • MMD:小人建模方法 • mini man design • STR運算元 • 大小、時間、花費  • scale（size），time，cost 返回

23. 練習 3 分離矛盾

24. 問題1 既厚又薄 • 問題： • 工廠訂單需生產大量的1毫米厚地橢圓形玻璃板，先加工成矩形，再將四角磨成弧形，由於玻璃板很薄出現很多碎片，怎麼辦？ • 思考： • 磨厚玻璃不容易碎，但需要生產薄玻璃？ • 突然，一個發明家誕生了…… ——將物理矛盾從時間上分開

25. 問題2 自行消失 • 問題： • 制造廠鑄造金屬零件需要用吹砂機清理乾淨，高速運動的砂子會留在鑄件的縫隙裡，需要把砂子從鑄件裡清除 （注意：鑄件很大，無法將它反過來把砂子倒掉） • 思考： • 先把縫隙蓋上？——不行，工作量太大 • 如果砂子能自行消失，用什麼作砂子呢？ • 答案…… ——將物理矛盾在時間上分開

26. 問題3 救人的膠管 • 問題： • 如何將不能靠近的落水人救起？ • 答案： • 為了救落水的人，長長的膠管卷成一盤，一旦充入空氣即伸展成管道，從船上向落水人伸去

27. 問題4 玩具飛行器 • 問題： • 玩具店老闆要為孩子生產一種叫卡爾森的飛行娃娃，玩具店工程師犯難了？ • 思考： • 一對技術矛盾是：會飛必須要一個大的螺旋槳，因此看起來像卡爾森的玩具不會飛，會飛的玩具看起來像大風車，怎麼辦？ • 突然，一個發明家誕生了……

28. 問題5 提前來作＋少做一點 • 問題： • 一種機器採用將鋼板卷焊的方法製作直徑很大的鋼管，焊好的鋼管以2英尺／秒的速度從機器中出來並被切成12英尺長，即每6秒需用旋轉的圓形電鋸切割鋼管一次，電鋸在切割時能和鋼管一起往前運動，必須在6秒內將鋼管切斷。如何用輕巧的切割機快速切割？ • 思考： • 矛盾：輕巧保證行進速度——笨重保證切割速度 • 提前將鋼板切割？需要更多的時間！ • 方法：提前來做＋少做一點 • 經驗：如果一項行動不能一次性完全實現的話，可以分步驟地部分地實現 • 答案：不需切割機！ • 將鋼板先切上口子，但不切斷，製成鋼管後，通過一個電磁裝置用一個電磁衝擊就會使鋼管斷開

29. 問題6 多做一點 • 問題： • 如何能又快又均勻地給圓筒塗上彩色的油漆。 • 思考： • 快和均勻是矛盾的！ • 答案： • 可以多做一點，然後用場力將多餘的品質（能量）除去！

30. 發明小竅門 • 1、將物理矛盾在時間上分開 • 2、將物理矛盾在空間上分開 • 3、做少一點 • 4、多做一點 返回

31. 練習 5 發明的竅門

32. 問題1 包裝火柴 • 問題： • 要將火柴排整齊放進火柴盒裡，如何做？ • 答案： • 在做火柴頭的混合物中加一點磁粉，即可得到易於包裝的火柴。 ——構造物場：在物質中加入磁粉並用磁場控制

33. 問題2 火星車 ——套疊法 • 問題 • 宇宙飛船降落在一個石頭山谷，接著宇航員迅速準備一輛火星車以便在火星表面行進。火星車有很大的充氣輪胎，當遇到第一個陡坡時，火星車翻了……怎樣解決？ • 思考： • 在火星車下懸掛重物以增加其穩定性，但降低了火星車性能——火星車與地面淨空減小，引起重物碰撞火星表面 • 想法………… • 將火星車輪胎氣放掉一些？ • 在火星車的輪胎兩邊多安裝一對輪胎？ • 讓宇航員身體探出車外以便保持平衡？ • 重心必須低最好地到接近地面……

34. 問題3 水往哪邊流 • 問題： • 挖溝工人發現一條管道，用什麼辦法判斷管中液體往哪個方向流動。 • 物－場分析： • 管道S1，液體S2，需要增加一個場，什麼場呢？ • 答案：一個熱場！

35. 問題4 永遠工作的管道 • 問題： • 一個機器人因為一個小毛病經常損壞不能工作：在一個彎曲管道中用高速壓縮空氣運送鋼珠，在拐彎處鋼珠撞擊管壁，使之工作一兩小時即破壞…… • 思考： • 安裝兩套管道，但又不能總是去修補管道！做一做物－場分析吧…… • S1鋼珠、S2管壁，機械力Fm，存在一個無用且有害的場，不能通過加強內壁或改變鋼珠特性來解決問題的話，該怎麼辦？ • 發明家誕生了…… • 嘗試通過第3種物質S3——內壁或鋼珠的變體，利用一層鋼珠保護內壁，被磁場吸附在彎管壁上的鋼珠將管壁保護起來，被擊掉的鋼珠會被另外的鋼珠替補上去………… ——自我服務

36. 問題5 不倒翁法則 • 玩具公司 • 玩具公司總裁召工程師們開會，要在不倒翁基礎上開發新的玩具。“這玩具太簡單了，有沒有什麼可增加或減少的？” • 總裁： • 有個專利公佈了一個新型不倒翁，其竅門是在內部安裝槽子，重物可沿槽子上下運動，於是不倒翁可以倒立或躺著， • 總工： • “這是動態法則，我相信有人會想到將重物分為兩半，且都可移動…… • 總裁： • “的確如此，這也是一項專利，這種不倒翁搖晃時頻率不斷變化”； • 工程師： • ”原來如此，重物象沙子計時器一樣，當重物從一部分流到另一部分時，兩部分由於重量的不斷變化，頻率也就不斷改變“ • 總裁： • 有無更新鮮的點子，使這個玩具可以更加動態化？

37. 問題6 體積測量——動態化 • 問題： • 用一種計量器測量鋼珠、鐵釘等不同物件，結構：一個輸送管和一個雙門的鋼筒式容器，當上層門開啟時，鋼珠裝滿鋼筒，上層門關，下層門打開放出被測鋼珠 • 改進：雙門採用電磁門，上層門斷電時關閉，下層門斷電時打開，實現自動控制 • 進一步的改進利用系統發展的動態化法則： • 固定的磁鐵應該是活動的： • 將上層門設計成活動的可測量不同體積的物件

38. 問題7 童話中的雪橇 • 渥倫哥爾船長在加拿大乘坐雪橇到阿拉斯加，一個稱作“倒楣蛋”的團夥給他買了一頭鹿和一隻狗，但他發現“鹿”是牛，“狗”是狼，他用奇妙的方法解決了問題。 • 方法： • 利用矛盾之間的關係

39. 問題8 化險為夷 • 拜倫.曼橋森被一頭獅子追逐，迎面又遇上了鱷魚，曼橋森化險為夷的絕招是什麼？ • 方法：有害的因素可以以某種方式結合從而使其害處相互抵消 ——以毒攻毒

40. 問題9 源于自然的發明 • 問題：隧道挖掘機(TBM) • 一輛前部安裝有鏟子的拖拉機，這個裝置運行一兩米就要挖出很多土 • 穿山甲——活的地下機器：在身後留下一個隧道可以容易返回，它可以將土拍到隧道壁上 • 人造穿山甲：機器前部安裝一個切土錐體，不僅將土切下來，並且將土拍到隧道壁上。

41. 發明小竅門： • 1、在物質中加入磁粉 • 2、 套疊法 • 3、物場分析 • 4、動態化法則 • 5、知識的整理與聯想 • 6、源于自然的發明 返回

42. 練習 6 知識的力量 ——竅門＋物理 ……竅門＋幾何 ……竅門＋化學 ……竅門＋你的專業

43. 問題1 超精確閥門—熱膨脹 • 問題： • 需要控制通過金屬管的天然氣流量，金屬管連接兩個容器，可閥門很難精確調整天然氣通過流量…… • 思考： • 典型的物場：閥門體S1，旋杆S2，機械場Fm，機械場移動S2，使S1和S2的間隙變大或變小，物場存在，但工作得不好，這說明我們需要利用另一物場F，用什麼F呢？ • 突然，一個發明家誕生了…… • 熱膨脹——閥門體選用高膨脹係數材料，內旋杆用低膨脹材料…… • 類似效應用於設計微型閘門——磁致伸縮

44. 問題2 高壓電線上的冰—居裡點 • 問題： • 有一條電線S1和一股電流（場FE）， 目的是不想讓電線上出現冰。 • 思考： • 不完整的物場 • 物理矛盾：由低阻材料製成的電線在現存電流下不能自行加熱，有高電阻材料製成的電線能夠自行加熱，但用戶不能正常用電。 • 突然，一個發明家誕生了…… • 電線還是原來的電線，只是每5米安上一個鐵氧體環，這種環有很高的電阻，環內由於電磁感應產生電流而很快加熱並為電線加熱！ • 鐵氧體環長期給電線加熱，浪費電能，實際上只有低於0度處的電線才需加熱——如何使鐵氧體環只在氣溫低時通電而在高溫時斷電？ • 物理知識：利用磁性材料的居裡點：鐵氧體環只有在特定溫度（居裡點）下才有磁性，應該利用居裡點在0度左右的鐵磁體！！！

45. 問題3 殺死米蟲——利用居裡點 • 問題： • 殺死穀倉米蟲（S1）的最好辦法是將穀粒加熱到正好65℃，理想的加熱應該控制溫度誤差在±1℃以內，大範圍加熱會引起受熱不均，而局部加熱效果又大為降低。 • 答案： • 加入居裡點為65℃的鐵磁粉（S2），當加上電磁場（F）時，用磁濾器將磁粉清除掉就可以了！

46. 問題4　金屬絲的直徑 • 問題： • 生產超細金屬絲的工廠，生產一種直徑非常小的金屬線並把它繞在一個大卷軸上，控制直徑的方法很原始，通常是將機器停下來，把線剪斷來稱。指導線的密度因此可以計算出直徑，方法複雜且不精確 • 意外 • 廠裡主管聽音樂會時找到了解決辦法…… • 金屬絲看起來像吉他弦，其振動頻率依賴於其直徑 • 振動細線，頻率會告訴我們它的直徑。

47. 問題4　金屬絲的直徑 • 物場分析： • 第一項專利： • 金屬絲S1，這個物質應該發出一種信號，一個場F，該物質本身不能產生這個場，於是需要應用另一個場（上面的專利利用了一個機械場 • 第二項專利： • 電磁場F1作用於金屬線S1，使S1通過不均勻電荷S2發出一個易於觀察的場——光場F2——皇冠的亮度和形狀會告訴我們金屬線的直徑

48. 問題5：打碎還是不打碎？ • 如何測試燈泡裡的壓力？ • 思考： • 100個中抽查1個，把它打碎？若要測試每一個呢？ • 提示：利用氣體物理性質來測試： • 如：密度和壓力的關係，還有其他 • 答案：…………許多 • 皇冠的亮度依賴燈泡內部的氣壓——電暈放電的皇冠效應 ——利用物理效應

49. 問題6 高溫玻璃傳送帶 • 課題：玻璃大批量生產線上，對玻璃進行加熱後在加工，加工完成後玻璃處於通紅狀態，需將其送到指定位置並冷卻下來。 • 矛盾：高溫玻璃處於柔軟狀態，為保證傳送時玻璃的平整，需要很細的滾軸直徑，以減少玻璃懸空面積。 • 答案：需要一個平面傳輸——錫的熔點低而沸點高，正合適通紅的玻璃板的冷卻溫度區間，熔化的錫在重力作用下可呈現一個絕對平面。

50. 問題7 自動開合的暖房 • 問題： • 某農場在討論新建的暖房：暖房的頂由輕金屬框做成，裡面裝上玻璃或塑膠薄膜，以便固定，另一邊可以開合。 • 主任：如果氣溫為20度以上需打開，低於20度就要合上 • 技工：“裝一個特殊裝置，比如說溫度轉換器，當溫度改變時就開動馬達，設計一個特殊齒輪連接馬達和頂棚框” • 會計：“不行，成百上千個暖房都安上這些設備，既複雜又昂貴！” • 技術矛盾：“需要自動化，但太複雜，造價又高！” • 請構思一個最終理想結果…… • 只需要產生一個20～30釐米的運動 • 利用不同金屬的熱膨脹？ • 將雙金屬片＋銅和鐵聯在一起：“受熱時銅比鐵膨脹的快”，雙金屬片的連接板塊在受熱彎曲——只要這一點點彎曲，頂棚就可隨溫度升高而打開！