第十章 组合法

第一节 方法概述一、组合法的概念组合是客观世界中十分普遍的现象。

小至微观世界的原子、分子，大至宇宙中的天体、星系，到处都存在组合的现象。

组合的结果是复杂的，组合的可能性是无穷的。

同样是碳原子，由于晶体构造不同，便有了异常坚硬的金刚石和脆弱的石墨。

在化学中，具有相同的分子式，但由于内部结构不同，而表现出不同特性的化学物质更是屡见不鲜。

为组合现象提供精确的数学描述是组合数学和概率论，其中包含大家所熟知的排列组合和各种“博彩”游戏。

从人的思维角度来看，想象的本质就是组合。

心理学研究表明，创造性想象可以借助不同的手段去建立不同的表象。

中国古代的“龙”就是以蛇为主体，结合兽脚、马头、鹿角、鱼鳞等其他特征的超现实想象。

人面狮身的斯芬克斯和传说中的美人鱼都是人类组合思维的杰作。

组合的概念有广义与狭义之分。

广义的组合是指不受学科、领域限制的信息的汇合、事物的结合、过程的排列等。

它体现在各个不同的领域当中，其形式也是极为多样的。

例如，儿童的积木游戏、饮食中的烹调、产品新功能的设计、文学艺术形象的创作、建筑学和电影中的“蒙太奇”等。

狭义的组合则是指在技术发明范围内，将多个独立的技术因素（如现象、原理、材料、工艺、方法、物品、零部件等）进行重新的组合，以获得具有统一整体和功能协调的新产品、新材料、新工艺等，或者使原有产品的功能更加全面、原有的工艺过程更加先进等。

这里的组合并不是一种简单的罗列、机械的叠加。

例如，一支饮料吸管和一把小勺放在一起并不是创造组合，而把小勺固定在吸管的一端，并满足人们的实用和审美要求时，就可以称为创造组合。

所以说，组合法是一种以综合分析为基础，并按照一定的原理或规则对现有的事物或系统进行有效的综合，从而获得新事物、新系统的创造方法。

二、组合法的原理组合法的原理本质上是系统的原理，其具体表现在以下三个方面：第一，从系统的思想来看，组合法就是把两个或多个系统按照一定原则进行组合生成新系统的过程，在统一的整体目标下，其中各个组成元素能够协调、有机地进行组合，并且在某些方面相互作用；第二，产生的新系统具有新的特征或效果，系统的功能总和必须大于系统内各组成元素的单独功能之和；第三，系统具有不同的属性或状态，这就要求在运用组合法进行创造活动时，创造者需要从各个不同的方面或角度进行系统的分析和评价。

三、组合法的类型组合内在原理的复杂性和形式上的多样性，使得对组合方式进行一个合理并且易于接受的分类变得困难。

目前最具代表性的分类有以下三种。

1．日本学者的分类法日本创造学学者恩田彰根据组合的难易程度，将组合形式分为以下三种：（１）非切割组合——将现有的事物不加改造，或仅作外形改变，将原有的功能用于新的目的；（２）切割组合——将现有事物中的部分结构要素切割开来，再将这些结构要素具有的功能组合起来，用于新的目的；（３）飞跃性组合——运用已知的理论、积累的经验或突发的灵感，以创造性思维产生飞跃性的设想，最终创造出与现有事物在本质上有所不同的东西。

２．集合论的分类法我国学者董玉祥在１９８９年提出了组合形式的数学模型，即利用数学的集合论的思想，按照６种基本的集合运算：并（Ａ∪Ｂ）、交（Ａ∩Ｂ）、差（Ａ－Ｂ）、补（～Ａ）、对称差（Ａ＋Ｂ）、叉（Ａ×Ｂ）进行分类。

（１）并集组合（Ａ∪Ｂ）：属于Ａ或属于Ｂ的元素的组合。

组合机理为相关的事物相容而组合，组合方式为物物相加或功能相加。

如沙发床等。

（２）交集组合（Ａ∩Ｂ）：同时属于Ａ和Ｂ的元素的组合。

组合机理为信息交合，边缘共存。

组合方式为相关事物因相交组合而产生新的事物。

如一系列儿童玩具车，同样的电动底座与各种造型的车身组合，就可组装出卡车、公共汽车、救护车、吊车等多种玩具车。

（３）差集组合（Ａ－Ｂ）：一切属于Ａ但不属于Ｂ的元素的组合。

组合机理是删繁就简、寻求简化。

组合方式为减去冗余，消除繁琐和不合理的因素，达到节约原材料、能源，简化工艺过程和易于使用。

例如当初的自行车在后轮两侧装设有两个小轮以防止自行车倾倒。

后来有人想：能不能将两小轮去掉呢？试验结果表明，去掉两小轮后，自行车在前进中不会左右倾倒，而且转弯更为灵活。

从此，自行车只剩下轻便的两只大轮了。

（４）补集组合（～Ａ）：Ａ集中的元素与不属于Ａ集中的元素的组合。

组合机理是替代变换、淘汰更新。

组合方式是摒弃原来事物中某些因素而组成一种在性能上更为先进、新颖、实用的新事物。

例如，门锁从明到暗、从无声到有声、从有形到无形的发展，就是补集组合的应用。

挂锁有向人“明示”室内无人的副作用，弹子锁从单保险到多保险，使暗锁占据了市场。

机械锁与电子器件的交合，使卡片锁、声控锁、指纹锁等电子锁成为不用钥匙的无形锁。

（５）对称差集组合（Ａ＋Ｂ）：属于Ａ或Ｂ但不同时属于Ａ且Ｂ的元素的组合。

组合机理为分割组合。

组合方式为多种功能集于一体，以求一物多用之便。

例如人们希望伞除了作雨具外还可以作别的用途，于是就出现了集保健、防身、照明于一体的物品。

（６）叉集组合（Ａ×Ｂ）：不属于Ａ或Ｂ的其他域元素，但包括同时属于Ａ且Ｂ的元素的组合。

组合机理为整体化、系统化，即事物间的相互交叉、渗透和综合，从而有机地组成为一体。

例如在机械制造领域，由干引进了许多诸如电子、信息等技术，从而形成了当今先进的柔性制造系统，允许加工零件在结构设计上进行多种改变．在作业计划上灵活投产。

以适应多变的市场和多样化的客户需求。

3 实用化的分类法实用化的分类是目前比较简单的流行分类方法，主要有下面几种：(1)同类组合。

同类组合就是若干相同或相近事物的组合．又称为同物组合。

同物组合的目的在于在保持事物原有功能或原有意义的前提下，通过数量的增加来弥补功能的不足或产生新的功能。

最简单的同物组合有，子母灯、情侣表、双插座等。

复杂的同物组合的—个典型例子是自动控制中三片CPU的设计，就是利用冗余来提高可靠性。

同类组合往往具有组合的对称性或—致性趋向。

例如双体船、双人自行车、发射人造卫星的多级火箭、400个易拉罐组成的救生筏等（２）材料组合。

材料组合是利用各种化学、物理原理，将不同的材料组合起来，从而获得新材料的方法，组合成的新材料较原材料表现出更好的强度、轻度、成本等诸多方面的优异特性。

现代材料科学的飞速发展，已经给人类生活带来了巨大的变化。

从各种家居装修中的铝合金门窗到航空航天中的特殊合金材料等，各种材料组合的现象无处不在。

材料组合往往能够解决许多对材料性能相互矛盾的需求。

例如在电力工业中广泛应用的钢芯铜线电缆。

铜是一种导电强度强的材料，但抗拉强度不够。

所以电缆中心采用钢线，外层由铜线包裹，由于交流电主要沿导体的外表面流动，所以导电性能并没有降低，同时又具备了较高的强度。

与此类似，聚乙烯、尼龙、晴纶等石化产品以及那些进行表面特殊处理的物品也是材料组合。

可以看出，通过材料组合，可以克服材料的缺点，达到改善性能的目的。

例如在铅字印刷中，为了克服铅热胀冷缩易变形的缺点，在铅的材料中加入锑，从而保证了印刷的质量。

（３）元件组合。

元件是具有某项功能的器件或物品。

元件组合不是简单的零部件装配，而是把具有相互独立功能的两种或两种以上的东西以适当的方式结为一体，从而使组合后的事物具有多种功能。

元件组合最著名的例子是风靡世界的瑞士军刀。

此外还有具有多功能的“随身听”，复读机，音乐卡，音乐玩具，具有收音机、电视机、万用表、计算器功能的手表，带微型电扇的太阳帽等等。

在现代的创新发明中，元件组合占有相当大的比重。

机电一体化、微生物电子技术、纳米技术以及信息等新技术的迅猛发展和相互融合的趋势，使得许多幻想变成了现实。

（４）方法组合。

方法组合是指在生产工艺和加工处理，以及组织管理中，把两种以上的方法组合起来使用，产生新的效果。

例如，在对水进行灭菌处理时，如果单独使用激光或超声波，都只能杀死部分细菌。

如果同时采用两种方法处理，就可以杀死全部细菌。

与此类似，美国戴维德等人把超声波和静电场方法结合，设计出一种硬水软化装置，代替了以往的在水中添加化学药剂的做法，降低了成本，扩大了水的使用用途。

（５）技术原理与技术手段组合。

技术原理与技术手段的组合，可以把已有的技术原理同某些技术手段结合起来，创造出新产品。

例如，弗兰克·怀特把喷气推进理论与燃气轮机组组合，发明了喷气式发动机；英国生物学家艾伦·克鲁克把衍射原理与电子显微镜组合在一起，发明了晶体电子显微镜；西北工业大学教师熊小伟，把中医的经络理论与现代电子技术结合，发明了“速效止痛治疗仪”，被誉为“魔针”。

与此类似的还有电子降压仪、频谱治疗仪等产品。

（６）现象组合。

现象组合就是把某些自然现象或者物理、化学现象进行组合，从而创造出新产品、新方法以及发现新的原理。

（７）重组组合。

重组组合又称分解组合法，是指在事物的不同层次上分解原来的组合，然后再根据新的目的进行重新组合。

其特点是：在一个事物上进行，不增加新的事物，重组主要是改变事物各组成部分间的相互关系。

日常生活中，随处可见这样的例子。

例如，流行的儿童玩具“变形金刚”，分体组合家具等；另外，据报道我国南方一工厂的工人发明了一种“万能自行车”，只需一把扳手就能变换出１００多种车式，可以广泛应用于锻炼、载货、车技训练等多方面用途。

（８）综合。

综合是将不同领域、不同方面、不同类型的事物以某个目的为中心通过一定的方法手段有机地组合在一起。

与以上几种组合方式相比，综合是一种更为高层次的组合。

在知识和信息飞速增长的时代，综合方法在科技发明创造中应用的越来越广泛。

４．其他的分类国内有的学者提出了联想、因果、直接、渗透、互求、成套、过渡、载体等八种组合类别，并首次分析了组合的环节，提出了结构连接、功能连接、双重连接、自身连接等四种环节。

在此就不详细介绍。

第二节 典型技法———形态分析法一、形态分析法的概念组合法中的经典方法是形态分析法（ＭｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ），是美籍瑞士科学家茨维基于１９４２年提出的。

它是以系统分析和综合为基础，用集合理论对研究对象相关形态要素的分解排列和重新组合，得出所有可能的总体方案，最后通过评价进行选择。

【背景知识窗口】茨维基教授原是瑞士的一位天文学家，第二次世界大战期间来到美国工作。

当时，法西斯德国集中了一批科学家全力研制先进武器，其中包括带脉冲发动机的Ｆ－１型巡航导弹和Ｆ－２型火箭，并将其作为核心机密而采取了最严格的保密措施。

不甘落后的美国也集中了包括茨维基在内的一批优秀科学家进行火箭研制。

在研制过程中，茨维基在当时可能的技术水平上，分析了火箭的各主要组成要素及其可能具有的各种形态，见表４-１。

茨维基利用排列组合的原理，在１周之内就提交了５７６种火箭设计方案，其中就包括了德国保密的Ｆ－１型巡航导弹和Ｆ－２型火箭。

在经过先发散后收敛的创造过程中，美国很快获得了同样的先进方案，在军备竞赛中赶上了德国。