40个发明原理

原理1：分割（ Segmentation ） 

• 把一个物体分成相互独立的部分 

                实例：为不同材料回收设置不同的回收箱（例如塑料、纸、铁罐） 

• 将物体分解成容易拆卸和组装的部分 

                实例：组合家具

原理2：抽取（ Taking out ） 

• 从物体中抽出负面影响（即干扰）的部分或属性 

                实例：避雷针 

• 从物体中抽出必要的部分或属性 

                实例：用光纤或光波导分离主光源，以增加照明点 

原理3：局部质量（ Local quality ） 

• 将均匀的物体结构、外部环境或作用改为不均匀的 

                实例：将系统的温度、密度、压力由更定改为按 一定的斜率增长 

• 让物体的不同部分各具不同的功能 

                实例：瑞士军刀 

• 让物体的不同部分处于各自动作的最佳状态 

                实例：在餐盒中设置隔间，不同的格子内，避免串味

原理4：非对称性（ Asymmetry ） 

• 将对称物体变为不对称 

                实例：引入 一个几何特性来防止元件不正确的使 用（如电源插头的接地棒） 

                实例：为改善密封性，将 O型密封圈由圆形改为椭圆形 

• 已经是不对称的物体，增强其不对称的程度 

                实例：为增强防水保温性，建筑商采用多重坡屋顶 

原理5：组合（ Merging ） 

• 在空间上将相同或相近的物体或操作加以组合

                实例：集成电路板上的多个电子芯片 

                实例：并行计算机的多个 CPU 

• 在时间上相关的物体或操作合并 

                实例：冷热水混合水龙头

原理6：多用性（ Universality ） 

• 物体具有复合功能以替代其他物体的功能 

                实例：牙刷的把柄内装牙膏 

                实例：门铃和烟气报警结合 

                实例：带叉子功能的勺子 

原理7：嵌套（ Nested doll ） 

• 把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物 体再嵌入第三个物体 ...... 

                实例：俄罗斯套娃 

• 让某物体穿过另一个物体的空腔 

                实例：滑行门、推拉门 

                实例：伸缩式天线

原理8：重量补偿（ Anti-Weight） 

• 将某一物体与另一能提供上升力的物体组合，以 补偿其重量 

                实例：用氢气球悬挂广告条幅

• 通过与环境相互作用（利用空气动力、流体动力、 浮力等）实现重量补偿 

                实例：根据阿基米德定律，水中的轮船可获得承重千吨的浮力 

原理9：预先反作用（ Preliminary anti-action） 

• 事先施加反作用，用来消除不利影响 

                实例：给树木刷渗透漆以阻止腐烂 

• 如果一个物体处于或将处于受拉伸状态，预先施加压力 

                实例：在灌注混凝土之前，对钢筋预先加压应力

原理10：预先作用（ Preliminary action） 

• 预先在方便的位置安置相关设备，使其在需要的时候及时发挥作用，而不浪费时间 

                实例：在停车后安置的预付费系统 

                实例：建筑内通道里安置的灭火器 

• 预置必要的动作、功能 

                实例：不干胶粘贴（只要揭开透明的纸，即可用来粘贴） 

原理11：预先防范（ Preliminary cushioning ） 

• 采用事先准备好的应急策略，对系统进行相应的补偿以提高其可靠性 

                实例：显影剂可依据胶卷底片上的磁性条来弥补曝光不足 

                实例：降落伞的备用包 

                实例：应急楼梯，通道 

                实例：汽车安全气囊

原理12：等势（ Equipotentiality ） 

• 在势场内避免位置的改变，如：在重力场中，改 变物体的工作状况，以减少物体提升或下降的需要 

                实例：工厂中与操作台同高的传送带 

                实例：无障碍通道，方便轮椅通过 

                实例：巴拿马运河的水闸（利用注水系统调整水位 差，使船平稳过渡） 

原理13：反向作用（ The other way round） 

• 用与原来相反的动作达到相同的目的 

                实例：采用将内层物体冷冻的方向使两个套紧的 物体分离，而不是加热外层物体 

• 把物体（或过程）倒过来 

                实例：通过把杯子倒置从下边喷入水来进行清洗 

• 让物体可动部分不动，不动部分可动 

                实例：加工中心变工具旋转为工件旋转 

                实例：健身器材中心的脚步机

原理14：曲面化（ Spheroid - Curvature ） 

• 将直线或平面用曲线或曲面代替，将平行六面体 或立方体用球形结构代替 

                实例：将表面间引入圆倒角，减少应力集中 

• 使用滚筒、球状、螺旋状 

                实例：圆珠笔和钢笔的球形笔尖，使书写流畅，下墨均匀

                实例：在家具底部安装球形轮，便于移动 

• 利用离心力，以回转运动代替直线运动 

                实例：甩干机通过高速旋转，产生离心力来去除衣 服上的水分

原理15：动态性（ Dynamics ） 

• 使不动的物体可动或可自适应 

                实例：可弯曲的吸管 

                实例：医疗检查中所用的柔性结肠镜 

• 将物体的结构分成既可变化又可相互配合的若干组成部分 

                实例：折叠椅、笔记本电脑 自动调节物体，使其在各动作、阶段的性能最佳 

                实例：形状记忆合金

原理16：不足或过度作用（ Partial or excessive ） 

• 若所期望的效果难以 100%实现时，稍微超过或稍微小于期望效果，会使问题大大简化 

                 实例：印刷时，喷过多的油墨，然后再去掉多余，使字迹更清晰 

                 实例：在孔中填充过多的石膏，然后打磨平滑 

                 实例：制作陶罐时，先堆砌过多的陶泥，再拉胚刮掉过多的陶土。 

原理17：空间维数变化（ Another Dimension ） 

• 将一维运动的物体变为二维平面运动，或三维空间运动 

                实例：螺旋梯可以减少占地面积 

• 单层排列的物体变为多层排列 

                实例：多碟 CD机 

• 利用给定表面的反面 

                实例：在集成电路的两面都安装电子元件 

• 将物体倾斜或倾向放置 

                实例：垃圾自动卸载车

原理18：机械振动（ Mechanical Vibration ） 

• 使物体处于振动状态 

                 实例：电动剃须刀 

                 实例：超声波振动电磁场耦合 

                 实例：在高频炉中对液体金属进行电磁搅拌，使其混合均匀 

• 用压电振动替代机械振动 

                 实例：高精度时钟使用石英振动机芯 

• 利用共振现象 

                 实例：音叉 

• 已振动的物体，提高其振动的频率 

                 实例：超声波清洗

原理19：周期性作用（ Periodic action） 

• 周期性动作或脉冲替代连续动作

                实例：警车所用警笛改为周期性鸣叫，避免产生刺耳的声音 

• 已是周期性的动作，改变其运动频率 

                实例：使用 AM（调幅）， FM（调频）， PWM （脉宽调谐）来传 

• 在脉冲周期中利用暂停来执行另一个有用动作 

                实例：医用的呼吸机系统为每 5次胸廓运动，进 行一次心肺呼吸

原理20：有效作用的连续性 （Continuity of Useful Action ） 

• 消除空间或间歇性动作 

                实例：打印机头在回程也执行打印动作，如点阵打印机，喷墨打印机 

                实例：刷涂料时上下滚动都处于工作状态 

• 物体的各个部分同时满载工作，以提供持续的可靠性 

                实例：汽车在路上停车时，飞轮（或液压系统）储 存能量，使发动机运转平稳 

原理21：减少有害作用的时间 （Skipping ） 

• 将危险或有害的作业在高速下运行 

                实例：为避免牙肌体组织受热损伤，采用高速牙钻 

                实例：照相机闪光灯 

                实例：落锤锻造

原理22：变害为利 

• 将有害的要素相结合来消除有害的作用 

                实例：潜水中用氮氧混合气体，以避免单独使用造成昏迷或中毒 

• 利用有害的因素，得到有益的结果 

                实例：回收废物二次利用，如再生纸 

• 增加有害因素的幅度直至有害性消失 

                实例：森林灭火时用逆火灭火（在森林灭火时，为熄灭或控制即将到来的野火蔓延，燃起另一堆火将到来的野火通道区域烧光） 

原理23：反馈（ Feedback ） 

• 引入反馈，提高性能 

                实例：自动调温器精确地控制温度 

                实例：声控温泉 

• 若已引入反馈，改变其大小或作用 

                实例：将管理评价方式由考虑预算差异改为提高用户满意度

原理24：中介物（ Intermediary ） 

• 把一物体与另一容易去除物暂时结合在一起 

                实例：饭店上菜的托盘 

                实例：在化学反应中引入催化剂 

                实例：带叉子的果盘 

• 使用中介物实现所需动作 

                实例：用拨子弹月琴 

                实例：机加工中钻孔时用于为钻头或丝锥定位的导套 

原理25：自服务（ Self-service） 

• 让物体具有自补充、自恢复功能 

                实例：自清洗烤箱、自补充饮水机 

                实例：利用加油机在空中给其他飞机加油 

• 灵活运用废弃的材料、能量与物质 

                实例：用食物、草等有机物肥料做肥料

原理26：复制（ Copying ） 

• 用简单、廉价的复制品替代复杂、高价、易损不易获得的物体 

                实例：虚拟现实系统，如虚拟训练飞行员系统 

• 用图像代替实物，可以按一定比例放大或缩小图像 

                实例：用卫星相片代替实地考察 

• 如果已使用可见光拷贝，用红外线或紫外线替代 

                实例：利用紫外线光诱杀蚊蝇 

原理27：廉价替代品（ Cheap short -living objects ） 

• 用若干便宜的物体替代昂贵的物体，同时降低某些质量要求，实现相同的功能 

                实例：用一次性的物品（如一次性纸杯），可节省重复使用物品的清洗、存储等费用 

                实例：火柴 VS打火机 

原理28：机械系统替代（ Mechanics Substitution ） 

• 用视觉系统、听觉系统、味觉系统或嗅觉系统替 代机械系统 

                实例：用声音栅栏替代实物栅栏（用光电传感器控 制小动物进入房间） 

• 使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场 

                实例：为混合两种粉末，用电磁场替代机械振动使粉末混合均匀 

• 用动态场替代静态场，确定场替代随机场

                 实例：早期的通讯系统用全方位监测，现在用特定发射方式的天线 

• 把场与场作用和铁磁例子组合使用 

                 实例：铁磁催化剂，呈现顺磁状态 

原理29：气体与液压（ Pneumatics and hydraulics ） 

• 将物体的固定部分用气体和流体替代，如利用 气垫、液体静压、流体动压产生缓冲功能 

                实例：气垫运动鞋，减少运动对足底的冲击 

                实例：使用内河水系辅助气候控制

原理30：柔性外壳与薄膜（ shells and thin film ） 

• 使用柔性壳体或薄膜替代传统的三维结构 

                实例：在网球场地上采用充气薄膜结构作为冬季保护措施 

                实例：农业上使用塑料大棚种菜 

• 使用柔性壳体或薄膜，将物体与环境隔离 

                实例：在蓄水池表面浮一层双极材料（上表面为亲 水性，下表面为疏水性）的薄膜，减少水的蒸发 

原理31：多孔材料（ Porous Materials ） 

• 使物体变为多孔或加入多孔性的物体 

                实例：泡沫金属（失重条件下，在液态金属中通 过气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均 匀地分布在液态金属中，凝固后就成为轻的像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实） 

                实例：在物体上钻孔以减轻重量 

                实例：炉灶上的蜂窝式火盖 

• 若物体有多孔结构，利用多孔结构引入有用的物质或功能 

                实例：药棉

原理32：改变颜色（ Color Change ） 

• 改变物体或其周围环境的颜色 

                实例：使用温度改变颜色的示温器测量室内温度 

• 改变物体或其周围环境的透明或可视性 

                实例：感光玻璃 

• 随光线改变其透明度，在难以看清的物体中使用 有色添加剂或发光物质 

                实例：紫外光笔辨别伪钞 

• 通过辐射加热改变物体的热辐射型 

                实例：在太阳能电池板上使用抛物面镜来提高能量收集

原理33：同质性（ Homogeneous ） 

• 主要物体及与其相互作用的其他物体采用同一材料或特性相近的材料 

                实例：为减少化学反应，尽量使物体及外包装材质一致 

                实例：用金刚石切割钻石

原理34：抛弃或再生（ Discarding or recovering ） 

• 采用溶解、蒸发等手段废弃已完成其功能的零部件，或在工作过程中直接变化 

                实例：可溶性的药物胶囊 

                实例：火箭点火后，某些部件上的泡沫保护结构完成其作用后在太空蒸发 

• 在工作过程中迅速补充消耗或减少的部分 

                实例：自动铅笔 

原理35：物理或化学参数变化 （Parameter Change ） 

• 改变物体的物理状态 

                实例：酒心巧克力，先将酒心冷冻，然后将其在热巧克力中蘸一下 

• 改变物体的浓度或粘度 

                实例：用液态的洗手液替代固体肥皂，前者比后者浓度高，可以定量控制使用，较少浪费 

• 改变物体的柔性 

                实例：硫化橡胶改变了橡胶的柔性和耐用性 

• 改变物体的温度或体积等参数 

                实例：烹饪食品（利用升温改变食品的色、香、味）

原理36：相变（ Phase transitions ） 

• 利用物质相变时产生的某种效应（如：体积改变、吸热后放热） 

                实例：水凝固成冰时体积膨胀，可利用这一特性进行无声爆破 

                实例：热导管，利用热源将工作流体汽化，其传热导效率比普通的纯铜管高百倍 

                实例：利用相变材料吸收特性做成的降温服 

                实例：利用相变放热做成暖手宝 

原理37：热膨胀（ Thermal expansion ） 

• 使用热膨胀或热收缩材料 

                实例：装配钢环时，可使内环冷却收缩，使外环升温膨胀，再将两环装配，待回复常温后，内外环则紧紧装配在一起了 

• 组合使用不同热膨胀系数的材料 

                实例：爆米花机，利用玉米外壳和玉米仁膨胀系数不同，产生美丽的花朵

 原理38：强氧化（ Strong oxidants ） 

• 富氧空气替代普通空气 

                 实例：为持久在水下呼吸，水下呼吸器中存储 

• 浓缩空气用纯氧替代空气 

                 实例：用高压纯氧杀灭伤口细菌 

• 将空气和氧气用电离放射线处理，产生离子化氧气 

                 实例：在化学实验中使用离子化气体加速化学反应 

• 用臭氧替代离子化氧气 

                 实例：臭氧溶于水中去除船体上的有机污染物

原理39：惰性环境（ Inert atmosphere ） 

• 用惰性环境替代通常的环境 

                 实例：用氩气等惰性气体填充灯泡，做成霓虹灯 

• 在物体中添加惰性或中性添加剂 

                实例：添加泡沫收声震动，如高保真音响 

• 使用真空环境 

                实例：真空包装食品，延长存储期

原理40：复合材料（ Composite Materials ）

• 用复合材料替代均质材料 

                实例：用玻璃纤维制成冲浪板，比木质板更轻，灵活控制运动方向，也易于制成各种形状 

                实例：硬、软、硬多图层改善抗腐蚀性 

                实例：混纺地毯，有良好的阻燃性能