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(P4)
2创新与专利
说到创新,很多人就想到专利,它俩不能等同但也相通。
创新还不是专利,要申报批准后才是。
但若你申报的东西中没有创新,就一般不能批准为专利——我说一般,是因为有时可能审查不严,或者为了让你贡献一点专利登记费和专利年费,就批了!
比如永动机的专利。
一个专利这样说:
在电动车上装个电风扇,改造一下,电动机变发电机。
车一开,风吹扇叶,扇叶一转,就发出电来。
把这电输进车上的蓄电池,生生不息,行驶里程大大增加——没敢讲可以永远开下去。
怎么样?
这个太小儿科了,下一个专利想象力要丰富些:
在电动车后轴上装个链轮,用链条带动一个空气压缩机。
空压机出来的高压气体送进一个气瓶,气瓶出口再接一个空气涡轮,然后涡轮带动一个发电机,发电机的发出的电输进车上的蓄电池……,绕了好大一个弯!
好玩吧?
所以,对什么都不要迷信。
这样美丽的故事,说给专利局听可以,但是说给你的老板听就糟糕了,更惨的是他要是听信了你的故事……。
创新,英文叫innovation,还有个意思接近的creative,“创造性的”,做形容词用。
在专利审查员眼里,创新是什么?
就是目力所见范围内,没有人用文字提过跟你一样的东西,说白了,就是你的不一样,“与众不同”就是创新。
有人把创新分解为新颖性和创造性。
新颖性是指你在完成这个创新之前,还没有出现过同样内容或技术的产品。
也就是说,你既在街上的商店里买不到同样的产品,也没有在书刊、广播电视中看或听到过介绍;
同样的发明,既没有由他人向专利局提出过申请并记载于专利申请文件中,也没有由他人申报参加各级发明创造比赛。
但是,如果你在别的发明上增加了新的功能、新的方法、新的用途,或是将原有的几件物品巧妙地组合在一起,构成一个新个体,增加了新的功能,那也算具有新颖性。
这指的是产品创新。
创造性是指你的东西同原来的同类产品已有的技术相比,有突出的实质性特点和显著的进步。
这指的是技术创新。
(P5)
3创新的技法
怎样做到“与众不同”?
在创新的过程中,可以运用以下技巧和方法:
3.1、缺点法
缺点法,是指从世上已有的操作方法、使用对象、功能结构等方面去寻找物品的缺点或不足,通过改正这些缺点或不足来形成创新的一种方法。
3.2、需求法
需求法,就是从社会和个人愿望、需求出发,通过列举希望来形成创新的课题。
这是寻找发明课题的一种常用的方法.
3.3、组合法
组合法,就是将两个或两个以上已有的技术原理或不同的产品,通过巧妙的结合或重组,从而获得整体功能的新技术、新产品的创造方法。
3.4、借鉴法
借鉴法是将某一领域或某种物品已见成效的发明原理、方法、结构、材料、元件等,部分或全部借鉴、引进、移植到别的方面。
从而获得新成果或新产品。
3.5、仿生法
这是广义的借鉴法。
生物在几亿年进化过程中,形成了许多优异的性状,古人云:
师法自然。
向生物学习,模仿生物的某些机理、结构,产生新的技术和产品。
3.6、拓展法
将某产品不断向外进行拓展思维,所发现的有实用价值的新思维,并将其设计成可操作的工程
3.7、排除法
将所有的错误选项排除在外之后,剩下的选项都是正确的。
(P6)
4具体例子
在一项成功的创新活动中,往往会用到好几种技巧。
我的第一个专利,是上世纪九十年代初,我开公司需要买保险箱,于是各处去挑选。
发现市场产品有很多问题:
(——这是缺点法。
图3老式保险箱
A
C
B
A.开锁很麻烦,要把号码盘一会儿左转一会儿右转,每次还要对准刻度,经常越着急越开不了。
B.门框用薄铁皮折弯拼接而成,一撬就容易开裂。
C.门铰链是装在门外的,容易被锯掉。
D.为了不让小偷吧箱子整个搬走,故意在箱内夹层中填充水泥,害得我要挪动它也很费劲。
等等,可以列出七八条。
(P7)
我于是想到,首先用按键式电子锁代替传统的旋转式机械锁,对于学电子的我来说,搞个嵌入式单片机就解决了电子控制部分,不难。
单片机不是我的发明,但把它用到保险箱上,在当时的中国是首创。
这是需求法加移植法。
接着改造锁的机械结构。
图4电磁铁
传统的电子锁是这样的:
锁舌头上横向开个缺口,锁门时电磁铁的衔铁伸出,卡在缺口中,锁舌动不了,门打不开。
密码正确了,电磁铁得电,衔铁被吸回去,离开缺口,锁舌可动了,门就可被打开。
传统电子锁门锁上后把手不能动。
密码正确锁打开后把手才可以转得动。
但这这种锁有个致命缺点:
小偷拿个手枪钻,从门外对准电磁铁打过去,一旦把电磁铁打掉,锁就可以开了。
或者在侧面对准锁舌位置钻个孔,插进一短棒,用锤一砸,电磁铁抗不住,锁就开了——我可没教你们如何做梁上君子啊!
反向思维:
传统电子锁把手与锁舌永远联动。
汽车的离合器,它平时动力是切断的,发动机再转得快车轮是不转的,需要时才能挂上档。
但它是机械式的,电不能控制。
我于是设计了一种电磁离合器锁。
见图,
(P8)
图5电磁离合器锁装配图和零件图
A总装图1手轮2离合片3磁鼓4手轮轴5偏心销6偏心板7偏心板轴8锁舌板9锁舌
1
2
3
45
67
89
(P9)
B线圈和磁鼓
5
C把线圈和磁鼓从手轮轴上拆下
(P10)
D锁舌板E偏心板
图6电磁离合器锁运动示意图
A锁舌缩进时的极限位置B锁舌往外伸出时的中间位置C锁舌往外伸出到极限位置位置
链接:
电磁离合器锁运动的动画
门把手可带动软铁制的离合片转动,当离合器线包没有电时,离合器不吸合,离合片空转,装离合器线包的磁鼓不转,磁鼓上的偏心轴不动作,锁舌也就不会动。
当输入正确密码时,离合器线包得电,离合器吸合,磁鼓与离合片结成一体,门把手就可带动磁鼓上的偏心轴动作,把旋转运动变成往复运动,开闭锁舌。
这样一来,当小偷用手枪钻破坏时,你不管打坏什么,离合器都吸合不上,挂不上档。
那别说小偷,我这个制锁人也打不开了。
公安部的标准规定,必须让熟知锁结构的人用大手枪钻在10分钟之内打不开门。
为了达标,用传统转盘锁或电磁铁锁的箱子,门钢板至少要用到10mm以上。
而用我发明的电磁离合器锁,顶多用5mm的钢板做门就行了。
另外,即使在侧面对准锁舌位置钻个孔,插进一短棒,用锤再怎么砸,锁也开不了,为什么?
因为我让离合鼓上偏心销从左极限到右极限转过角度略大于了180度。
(思考题:
为什么?
——这又是一种借鉴手法加上组合手法。
后来,我在一种汽车散热器风扇上,发现它也用了电磁离合器。
后来,我自己批量制造了这种特殊的保险箱——我们把它叫做智能银柜。
这就是该保险箱的照片。
(P11)
在朋友的帮助下,我申报了专利,一年半后我获得了我的第一项专利。
在逐一解决我发现的传统保险箱的种种问题,并加以拓展后,我共获得了12项专利。
(附:
专利表)
序号
名称
专利号
时间
01
新型微功耗电磁锁
ZL94210893.0
94.05.05
02
电子密码锁备用开启装置
ZL94210735.7
03
膨胀螺钉
ZL94245068.X
94.11.14
04
防盗铰链
ZL94245287.9
05
保险箱
ZL95317431.X
95.10.17
06
遥控开启的微功耗防盗保险箱
ZL96210706.9
96.04.30
07
旋转式电磁锁
ZL97224376.3
97.08.18
08
保险柜箱体
ZL97328426.9
97.10.68
09
一种轻质防火保险箱
ZL97230397.9
97.12.16
10
电动锁中的单向旋转运动装置
ZL00235415.2
00.05.29
11
磁卡按键锁中的键盘罩
ZL00333766.9
00.08.03
12
膨胀螺栓
ZL00268422.5
00.12.25
后来,还做了IC卡锁和指纹锁。
这个过程,也就是拓展法。
(P12)
至于仿生发明例子也很多,比如人都知道的根据海豚的定位系统发明了声纳,但知道不知道科学家通过对海豚游泳阻力小的研究,发明了能提高鱼雷航速的人工海豚皮?
2008奥运游泳多项冠军菲尔普斯的泳衣也是用的人造海豚皮。
许多好东东都是先军用后民用。
图8菲尔普斯泳装图
(P13)
根据变色龙遇到危险变色逃生的启示人们发明了用于不同地理环境的特种迷彩军服。
这条变色龙大概是刚从花丛中出来
图9变色龙和迷彩军服
(P14)
科学家研究青蛙的眼睛,发明了电子蛙眼。
还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯(hang)。
以及在沙漠运动的无轮汽车(跳跃机)等。
图10蛤蟆夯
电机3带动飞轮1转动,飞轮1带动很重的偏心块2转动,偏心块带动整机上下跳动。
(15)
看过企鹅在雪上怎么运动的吗?
他们肚皮着地,两脚轮番划动前进。
图11在雪上滑行的企鹅
前苏联科学院动物研究所的科学家在企鹅的启示下,他们设计了一种新型汽车--“企鹅王”牌极地越野汽车。
这种汽车的宽阔的底部,直接贴在雪面上,用轮勺撑动着前进,行驶速度可达50公里/小时,超过履带式雪地车。
(16)图12履带式雪地车
英国科学家在仿生学启发下,正在研制一种可以靠尾鳍摆动以S形“游水”的潜艇。
图13电子鱼
新式潜艇的主要创新之处是使用了被称为“象鼻致动器”的装置。
“象鼻”由一组用薄而柔软的材料做成的软管组成,模仿肌肉活动,推动鳍的运动。
这种新式潜艇可以充当水底扫雷潜艇,用来对付最轻微的声响或干扰便会引爆的水雷。
“象鼻致动器”是利用了压电效应的负效应——电致伸缩来驱动,没有电动机的旋转噪声。
图13是用同样原理游动的玩具电子鱼。
电致伸缩片使鱼的身体后部一边伸长,另一边收缩,过一会反过来,鱼尾巴就不断摇摆起来,推动小鱼前进。
图14蟋蟀
(17)
提个问题,昆虫为什么是6条腿而不是像脊椎动物的4条腿?
大自然让它们这样进化,有什么道理吗?
可以用来干点什么?
——XX的答案是因为凡六条腿的就定义为“昆虫”,不是六条腿的就不叫“昆虫”,哈。
(18)
5关注周围,开发灵感其实就在我们身边图15各种热门电子产品
2010年,“iPhone”、“Android”等智能电话、以“iPad”为代表的平板终端、以及“Facebook”、“Twitter”等为代表的Web服务席卷了全球市场其特点是均为单一种类的产品及服务。
这些可谓全球战略品的商品及服务接连推出,在世界各地吸引了大量消费者。
不过,除了跟风以外还能做点什么?
怎样避免同质竞争?
应该看到面向特定地区的产品受到该市场的欢迎,这一趋势在全球是共同的。
比如,在智能电话全球热销的同时,节能家电在环保意识强的德国热销,豆浆机在食品安全问题严重的中国热销,学习用平板终端等在热衷子女教育的韩国热销。
(19)
还要用新的创意开发新的客户,哪怕不是什么高新技术。
我们应该大胆转变思维方式,以不同于以往的思路开发产品。
(20)
08年日本电动牙刷销售220万只,主要卖给老头老太。
松下公司的电动牙刷项目负责人下指令,要求缩小体积以吸引年轻女性。
最初这一产品策划方针遭到了开发负责人的反对。
其原因是,之前开发电动牙刷时,一直追求牙刷的振动频率及振幅等性能,而大幅小型化势必降低这部分性能,与以前的追求相背道而驰。
而要将整个电动牙刷从25cm缩短至16cm的话,只能使用小型马达。
长年追求性能的开发负责人无论如何也不能接受。
图16两种电动牙刷
但对于电动牙刷的负责人而言,因为电动牙刷的用户多以老年人为主,用户层一直难以扩大,市场十分低迷。
新产品瞄准的销售对象是午餐后有刷牙习惯的女性。
尽管此前也推出过面向女性改换颜色的产品,但并未获得女性的青睐。
因此尽管有不同意见,松下公司仍决定着手开发。
任务压下来了。
要实现小型化,就不能再使用以前的先进的大功率线性马达,改而采手机中的小型振动马达,其它一些构造也做了相应改变。
推出了女士小包包中也能装下的“PocketDoltz”(袖珍傻瓜)电动牙刷。
虽然开发负责人仍旧半信半疑,但让公司内部的女员工试用试制品后,却意外地获得了好评。
2010年松下电动牙刷新增市场达到150万只,增幅超过70%。
为什么性能降低了,还能获得好评?
因为它抓住了女同胞的芳心。
(21)图17三洋的米粉面包机
上面是说怎么掏女士腰包里的钱,反过来,再说一个三洋电机的家用面包机“GOPAN”。
以往面包机都是在家中负责烹调的女性消费者购买。
在此之前已经出现了用米粉制作面包的面包机。
但米粉不容易买到。
因此,GOPAN的目标是直接用容易买到的米“粒”而不是米“粉”制作面包。
不过,将大米打成粉时,因米粒太硬而无法顺利实现。
三洋电机从2005年开始进行了多种尝试,包括用对干的大米石磨磨、用杵和臼捣,以及用辊子压等,但最终都因要求功率太大而没有成功。
就在打算放弃时,一名技术人员提出了“把大米浸入水中搅拌并打成糊状”的建议——反正磨碎后也是要加水调成米糊的——开发速度提高了很多。
将大米打成糊状后,还需要一个揉搓面团的步骤。
而且用来将米打成糊状的“研磨叶片”与用来揉搓面团的“揉面叶片”所要求的转速不同。
为了解决这一问题,与其装复杂的变速机构还不如装两个马达,采用了可根据需要切换马达的构造。
最终开发出了GOPAN。
图18高滚筒洗衣机
没有料到的是,随着“好丈夫”的增多,男人也对利用大米来制作面包表现出了很大兴趣,2009年三洋公司原计划年产12万台,实际销售了45万台,调查表明,绝大部分是男人买回家的。
男人比较懒,只要能省事,多花点钱也愿意。
所以抓住男同胞的懒惰也是好主意。
(22)
甚至一个小小的改变,是不是能叫创新还是疑问,都能大大改变局面。
海尔公司为了减轻洗衣人腰部负担,开发了提高滚桶位置的滚筒式洗衣机,结果日本的女士们都买这种“新式”洗衣机。
——老婆,你不用弯腰啦!
(23)
中国社科院经济研究所公布的“中国财政政策报告2010/2011”指出,2011年以后中国的老龄化将加剧。
到2030年,65岁以上人口占中国全体人口的比例将超过日本,中国将成为全球老龄化发展最快、数量最多的国家。
(24)
因此,我推测,家用便携式医疗器械的销量将持续增长。
目前具有代表性的产品是电子血压计、电子血糖仪、电子体温计等。
能不能来点创新,把他们的价格降下来,使普通家庭也有能力购买,甚至开发出新的家用便携式医疗器械?
同学们,你们是学生物医学工程的,希望在你们身上,广阔天地在等着你们!
(25)
6扩大知识面,扩大兴趣爱好面,注意观察
要移植,你得要知道的多。
知识积累越多,经验越丰富,联想能力就越强,联想范围就越广阔。
对于要解决的问题,不妨从它的正、反面,以及与它相似、相近的关联事物和经验中,多角度的进行考察分析,找到解决问题的线索,从而获得有益的创新观念。
(26)图19总参仪器之一
在总参航天侦察局的故事
我在给总参航天侦察局制造一种检测仪器时,需要一种能保持胶片平展的装置。
进口仪器是做一个环形空心盒(因为中间有图像,须透光),盒上开许多小孔,用根管子连到真空泵。
那边阀门一开,负压就把胶片吸牢在空心盒上。
这装置最大的缺点是泵和阀动作振动太大,影响检测精度——要求到微米级。
(27)图20吸片盒剖面图
我又想到了电磁。
用铝做一个环形压框,(问同学:
为什么用铝?
四个拐角镶四小颗钕铁硼强磁体,铝基座对应位置镶四个小线圈。
抽气嘴吸气室小孔胶片
图21磁悬浮压框
铝压框
钕铁硼
胶片
电磁线圈
铝基座
需要松动胶片时,线圈正向通电,钕铁硼强磁体与线圈磁场相斥,带着铝框悬浮起来;
若反向通电,钕铁硼强磁体与线圈磁场相吸,就带着铝框压紧胶片。
(28)
体积,造价,响应时间、尤其是振动。
都大大减小了。
此仪器最后检测精度达到0.8±
0.05μ,这是可见光光学检测的下限,再小,与光的波长可相比拟,衍射效应就使你测不准了。
用同样原理,我在另一台仪器上使300mm×
300mm×
25mm的大铝压框上下自如。
(29)
还是总参航天侦查局项目。
这个单位是搞卫星的,我有幸跟着他们参与了“神五”项目。
我在接第一个合同时,看到有个仪器要求高精度恒温,就说这个我也能做。
总参的人说:
“你别贪心不足了!
你是我们局有史以来第一个拿到科研项目的民营企业,能给你一个项目就不错的啦!
”他们的惯例是,能用美元买到的东西,再贵也买;
美元买不到的,不是世界没有就是太敏感,老美不卖。
那才找国内单位研发,当然是找大院大所大企业。
第一个合同给我,是因为大院大所们第一轮招标时技术方案都没能通过。
两年后我的第一个项目通过了验收,总参的人说“你还记不记得两年前你要做的项目了?
”
我说:
“那个也验收了?
他们说:
“如果你有兴趣,你敢不敢接这个项目?
原来,两年中,他们曾把此项目先后交给过两个国营大单位,然而都未研发成功。
我牙一咬,接!
图22总参恒温仪器
这仪器里有个核心部件要求恒温,波动不得超过±
0.2℃。
这还不好办?
温度不够用电热丝加热,温度高了像电冰箱一样降温,这都是成熟技术啊。
问题是被控对象只有1立方分米,大约装500CC液体。
用成熟技术恒温,那么多的铜管,压缩机,系统太大,“热惯性”太大,温度波动太大,冰箱定温幅度大约是±
2℃,差太远。
所以两个大单位都没成功。
我想起了半导体的帕尔帖效应。
一个多世纪前即1834年由法国物理学家帕尔帖(peltire)发现而得名。
也就是电致温差效应。
由于它制冷效率不高,低于压缩机-制冷剂-管道方式,所以现代冰箱、空调都不用帕尔帖效应来做,大院大所大概没人想起它来。
我用它来恒温很简单,买来半导体片,贴在罐壁上。
正向通电,罐壁变图23半导体制冷片
冷,反向通电,罐壁变热。
由于片子很小,又没有任何机械运动部件,所以热惯性很小,最后目标温度波动小于±
0.1℃,在显示精度为0.1℃的数字温度计上,目标温度纹丝不动。
(30)
这仪器中还需要对一个金属罐子中的化学溶液不断搅拌。
由于罐子上口有装置要进出,不能伸下搅拌棒去;
由于液体有腐蚀性,不好解决密封问题,也不能像洗衣机一样从下伸出个波轮来。
我只好又借助电磁。
电动机的原理是,用定子产生一个旋转磁场,它就可带动有磁性的定子跟着转动。
根据此原理用不锈钢做罐子,下面放一个开放式定子线圈,罐内放一根硬磁铁氧体棒。
定子线圈一通电产生旋转磁场,磁棒就忠实地跟着转起来,哈,搞定!
试运转一阵后问题又来了。
铁氧体棒是紧吸在罐底旋转的,它硬度很大,像个砂轮一样很快就把罐底磨出印痕,时间一久磨通了岂不坏事?
我想起小时候玩航模的螺旋桨,便把磁棒磨成螺旋桨的样子。
一通电旋转,这“无轴磁螺旋桨”立马离开了罐底,悬停在液体的一定高度。
(互动一下问学生)。
图24磁螺旋桨立体图
答案:
离罐底越远,旋转磁场就越弱,“磁螺旋桨”转差率就越大,转速就越低,升力就越小,所以它就会悬停在一个升力与电磁吸力+重力平衡的高度。
图25转速-升力-高度图
罐中部高弱慢小小
罐底部低强快很大大
高度磁场转速升力电磁吸力+重力
Hi,总算OK了。
(31)
7实战——发明专利实例图26恒温恒湿箱
下面,再举我的一个已进入公开阶段的发明专利实例。
公开一部分主要文档,让大家知道一下专利什么样,该怎么写。
为了保持申请文件的原样,文中条目的序号与本讲稿不连续。
首先看一下产品的照片,专利就是根据这样品撰写的。
(32)
申请号:
200910142745.0
一种高精度恒温恒湿的储物箱柜
[发明名称应简明、准确地表明发明专利请求保护的主题。
名称中不应含有非技术性词语,不得使用商标、型号、人名、地名或商品名称等。
名称应与请求书中的名称完全一致,不得超过25个字,应写在说明书首页正文部分的上方居中位置。
]
[说明书应对发明作出清楚、完整的说明,使所属技术领域的技术人员,不需要创造性的劳动就能够再现发明的技术方案,解决其技术问题,并产生预期的技术效果。
说明书应按以下五个部分顺序撰写:
所属技术领域;
背景技术;
发明内容;
附图说明;
具体实施方式;
并在每一部分前面写明标题。
(33)
1所属技术领域
[所属技术领域:
应指出本发明技术方案所属或直接应用的技术领域。
本发明涉及一种恒温恒湿专用储物箱柜,箱柜内空气温度和湿度都可以自动精确恒定在指定的范围,属于人工环境工程领域。
2背景技术
[背景技术:
是指对发明的理解、检索、审查有用的技术,可以引证反映这些背景技术的文件。
背景技术是对最接近的现有技术的说明,它是作出新型技术方案的基础。
此外,还要客观地指出背景技术中存在的问题和缺点,引证文献、资料的,应写明其出处。
有很多场合需要箱柜内空气温度和湿度保持在一定值,比如生物培养箱
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