一·技术原理的结构及其变化形式

　　技术原理是技术系统的基本要素，也是技术形成和发展的前提和内在根据。对技术研究来说，技术原理构思是其中最关键、最富有创造性的环节。没有它，技术活动就没有理论基础，也就无从进行。

　　一般地说，技术原理是技术工作者在实现某一技术目的的技术实践中，根据已有的科学原理和技术经验，通过创造性思维和技术试验所获得的关于实现这一技术目的的途径、手段、方式和方法的特定的理论规范。或者简单地说，那些为了技术应用而必须阐明的原理我们称之为技术原理。技术原理与基础自然科学的原理（科学原理）是有区别的。如果把科学原理称之为普遍性的原理的话，那么技术原理则是一种具体的原理；它总与具体对象相联系，是一种特定的理论规范。科学原理的被证实和技术可能性的被发现，还不等于一项技术能真正形成并得以在生产上和工程上实际应用。内燃机技术是以热力学定律（科学原理）为依据的，然而，如果只有热力学而没有四冲程理论（技术原理）内燃机技术是不可能想象的。同样，如果只有电磁理论而没有为了利用这一理论所必须的天线原理、电磁波调制原理、振荡原理、反馈原理、混频原理等，无线电通讯技术还是不可能实现的。因此，技术原理的提出和完善是技术发展的重要环节，是科学转化为技术的不可缺少的环节。

　　象其他理论系统一样，技术原理中各个理论要素之间存在一定的构型关系，即技术原理有其内在结构。一般来说，技术原理的结构由如下三个基本要素组成：理论模式、概念工具、数学工具。

　　（1）理论模式。所谓理论模式，就是所要实现的技术目标的理想化构型。它是技术原理的核心。理论模式又包括三个方面：功能规范、结构规范和工艺规范。

　　技术活动的主要目的是实现某种功能目标。技术原理的理论规范中的最高层次是功能规范。功能规范是指实现一定的功能所依据的基本原则和基本规律。如要实现热工转换这个功能目标，所依据的基本原则和基本规律是能量守恒与转换定律。

　　结构规范是指实现某功能的具体结构的性质、特点及其构成原则。它一方面反映了一定功能与实现这一功能构件的对应关系，另一方面也反映了元件的结构部位，及其在整体技术对象中的联系。

　　工艺规范是实现一定结构拟用的工艺原理和规则。

　　理论模式的这三个组成部分是相互联系和依存的统一体。但在技术原理的理论模式的形成过程中，总是先确定实现总体功能目标的总体功能，再在总体功能规范下确定次级的以及更低级的功能规范。功能规范确定后，就根据确定实现这些功能的结构规范再建立实现结构的工艺规范。

　　（2）概念工具。技术原理作为理论规范，只有用适当的概念才能建构起来。没有明确的概念，理论模式就无法确立和表达，理论的数字化也难以达到和实现。在技术原理中所用的概念是技术概念。当然，某些技术概念与科学概念有相同的含义，但却具有与科学概念不同的规定性，它总是与具体的技术对象和过程相对应的。另一些技术概念则是技术中所特有的。技术概念的确立，对技术原理是至关重要的。

　　（3）数学形式。在技术原理的理论模式中，大部分原则、规定、规律表现为一定的数学形式。在技术原理的理论结构中，数学工具把概念模型变换成数字形式，使得技术原理在一定限度下，具有演绎推理性，由此可得出一些新的知识和结论，促使技术原理的自我完善。

　　在技术原理的理论结构中，技术概念、数学工具是贯穿在理论模式之中的，它们是彼此相关联系的。

　　技术原理作为技术实践的产物，它的结构是随着技术实践的发展而发展的。其变化可概括为如下相互关联的三种形式：[page]

　　技术原理的局部性改良，即技术原理的渐进性发展。它其实就是技术原理中的次级原理的完善和发展，而次级原理的完善和发展必然促进整个技术原理的完善和发展。如蒸汽机从其产生到现在，已经有多种不同的形态，从普通蒸汽机到高压蒸汽机、过热蒸汽机、多缸复式蒸汽机等。但其技术原理的核心并没有改变，仍然是水蒸汽的热膨胀变成活塞的往复式运动。而机械传动原理、燃烧原理、膨胀原理等次级原理却发生了很大的改变，即实现了局部性改良。局部性改良使蒸汽机技术的技术原理逐渐完善，促进了蒸汽机技术的不断发展。

　　技术原理的整体变革，即技术原理的突变性发展。它是指一项技术的技术原理在质上发生了根本的变化，即用全新的技术原理代替已有的技术原理。对于一定的技术目的，达到该目的的技术原理有多种方式和途径，各个方式和途径所依据的技术原理各不相同。因此，同一技术的技术原理可以从一个变为另一个。如，为了实现“照明”这一技术目的，可采用煤气灯也可采用白炽灯，在其发过程中，白炽灯取代了煤气灯，即以电为能源的白炽灯的技术原理代替了以煤气燃烧为能源的煤气灯的技术原理。真空二极管和半导体二极管都能达到“整流”这一技术目的，而它们各自的技术原理不同。现在在整流技术中，半导体二极管基本取代了真空二极管，即半导体二极管的技术原理代替了真空二极管的技术原理。但是，这种取代不是随意或无条件的，而是有条件的。只有当新的技术原理即具有旧二、技术原理构思的模式

　　技术原理的形成是作为技术活动主体的人对未知的技术客体进行创造性构思的过程。总结技术史的发明案例，发散思维、收敛思维、侧向思维和反向思维可说是构思技术原理的常规模式。而等价变换法是技术原理模式的一种新的发展，它是日本学者市川龟久弥博士在几十年研究中完善起来的创造方法。

　　（1）发散思维

　　所谓发散思维，是以某一现实事物为出发点，充分利用原有知识和经验，通过想象、联想等心理过程，诱发各种奇思异想的一种思维模式。发散思维又叫扩散思维、辐射思维、求异思维。其特点是由同一个来源可以产生众多的信息输出，思维过程并不按固定的路径前进，思维的结果中可能包含着具有较大创造性的设想。例如，爱迪生（T.Edison）在创制灯泡时，遇到的难题是用什么材料做灯丝。为了解决这个问题，他前后试用了1600种耐热材料，6000多种植物纤维，甚至连他人无法想象的头发丝都试过。最后才取得成功。

　　发散思维绝不仅仅是为已有的技术成果找到新的用途，更多的是利用它的思维“转换”作用，提出解决某个技术课题的新思路。

　　（2）收敛思维

　　所谓收敛思维，是由许多信息中引出一个正确的答案或一个多数人认为最好的答案，或是指以某个思考对象为中心，在指向这个中心的多数设想中找出可行方案的一种思维模式。收敛思维是与发散思维相对应的，又称做辐集思维、求同思维。在技术创造中运用收敛思维，往往要借助于发散思维的结果，在搜集了丰富多样的意见的基础上，对多种多样的设想进行分析、概括和整理，从不同的起点方向上指向创造对象，使解决问题的思路在各种限制条件下逐步明确起来，最后集中在一种解法上。例如，在水深不足的海岸上修建码头，通过发散思维，工程技术人员可以获得若干种设想：挖掘近海海底、填海筑港、浮筒式码头、栈桥式码头，等等。紧接着，他们就要用收敛思维，按照修建码头的具体技术要求，逐个分析上述设想，通过判断、推理或试验，进行可行性研究，最后选出一种或综合成一种现实可行的实施方案。

　　（3）侧向思维

　　侧向思维是一种转换思维角度的办法。“他山之石，可以攻玉”。这是我国古代《诗经》中的两句古诗，它正是侧向思维的绝妙写照。在科技史上，创造者对所要解决的问题经过深思熟虑，在强烈的创造意识萦绕于心的情况下，从其他领域获得启示，或从另外的角度受到诱导，从而作出发明创造的事例比比皆是。英国的邓禄普在花园里浇花，手感到橡胶水管有弹性，于是他解决了使自行车减震的办法；英国物理学家威尔逊（R.Wilson）受山中云雾的启示，发明了探测微观粒子运动轨迹的“云雾室”，美国物理学家格拉塞（S.Glashow）看到啤酒瓶上一些粗糙点产生的气泡，经过苦心研究，发明了微观粒子实验工具“汽泡室”。这些都是运用侧向思维成功的例证。[page]

　　现代科技整体化的发展趋势进一步表明：任何一个领域里的研究，如果单靠一两门科学理论和方法，是难以取得突破性进展的。必须综合运用多门学科的理论和方法，并善于向自己专业领域以外的领域搜寻新创意，从别人的经验中获得启迪，才可纵横驰骋，捷足先登。

　　（4）逆向思维

　　逆向思维是有意识的从正常思考路线的反面去寻求解决问题关键的一种思维模式。在科学发展史上，运用逆向思维法作出发明创造的不乏其人。法拉第（M.Faraday）从电可以产生磁的现象，倒转来思考：磁是否也能产生电？经过反复试验，终于发明了发电机。挪威数学家运用类比三角函数与反三角函数的关系，倒过来考虑椭圆积分的反函数，从而发明了一大类新的函数。日本诺贝尔奖金获得者江琦玲于奈在发明索尼二极管的过程中，为了消除半导体中的杂质，他不是像别人那样尽量去纯化材料，而是用增加杂质的办法解决了半导体中的杂质问题。相反相成，事物无不在一定条件下向着自己相反的方向转化，这就决定了逆向思维在科学技术中的广泛作用。

　　逆向思维能够起到转换思路的作用，出奇不意地获得解决问题的新办法。因而，在技术创造活动中，一旦按正常思路找不到解决问题的办法时，不妨从问题的反面去思考。但是，逆向思维有很大的不确定性，它有时能够引导我们取得成功，有时也会导致我们走向失败。因此，进行逆向思维，要采取科学而谨慎的态度，要具体问题具体分析，以客观事实为依据，切忌简单行事，盲目逆反。

　　（5）等价变换

　　日本学者市川龟久弥博士认为，经创造实现进化和飞跃的事物，与生物进化无本质区别，因此不但可以视生物进化史为一创造过程，并且可以构筑关于创造理论的生物模型。由于生物进化的时间跨度太大，应根据生物学家海克尔（E.H.Heackel）1866年提出的“重演律”，用生物个体发育模型来代替种系进化模型，因为“重演律”指明了个体发育过程要重演种系进化的历程。市川选择了在动物进化史上最早取得进化成就的昆虫个体的发育过程作为等价变换理论的模型，是一种“完全变态”模型。

　　等价变换的基本思想就是：在技术领域中，把低水平技术变换为高水平技术的飞跃过程对应为生物发育的蛹的阶段，再由昆虫的完全变态模型抽象出创造的一般规律：在特定事物中抽取出在下一个阶段应保留的因素，再形成新阶段的新要素，并为使两者具有整体性结构而进行再构成作业。如根据蛙眼的性能，人们即可运用等价变换的方法，构思出电子蛙眼的工作原理即是一例。（返回页首）

　　三、·构思技术原理的方法

　　（1）原理推演法

　　所谓原理推演，是指由基础科学中的普遍规律向技术科学和工程技术中的特殊规律的推演，由此实现科学原理向技术原理的转化。这种转化并不是靠演绎推理的“三段论”格式所能达到的，一般说来是要通过技术科学这一中间环节在理论上的过渡，借助于进一步的理论研究和实验探索才能得以实现。具体地说，这个过程大体是：由基础科学给出的基本原理出发，经过一系列的实验研究和理性思维加工，得出一些比较具体的概念或原理，然后，再经过一系列的实验研究和构思，导致技术原理的形成。

　　将科学原理转化为技术原理，这是认识过程中的一次能动性的飞跃，这是原理推演法的主要内容。在技术原理推演出来以后，真正在实践中运用还要物化为具体技术，解决许多实际的工程技术难题。如有了无线电检波原理，还有元件制作中的许多具体工艺问题，可以有很多变化，但其基本原理不会离开检波技术原理。

　　（2）实验提升法

　　科学实验是人类的伟大实践活动，通过科学实验，一方面能导致科学上的发现，另一方面还能导致技术原理的发明。正如科学实验中的现象被认识为科学的原理需要抽象提炼、上升一样，从科学实验中被发现的现象到成为技术原理也需要对之进行“挖掘”和“提炼”。弄清现象的机理和条件，才能人工设置这些条件，使实验中发现的现象按人的需要在人工系统中再现出来。[page]

　　（3）模拟法

　　模拟法不但是基础科学研究中的一种重要方法，而且也是技术原理构思的有效工具。按照从自然界选择的模型不同，模拟方法在技术创造中的运用，可分为两种类型：①拟非生物模拟。是指通过和非生物类比来提取技术原理。例如，当前已发现有不少金属材料具有“记忆”其高温相中形状的能力，它可以执行温度传感器和操作器两种功能。如，开闭窗户用的弹簧，在小于18℃时窗户全闭；大于18℃时开始依靠形状“记忆”弹簧位移力打开窗户，气温到了25℃则窗户彻底打开。一般认为，无机物是没有智能的，但是在设计中，人们可以从无机自然界中提取技术原理，并赋于它简单的“智能”。②仿生模拟。随着现代生物科学的迭次进展，生物（包括人）中有许多鲜为人知的奇特功能被揭示出来，使人们眼花缭乱，耳目一新。人们在惊叹之余，自然把目光指向了这一领域，希望从生物的功能机理中得到启发，创造出更先进的技术。这种模拟生物的机能和结构开发出新的技术原理的研究构思方法，即是仿生模拟法。

　　目前，在生物信息仿生、控制仿生、力学仿生、化学仿生、医学仿生等方面都取得了可喜的进展。向生物索取技术原理和设计蓝图，已成为当代技术发明的重要源泉。

　　（4）移植法

　　它是在具有质的差异的系统与系统之间，将某些共同相关的因素或机理，从一系统移到另一系统中，从而发展出崭新技术的方法。移植可以直接是技术原理的移值。由于技术原理揭示了一大部类技术对象的共同性规律，而成为许多专业技术的共同基础，对这种基本的技术原理，只要根据不同的技术要求和技术目的，采用不同的物质手段，就可以物化为不同的技术。当一种技术原理最初在某一特殊技术领域实现后，经过适当提炼，就很容易移植到其他技术对象上，从而导致新的创新方案。也可以是技术手段的移植，就是把包括技术装置等在内的一种（或更多种）技术手段移植到另一种技术中，通过不同技术手段的巧妙结合，或者改造原有技术，或者创造新的综合技术。移植也可以是功能的移植，就是把一些技术发明的独特功能以某种形式移植于其它技术领域，导致该技术功能应用领域的扩展，并实现新的创造。例如电吹风的烘干功能被移植到设计被褥烘干机等等。移植方法是技术发明的基本方法之一，技术史上很多发明来自移植。移植法的普遍运用是科学技术内部横向渗透的表现之一，又是促进各门科学技术之间的相互渗透的重要因素。

　　（5）回采法

　　所谓回采法就是在新条件下，“回采”已被否定的老技术，使老技术在新条件下“复活”的方法。科学技术原理的发展不是直线上升的，而是螺旋形、波浪式前进上升的，所以现在回采法已成为技术原理构思的一个重要方法。 原理的优点又能克服旧原理的缺点，更加完善和有效，能导致技术的革命性发展时，这种取代才能发生。