摘要：本文介绍一种创新设计的方法论体系，该方法论主要用于高效的解决技术难题和产品预研。尤其是在军工、航空、航天、船舶等领域，依托科学的方法论可以提高解决技术难题的成功率，可以为产品预研提供完整的指导原则。笔者将以坦克及穿甲弹的改进为例，揭示：解决不同技术问题背后共同的方法论，以及如何构建现代化的研发能力。
正文：
兵器、航空、航天、船舶等几个领域往往是一个国家综合工业实力的集中体现。在国际竞争越来越激烈的当下，越来越难获得外部技术的支持，这就需要通过自身能力的建设，提升技术水平，实现突破。笔者希望通过该系列四篇文章，向大家揭示科学的创新设计方法始终在推动着产品的发展，为什么不去掌握她，更高效的工作呢？
1，物理矛盾
在设计的过程中，我们会遇到大量的“物理矛盾”（这是发明问题解决理论中特殊界定的一个概念），即：对同一个对象的某个特性提出了互斥的要求。例如，某个对象既要大又要小，既要厚又要薄，以舰载机为例，舰载机的机翼既要大，便于提供足够的翼展面积，又要小，便于在航空母舰有限的空间停靠足够多的舰载机。所有这类问题，都可以用以下“公式”表达，如图1：
通过上述公式可以梳理出物理矛盾冲突的参数，找到这个参数，就说明您已经接近了问题的本质，也就离彻底解决这个问题不远了。请记住，这里所说的解决问题，是不折中，不调和，彻底的解决矛盾冲突。接下来，让我们举例说明。
2，从二战时的T34坦克说起！
从索姆河战役开始，坦克开始登上世界战争的舞台。二次世界大战期间，坦克又成为了改变战局形态的重要力量。在二战当中，德国的虎2式坦克以其185mm装甲造就了极强的抗打击能力。如图2。
虎2坦克虽然抗打击能力强，提升了战场生存能力，但大量的“虎2”坦克却被德国人自己炸掉了。为什么呢？因为耗油量太大，机动性能差。德国是一个贫油国家，很多坦克没有油，不能开动，又无法运走，只能炸掉；还有部分坦克陷入泥坑，由于太重，无法拉出，也被炸掉。从“虎2”坦克开始，很多坦克的设计者发现，在设计当中始终困扰着一个问题：坦克的装甲要厚，以便提升坦克的抗打击能力；坦克的装甲又要薄，减少自重，省油，并提高机动性能，对同一参数的两种互斥需求！根据上边我们提到的公式，我们可以表述如下：
坦克的装甲要厚，以便提高装甲的抗打击能力；
但是
坦克的装甲要薄，以便减少坦克自重，提高机动性能；
通过这个公式，我们梳理出来对坦克装甲的厚度有两个互斥需求。需求明确了，我们如何做呢？接下来，我们详细分析一下，如何利用科学的方法巧妙的解决上述问题。
如图3（甲）所示，A距离是装甲厚度，决定了装甲的重量（假设装甲使用面积相同），B距离决定了装甲的抗打击能力，她代表了子弹（早期装甲是防子弹的）穿过钢甲的路径。我们的目标是什么呢？希望A距离越短越好，B距离越长越好。因为在这种设计中，两个距离始终保持一致，所以无法同时满足两个互斥需求。
在二战期间，前苏联的T34坦克率先解决了这个问题。他们使用斜装甲，既保证了坦克的抗打击能力，同时还降低了装甲的厚度。如图3（乙）所示，因为攻击坦克的炮弹或子弹都是从前方飞来的，因此，当使用斜装甲时，同样的钢板通过倾斜，就会“创造”出“更厚”的钢板。而钢板的自重则不会因为钢板的倾斜而发生变化，甚至由于抗打击能力提高了，还可以使用更薄的钢板，因此，A的距离变短了，而B的距离变长
由于上述斜装甲的改进，子弹或穿甲弹如果不能以比较垂直的角度攻击，则会出现跳弹的情况。如图4所示，很好的保护了驾驶人员。
3，如何对付“斜装甲”？
在历史的长河当中，武器的改进始终都是“矛和盾”的互相促进关系。你用了斜装甲，在较比薄的装甲下提高了抗打击能力，那么这个时候设计“穿甲弹”的工程师就面临着如何解决“更加有效的攻击斜装甲”的问题了。
随着技术的不断进步，人们发现了很多“科学效应”，这些科学效应在不同领域里帮助我们解决问题。下图是一个转正效应，即：当旋转物体接触倾斜面后产生一垂直于法线的力矩，使炮弹压向装甲板造成倾斜面无法将穿甲弹弹开而被击穿的效应。利用这个原理，我们可以把由于倾斜而抗打击的钢板再“扶正”过来，进行攻击，如图5所示。这是一个工程力学原理。通过这个案例，我们也可以看到，在现有庞杂的科学理论体系下，即便是您本专业的内容，您也未必全部了解，更何况综合运用跨行业、跨领域的知识来进行综合创新了！
大量技术问题的改进，如果能借助其他行业里的一些成熟的效应、原理和方法，就会是发明级别非常高的技术进步。以当前技术的发展，产品越来越集成化，往往是一个光、机、电一体化的产品，这类综合的产品就更需要借鉴其他行业的方法来完成本行业的创新。现在越来越多的高科技企业开始设立一个特殊的职位，有的国际化的企业甚至建立了专门的平台，通过这个平台了解各个行业的最新发展，以期能把最新的技术、工艺、方法应用到本产品当中。特别是有了计算机技术以及互联网，我们就更容易利用现代化的工具来实现这种跨行业、跨领域的技术借鉴，从而完成本行业的技术创新。请记住，这是当前研发的一个重要趋势，在未来的产品研发中，这种思路会越来越多的影响我们的产品设计。
其实，这类技术的创新是有一套完整的体系来支撑的。接下来，我们就来一起谈谈发明问题解决理论揭示了什么？再沿着这个理论继续探寻，看看武器的后续改造是不是还是遵循了所揭示的规律。