1.3.2 發明級別的劃分

發明的獨特之處就在于解決矛盾，解決現有技術系統中存在的問題。但是在獲得專利證書的專利當中，也有大量簡單的、毫無意義的、類似于常規設計的專利。如何從多如牛毛的專利中將那些具有分析價值的專利找出來呢？阿奇舒勒在研究中提出了一種評價專利創新性的標準，按照創新性的不同將專利分為五個級別（表1-2）。

1．第一級發明

這種發明是指在本領域范圍內的正常設計，或僅對已有系統作簡單改進與仿制所做的工作。這一類問題的解決，主要依靠設計人員自身掌握的常識和一般經驗就可以完成，是級別最低的發明，即不是發明的發明。利用試錯法解決這樣的問題，通常只需要進行10次以下的嘗試。

例如，增加隔熱材料，以減少建筑物的熱量損失；將單層玻璃改為雙層玻璃，以增加窗戶的保溫和隔音效果；用大型拖車代替普通卡車，以實現運輸成本的降低。

該類發明大約占人類發明總數的32%。

2．第二級發明

這種發明是指在解決一個技術問題時，對現有系統某一個組件進行改進，是解決了技術矛盾的發明。這一類問題的解決，主要采用本專業內已有的理論、知識和經驗，設計人員需要具備系統所在行業中不同專業的知識。解決這類問題的傳統方法是折中法。這種發明能小幅度地提高現有技術系統的性能，屬于小發明。利用試錯法解決這樣的問題通常需要進行10～100次嘗試。

例如，在氣焊槍上增加一個防回火裝置；把自行車設計成可折疊狀（圖1-6）。

該類發明約占所有發明的45%。

3．第三級發明

這種發明是指對已有系統的若干組件進行改進。這一類問題的解決，需要運用本專業以外但是在一個學科以內的現有方法和知識（如用機械知識解決機械問題，用化學知識解決化學問題）。在發明過程中，人們必須解決系統中存在的技術矛盾。設計人員需要來自其他行業的知識。

這些是解決了物理矛盾的發明。如果系統中的一個組件徹底改變，就是很好的發明（如改變某物質的狀態，由固態變成液態等）。可以用一些組合的物理效應（可能是不為人們所熟知的）來解決這類問題，解決問題的過程中也可以巧妙地利用一些人們熟知的物理效應。例如，利用電動控制系統代替手動控制系統；汽車上用自動換擋系統代替手動換擋系統；在冰箱中用單片機控制溫度等。

這種發明能從根本上提升現有技術系統的性能，屬于中級發明。利用試錯法解決這樣的問題，通常需要進行100～1000次嘗試。

該類發明約占所有發明的18%。

4．第四級發明

這種發明一般是在保持原有功能不變的前提下，用組合的方法構建新的技術系統，屬于大發明，通常是采用全新的原理來實現系統的主要功能，屬于突破性的解決方案，能夠全面升級現有的技術系統。

由于新的系統不包含技術矛盾，所以給人的錯覺是新技術系統在發明過程中并沒有克服技術矛盾。實際上并非如此，因為在原有的技術系統——系統原型中是有技術矛盾的，這些矛盾通常是由其他科學領域中的方法來消除的，設計人員需要來自于不同科學領域的知識。需要多學科知識的交叉，主要是從科學底層的角度而不是從工程技術的角度出發，充分挖掘和利用科學知識、科學原理，來實現發明。

解決第四級發明問題時所找到的原理，通常可以用來解決屬于第二級發明和第三級發明的問題。例如，用內燃機替代蒸汽機，用核磁共振技術代替B超和X光技術，世界上第一臺內燃機的出現，集成電路的發明，充氣輪胎等。

利用試錯法解決這樣的問題，通常需要進行1000～10000次嘗試。該類發明在所有發明中所占比例小于4%。

5．第五級發明

這種發明催生了全新的技術系統，推動了全球的科技進步，屬于重大發明。利用試錯法解決這樣的問題通常需要進行10萬次以上的嘗試。

這里，問題的解決方法往往不在人們已知的科學范圍內，是通過發現新的科學現象或新物質來建立全新的技術系統。

對于這類發明來說，首先是要發現問題，然后再探索新的科學原理來解決發明任務。本級發明中的低端發明為現代科學中許多物理問題的解決帶來了希望。支撐這種發明的新知識為開發新技術提供了保證，使人們可以用更好的方法來解決現有的矛盾，使技術系統向最終理想邁進了一大步。

一般的設計人員通常沒有能力解決這類問題。這一類問題的解決，主要是依據人們對自然規律或科學原理的新發現。例如，計算機、蒸汽機、激光、晶體管等的首次發明，又如，輪子、半導體、形狀記憶合金、X光透視技術、微波爐、蒸汽機、飛機等。

該類發明大約占人類發明總數的1%或者更少。