机械创新TRIZ理论的推广路径和要求

一、引言

创新能力的培养，是创新理论教学与实践教学相结合的过程［1］。对实际操作能力要求极强的机械类专业学生来说，引入系统的创新理论教学，构建特色鲜明的实践教学模式，应用创新型实践教学策略，成为当前高校教学改革的重要内容。我校作为一所“应用型”本科院校［2］，以培养为地方和行业服务的高级应用型专门人才为教育目标。为促进机械类应用型本科人才实践创新能力培养，我校在机械创新教学体系的课程体系的整体优化、教学模块的设计与教学内容的制定、教学策略与实践环节的设计等方面进行了一系列的改革，取得初步成效。TRIZ理论被西方国家誉为“神奇的点金术”，它使得创新走上了方法学的道路，克服了传统创新方法随机性、无序性等缺点［3－4］。为此，我校在机械创新教学体系中引入了TRIZ理论的教学与实践环节。学生通过TRIZ理论的系统学习与实践应用，使机械创新设计从无序的试错，走向了发明原理的类比应用，提高了学生创新思维和实践设计能力。本文以TRIZ理论教学过程中的学生的课程作业为例，介绍TRIZ理论的教学过程及学生对TRIZ理论与计算机辅助创新(CAI)软件的运用成果，并研究TRIZ理论教学推广的路径和要求。

二、TRIZ理论教学案例

我院在原机械创新课程体系中，针对大学四年级的机电专业学生增设了《TRIZ理论与应用》课程。该门课程紧紧围绕学院实践教学体系建设，在14个学时理论教学的基础上，开设了22个学时的实践教学。使学生通过理论学习，结合实际的课题，运用TRIZ理论和CAI软件(PRO/I)，学会了对实际的课题进行分析和分解，掌握了提出问题、解决问题的基本方法。在理论教学部分中，通过贴近生活实际例子类比机电专业领域的工程问题，启发引导学生积极思考，营造活跃的课堂气氛。同时，在活跃的课堂氛围下，因势利导地开展分组讨论交流，进一步激发学生创造思维，进而产生概念性的解决方案。在实践教学环节中，设计了若干个工程问题，每位学生(研究个体)通过查阅文献了解各个工程问题、并结合自己的专业知识特长，选择其中一个问题作为自己的研究课题。在研究阶段，首先对问题进行详细的描述、系统分析及分解，找到问题的着手点，随后通过方案查询、矛盾分析和发明原理应用，获得概念方案。下面是一位学生的课程作业介绍，可以了解学生对TRIZ理论应用过程。作业名称:移动机器人越障能力改进研究。

(一)系统分析应用PRO/I软件的系统分析模块建立功能模型，即按照组件之间的相互作用及其作用性质建立参数化、模板化的移动机器人系统模型。如图1所示。该系统模型展现了实现功能的工作原理;表达了各组件间的作用关系;软件自动对不同类别的作用提出“Howto……?”句式的建议。

(二)问题分解与三轴分析利用PRO/I软件提供的RCA(根本原因分析)分析工具，从原因链和结果链两个方向将系统分析得到的问题进行根本原因层层剖析，通过不断地深究，将问题转变到我们目前可以较为容易解决或者控制的程度。如图2中所示的灰底方块图部分就是根本原因分解图。三轴分析是在进行根本原因分析基础上，充分利用在操作顺序轴和系统资源轴上可以利用的物质、能源、时间等，发现可以对问题解决有帮助的可利用资源。如图2中所示的白色底框的超系统资源部分。总之，问题分解与三轴分析就是寻找矛盾链条并充分发掘解决矛盾可以利用的资源。

(三)解决方案经过上述问题分解和三轴分析之后，生成一系列具有因果或者其它逻辑关系的问题(howto问题)，实现了问题转化链条，针对每一个问题链条，都可以进行相应思考和操作(如搜寻相关解决方案和专利)，从而发掘多个解决问题的努力方向，并从中选择难度、技术和工艺较为现实的方向作可行性的研讨，利用TRIZ理论实现对已经简化或者转化问题的各个击破，最终得到用户方案。某位学生经过了问题分析、建模、分解和相应求解之后，形成的移动机器人越障机构的一个创新方案，如图3所示。该双驱动履带结构采用2个动力源，且两动力源均安装在车体内部，分别实现驱动和履带与轮转换的功能，从而可提高机器人的越障能力。在整个TRIZ理论应用的实践环节中，还适时地组织讨论交流，对学生分析问题、解决问题的过程及方案进行评价，并将评价结果反馈给学生，从而有利于方案的完善和提高。在这个过程中的研究型教学的步骤大概包括:学生接触各类工程资料;提出问题;教师指导;应用知识;解决问题。是一个探求过程，将教、学、做融于一体，以提高学生创造力。

三、TRIZ理论的实用性和有效性

TRIZ理论为技术创新提供了一整套系统化的解决问题理论、方法和解决方案模型;TRIZ的理论教学实例以再发明的方式展现，用TRIZ路线“再现”发明的方法和过程。因而TRIZ理论为创新教育奠定了方法论的基础。TRIZ理论是当代科技创新理论发展的重要成果，也是体系较为成熟，应用极为广泛的创新思维方法之一，已经被西方发达国家，特别是多少世界500强企业所广泛采用，成为当今世界科技创新和发展的重要工具。TRIZ理论所总结的发明方法的有效性也已经被许多现有的发明创造所证实。我校《TRIZ理论与应用》这门课程探索性地尝试了从理论到实践应用的创新教育模式。通过一学期的TRIZ理论的教学与CAI实训，大多数同学都能突破思维定势，抛弃传统的试错法，而是通过系统分析、问题分解、资源和知识库的利用，最终得到解决问题的概念性方案。在以往的机械创新设计课程中，学生主要利用传统的创新方法，如头脑风暴法或试错法，创新的程度与成败主要取决于学生的灵感和经验，当问题的解决方案超出了学生的经验和技术领域时，头脑风暴法和试错法往往显得无能为力。TRIZ理论比传统创新思维方法的优势在于通过结构化的方法约束创新解的搜索空间，在理想解的指引下，得到创新问题的最优解。因此，利用TRIZ理论求解技术冲突的解法，既方便实用又可提高发明与解决问题的效率。此外，在授课过程中借助CAI创新训练工具，让学生在较短的时间内掌握TRIZ创新技法，激发创新潜能，以新思维分析问题，以新方法解决问题。同时，学生还会充分利用CAI创新平台所提供的丰富的多学科领域的知识库，解决课题中存在的问题，获得一些具有创新性的解决方案。总之，基于TRIZ与CAI的创新方法能够引导和促使学生去创新思维，有效地促进概念性创新方案的产生和创新技能的提升。

四、TRIZ理论推广的路径和要求

TRIZ理论引入我国是近几年的事，我国对TRIZ理论的研究和教学还处于起步阶段，进一步的推广必须采取有效路径。

(一)设置不同层次理论教学模块基于TRIZ和CAI技术的机械创新教育不是一个“点”，而是一条“链”，应贯穿在大学课程体系中。因此，应该根据机械类专业学生在不同阶段的专业知识增长规律，分层次地开设创新相关的系列课程。可设置3个层次模块，即基础模块、提升模块、应用模块。基础模块。针对基本未涉及专业课的大学一、二年级学生。该模块侧重于创新思维、创新意识和工程思想的培养，基本上属于理论课程的范畴。提升模块。针对已具有一定机械专业基础知识的大三学生。以TRIZ理论为基础，通过案例教学强化学生对创新技法的理解和认识，引导学生结合机械专业知识从创新理论知识的掌握提升到创新实践能力的培养。应用模块。针对已具有较全面的机械专业知识的大学四年级的学生，重点是创新理论、创新技法及CAI技术在解决具体机械设计问题中的综合应用。

(二)设置合理的实训环节创新教育这条“链”的最难点就是创新实践。为保证TRIZ创新教学模式从“知识传授型”向“能力素质培养型”转变，可在教学实施过程中设置如下实训环节:创新素质训练、创新技法模拟、创新案例分析和创新问题解决等环节。不同层次的理论教学模块中，各实训环节可综合交错。通过设计合理的实训环节，能有效提高学生的创新素质和创新技能。

(三)合理使用CAI软件CAI技术是基于TRIZ理论，结合本体论、现代设计方法学、多领域科学知识综合而成的计算机辅助创新技术。合理利用CAI技术及其软件平台，可帮助学生有效地利用多学科领域的知识和前人的智慧，分析和发现技术体系中存在的问题，获得具有创新性的解决方案。将CAI技术融入到创新理论教学中，有利于构建系统完整的创新理论教学与实践平台。

(四)采用创造性研究型教学模式创造性研究型教学模式，是以发展学生的创造性(创造力)为目的，以发现、探索、研究为活动形式的一种教学模式。为激发学生的创新思维和创新能力，教学模式起着核心的作用。创造性研究型教学模式具体实施的关键是把各层次的教学有机地联系起来，强调“层次”之间的传递性、互补性和协调性。前者为后者打好根基，后者在前者的基础上不断开拓深化，做到环环相扣，整个创新教学贯穿成一条线，力求使整个“链”的作用大于各个“层次”之和，最终使学习活动成为一种自主探究的过程。

(五)建立创新教育评价体系为确保TRIZ创新理论教学和实训环节的顺利实施，还需开展阶段性的教学效果评价。可通过模块式的创新技能鉴定来综合评价教学效果，建立由专人负责的学生综合创新素质评价、企业用人单位评价和毕业生跟踪调查反馈评价，为有针对性的创新教学内容和实训环节的改革提供科学的依据。总之，将TRIZ创新教学贯穿在大学本科的教学体系中，构建系统完整的TRIZ创新理论教学与实践平台，将为机械类创新应用型人才的培养奠定基础。当然，创新教育是综合性的、全面性的教育。TRIZ理论在整个创新教育中只是作为基础和核心，而不应该是全部，其本身也在不断地发展和完善之中。

五、结束语

学生创新能力的培养是现代教育界永恒的主题，也是一项非常复杂的系统工程。对于绝大多数高校来说，创新教育与创新型人才培养还只是停留在理论探讨与观念改变阶段，具有可操作性的实践层面的有效方法与途径还不多见［6］。而我校的“基于TRIZ和CAI的机械创新教学体系”探索性地尝试了从理论到实践应用的创新教育模式，构建了较为系统的创新教育推广“链”。