TRIZ在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)中的應(yīng)用分析

摘要：“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程在講授理論知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。目前，該課程中存在一些不利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的問題。TRIZ理論來源于人類長期探索與改造自然的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，具有嚴(yán)密的邏輯性。因此，在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的課堂上和課堂外引入并滲透TRIZ理論，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生建立創(chuàng)新理念。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；TRIZ；教學(xué)改革

作者簡介：尤洪嶺（1958-），男，上海人，天津城市建設(shè)學(xué)院理學(xué)院，實(shí)驗(yàn)師；王莉靜（1974-），女，山西陽泉人，天津城市建設(shè)學(xué)院控制與機(jī)械工程學(xué)院，講師。（天津 300384）

基金項(xiàng)目：本文系天津城市建設(shè)學(xué)院2010年教改項(xiàng)目（JG-1106）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）26-0067-02

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”面對的對象是近機(jī)類大三的學(xué)生，作為專業(yè)基礎(chǔ)課，它在基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間起了承上啟下的作用。本課程主要培養(yǎng)學(xué)生能綜合運(yùn)用傳統(tǒng)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段，發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。在課堂教學(xué)中，以設(shè)計(jì)為主線，在培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和通用零部件工作、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)突出學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

一、“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中存在的問題

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程所含內(nèi)容較多，且各章節(jié)之間幾乎沒有聯(lián)系。這對于學(xué)生來說有利的一面：不會(huì)因?yàn)闆]有掌握某一章節(jié)的內(nèi)容，而影響其余章節(jié)的學(xué)習(xí)。也有不利的一方面：學(xué)完本課程，學(xué)生的腦海里是零散的構(gòu)件，沒有一個(gè)完整性機(jī)器的概念，也就談不上創(chuàng)新了。

目前，各學(xué)校教學(xué)任務(wù)較繁重，只能不斷壓縮課時(shí)，在天津城市建設(shè)學(xué)院（以下簡稱“我校”），“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程被壓縮到48學(xué)時(shí)。面對這種現(xiàn)象，教師通常挑選幾個(gè)簡單模型講解其認(rèn)為重要的內(nèi)容。課程的教學(xué)對象是不同專業(yè)的非機(jī)類學(xué)生，如果教師講解的內(nèi)容沒有針對性，即使說得頭頭是道，學(xué)生聽得卻是一頭霧水，并不能真正理解其中的奧妙。

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，有些學(xué)校教學(xué)安排較混亂，課程學(xué)習(xí)階段學(xué)生還沒開始進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐學(xué)習(xí)。由于學(xué)生缺乏生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在課程學(xué)習(xí)中感覺知識(shí)的抽象、難以理解，甚至課程結(jié)束后，有的學(xué)生還不知道為什么要學(xué)這門課。

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程理論性比較強(qiáng)、概念較抽象。但某些教師講述原理多，結(jié)合實(shí)際偏少；講述常規(guī)原理多，介紹行業(yè)最新技術(shù)成果少；課堂講授多，課外討論少。同時(shí)，某些學(xué)生對本課程的重視度不夠、依賴性強(qiáng)、無創(chuàng)新性。

二、TRIZ在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)中的應(yīng)用

正是由于“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程在教學(xué)中存在的一些問題，所以需要在教學(xué)上進(jìn)行創(chuàng)新，提高教學(xué)效果。而創(chuàng)新需要?jiǎng)?chuàng)新理論的支撐，創(chuàng)新理論的探索在國內(nèi)外從沒有停止過，并已取得許多可喜的成績，如試錯(cuò)法、頭腦風(fēng)暴法、焦點(diǎn)對象法、多角度思考法、檢核表法等。但上述方法基本以心理機(jī)制為基礎(chǔ)，且邏輯性不嚴(yán)密，在實(shí)際使用中并沒有預(yù)期想象的好。發(fā)明問題解決理論（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）是誕生于前蘇聯(lián)的創(chuàng)新理論，TRIZ認(rèn)為任何領(lǐng)域的產(chǎn)品改進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新，都是有規(guī)律可循的。人們掌握了這些規(guī)律，就可以能動(dòng)地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并能預(yù)測產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢。TRIZ包含用于問題分析的分析工具，用于系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的基于知識(shí)的工具和理論基礎(chǔ)，可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)造性地解決問題。1956年，Altshuller提出了TRIZ中最強(qiáng)有力的工具——ARIZ算法，[1]其主導(dǎo)思想為：

1.沖突矩陣

發(fā)明問題的特征是存在沖突。Altshuller將沖突分為管理沖突、技術(shù)沖突和物理沖突。首先，ARIZ將初始問題用管理沖突來表述，根據(jù)TRIZ實(shí)例庫中的類似問題類比求解，無解則轉(zhuǎn)化為技術(shù)沖突，采用40條發(fā)明原理解決；如問題仍得不到解決，則進(jìn)一步深入分析發(fā)現(xiàn)物理沖突，如圖1所示。而由理想解確定物理沖突的方法，一方面技術(shù)系統(tǒng)向著理想解的方向進(jìn)化，另一方面物理沖突阻礙達(dá)到理想狀態(tài)。

2.克服思維慣性

ARIZ強(qiáng)調(diào)在解決問題過程中必須開闊思路克服思維慣性，主要利用TRIZ已有工具和一系列心理算法克服思維慣性。

三、TRIZ理論在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)中的應(yīng)用

在我校的問卷調(diào)查中顯示：面對技術(shù)難題時(shí)，大多數(shù)學(xué)生表現(xiàn)得不夠積極，45％的學(xué)生在潛意識(shí)里回避沖突。在這種狀態(tài)下，大多數(shù)學(xué)生是不會(huì)積極地參加各種創(chuàng)新活動(dòng)的。創(chuàng)新能力作為人所具有的一種潛能，經(jīng)過一定的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能夠得到激發(fā)和提升，而創(chuàng)造意識(shí)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。[2]TRIZ理論認(rèn)為：解決技術(shù)系統(tǒng)中存在的沖突是促使技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化發(fā)展的根本動(dòng)力。因此，將TRIZ理論引入“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，在解決沖突的過程中，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題的能力。[3]主要從以下兩方面考慮：

1.課堂上，將“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中與不同專業(yè)相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)與TRIZ理論相結(jié)合

在課程的理論講述中，應(yīng)以與其專業(yè)相關(guān)的某一機(jī)器的設(shè)計(jì)為主線，每講完一個(gè)基礎(chǔ)理論，突出TRIZ創(chuàng)新方法的運(yùn)用，進(jìn)行每一章節(jié)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新。

例如，給設(shè)備專業(yè)的學(xué)生講述“機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)”的章節(jié)時(shí)，可聯(lián)系地下車庫中使用的通風(fēng)設(shè)備（如圖2），課后以小組形式提出改進(jìn)方案。對通風(fēng)設(shè)備提出的改進(jìn)要求為：[4]葉片強(qiáng)度提高；維修簡單且降低維修成本；降低制造復(fù)雜性，減少對工人技術(shù)的依賴性；對其外形不能有較大的改進(jìn)。

學(xué)生將上述要求概括為：提高強(qiáng)度，輪轂和葉片整體鑄造；維修簡便，降低維修成本，更換低成本輪轂。上述矛盾轉(zhuǎn)化為TRIZ理論中的沖突矩陣：“強(qiáng)度”的提高可能導(dǎo)致“方便性”的降低；“可維修性”的提高可能會(huì)導(dǎo)致“復(fù)雜性”的升高。表1得到基于TRIZ的解決方案，表中的阿拉伯?dāng)?shù)字對應(yīng)40條發(fā)明原理。

綜合考慮，選用表1中的發(fā)明原理1、2、10對輪轂做優(yōu)化設(shè)計(jì)。[5]

依照原理1：分割原理。將整個(gè)輪轂拆分成輪轂基座和輪轂壓片，輪轂基座與主軸鑄造在一起，壓片和輪轂基座配合起固定葉片。

依據(jù)原理2：分離原理。將葉片獨(dú)立制造，用鑄造工藝以提高強(qiáng)度，葉片底部設(shè)計(jì)成桿狀，用來和輪轂連接。

依據(jù)原理10：預(yù)先作用原理。裝配結(jié)構(gòu)葉片與輪轂采用活動(dòng)連接（如圖3），以保證快速裝卸。對于不同型號(hào)的風(fēng)機(jī)可以做到僅僅更換葉片型號(hào)，對輪轂采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，滿足了風(fēng)機(jī)葉輪的互換性要求。

2.課外開設(shè)創(chuàng)新第二課堂

結(jié)合各自專業(yè)優(yōu)勢，構(gòu)建第二課堂，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)新活動(dòng)，支持學(xué)生參加各級(jí)挑戰(zhàn)杯的競賽活動(dòng)。圖4、5、6是我校學(xué)生參加第二屆創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的作品。

不定期舉行TRIZ理論應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)交流，能激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)與創(chuàng)造欲望，使學(xué)生科技創(chuàng)新的參與率明顯提升。

四、結(jié)論

社會(huì)需要?jiǎng)?chuàng)新型人才，“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有重要意義。TRIZ理論是一種建立在技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化規(guī)律基礎(chǔ)上的問題解決系統(tǒng)，同時(shí)也是一個(gè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系理論。在以往本課程的教學(xué)工作中，重視強(qiáng)調(diào)專業(yè)知識(shí)的傳授，缺少科學(xué)思維、科學(xué)方法方面的引導(dǎo)和訓(xùn)練。因此，在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新人才培養(yǎng)、注重提高創(chuàng)新能力的今天，在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中推廣TRIZ理論，對提高學(xué)生對創(chuàng)新活動(dòng)的認(rèn)識(shí)和對創(chuàng)新方法的把握，提高自身的創(chuàng)新能力有著重要的意義。充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的積極性和求知欲，提高了教學(xué)質(zhì)量；提高了學(xué)生分析問題與解決問題的能力，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)；推動(dòng)了學(xué)生第二課堂的建設(shè)，充分發(fā)揮了第二課堂對學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的輔助作用，同時(shí)又為學(xué)生的創(chuàng)新成果提供了驗(yàn)證手段和平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]檀潤華.創(chuàng)新設(shè)計(jì):TRIZ發(fā)明問題解決理論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]童亞拉，陳益，別業(yè)廣.基于TRIZ理論的創(chuàng)新人才培養(yǎng)探析[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2009，(12):67-69.

[3]高常青，趙方，王濰，等.發(fā)明問題解決理論與機(jī)械類本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2009，(3):100-103.

[4]檀潤華，曹國忠，陳子順.面向制造業(yè)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[5]趙文燕，張換高，檀潤華，等.TRIZ在管理流程優(yōu)化中的應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2008，15(2):79-85.

（責(zé)任編輯：宋秀麗）