基于TRIZ理論的產品設計課程開發

摘要：文章研究TRIZ理論導入產品設計課程的可行性和優越性，設計開發以TRIZ為主要創新工具的課程構架：將TRIZ與普適性設計方法相結合，解決常規設計問題;以TRIZ為核心工具，分析產品技術矛盾或物理矛盾，結合發明原理和產品進化法則，解決創新設計問題。開發基于TRIZ理論的創新課程，目的在于幫助學生將單純依靠靈感的不穩定的創意產生過程轉變為靈感與邏輯相結合的穩定可靠的創意產出，從而提升可持續創新能力，達到產品設計職業崗位要求。

關鍵詞：TRIZ;產品設計;課程開發

中圖分類號：G423.02 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2020）21-000-02

0 引言

發明問題解決理論（TRIZ）在20世紀40年代由蘇聯學者阿奇舒勒率先提出，該理論揭示了發明創造的原理、產品進化規律以及分析、解決發明問題的途徑[1]。具體而言，就是利用產品進化規律，幫助人們有效預測產品發展趨勢，提出符合時代發展及用戶需求的創新產品;通過分析“待開發產品”的“技術矛盾”和“物理矛盾”，明確發明問題癥結所在，結合矛盾矩陣和創新原理，快速獲取問題的標準解，繼而提出解決實際問題的具體方案。

實踐中，發明問題解決理論應用于產品設計確有其優勢：第一，有利于學生在感性思維中整合理性思維，開源創新途徑;第二，有利于設計思維聚焦，避免創意發散盲目無序;第三，有利于縮小試錯范圍，減少試錯成本;第四，有利于提高學生技術預測能力和創新方案判斷力。

產品設計課程是高職院校產品藝術設計專業的綜合性創新實踐課程，對學生綜合運用所學知識和技能，提出創新思路，解決設計問題具有重要意義。因此，國內一些職業院校相繼開展了產品設計教學改革和研究，主要涉及創新實踐項目開發、課堂組織教學、改革考核方式等。但在實踐中也發現了一些問題，如基于“靈感”的創新方法無助于提升學生的可持續創新能力、激發集體智慧的“頭腦風暴”過于依賴個體經驗和感性思維[2]、“試錯法”時間成本高，設計產出效率低等等。

針對上述問題，通過對產品設計課程教學目的、內容、特點及發明問題解決理論對比研究，發現該課程教學目標與發明問題解決理論具有很高的契合度。因此，將發明問題解決理論導入課程具有意義和可行性。

1 基于職業崗位要求，提出課程目標

本專業畢業生主要面向產品創新設計職業崗位，該職業崗位要求設計師具有可持續的設計創新能力。其原因在于：第一，基于中國設計行業的現實情況，設計方案一方面要達到客戶的設計要求，另一方面還要在同行的“比稿”競爭（競標）中勝出，這對設計師的創新能力和設計水準提出了更高的要求，只有可持續地產出高品質創新方案，才能適應中國設計行業的高競爭性;第二，基于一個合理的假設：學生22歲大學畢業開始做設計直到60歲退休，其設計師生涯為38年，在此期間，每年產生設計方案100件，由此可知，設計師一生大約要出3800個方案，才能給職業生涯畫上句號，而如此數量龐大的創新產出，只有可持續的設計創新能力才能支撐起學生日后的設計師職業生涯。基于產品設計師職業崗位要求，產品設計課程的目標應為培養學生可持續的產品設計創新能力。

2 基于產品創新層次，整合教學內容

現代產品設計實踐和設計教育實踐發展已逾百年，總結的設計理論和方法頗多，頭腦風暴法、戈登分合法、發明問題解決理論、價值工程分析法等都是設計方法學的重要成果。然而，現實種類繁多的產品設計并不適合照搬上述設計方法：一方面，某些設計方法本身存在短板，如頭腦風暴法在創意階段有利于激發團隊集體智慧，但不受限制的思維發散方式無助于提升方案可行性;另一方面，某些所謂的設計方法本質上是有關思維過程的管理法，并非創意產出手段，如魚骨圖、九宮格、思維導圖等。因此，有必要對充實到教學內容的設計方法仔細甄別和優化整合，從而具有解決產品設計問題的實用性。筆者根據TRIZ創新等級理論，將設計問題歸納為兩類——常規設計問題和創新設計問題，將TRIZ與諸多設計方法進行整合與提煉，使教學內容兼顧實用和效率，切實解決不同層次的產品設計問題。具體如下：

2.1 將TRIZ與普適性設計方法相結合，解決常規設計問題

基于TRIZ創新等級理論[3]，對技術系統的簡單改進可歸納為常規設計。常規設計問題主要來源于用戶體驗。從用戶體驗到產品解決方案，本質上是“發現問題、分析問題、解決問題”的過程，具體步驟如下：第一，安排產品用戶（或設計者本人）參與“產品信息獲取—產品物流—產品使用—收納擺放—耗材及維護—后期處置”的產品全流程體驗;第二，通過上述場景發現用戶痛點;第三，轉化用戶痛點為產品需求;第四，分析并提煉出核心需求;第五，思維聚焦TRIZ發明原理，提出解決方案。

解決常規設計問題的課程內容及要求如表1所示。

2.2 以TRIZ為核心工具，解決創新設計問題

基于TRIZ創新層次理論，能解決產品技術矛盾或物理矛盾，并使產品趨近最終理想解的設計可視為創新設計。

可利用矛盾矩陣來解決技術矛盾，以實現產品性能或功能的優化和創新。其步驟如下：

第一，分析問題，發現矛盾。分析產品各個組成元素在參數、特性、功能等方面的情況，并在整體上分析產品各個元素之間的相互作用以及它們對產品整體性能、功能實現等方面的作用[4]，如果對產品中某一方面的提升會導致其他方面的惡化，就表明產品存在技術矛盾。第二，根據TRIZ定義矛盾。結合TRIZ“39個通用工程參數”，將具體設計問題轉換為技術矛盾。第三，對照矛盾矩陣列表，得到通用解法。根據上一步驟定義的技術矛盾，使用矛盾矩陣尋求解決問題的思考方向。具體做法是：在矛盾矩陣的豎軸上找到要改善的產品參數，在橫軸上找到被惡化的參數，分別作水平線和垂直線，兩線交點所在的單元格，其中的數字即為所推薦的發明原理。第四，針對實際問題，構思設計。將TRIZ解（發明原理）具體化為針對該設計問題的具體解。

產品設計中的物理矛盾，可將分離法與發明原理相結合，找到解決問題的辦法。

首先需要定義物理矛盾，可分4個步驟進行：第一，進行產品技術系統的因果分析;第二，從因果分析中定義技術矛盾;第三，提取物理矛盾;第四，定義理想狀態。

然后利用分離方法（時間分離、空間分離、條件分離、系統級別分離）將產品在參數、特性、功能上相互矛盾的需求分離開，從而使矛盾的雙方都能得到完全的滿足。

TRIZ理論提出，解決物理矛盾的4種分離方法與解決技術矛盾的40個發明原理之間存在一定的關系。對于每種分離方法，可以有多個發明原理與之對應。當設計者明確物理矛盾和分離策略后，可以在對應的發明原理中思考針對實際問題的具體解決方案。

2.3 解決創新設計問題的課程內容及要求（如表2所示）

3 創設設計情境，以學生為中心實施課程

美國教育家羅杰斯提出“非指導性”理論，認為項目情境的設計、課堂氛圍的營造、充分發揮學生主觀能動性是課程教學中的重要方面[5]，教師有必要以學生為中心實施課程，創造條件讓學生參與實踐和積極思考，在設計實務中綜合運用TRIZ等創新工具，解決設計問題，同時檢驗和發展創新理論，鍛煉設計能力。

以學生為中心進行課程的前期準備有利于達成教學目標。教師需要將諸多創新方法，如TRIZ-40個發明原理、TRIZ-八大產品進化法則等內容制作成網絡課程，將抽象和枯燥的理論知識通過案例、圖表、視頻等形式直觀地呈現出來，引導學生在課前進行自主學習。同時，有必要設計一些“微項目”，讓學生針對概念理解、單項工具等進行實操練習，鞏固和檢驗所學。

有了前期準備，課堂就具備了實施項目化教學的理論基礎。教師需要根據“從簡單到復雜”“從感性到理性”“從具象到抽象”的認知規律安排好實踐項目，預設多種設計情境，引導學生以設計師的身份參與到設計創造活動中，在行動中探索解決問題的辦法，在實踐中應用和鞏固所學理論。期間，教師需要適時運用鼓勵、引導、點評等方式啟發學生的思維，激發他們積極探索的熱情，使學生全身心融入設計情境，在創新產出中獲得成就感，增強自信心，并將感受和發現內化為自己的知識，逐步提升創新能力。

4 綜合設計思考過程與成果，合理評價課程成績

從教師角度而言，學生課程成績是反映課程設計、授課計劃、實訓安排等是否科學合理、積極有效的指標，是教師教學效果的標尺;從學生角度而言，課程成績反映出其特定階段自身技能水平和學習效果，是其勞動（作業）的回報。

針對設計課程而言，綜合學生的設計思考過程及成果，是合理評價課程成績的有效途徑。首先，學生的創新能力提升過程不是一蹴而就式的階躍，而是具有螺旋上升規律的動態過程。對設計思考過程（學習過程）的考核評價及反饋，有利于學生即時感知并調節學習狀態，促使學生保持積極的思考或行動。對設計思考過程的考核內容包括多個方面，如主動發言、參與討論、作業自評、展演展示等。對設計成果的考核也十分必要，因為創新設計的過程本質上是解決問題的過程，問題解決得怎么樣關鍵看成果。對設計成果的考核有利于促使學生在設計目標的指引下進行發散性思考，從多角度、多渠道尋求解決問題的辦法。

5 結語

基于產品設計師職業崗位要求，產品設計課程目標為培養學生可持續的設計創新能力，而以TRIZ為主要創新工具有利于將單純依靠靈感的不穩定的創意產生過程轉變為靈感與邏輯相結合的穩定可靠的創意產出，可顯著提升可持續創新能力。在課程開發中，需要明確設計對象的產品創新層次，將TRIZ與普適性設計方法相結合，解決常規設計問題;以TRIZ為核心工具，分析產品技術矛盾或物理矛盾，結合發明原理和產品進化法則，解決創新設計問題。創設設計情境，以學生為中心實施課程。綜合學生的設計思考過程與成果，合理評價課程成績。

參考文獻：

[1] 檀潤華，張瑞紅.基于TRIZ的產品創新設計[J].河北工業大學學報，2004，33（2）：90-91.

[2] 劉江南，姜光，盧偉健，等. TRIZ工具集用于驅動產品創新及生態設計方法研究[J].機械工程學報，2016，52（5）：12-13.

[3] 劉勇謀，劉元博.系統創新度及其應用[J].中國質量，2016（10）：15-16.

[4] 張麗娜，陳敏玲.創新思維與TRIZ創新方法[M].北京：清華大學出版社，2018：158.

[5] 林靜，王玲玲，康著言，等.基于互動體驗式教學模式的課程教學方案設計[J].教育教學論壇，2019（47）：199-200.

作者簡介：尤太權（1979—），男，湖北宜都人，工業設計工程碩士，畢業于廣東工業大學，研究方向：產品設計方法。