基于TRIZ理論融入模式的畢業(yè)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐

劉訓(xùn)濤?吳衛(wèi)東?曹賀

摘要：依據(jù)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際，以TRIZ理論融入模式開展本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，在選題階段、開題階段、方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用TRIZ理論，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行九屏法分析、功能分析，通過(guò)產(chǎn)品S進(jìn)化曲線確定產(chǎn)品所處的技術(shù)發(fā)展階段，確定產(chǎn)品的最終理想解，建立產(chǎn)品的技術(shù)矛盾、物理矛盾，應(yīng)用物-場(chǎng)分析、標(biāo)準(zhǔn)解、效應(yīng)等進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)TRIZ理論在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，減少了學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)雷同問(wèn)題，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新潛能，提高了畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論；畢業(yè)設(shè)計(jì)；最終理想解；技術(shù)矛盾；物理矛盾

作者簡(jiǎn)介：劉訓(xùn)濤（1975-），男，山東鄄城人，黑龍江科技學(xué)院機(jī)械學(xué)院，副教授；吳衛(wèi)東（1967-），男，江蘇沛縣人，黑龍江科技學(xué)院機(jī)械學(xué)院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150027）

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江省高教學(xué)會(huì)“十二五”規(guī)劃課題“TRIZ理論在本科教學(xué)中的應(yīng)用與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：HGJXHC110906）、黑龍江省新世紀(jì)教改項(xiàng)目“TRIZ理論在機(jī)械工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：6621）、黑龍江科技學(xué)院青年才俊資助項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.477 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）07-0170-02

隨著高校擴(kuò)招，大學(xué)招生人數(shù)逐年增加，但是教師的人數(shù)卻變化不大，指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的師生比逐年降低，教師一般一年要指導(dǎo)6～8個(gè)本科生，高職稱的教師甚至要指導(dǎo)13～14人的畢業(yè)設(shè)計(jì)。由于機(jī)械設(shè)計(jì)的自身特點(diǎn)，指導(dǎo)教師很難每年均給出全新的課題，導(dǎo)致很多畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)內(nèi)容雷同甚至與前兩年完全一樣。同時(shí)由于傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程管理松散，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)又與找工作時(shí)間重疊，還有些學(xué)生利用最后一學(xué)期上駕校、考駕照，學(xué)生實(shí)際投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間有限，所以學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)存在一定的突擊、抄襲、拷貝，甚至花錢請(qǐng)人完成的現(xiàn)象。雖然各高校先后開展了論文查重工作，但是仍然無(wú)法保證學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性、獨(dú)立性。學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量逐年下降，甚至有些人認(rèn)為應(yīng)該取消本科生畢業(yè)論文答辯。針對(duì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，嘗試將TRIZ理論引入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在師資隊(duì)伍、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題、開題答辯、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與過(guò)程管理中采用TRIZ理論融入模式開展教學(xué)，經(jīng)過(guò)三年多的教學(xué)試驗(yàn)，取得了一些成績(jī)。

一、TRIZ理論師資隊(duì)伍建設(shè)

教師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中與學(xué)生接觸最多，既是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的監(jiān)督者，又是設(shè)計(jì)方法、繪圖技巧的直接傳授者，所以教師在本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用，教師的業(yè)務(wù)能力和專業(yè)水平在很大程度上決定了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與成敗。學(xué)校鼓勵(lì)教師逐步提高自身學(xué)術(shù)修養(yǎng)，在職完成博士研究生學(xué)習(xí)，積極參加省內(nèi)重點(diǎn)高校精品課程的盯課任務(wù)，積極到工廠、實(shí)驗(yàn)室掛職鍛煉，積極開展各種教研與科研活動(dòng)。利用黑龍江省優(yōu)越的TRIZ理論學(xué)習(xí)與推廣環(huán)境，有計(jì)劃的開展教師TRIZ理論培訓(xùn)，聘請(qǐng)億維訊的TRIZ理論講師為教師進(jìn)行軟件及理論培訓(xùn)。選派多名教師參加國(guó)家科技部、黑龍江省科技廳組織的由俄羅斯、德國(guó)以及國(guó)內(nèi)TRIZ理論專家講授的師資培訓(xùn)班，并利用教研室活動(dòng)時(shí)間，不定期的開展TRIZ理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐情況交流，共同探討學(xué)生創(chuàng)新能力形成發(fā)展的規(guī)律，為創(chuàng)新教育提供最直接、最深刻的體驗(yàn)。[1]組建起一支業(yè)務(wù)素質(zhì)高、愛生、敬業(yè)，同時(shí)又了解TRIZ、喜愛TRIZ、研究TRIZ的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，為TRIZ理論在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用奠定師資基礎(chǔ)。

二、TRIZ理論在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)的重要階段，是學(xué)生畢業(yè)前的最后學(xué)習(xí)階段，是對(duì)學(xué)生大學(xué)四年學(xué)習(xí)的總體檢驗(yàn)與綜合運(yùn)用，是學(xué)生綜合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的最后一里路程，也是本科生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù)，更是衡量高等學(xué)校教育質(zhì)量與辦學(xué)效益的重要評(píng)價(jià)內(nèi)容。[2]畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程一般包括課題選擇、任務(wù)書下達(dá)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、開題答辯、中期答辯、圖紙繪制與說(shuō)明書撰寫、畢業(yè)答辯幾個(gè)過(guò)程。通過(guò)TRIZ理論融入式教學(xué)法的實(shí)施，將TRIZ理論融入到畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

1.TRIZ理論在選題中的應(yīng)用

選題是做好本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的第一步，選題是否正確得當(dāng)，將直接關(guān)系到學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的學(xué)習(xí)量、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)水平，是關(guān)系到學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)的重要步驟。由于教師指導(dǎo)的學(xué)生多，同時(shí)參與指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的青年教師比重大，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較欠缺，導(dǎo)致許多教師無(wú)奈之下選用陳舊的課題或者兄弟院校的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題缺乏創(chuàng)新，有的甚至不科學(xué)，更無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的潛能，無(wú)法開展學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了克服以上困難，在選題時(shí)力爭(zhēng)密切聯(lián)系科研、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)際，力爭(zhēng)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，努力增加課題的實(shí)用性。盡量選擇教師自身熟悉的科研、學(xué)術(shù)研究課題，力求將教師承擔(dān)的國(guó)家、?。ú浚?、廳（局）級(jí)科研課題，以及企事業(yè)單位委托課題、校內(nèi)基金課題和自擬課題與學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)掛鉤，讓學(xué)生參與到教師的科學(xué)研究中，早一步體驗(yàn)科研實(shí)際。[5]在課題選擇時(shí)，應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行產(chǎn)品S進(jìn)化曲線分析，研究機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展階段，尋找機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)階段存在的矛盾，從而確立待選課題，并盡量使課題處于TRIZ理論1到4級(jí)發(fā)明階段，力爭(zhēng)做到選題科學(xué)、合理、新穎、先進(jìn)。另外，要激發(fā)學(xué)生開展畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主創(chuàng)新的能力。通過(guò)三年的實(shí)踐，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目更新率、題目可操作性、對(duì)學(xué)生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)均有顯著提高，如圖1所示。

黑龍江科技學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)有學(xué)生152人，有專任教師16人。通過(guò)TRIZ理論在選題階段的應(yīng)用，畢業(yè)設(shè)計(jì)題目更新率由原來(lái)的53.6%增加到了93.5%，課題和教師的科研與研究課題相銜接率逐年增加，由2009年的35.6%增加到63.4%。畢業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)逐年增加，涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)中的理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)，設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、方案選擇、結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。使學(xué)生通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了方案制定、材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件強(qiáng)度校核、電機(jī)選擇、手冊(cè)查找、工藝及熱處理方案制定等多方面知識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的可操作性明顯提高，教師指導(dǎo)難度降低，畢業(yè)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新設(shè)計(jì)題目由4.35%提高到36.7%。通過(guò)科學(xué)選題增加了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的信心和動(dòng)力，讓學(xué)生在綜合知識(shí)運(yùn)用上更加自如，更能夠激發(fā)學(xué)生潛在的創(chuàng)造能力。

2. TRIZ理論在開題中的應(yīng)用

開題報(bào)告的撰寫是學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)后，依據(jù)教師給定的設(shè)計(jì)題目和實(shí)習(xí)階段收集的資料，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的綜述、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇、課題開展計(jì)劃制定、設(shè)計(jì)目標(biāo)及參考文獻(xiàn)的撰寫。[4]鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在開題階段使用TRIZ理論。應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行九屏法分析，研究課題的系統(tǒng)、子系統(tǒng)、超系統(tǒng)，以及系統(tǒng)、子系統(tǒng)和超系統(tǒng)的過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)系統(tǒng)，查找整個(gè)系統(tǒng)以及操作區(qū)中可利用的資源，找出要解決的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的抽象，運(yùn)用TRIZ理論建立矛盾。如果是技術(shù)矛盾（即一個(gè)參數(shù)改變引起另一個(gè)參數(shù)的“惡化”），依據(jù)矛盾矩陣表和40個(gè)創(chuàng)新原理查找解決方案；如果是物理矛盾（對(duì)一個(gè)參數(shù)提出兩種不同的要求），采用時(shí)間分離、條件分離、空間分離、整體與部分分離原理進(jìn)行解決，或者通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行物-場(chǎng)分析，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解查找解決方案，并利用PRO/Innovator的專家評(píng)價(jià)系統(tǒng)或者機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中學(xué)到的方案選擇原則對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行打分，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。各年開題報(bào)告撰寫中技術(shù)創(chuàng)新方法的應(yīng)用情況如圖2所示。隨著黑龍江科技學(xué)院TRIZ理論選修課程的開設(shè)，學(xué)生對(duì)TRIZ理論的了解逐漸增加，在開題報(bào)告中應(yīng)用TRIZ理論的數(shù)量逐年增加，開題報(bào)告的質(zhì)量也有明顯的提高。[2]

3.TRIZ理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

TRIZ理論的核心思想是通過(guò)重新定義問(wèn)題，建立最終理想解；通過(guò)系統(tǒng)思考來(lái)充分利用系統(tǒng)內(nèi)部和外部的資源，不折中、不妥協(xié)，創(chuàng)造性地解決問(wèn)題；通過(guò)工具和方法來(lái)尋找創(chuàng)新規(guī)律。[3]在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，學(xué)生首先對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題形式進(jìn)行描述，并將其轉(zhuǎn)換為技術(shù)形式與發(fā)明形式；然后應(yīng)用功能分析對(duì)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過(guò)魚骨圖查找當(dāng)前結(jié)構(gòu)的問(wèn)題節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用小人法、金魚法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過(guò)S進(jìn)化曲線的分析，確定產(chǎn)品所處的技術(shù)進(jìn)化階段，選擇相應(yīng)的TRIZ理論工具，確定結(jié)構(gòu)的最終理想解（ideal final result，IFR），明確努力方向，保證在問(wèn)題解決過(guò)程中沿著此目標(biāo)前進(jìn)并獲得最終理想解，從而避免傳統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中缺乏目標(biāo)的弊端，提升創(chuàng)新設(shè)計(jì)效率。應(yīng)用ARIZ（Algorithm for Inventive Problem Solving）算法、八大進(jìn)化法則、知識(shí)庫(kù)、效應(yīng)庫(kù)、結(jié)構(gòu)庫(kù)、專利地圖（國(guó)內(nèi)專利庫(kù)、歐美專利庫(kù)），從專利規(guī)避角度出發(fā)，開展機(jī)械運(yùn)動(dòng)、機(jī)械動(dòng)力、機(jī)械結(jié)構(gòu)及機(jī)電結(jié)合等詳細(xì)設(shè)計(jì)，[1]具體應(yīng)用過(guò)程如圖3所示。

通過(guò)TRIZ理論的應(yīng)用激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想思維、想象思維、靈感思維，進(jìn)而提升了本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙、說(shuō)明書中重復(fù)率明顯下降，創(chuàng)新點(diǎn)逐年增加，部分學(xué)生還將畢業(yè)設(shè)計(jì)成果申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新熱情，同時(shí)還發(fā)掘了學(xué)生自主創(chuàng)新的潛能。

三、TRIZ理論在畢業(yè)設(shè)計(jì)管理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)均是在設(shè)計(jì)初規(guī)定好最后答辯時(shí)間，學(xué)生只要在答辯日期前提交畢業(yè)論文和圖紙就可以，但由于現(xiàn)代科技的發(fā)展，以及往屆生的口口相傳，很多學(xué)生在網(wǎng)上購(gòu)買畢業(yè)設(shè)計(jì)、或者直接拷貝工廠圖紙和往屆畢業(yè)設(shè)計(jì)。而在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，很少有學(xué)生進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)計(jì)、甚至很少有人思考與畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)的內(nèi)容。有的指導(dǎo)教師甚至在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)周期都見不到學(xué)生，學(xué)生也都是在畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后幾天連夜突擊，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量可想而知。學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中知識(shí)的學(xué)習(xí)，創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)更是無(wú)從談起，畢業(yè)設(shè)計(jì)甚至成為教師和學(xué)生的共同心病。

課題組應(yīng)用TRIZ理論動(dòng)態(tài)化、周期化和分割原理，將畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核分割量化，將畢業(yè)設(shè)計(jì)考核由一點(diǎn)單一考核變成多點(diǎn)分段動(dòng)態(tài)考核。教研室教師集體制定各考核點(diǎn)，學(xué)生最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)由各個(gè)考核點(diǎn)成績(jī)組成，改變了過(guò)去一次答辯定成績(jī)的做法，加強(qiáng)了過(guò)程管理。用分割法將畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)分割成畢業(yè)實(shí)習(xí)、開題答辯、中期答辯、教師定期指導(dǎo)、最后答辯幾部分（見表1）。在畢業(yè)設(shè)計(jì)之初就列出每一部分考核的具體時(shí)間，讓學(xué)生根據(jù)階段考核時(shí)間表自動(dòng)校正自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程，同時(shí)每個(gè)階段考核都由教研室組織教師進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，并將成績(jī)立即公布，任何一部分成績(jī)不合格均不允許參加畢業(yè)答辯。通過(guò)兩年的實(shí)踐，學(xué)生技術(shù)文件質(zhì)量普遍提高，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程普遍加快，學(xué)生參與畢業(yè)設(shè)計(jì)的熱情普遍增強(qiáng)，學(xué)生應(yīng)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中的精力和時(shí)間增加，創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)增多，抄襲現(xiàn)象減少，學(xué)生集中突擊情況不復(fù)存在，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量明顯提高。

四、結(jié)論

畢業(yè)設(shè)計(jì)既是對(duì)學(xué)生大學(xué)四年學(xué)習(xí)知識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力的檢驗(yàn)，又是學(xué)生自主創(chuàng)新能力、工程素質(zhì)的集中綜合培養(yǎng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)囊括了實(shí)習(xí)、開題、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制、論文撰寫、論文答辯等過(guò)程。通過(guò)在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入TRIZ理論強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的主體地位，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，避免了學(xué)生畢業(yè)論文的抄襲現(xiàn)象，克服了畢業(yè)設(shè)計(jì)題目雷同問(wèn)題，提高了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。部分學(xué)生還將畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容申請(qǐng)了國(guó)家實(shí)用新型專利，也提高了學(xué)生的就業(yè)率。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)連續(xù)三年在學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)專項(xiàng)評(píng)估中名列第一，就業(yè)率連續(xù)三年名列學(xué)校前茅，2012年黑龍江科技學(xué)院亦榮膺“全國(guó)高校就業(yè)50強(qiáng)”，畢業(yè)生受到了用人單位的一致好評(píng)。

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（責(zé)任編輯：孫晴）