TRIZ原理與汽車專業(yè)人才培養(yǎng)創(chuàng)新教育實(shí)踐

黃麓升+丁問司

作者簡介：黃麓升（1962—），男，北京通州人，副高職稱，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；

丁問司（1968—），男，博士，華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車系副主任，教授，現(xiàn)從事車輛工程專業(yè)的教學(xué)及科研工作。TRIZ原理與汽車專業(yè)人才培養(yǎng)創(chuàng)新教育實(shí)踐

黃麓升1丁問司2

（湖南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖南湘潭411101；華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州510640）

摘要：針對國內(nèi)汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀和企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展對專業(yè)人才強(qiáng)烈的要求，在車輛專業(yè)本科教學(xué)中引入了先進(jìn)的TRIZ理論進(jìn)行創(chuàng)新方法的教學(xué)和訓(xùn)練。將TRIZ理論解決技術(shù)矛盾的40個(gè)原理和沖突矩陣、解決物理矛盾的分離原理與汽車新技術(shù)發(fā)展過程相結(jié)合，找出技術(shù)案例進(jìn)行分析和教學(xué)，該方法是對工程領(lǐng)域中創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法訓(xùn)練的有益嘗試。

關(guān)鍵詞：人才培養(yǎng)；創(chuàng)新方法；TRIZ

在多年汽車專業(yè)不同層次人才的培育過程中，我們意識到：工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是車輛專業(yè)創(chuàng)新人才教育的核心。工程創(chuàng)新能力概括起來應(yīng)該包含如下幾方面：迅速發(fā)現(xiàn)問題并指明探索方向的敏感性能力；多方吸收有用知識、提供多種解決方案的開拓性能力；不墨守成規(guī)，發(fā)展與常人完全不同的認(rèn)識和處理問題的靈活性能力；提出新穎獨(dú)特解決方案的原創(chuàng)性能力。這些能力的培養(yǎng)必須通過完整的工程創(chuàng)新教育過程。而所謂工程創(chuàng)新教育即是根據(jù)創(chuàng)新理論，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的工程創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，使學(xué)生在牢固、系統(tǒng)地掌握學(xué)科技術(shù)知識的同時(shí)發(fā)展他們的創(chuàng)新能力。

一、基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)過程學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)必須滿足一些條件：具有創(chuàng)新的動(dòng)機(jī)和愿望、基于科學(xué)技術(shù)知識和基于創(chuàng)新理論與方法。

對于學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)機(jī)和愿望的激發(fā)，我們在整個(gè)教學(xué)體系中的針對不同學(xué)員層次和不同學(xué)習(xí)階段來設(shè)置相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)：對于剛?cè)雽W(xué)的本科新生，注重對其進(jìn)行專業(yè)教育和汽車行業(yè)形勢分析，在激發(fā)其強(qiáng)烈的認(rèn)同感基礎(chǔ)上，培育學(xué)生的創(chuàng)新愿望。對低年級本科生，設(shè)置“汽車文化”“汽車概論”等課程，可使得學(xué)生們從社會發(fā)展、品牌戰(zhàn)略、企業(yè)管理、資源環(huán)保等多角度、多方面來看待汽車技術(shù)的發(fā)展，釀造創(chuàng)新氛圍，為學(xué)生的創(chuàng)新思維提供多維度思考的基礎(chǔ)平臺。對于本科高年級學(xué)生，通過設(shè)置“現(xiàn)代汽車新技術(shù)”等一系列專業(yè)講座，引領(lǐng)學(xué)生游歷汽車現(xiàn)代新技術(shù)“海洋”，并結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識分析汽車創(chuàng)新技術(shù)（零部件）的發(fā)現(xiàn)（發(fā)明）過程，進(jìn)一步分析其適應(yīng)性和發(fā)展前景。為保證此類系列講座的新穎性和技術(shù)的先進(jìn)性，講座者均被刻意安排為在汽車行業(yè)某專業(yè)領(lǐng)域有較高建樹的教授或汽車企業(yè)高層技術(shù)管理者。畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)學(xué)生興趣愛好，結(jié)合指導(dǎo)教師研究方向或工程實(shí)際問題，在完成工程訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，積極鼓勵(lì)創(chuàng)新實(shí)踐。而實(shí)踐過程根據(jù)需求的不同、認(rèn)識的不同、基礎(chǔ)的不同從理論創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、集成創(chuàng)新等各個(gè)層面展開。

知識的學(xué)習(xí)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)，是學(xué)生們學(xué)習(xí)階段的首要任務(wù)。學(xué)生必需修完包括基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課在內(nèi)的各門類課程。課程設(shè)置和課時(shí)安排均嚴(yán)格按照國家對汽車專業(yè)的教學(xué)指導(dǎo)要求進(jìn)行。

學(xué)生通過完整的對車輛專業(yè)技術(shù)知識的學(xué)習(xí)，再輔之以積極的創(chuàng)新愿望，是可以具備一定的創(chuàng)新思想并進(jìn)行某些方面創(chuàng)新設(shè)計(jì)的，這是長期以來汽車專業(yè)固定教學(xué)模式。但是我們的教學(xué)實(shí)踐表明，通過現(xiàn)有教育手段發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能還不夠。如果對學(xué)生再輔助進(jìn)行先進(jìn)的工程創(chuàng)新方法的教育，同時(shí)施以一定的教學(xué)方法，學(xué)生創(chuàng)新潛能將被大大激發(fā)出來。工程創(chuàng)新能力是可通過教學(xué)訓(xùn)練來加以提高的，教育實(shí)踐中采用基于TRIZ理論的創(chuàng)新思維及方法實(shí)施訓(xùn)練是行之有效的好方法。

二、創(chuàng)新方法和TRIZ理論

世界上存在300多種發(fā)明、創(chuàng)造和創(chuàng)新的技法，如著名的試錯(cuò)法、頭腦風(fēng)暴法和田十二法等。這些發(fā)明過程中實(shí)用技法在教學(xué)實(shí)踐中常常使用，在一定程度上的確可幫助學(xué)生產(chǎn)生一些創(chuàng)新思想火花。但上述創(chuàng)新技法大多是抽象的、盲目的、隨機(jī)的、方向不明確的。應(yīng)用這些技法進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)不一定能得到新的解決理念和方案，并可能產(chǎn)生發(fā)散的結(jié)果。這些技法一般要靠“靈感”和“悟性”，是學(xué)生個(gè)人的思維活動(dòng)，不能加以控制；當(dāng)然也難以去量化地培養(yǎng)和增長其創(chuàng)新能力。這些技法不具備可操作性、可重復(fù)性和可培訓(xùn)性。

為使學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)有可操作性、重復(fù)性和訓(xùn)練性。我們在汽車專業(yè)學(xué)科教學(xué)體系中引進(jìn)全新的TRIZ理論及其教學(xué)方法，以提升學(xué)生創(chuàng)新能力。

TRIZ是一門科學(xué)的創(chuàng)造方法學(xué)。它基于技術(shù)系統(tǒng)演變的內(nèi)在客觀規(guī)律來對問題進(jìn)行邏輯分析和方案綜合。它可定向地一步一步地引導(dǎo)人們?nèi)?chuàng)新，而不是盲目的、隨意的。TRIZ提供一系列工具，包括解決技術(shù)矛盾的40個(gè)原理和沖突矩陣，解決物理矛盾的4個(gè)分離原理和11個(gè)方法、76個(gè)發(fā)明問題的標(biāo)準(zhǔn)解法和發(fā)明問題解決算法，以及消除心理慣性的工具和資源—時(shí)間—成本算子等。它使人們能按照解決問題的不同方法，針對不同問題，在不同階段和不同時(shí)間去操作和執(zhí)行。這樣，發(fā)明就可被量化進(jìn)行，也可被控制；而不是僅憑靈感和悟性來發(fā)明。

TRIZ理論體系圖教學(xué)過程中借助TRIZ理論，可使學(xué)生打破思維定式、拓寬思路、正確地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品或系統(tǒng)中存在的問題，激發(fā)創(chuàng)新思維，找到創(chuàng)新性解決方案。同時(shí)，針對綜合性極強(qiáng)的車輛學(xué)科，TRIZ可有效地消除不同學(xué)科、不同工程領(lǐng)域和創(chuàng)造性訓(xùn)練之間的界限，使工程技術(shù)問題得到發(fā)明創(chuàng)新性的解決。

三、創(chuàng)新原理與汽車現(xiàn)代新技術(shù)教學(xué)汽車發(fā)展過程中新技術(shù)的出現(xiàn)與TRIZ四十個(gè)創(chuàng)新原理之間有很好的印證。下表為教學(xué)過程中TRIZ創(chuàng)新原理。

為更好地說明TRIZ理論中的創(chuàng)新工具——矛盾矩陣，在教學(xué)中我們常利用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行綜合講解，下面是教學(xué)綜合實(shí)例之一。

（1）問題的描述。如何在汽車發(fā)生碰撞的情況下，最大限度地保護(hù)駕駛員和乘客的安全？安全氣囊充氣壓力不足，對乘客不能起到有效的保護(hù)作用；安全氣囊的充氣壓力過大，則又會造成壓力過大，對乘客造成傷害。endprint

（2）問題的理想解。安全氣囊在發(fā)生碰撞時(shí)，能恰好將氣囊充到合適的壓力，以保護(hù)乘客的安全。

（3）系統(tǒng)中存在的技術(shù)矛盾和物理矛盾。技術(shù)矛盾：加速氣囊的膨脹速度，以保護(hù)乘客；但氣囊膨脹速度的加快，氣囊大的硬度會傷害乘客。對應(yīng)的技術(shù)矛盾為：①希望改善的參數(shù)：運(yùn)動(dòng)物體的作用時(shí)間（加速汽車安全氣囊的膨脹速度）；②導(dǎo)致惡化的參數(shù)：物體產(chǎn)生的有害因素（氣囊膨脹速度過快傷害乘客）。

物理矛盾：安全氣囊的充氣既要迅速，又不能過快。充氣速度過快，會使氣囊硬度大，傷害乘客；充氣速度慢，會導(dǎo)致氣囊不能有效地保護(hù)乘客。

（4）尋找可用的資源。可用資源：空氣、壓力、氣囊本身、安全帶等。

（5）使用TRIZ工具——?jiǎng)?chuàng)新原理、分離原理等嘗試解決。根據(jù)系統(tǒng)中存在的技術(shù)矛盾，在矛盾矩陣檢索出四個(gè)創(chuàng)新原理（2l，39，16，22）

創(chuàng)新原理21：減少有害作用的時(shí)間；

創(chuàng)新原理39：惰性或真空環(huán)境；

創(chuàng)新原理16：不足或過度的作用；

創(chuàng)新原理22：變害為利。

根據(jù)系統(tǒng)中存在的物理矛盾，采用四個(gè)分離原理嘗試解決：空間分離；時(shí)間分離；基于條件的分離；整體與部分的分離。

（6）產(chǎn)生新的想法，以及技術(shù)實(shí)施方案。創(chuàng)新原理16：“不足或過度作用”是指所期望的效果難以百分之百實(shí)現(xiàn)時(shí)，在可實(shí)現(xiàn)的程度上加大動(dòng)作幅度，使問題簡化。

基于該創(chuàng)新原理，啟發(fā)學(xué)生：可先迅速使氣囊膨脹到一定壓力值。以保證在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到保護(hù)乘客的氣壓，并在氣囊上面開若干微孔，當(dāng)氣囊壓力超過閾值后，氣囊微孔張開，使氣囊壓力不再升高。從而很好地解決氣囊膨脹速度既要快，又不能過快的矛盾。

（7）方案評價(jià)。該方案可以使汽車發(fā)生意外碰撞時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)迅速充滿安全氣囊，并且也不會發(fā)生由于安全氣囊的壓力值過高而對乘客造成額外傷害的情況。改進(jìn)后的安全氣囊將能自動(dòng)調(diào)整自身硬度。

四、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐效果

創(chuàng)新人才的教育培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程。創(chuàng)新的基礎(chǔ)來自于豐富而扎實(shí)的技術(shù)知識，實(shí)踐中我們可通過嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)計(jì)劃來保證；創(chuàng)新的動(dòng)力來自于社會的發(fā)展和進(jìn)步，這需要多方面培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力；創(chuàng)新的思維方法是多種多樣、不拘一格的，但卻可以通過工程訓(xùn)練的方式來獲得并強(qiáng)化，TRIZ原理的學(xué)習(xí)是這方面有益的嘗試。

TRIZ創(chuàng)新原理

序號創(chuàng)新原理名稱序號創(chuàng)新原理名稱序號創(chuàng)新原理名稱序號創(chuàng)新原理名稱1分割11事先防范21減少有害作用時(shí)間31多孔材料2抽取12等勢22變害為利32改變顏色3局部質(zhì)量13逆向思維23反饋33同質(zhì)性4增加不對稱性14曲面化24借助中介物34拋棄和再生5組合15動(dòng)態(tài)特性25自服務(wù)35物理或化學(xué)參數(shù)改變6多用性16不足或過度的作用26復(fù)制36相變7嵌套17多維化27廉價(jià)替代品37熱膨脹8重量補(bǔ)償18機(jī)械振動(dòng)28機(jī)械系統(tǒng)替代38加速氧化9預(yù)先反作用19周期性動(dòng)作29氣壓與液壓結(jié)構(gòu)39惰性或真空環(huán)境10預(yù)先作用20有效作用的連續(xù)性30柔性殼體或薄膜40復(fù)合材料endprint