基于TRIZ理論融入模式的畢業設計研究與實踐

劉訓濤?吳衛東?曹賀

摘要：依據本科畢業設計的實際，以TRIZ理論融入模式開展本科畢業設計，在選題階段、開題階段、方案設計與結構設計中使用TRIZ理論，對產品進行九屏法分析、功能分析，通過產品S進化曲線確定產品所處的技術發展階段，確定產品的最終理想解，建立產品的技術矛盾、物理矛盾，應用物-場分析、標準解、效應等進行產品結構設計。通過TRIZ理論在本科畢業設計中的應用，減少了學生的畢業設計雷同問題，激發了學生創新潛能，提高了畢業設計質量。

關鍵詞：TRIZ理論；畢業設計；最終理想解；技術矛盾；物理矛盾

作者簡介：劉訓濤（1975-），男，山東鄄城人，黑龍江科技學院機械學院，副教授；吳衛東（1967-），男，江蘇沛縣人，黑龍江科技學院機械學院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150027）

基金項目：本文系黑龍江省高教學會“十二五”規劃課題“TRIZ理論在本科教學中的應用與大學生創新能力培養的研究”（項目編號：HGJXHC110906）、黑龍江省新世紀教改項目“TRIZ理論在機械工程專業畢業設計中的應用與實踐”（項目編號：6621）、黑龍江科技學院青年才俊資助項目的研究成果。

中圖分類號：G642.477 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0170-02

隨著高校擴招，大學招生人數逐年增加，但是教師的人數卻變化不大，指導畢業設計的師生比逐年降低，教師一般一年要指導6～8個本科生，高職稱的教師甚至要指導13～14人的畢業設計。由于機械設計的自身特點，指導教師很難每年均給出全新的課題，導致很多畢業設計題目、設計內容雷同甚至與前兩年完全一樣。同時由于傳統的畢業設計過程管理松散，學生畢業設計又與找工作時間重疊，還有些學生利用最后一學期上駕校、考駕照，學生實際投入到畢業設計的時間有限，所以學生畢業設計存在一定的突擊、抄襲、拷貝，甚至花錢請人完成的現象。雖然各高校先后開展了論文查重工作，但是仍然無法保證學生畢業設計的創新性、獨立性。學生畢業設計質量逐年下降，甚至有些人認為應該取消本科生畢業論文答辯。針對本科畢業設計存在的問題，嘗試將TRIZ理論引入到畢業設計中，在師資隊伍、畢業設計選題、開題答辯、結構設計與過程管理中采用TRIZ理論融入模式開展教學，經過三年多的教學試驗，取得了一些成績。

一、TRIZ理論師資隊伍建設

教師在畢業設計中與學生接觸最多，既是學生畢業設計質量的監督者，又是設計方法、繪圖技巧的直接傳授者，所以教師在本科生畢業設計中起著至關重要的作用，教師的業務能力和專業水平在很大程度上決定了學生畢業設計的質量與成敗。學校鼓勵教師逐步提高自身學術修養，在職完成博士研究生學習，積極參加省內重點高校精品課程的盯課任務，積極到工廠、實驗室掛職鍛煉，積極開展各種教研與科研活動。利用黑龍江省優越的TRIZ理論學習與推廣環境，有計劃的開展教師TRIZ理論培訓，聘請億維訊的TRIZ理論講師為教師進行軟件及理論培訓。選派多名教師參加國家科技部、黑龍江省科技廳組織的由俄羅斯、德國以及國內TRIZ理論專家講授的師資培訓班，并利用教研室活動時間，不定期的開展TRIZ理論學習與實踐情況交流，共同探討學生創新能力形成發展的規律，為創新教育提供最直接、最深刻的體驗。[1]組建起一支業務素質高、愛生、敬業，同時又了解TRIZ、喜愛TRIZ、研究TRIZ的教學團隊，為TRIZ理論在本科畢業設計中的應用奠定師資基礎。

二、TRIZ理論在畢業設計中的應用

畢業設計過程是實現本科培養目標的重要階段，是學生畢業前的最后學習階段，是對學生大學四年學習的總體檢驗與綜合運用，是學生綜合素質與工程實踐能力培養的最后一里路程，也是本科生畢業及學位資格認證的重要依據，更是衡量高等學校教育質量與辦學效益的重要評價內容。[2]畢業設計過程一般包括課題選擇、任務書下達、畢業實習、開題答辯、中期答辯、圖紙繪制與說明書撰寫、畢業答辯幾個過程。通過TRIZ理論融入式教學法的實施，將TRIZ理論融入到畢業設計的各個環節，提高了學生畢業設計的質量。

1.TRIZ理論在選題中的應用

選題是做好本科畢業設計的第一步，選題是否正確得當，將直接關系到學生畢業設計知識的學習量、實踐與創新能力的培養水平，是關系到學生畢業設計成績的重要步驟。由于教師指導的學生多，同時參與指導畢業設計的青年教師比重大，實踐經驗較欠缺，導致許多教師無奈之下選用陳舊的課題或者兄弟院校的畢業設計題目，畢業設計選題缺乏創新，有的甚至不科學，更無法發揮學生的潛能，無法開展學生實踐與創新能力的培養。為了克服以上困難，在選題時力爭密切聯系科研、生產、實驗室建設實際，力爭產、學、研結合，努力增加課題的實用性。盡量選擇教師自身熟悉的科研、學術研究課題，力求將教師承擔的國家、省（部）、廳（局）級科研課題，以及企事業單位委托課題、校內基金課題和自擬課題與學生的畢業設計掛鉤，讓學生參與到教師的科學研究中，早一步體驗科研實際。[5]在課題選擇時，應用TRIZ理論進行產品S進化曲線分析，研究機械產品的發展階段，尋找機械產品現階段存在的矛盾，從而確立待選課題，并盡量使課題處于TRIZ理論1到4級發明階段，力爭做到選題科學、合理、新穎、先進。另外，要激發學生開展畢業設計的興趣，培養學生獨立自主創新的能力。通過三年的實踐，本科畢業設計題目更新率、題目可操作性、對學生自主創新能力培養均有顯著提高，如圖1所示。

黑龍江科技學院機械設計專業有學生152人，有專任教師16人。通過TRIZ理論在選題階段的應用，畢業設計題目更新率由原來的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%。畢業設計知識點逐年增加，涵蓋了機械設計中的理論知識與實踐知識，設計包括機械結構設計、方案選擇、結構力學分析。使學生通過畢業設計學會了方案制定、材料選擇、結構設計、零部件強度校核、電機選擇、手冊查找、工藝及熱處理方案制定等多方面知識。畢業設計的可操作性明顯提高，教師指導難度降低，畢業設計中創新設計題目由4.35%提高到36.7%。通過科學選題增加了學生畢業設計的信心和動力，讓學生在綜合知識運用上更加自如，更能夠激發學生潛在的創造能力。

2. TRIZ理論在開題中的應用

開題報告的撰寫是學生在畢業實習后，依據教師給定的設計題目和實習階段收集的資料，對畢業設計課題國內外發展現狀的綜述、機械產品結構設計方案選擇、課題開展計劃制定、設計目標及參考文獻的撰寫。[4]鼓勵和引導學生在開題階段使用TRIZ理論。應用TRIZ理論進行九屏法分析，研究課題的系統、子系統、超系統，以及系統、子系統和超系統的過去、現在與未來系統，查找整個系統以及操作區中可利用的資源，找出要解決的問題，通過對問題的抽象，運用TRIZ理論建立矛盾。如果是技術矛盾（即一個參數改變引起另一個參數的“惡化”），依據矛盾矩陣表和40個創新原理查找解決方案；如果是物理矛盾（對一個參數提出兩種不同的要求），采用時間分離、條件分離、空間分離、整體與部分分離原理進行解決，或者通過對結構進行物-場分析，應用標準解查找解決方案，并利用PRO/Innovator的專家評價系統或者機械系統設計中學到的方案選擇原則對各個方案進行打分，選擇最優的設計方案。各年開題報告撰寫中技術創新方法的應用情況如圖2所示。隨著黑龍江科技學院TRIZ理論選修課程的開設，學生對TRIZ理論的了解逐漸增加，在開題報告中應用TRIZ理論的數量逐年增加，開題報告的質量也有明顯的提高。[2]

3.TRIZ理論在結構設計中的應用

TRIZ理論的核心思想是通過重新定義問題，建立最終理想解；通過系統思考來充分利用系統內部和外部的資源，不折中、不妥協，創造性地解決問題；通過工具和方法來尋找創新規律。[3]在結構設計階段，學生首先對設計中遇到的問題形式進行描述，并將其轉換為技術形式與發明形式；然后應用功能分析對關鍵部件結構進行分析，通過魚骨圖查找當前結構的問題節點，應用小人法、金魚法對結構進行分析，通過S進化曲線的分析，確定產品所處的技術進化階段，選擇相應的TRIZ理論工具，確定結構的最終理想解（ideal final result，IFR），明確努力方向，保證在問題解決過程中沿著此目標前進并獲得最終理想解，從而避免傳統創新設計方法中缺乏目標的弊端，提升創新設計效率。應用ARIZ（Algorithm for Inventive Problem Solving）算法、八大進化法則、知識庫、效應庫、結構庫、專利地圖（國內專利庫、歐美專利庫），從專利規避角度出發，開展機械運動、機械動力、機械結構及機電結合等詳細設計，[1]具體應用過程如圖3所示。

通過TRIZ理論的應用激發學生的聯想思維、想象思維、靈感思維，進而提升了本科畢業設計的質量。學生畢業設計圖紙、說明書中重復率明顯下降，創新點逐年增加，部分學生還將畢業設計成果申請了實用新型專利，通過畢業設計不僅鍛煉了學生的工程實踐能力，激發了學生的創新熱情，同時還發掘了學生自主創新的潛能。

三、TRIZ理論在畢業設計管理中的應用

傳統的畢業設計均是在設計初規定好最后答辯時間，學生只要在答辯日期前提交畢業論文和圖紙就可以，但由于現代科技的發展，以及往屆生的口口相傳，很多學生在網上購買畢業設計、或者直接拷貝工廠圖紙和往屆畢業設計。而在整個畢業設計期間，很少有學生進行認真的設計、甚至很少有人思考與畢業設計有關的內容。有的指導教師甚至在整個畢業設計周期都見不到學生，學生也都是在畢業設計的最后幾天連夜突擊，畢業設計質量可想而知。學生在畢業設計中知識的學習，創新思維能力的培養更是無從談起，畢業設計甚至成為教師和學生的共同心病。

課題組應用TRIZ理論動態化、周期化和分割原理，將畢業設計的考核分割量化，將畢業設計考核由一點單一考核變成多點分段動態考核。教研室教師集體制定各考核點，學生最后的畢業設計成績由各個考核點成績組成，改變了過去一次答辯定成績的做法，加強了過程管理。用分割法將畢業設計成績分割成畢業實習、開題答辯、中期答辯、教師定期指導、最后答辯幾部分（見表1）。在畢業設計之初就列出每一部分考核的具體時間，讓學生根據階段考核時間表自動校正自己的畢業設計進程，同時每個階段考核都由教研室組織教師進行成績評定，并將成績立即公布，任何一部分成績不合格均不允許參加畢業答辯。通過兩年的實踐，學生技術文件質量普遍提高，學生畢業設計進程普遍加快，學生參與畢業設計的熱情普遍增強，學生應用到畢業設計中的精力和時間增加，創新的結構增多，抄襲現象減少，學生集中突擊情況不復存在，學生畢業設計質量明顯提高。

四、結論

畢業設計既是對學生大學四年學習知識、實踐動手能力的檢驗，又是學生自主創新能力、工程素質的集中綜合培養。畢業設計囊括了實習、開題、產品結構設計計算、圖紙繪制、論文撰寫、論文答辯等過程。通過在本科畢業設計中引入TRIZ理論強調了學生的主體地位，激發了學生的創新熱情，培養了學生的創新能力，避免了學生畢業論文的抄襲現象，克服了畢業設計題目雷同問題，提高了學生畢業設計的效率和質量。部分學生還將畢業設計內容申請了國家實用新型專利，也提高了學生的就業率。通過畢業設計實踐，機械設計專業連續三年在學校畢業設計專項評估中名列第一，就業率連續三年名列學校前茅，2012年黑龍江科技學院亦榮膺“全國高校就業50強”，畢業生受到了用人單位的一致好評。

參考文獻：

[1]馬蘇常，王健民，王憲成.應用TRIZ理論提升職技高師學生畢業設計創新能力的探索[J].職業技術教育，2009，（32）：79-81.

[2]劉訓濤，趙存友，徐鵬.TRIZ理論與大學生創新能力的培養[J].高教論壇，2011，（3）：29-30.

[3]劉訓濤，曹賀，陳國晶.TRIZ理論及應用[M].北京：北京大學出版社，2011.

[4]夏伯乾，馮靜，郭紅.中外高校機械工程專業畢業設計的比較與思考[J].青島職業技術學院學報，2011，（6）：64-67.

[5]杜明輝，張聚鳳，程林章.工科院校本科生畢業設計選題探究[J].中國成人教育，2011，（6）：41-43.

（責任編輯：孫晴）