TRIZ原理與汽車專業人才培養創新教育實踐

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：計算機應用；

丁問司（1968—），男，博士，華南理工大學機械與汽車工程學院汽車系副主任，教授，現從事車輛工程專業的教學及科研工作。TRIZ原理與汽車專業人才培養創新教育實踐

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（湖南工程學院機械工程學院，湖南湘潭411101；華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州510640）

摘要：針對國內汽車行業技術現狀和企業創新發展對專業人才強烈的要求，在車輛專業本科教學中引入了先進的TRIZ理論進行創新方法的教學和訓練。將TRIZ理論解決技術矛盾的40個原理和沖突矩陣、解決物理矛盾的分離原理與汽車新技術發展過程相結合，找出技術案例進行分析和教學，該方法是對工程領域中創新思維、創新方法訓練的有益嘗試。

關鍵詞：人才培養；創新方法；TRIZ

在多年汽車專業不同層次人才的培育過程中，我們意識到：工程創新能力的培養是車輛專業創新人才教育的核心。工程創新能力概括起來應該包含如下幾方面：迅速發現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，發展與常人完全不同的認識和處理問題的靈活性能力；提出新穎獨特解決方案的原創性能力。這些能力的培養必須通過完整的工程創新教育過程。而所謂工程創新教育即是根據創新理論，培養學生具有一定的工程創新意識、創新思維和創新能力，使學生在牢固、系統地掌握學科技術知識的同時發展他們的創新能力。

一、基于創新能力培養的教學過程學生創新能力的培養必須滿足一些條件：具有創新的動機和愿望、基于科學技術知識和基于創新理論與方法。

對于學生創新動機和愿望的激發，我們在整個教學體系中的針對不同學員層次和不同學習階段來設置相應的教學環節：對于剛入學的本科新生，注重對其進行專業教育和汽車行業形勢分析，在激發其強烈的認同感基礎上，培育學生的創新愿望。對低年級本科生，設置“汽車文化”“汽車概論”等課程，可使得學生們從社會發展、品牌戰略、企業管理、資源環保等多角度、多方面來看待汽車技術的發展，釀造創新氛圍，為學生的創新思維提供多維度思考的基礎平臺。對于本科高年級學生，通過設置“現代汽車新技術”等一系列專業講座，引領學生游歷汽車現代新技術“海洋”，并結合所學專業知識分析汽車創新技術（零部件）的發現（發明）過程，進一步分析其適應性和發展前景。為保證此類系列講座的新穎性和技術的先進性，講座者均被刻意安排為在汽車行業某專業領域有較高建樹的教授或汽車企業高層技術管理者。畢業設計階段，根據學生興趣愛好，結合指導教師研究方向或工程實際問題，在完成工程訓練的基礎上，積極鼓勵創新實踐。而實踐過程根據需求的不同、認識的不同、基礎的不同從理論創新、方法創新、技術創新、集成創新等各個層面展開。

知識的學習是創新能力培養的重要基礎，是學生們學習階段的首要任務。學生必需修完包括基礎課、技術基礎課、專業課在內的各門類課程。課程設置和課時安排均嚴格按照國家對汽車專業的教學指導要求進行。

學生通過完整的對車輛專業技術知識的學習，再輔之以積極的創新愿望，是可以具備一定的創新思想并進行某些方面創新設計的，這是長期以來汽車專業固定教學模式。但是我們的教學實踐表明，通過現有教育手段發掘學生的創新潛能還不夠。如果對學生再輔助進行先進的工程創新方法的教育，同時施以一定的教學方法，學生創新潛能將被大大激發出來。工程創新能力是可通過教學訓練來加以提高的，教育實踐中采用基于TRIZ理論的創新思維及方法實施訓練是行之有效的好方法。

二、創新方法和TRIZ理論

世界上存在300多種發明、創造和創新的技法，如著名的試錯法、頭腦風暴法和田十二法等。這些發明過程中實用技法在教學實踐中常常使用，在一定程度上的確可幫助學生產生一些創新思想火花。但上述創新技法大多是抽象的、盲目的、隨機的、方向不明確的。應用這些技法進行創新活動不一定能得到新的解決理念和方案，并可能產生發散的結果。這些技法一般要靠“靈感”和“悟性”，是學生個人的思維活動，不能加以控制；當然也難以去量化地培養和增長其創新能力。這些技法不具備可操作性、可重復性和可培訓性。

為使學生創新思維培養有可操作性、重復性和訓練性。我們在汽車專業學科教學體系中引進全新的TRIZ理論及其教學方法，以提升學生創新能力。

TRIZ是一門科學的創造方法學。它基于技術系統演變的內在客觀規律來對問題進行邏輯分析和方案綜合。它可定向地一步一步地引導人們去創新，而不是盲目的、隨意的。TRIZ提供一系列工具，包括解決技術矛盾的40個原理和沖突矩陣，解決物理矛盾的4個分離原理和11個方法、76個發明問題的標準解法和發明問題解決算法，以及消除心理慣性的工具和資源—時間—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間去操作和執行。這樣，發明就可被量化進行，也可被控制；而不是僅憑靈感和悟性來發明。

TRIZ理論體系圖教學過程中借助TRIZ理論，可使學生打破思維定式、拓寬思路、正確地發現產品或系統中存在的問題，激發創新思維，找到創新性解決方案。同時，針對綜合性極強的車輛學科，TRIZ可有效地消除不同學科、不同工程領域和創造性訓練之間的界限，使工程技術問題得到發明創新性的解決。

三、創新原理與汽車現代新技術教學汽車發展過程中新技術的出現與TRIZ四十個創新原理之間有很好的印證。下表為教學過程中TRIZ創新原理。

為更好地說明TRIZ理論中的創新工具——矛盾矩陣，在教學中我們常利用現有技術進行綜合講解，下面是教學綜合實例之一。

（1）問題的描述。如何在汽車發生碰撞的情況下，最大限度地保護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。安全氣囊在發生碰撞時，能恰好將氣囊充到合適的壓力，以保護乘客的安全。

（3）系統中存在的技術矛盾和物理矛盾。技術矛盾：加速氣囊的膨脹速度，以保護乘客；但氣囊膨脹速度的加快，氣囊大的硬度會傷害乘客。對應的技術矛盾為：①希望改善的參數：運動物體的作用時間（加速汽車安全氣囊的膨脹速度）；②導致惡化的參數：物體產生的有害因素（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，會導致氣囊不能有效地保護乘客。

（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——創新原理、分離原理等嘗試解決。根據系統中存在的技術矛盾，在矛盾矩陣檢索出四個創新原理（2l，39，16，22）

創新原理21：減少有害作用的時間；

創新原理39：惰性或真空環境；

創新原理16：不足或過度的作用；

創新原理22：變害為利。

根據系統中存在的物理矛盾，采用四個分離原理嘗試解決：空間分離；時間分離；基于條件的分離；整體與部分的分離。

（6）產生新的想法，以及技術實施方案。創新原理16：“不足或過度作用”是指所期望的效果難以百分之百實現時，在可實現的程度上加大動作幅度，使問題簡化。

基于該創新原理，啟發學生：可先迅速使氣囊膨脹到一定壓力值。以保證在最短時間內達到保護乘客的氣壓，并在氣囊上面開若干微孔，當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。該方案可以使汽車發生意外碰撞時，在很短的時間內迅速充滿安全氣囊，并且也不會發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。改進后的安全氣囊將能自動調整自身硬度。

四、創新教學實踐效果

創新人才的教育培養是一個系統工程。創新的基礎來自于豐富而扎實的技術知識，實踐中我們可通過嚴格執行教學計劃來保證；創新的動力來自于社會的發展和進步，這需要多方面培養學生敏銳的洞察力；創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練的方式來獲得并強化，TRIZ原理的學習是這方面有益的嘗試。

TRIZ創新原理

序號創新原理名稱序號創新原理名稱序號創新原理名稱序號創新原理名稱1分割11事先防范21減少有害作用時間31多孔材料2抽取12等勢22變害為利32改變顏色3局部質量13逆向思維23反饋33同質性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動態特性25自服務35物理或化學參數改變6多用性16不足或過度的作用26復制36相變7嵌套17多維化27廉價替代品37熱膨脹8重量補償18機械振動28機械系統替代38加速氧化9預先反作用19周期性動作29氣壓與液壓結構39惰性或真空環境10預先作用20有效作用的連續性30柔性殼體或薄膜40復合材料endprint