TRIZ理論對機械專業學生創新能力培養的意義

［摘 要］ 智能制造是我國制造業高質量發展的核心。高素質的機械專業人才培養是支撐制造業強國戰略的關鍵。TRIZ理論（發明問題解決理論）為發明創造問題提供了科學的理論、方法和工具。將TRIZ理論置于智能制造的時代背景下，分析TRIZ理論對智能制造和機械專業人才培養的價值和意義，進一步分析了當前高校機械專業人才培養模式及其存在的問題，并探討如何利用TRIZ理論提升機械專業人才的創新能力，為未來高校機械專業教學改革提供有益的借鑒和參考。

［關鍵詞］ 智能制造；TRIZ理論；機械專業人才培養；創新能力

［基金項目］ 2022年度深圳大學教學改革項目“基于TRIZ理論的機械創新設計能力培養方法探索與實踐”（JG2022103）

［作者簡介］ 劉長勇（1984—），男，山東泰安人，博士，深圳大學機電與控制工程學院副教授，主要從事增材制造技術及應用研究；梁 雄（1982—），男，湖北黃岡人，博士，深圳大學機電與控制工程學院研究員，主要從事非晶合金及其先進制造技術研究；陳張偉（1985—），男，福建寧德人，博士，深圳大學機電與控制工程學院教授，主要從事增材制造技術及應用研究。

［中圖分類號］ G642.41 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）09-0010-04 ［收稿日期］ 2024-03-11

引言

制造業是立國之本、強國之基，是一個國家綜合科技實力的體現。“深入實施制造強國戰略”是《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》的重要組成部分。智能制造是制造業高質量發展的核心，也是“中國制造2025”的主攻方向［1］。隨著我國制造業不斷向中高端邁進，高素質的創新人才是最為重要的保障因素之一。機械專業（機械設計制造及其自動化）是我國高等教育最為龐大的工科專業之一，培養專門從事制造業的各類專業人才。機械專業學生的培養質量很大程度上影響未來我國制造強國戰略目標可否實現，而人才培養質量的關鍵評價指標就是學生的創新能力。

TRIZ理論又稱為發明問題解決理論，為創新提供了科學的指導方法，同時也為發明創造提供了一套邏輯分析和技術創新的思維框架［2］。本文將首先分析制造業的未來發展趨勢，探討TRIZ理論對智能制造的意義，然后分析目前機械專業人才的培養模式及存在的不足，接下來探討在智能制造時代背景下，如何利用TRIZ理論提升機械專業學生的創新能力。

一、智能制造是制造業的未來發展趨勢

從制造業未來發展趨勢看，以數字化、網絡化、智能化為特征的智能制造是制造業未來發展的關鍵方向，也是第四次工業革命的核心。智能制造是制造業與新一代信息技術的深度融合，是多學科深度交叉融合的復雜系統工程。

各類機床和裝備是實現智能制造的核心。1952年美國麻省理工學院研制出第一臺數控機床。從20世紀中葉到20世紀90年代，隨著數字計算機、集成電路、傳感技術、通信和控制等技術的發展，誕生了“數字化制造”的概念。從20世紀90年代起，互聯網技術的大規模普及深刻改變了人與人、人與機器、機器與機器之間的交互方式，由此進入“網絡化制造”階段。從2010年前后起，新一代人工智能、大數據、云計算、物聯網、數字孿生等新一代信息技術與制造技術的融合，進一步使制造朝“智能化”方向快速演進，推動了智能制造的蓬勃發展［3］。

二、TRIZ理論對智能制造的意義

（一）TRIZ理論概況

TRIZ理論是蘇聯發明家根里奇·阿奇舒勒在分析研究大量高水平專利的基礎上提出和創建的發明問題解決理論。發明是利用自然科學規律，針對某項技術問題，提出創新性解決方案的過程及產生的成果。因此，發明不但是結果，也是探索的過程。本質上，發明的過程也是人的大腦思考的過程，而最終的解決方案則是人思考產生的結果。既然發明是一個過程，那么執行發明的過程是否有據可循？發明究竟是人的靈光閃現，還是有意識地、有規律地主動思考呢？

TRIZ理論的重大意義在于，其通過科學的分析和研究，證明了發明創造是有理論根據、有規律可以遵循的。且發明創造的過程和方法也可被普通人通過學習掌握，人人皆可成為發明家。為此，TRIZ理論發展了一系列有效的法則和工具，用于指導人們解決發明問題，包括技術系統進化法則、最終理想解、40個發明原理、39個工程參數和矛盾矩陣、物理矛盾的分離原理、物—場模型分析、發明問題的標準算法、科學效應和知識庫等［4］。這些法則和工具為發明創新提供了極為有益的指導。

（二）TRIZ理論對智能制造的意義

智能制造是新一代信息技術和制造業深度融合發展的必然趨勢，是一個龐大、復雜、內涵非常豐富的技術系統。智能制造本身并非一項工業產品，沒有固定的實施架構和模板，沒有標準的技術路徑，需要結合具體的行業和應用領域，針對產品的具體特征，進行深度的量身定制。作為復雜的技術系統，其發展和構建必然需要大量的創新，突破常規思維的束縛。作為指導發明創新的專業理論和工具，TRIZ理論可為智能制造的發展和具體實踐提供有益的指導。因此，學習并掌握TRIZ理論具有一定的價值。

應用TRIZ理論解決工程問題的應用流程總體包含三個步驟：識別問題、解決問題和創新概念生成。無論是技術創新還是科學研究，問題的選擇和描述是最為重要的一步，因為問題是開啟探索未知的起源。工程問題的特點在于問題往往來源于工程實踐，如產品生產過程中不良率高、生產效率達不到預期、機器運行穩定性不夠等。準確地選擇問題和描述問題，是解決問題的基礎。在解決問題階段，TRIZ理論針對技術矛盾、物理矛盾、“How to”問題、物—場模型等具體技術問題類型，給出了對應的解決方法和工具，為工程技術人員提供了有價值的指導。最后，通過TRIZ方法和工具分析，生成創新概念或問題解決方案，經驗證后，問題得到解決。

TRIZ理論提供的問題解決流程可用于解決智能制造中遇到的技術問題，有一定的應用前景和指導意義。但也必須認識到，TRIZ理論應用于智能制造也存在較為明顯的局限。比如，TRIZ理論較適合于機械創新設計領域，對以信息技術的深度應用為核心特征的智能制造而言，TRIZ理論對信息技術的運用較少提及，限制了TRIZ理論的應用效果。

三、目前機械專業人才培養模式及存在的不足

（一）現有機械專業人才培養模式

機械專業是我國工科專業門類中最為龐大的專業之一，培養專門從事制造業相關的專業技術人才，是支撐我國制造業高質量發展的基礎。培養機械專業人才，普遍包括以下方面。

1.課程教學。課程教學是大學人才培養最基礎的環節。機械專業學生的課程體系包括數理基礎課程、專業基礎課程、專業課程及人文類課程。其中，數理基礎課包括“高等數學”“線性代數”“大學物理”“概率論”等，這些課程是后續專業課程學習的理論基礎。專業基礎課程包括“工程制圖”“機械原理”“理論力學”“材料力學”“電力電子技術”“控制工程”等，這些課程普遍具有較強的理論性，同時又具有較強的專業性，是評價學生專業基礎是否扎實的重要衡量依據。專業課程包括“機械設計基礎”“機械制造學”“液壓與氣動”“材料加工工藝與設備”“PLC電氣控制”“數控加工”等，這些課程應用實踐性強，具有較強的專業性。

2.實踐教學。機械專業本身具有較強的實踐性，知識只停留在書本上，無法真正學懂悟透，必須在實踐中進一步深化對知識的理解。一般來講，機械專業的實踐類課程包括“計算機輔助設計實踐”“Matlab數學實驗”“大學物理實驗”“金工實習”“電子工藝實習”“機械原理實驗”“材料力學實驗”“電力電子技術實驗”“控制工程實驗”“有限元分析實踐”“PLC編程實踐”“生產實習”“畢業論文訓練”等。這些實踐類課程，對教學質量有非常重要的影響。

3.創新創業。培養創新創業能力是衡量人才培養高度的重要指標。這就要求大學學習不能僅局限于書本和教室，而應該綜合運用所學知識創造性地解決問題。例如，大學生創新創業訓練計劃，專門支持有創新意愿的大學生開展“雙創”項目，幫助其將自己的創意轉化為產品樣機或進行應用驗證。此外，各類專業競賽，如全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、機械創新設計大賽、電子設計大賽、機器人大賽、挑戰杯、中國國際大學生創新大賽、中國大學生機械工程創新創意大賽等，這些大賽為學生的能力提升提供了廣闊的平臺，是培養學生創新創業能力的重要載體。

（二）現有培養模式中存在的不足

雖然“課程教學+實踐教學+創新創業”構成的培養體系能夠基本達到機械專業人才培養的目標，但仍然存在一定的不足，主要體現在以下方面。

1.缺乏系統介紹機械創新理論及創新方法的課程。雖然在現有培養體系中，可通過“大創”項目、各類學科競賽等培養創新創業能力，但在課程體系中缺乏系統講授機械創新及創新方法的課程。學生學習了很多專業課程，也接受了一些實踐訓練，而面對實際需求時可能感到不知所措，不知如何運用所學的專業知識解決問題。筆者在深圳大學本科畢業設計答辯中發現，此類現象較為普遍。多數學生沒有掌握解決問題的正確思路，考慮不周全，前后邏輯不嚴謹，對問題未進行深入思考，導致論文質量不高。筆者認為，缺乏系統介紹機械創新理論及創新方法的課程，是出現此類問題的主要原因之一。

2.缺乏大型工程應用項目實踐的綜合訓練。無論是機械設計、工程分析、機械制造，還是相應的自動化，這些能力必須在實踐中解決問題，才能真正為學生帶來成就感，從而增加學生學習的信心和興趣。而這些能力的訓練，往往需要依托大型工程應用項目，大型工程項目能夠將學生所學的專業知識綜合運用于解決工程技術問題。通過解決技術問題所產生的效益，學生能夠直觀體會到，扎實的技術能力和專業知識是能夠創造巨大的價值的。將時間和精力投資于個人的專業能力和專業知識，會有肉眼可見的回報，由此能夠使學生產生更大的學習動力。然而受條件限制，高校普遍缺乏開展此類大型工程應用項目實踐的機會。

3.未能緊跟時代步伐將“智能制造”融入人才培養體系。自從“中國制造2025”和制造業強國戰略提出以來，智能制造成為制造業高質量發展的主攻方向。然而，大部分高校機械專業人才的培養未能緊跟時代步伐，仍然囿于陳舊的課程體系和培養模式。學生的培養仍然聚焦于“制造”，而未能有效融入“智能”。隨著人工智能的快速發展，制造業本身正發生深刻的變革，也對高校機械專業人才的培養提出了嚴峻的挑戰。如何將“智能制造”融入機械專業人才的培養體系？如何定位機械專業中“智能”在人才培養中的角色？如何圍繞“智能制造”重新建構課程體系？這些問題亟須高校深入思考。

四、智能制造背景下如何利用TRIZ理論提升機械專業學生的創新能力

前面探討了TRIZ理論對智能制造的意義，學習掌握TRIZ理論對智能制造領域的創新具有相當的應用價值和意義。在智能制造背景下，如何利用TRIZ理論提升機械專業學生的創新能力，主要表現在以下方面。

（一）揭開創新的神秘面紗，培養學生敢于創新的勇氣和信心

大部分學生認為創新很神秘，對自己是否有能力創新充滿懷疑。通過系統學習TRIZ理論，可以讓學生認識到，創新并不神秘，是有規律可以遵循的。創造性思維可從實踐中總結、概括和提煉，且能夠形成程序化、邏輯化的創新思維框架，這套思維框架可以被學習和復制。唯有讓學生認識到自己也有創新的潛力和能力，才能擺脫基礎教育階段所形成的以應試教育為主的思維模式，開啟獨立思考、勇于創新的成長之路。

（二）掌握創新的過程、方法和工具，讓學生感到創新有路徑可以遵循

信心是邁向創新之路的第一步，而掌握創新的過程、方法和工具，才能夠讓創新得以有效執行。TRIZ理論提供的發明問題解決應用流程，是開展工程技術創新的有效路徑。學生通過學習TRIZ理論，可掌握技術問題識別與定義、問題解決方法及生成創新概念的全部過程。從本質上講，TRIZ理論為技術創新提供了一套思維流程和技巧，遵循此流程，可在學生大腦中塑造創新的“地圖”，不至于迷失在創新的各種未知中，不知如何前行。因此，掌握TRIZ提供的創新過程、方法和工具，是提升學生創新能力的關鍵。

（三）構建“智能制造+TRIZ創新”的課程體系，在智能制造環境下實踐技術創新

在智能制造的時代背景下，機器被賦予了高度的“智能”，機器具備強大的信息感知、分析、推理、決策和控制能力。這對人與機器的交互方式、對人在生產中扮演的角色和發揮的作用，產生了深刻的影響。在這種情況下，以往的機械專業人才培養課程體系已無法適應時代發展的需求。為此，筆者認為，構建“智能制造+TRIZ創新”的課程體系，并使學生有機會體驗最新的智能制造實踐，具有重要的意義。首先，通過課程體系中智能制造的講授，讓學生深入學習智能制造的基礎概念、關鍵技術和發展現狀，建立對智能制造的總體認識。其次，通過一定的實踐活動體驗真正的智能制造，在實踐中加深學生對智能制造的理解。最后，通過課程體系中TRIZ創新的講授，培養學生的創新能力，并將創造性思維運用于智能制造實踐活動中，成為真正具備創新能力的高素質專業人才。

結語

隨著制造業進入智能化的新時代，人在制造業中扮演的角色、發揮的作用將發生深刻的變革，對人的知識、能力和素質要求也將產生巨大的變化。因此，積極擁抱新的變化，主動探索適應新時代發展要求的機械專業人才培養模式，是高等院校相關專業教師需要思考的問題。但無論“機器智能”如何進化，人的創新思維和創新能力不可能被機器所取代。本文探討了智能制造時代背景下，如何利用TRIZ理論提升機械專業學生創新能力，提出了一些粗淺的觀點和看法，期望能夠為機械專業高等教育相關從業者提供一些有益的參考和借鑒。

參考文獻

［1］周濟.智能制造：“中國制造2025”的主攻方向［J］.中國機械工程，2015，26（17）：2273-2284.

［2］安偉偉，趙小力，鄭德志，等.TRIZ理論在機械創新設計和集成應用中的研究［C］//中國機械工程學會機械設計分會，全國機械設計教學研究會.2016年第十五屆全國機械設計教學研討會論文集.東北林業大學理學院;哈爾濱工業大學機電工程學院，2016：4.

［3］潘承怡，姜金剛.TRIZ實戰：機械創新設計方法及實例［M］.北京：化學工業出版社，2019：1-69.

［4］徐斌，蒲彥君，嚴玉峰，等.TRIZ創新理論方法及應用［M］.北京：化學工業出版社，2022：1-23.

Abstract： Intelligent Manufacturing is the core of the high-quality development of national manufacturing industry. High-quality cultivation of mechanical engineering talents is the key to support the national strategy of powerful manufacturing. TRIZ theory （Theory of Inventive Problem Solving） provides a systematic theory， methods， and tools to solve inventive problems. This study analyzes the values and significance of TRIZ theory on intelligent manufacturing and the cultivation of mechanical engineering talents， analyzes the current cultivation mode and its problems， and then discusses how to use TRIZ theory to improve the innovative abilities of mechanical engineering talents， thereby， provides some reference values to the future teaching reform of mechanical engineering in colleges and universities.