基于TRIZ理论融入模式的毕业设计研究与实践

刘训涛?吴卫东?曹贺

摘要：依据本科毕业设计的实际，以TRIZ理论融入模式开展本科毕业设计，在选题阶段、开题阶段、方案设计与结构设计中使用TRIZ理论，对产品进行九屏法分析、功能分析，通过产品S进化曲线确定产品所处的技术发展阶段，确定产品的最终理想解，建立产品的技术矛盾、物理矛盾，应用物-场分析、标准解、效应等进行产品结构设计。通过TRIZ理论在本科毕业设计中的应用，减少了学生的毕业设计雷同问题，激发了学生创新潜能，提高了毕业设计质量。

关键词：TRIZ理论；毕业设计；最终理想解；技术矛盾；物理矛盾

作者简介：刘训涛（1975-），男，山东鄄城人，黑龙江科技学院机械学院，副教授；吴卫东（1967-），男，江苏沛县人，黑龙江科技学院机械学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150027）

基金项目：本文系黑龙江省高教学会“十二五”规划课题“TRIZ理论在本科教学中的应用与大学生创新能力培养的研究”（项目编号：HGJXHC110906）、黑龙江省新世纪教改项目“TRIZ理论在机械工程专业毕业设计中的应用与实践”（项目编号：6621）、黑龙江科技学院青年才俊资助项目的研究成果。

中图分类号：G642.477 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0170-02

随着高校扩招，大学招生人数逐年增加，但是教师的人数却变化不大，指导毕业设计的师生比逐年降低，教师一般一年要指导6～8个本科生，高职称的教师甚至要指导13～14人的毕业设计。由于机械设计的自身特点，指导教师很难每年均给出全新的课题，导致很多毕业设计题目、设计内容雷同甚至与前两年完全一样。同时由于传统的毕业设计过程管理松散，学生毕业设计又与找工作时间重叠，还有些学生利用最后一学期上驾校、考驾照，学生实际投入到毕业设计的时间有限，所以学生毕业设计存在一定的突击、抄袭、拷贝，甚至花钱请人完成的现象。虽然各高校先后开展了论文查重工作，但是仍然无法保证学生毕业设计的创新性、独立性。学生毕业设计质量逐年下降，甚至有些人认为应该取消本科生毕业论文答辩。针对本科毕业设计存在的问题，尝试将TRIZ理论引入到毕业设计中，在师资队伍、毕业设计选题、开题答辩、结构设计与过程管理中采用TRIZ理论融入模式开展教学，经过三年多的教学试验，取得了一些成绩。

一、TRIZ理论师资队伍建设

教师在毕业设计中与学生接触最多，既是学生毕业设计质量的监督者，又是设计方法、绘图技巧的直接传授者，所以教师在本科生毕业设计中起着至关重要的作用，教师的业务能力和专业水平在很大程度上决定了学生毕业设计的质量与成败。学校鼓励教师逐步提高自身学术修养，在职完成博士研究生学习，积极参加省内重点高校精品课程的盯课任务，积极到工厂、实验室挂职锻炼，积极开展各种教研与科研活动。利用黑龙江省优越的TRIZ理论学习与推广环境，有计划的开展教师TRIZ理论培训，聘请亿维讯的TRIZ理论讲师为教师进行软件及理论培训。选派多名教师参加国家科技部、黑龙江省科技厅组织的由俄罗斯、德国以及国内TRIZ理论专家讲授的师资培训班，并利用教研室活动时间，不定期的开展TRIZ理论学习与实践情况交流，共同探讨学生创新能力形成发展的规律，为创新教育提供最直接、最深刻的体验。[1]组建起一支业务素质高、爱生、敬业，同时又了解TRIZ、喜爱TRIZ、研究TRIZ的教学团队，为TRIZ理论在本科毕业设计中的应用奠定师资基础。

二、TRIZ理论在毕业设计中的应用

毕业设计过程是实现本科培养目标的重要阶段，是学生毕业前的最后学习阶段，是对学生大学四年学习的总体检验与综合运用，是学生综合素质与工程实践能力培养的最后一里路程，也是本科生毕业及学位资格认证的重要依据，更是衡量高等学校教育质量与办学效益的重要评价内容。[2]毕业设计过程一般包括课题选择、任务书下达、毕业实习、开题答辩、中期答辩、图纸绘制与说明书撰写、毕业答辩几个过程。通过TRIZ理论融入式教学法的实施，将TRIZ理论融入到毕业设计的各个环节，提高了学生毕业设计的质量。

1.TRIZ理论在选题中的应用

选题是做好本科毕业设计的第一步，选题是否正确得当，将直接关系到学生毕业设计知识的学习量、实践与创新能力的培养水平，是关系到学生毕业设计成绩的重要步骤。由于教师指导的学生多，同时参与指导毕业设计的青年教师比重大，实践经验较欠缺，导致许多教师无奈之下选用陈旧的课题或者兄弟院校的毕业设计题目，毕业设计选题缺乏创新，有的甚至不科学，更无法发挥学生的潜能，无法开展学生实践与创新能力的培养。为了克服以上困难，在选题时力争密切联系科研、生产、實验室建设实际，力争产、学、研结合，努力增加课题的实用性。尽量选择教师自身熟悉的科研、学术研究课题，力求将教师承担的国家、省（部）、厅（局）级科研课题，以及企事业单位委托课题、校内基金课题和自拟课题与学生的毕业设计挂钩，让学生参与到教师的科学研究中，早一步体验科研实际。[5]在课题选择时，应用TRIZ理论进行产品S进化曲线分析，研究机械产品的发展阶段，寻找机械产品现阶段存在的矛盾，从而确立待选课题，并尽量使课题处于TRIZ理论1到4级发明阶段，力争做到选题科学、合理、新颖、先进。另外，要激发学生开展毕业设计的兴趣，培养学生独立自主创新的能力。通过三年的实践，本科毕业设计题目更新率、题目可操作性、对学生自主创新能力培养均有显著提高，如图1所示。

黑龙江科技学院机械设计专业有学生152人，有专任教师16人。通过TRIZ理论在选题阶段的应用，毕业设计题目更新率由原来的53.6%增加到了93.5%，课题和教师的科研与研究课题相衔接率逐年增加，由2009年的35.6%增加到63.4%。毕业设计知识点逐年增加，涵盖了机械设计中的理论知识与实践知识，设计包括机械结构设计、方案选择、结构力学分析。使学生通过毕业设计学会了方案制定、材料选择、结构设计、零部件强度校核、电机选择、手册查找、工艺及热处理方案制定等多方面知识。毕业设计的可操作性明显提高，教师指导难度降低，毕业设计中创新设计题目由4.35%提高到36.7%。通过科学选题增加了学生毕业设计的信心和动力，让学生在综合知识运用上更加自如，更能够激发学生潜在的创造能力。

2. TRIZ理论在开题中的应用

开题报告的撰写是学生在毕业实习后，依据教师给定的设计题目和实习阶段收集的资料，对毕业设计课题国内外发展现状的综述、机械产品结构设计方案选择、课题开展计划制定、设计目标及参考文献的撰写。[4]鼓励和引导学生在开题阶段使用TRIZ理论。应用TRIZ理论进行九屏法分析，研究课题的系统、子系统、超系统，以及系统、子系统和超系统的过去、现在与未来系统，查找整个系统以及操作区中可利用的资源，找出要解决的问题，通过对问题的抽象，运用TRIZ理论建立矛盾。如果是技术矛盾（即一个参数改变引起另一个参数的“恶化”），依据矛盾矩阵表和40个创新原理查找解决方案；如果是物理矛盾（对一个参数提出两种不同的要求），采用时间分离、条件分离、空间分离、整体与部分分离原理进行解决，或者通过对结构进行物-场分析，应用标准解查找解决方案，并利用PRO/Innovator的专家评价系统或者机械系统设计中学到的方案选择原则对各个方案进行打分，选择最优的设计方案。各年开题报告撰写中技术创新方法的应用情况如图2所示。随着黑龙江科技学院TRIZ理论选修课程的开设，学生对TRIZ理论的了解逐渐增加，在开题报告中应用TRIZ理论的数量逐年增加，开题报告的质量也有明显的提高。[2]

3.TRIZ理论在结构设计中的应用

TRIZ理论的核心思想是通过重新定义问题，建立最终理想解；通过系统思考来充分利用系统内部和外部的资源，不折中、不妥协，创造性地解决问题；通过工具和方法来寻找创新规律。[3]在结构设计阶段，学生首先对设计中遇到的问题形式进行描述，并将其转换为技术形式与发明形式；然后应用功能分析对关键部件结构进行分析，通过鱼骨图查找当前结构的问题节点，应用小人法、金鱼法对结构进行分析，通过S进化曲线的分析，确定产品所处的技术进化阶段，选择相应的TRIZ理论工具，确定结构的最终理想解（ideal final result，IFR），明确努力方向，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免传统创新设计方法中缺乏目标的弊端，提升创新设计效率。应用ARIZ（Algorithm for Inventive Problem Solving）算法、八大進化法则、知识库、效应库、结构库、专利地图（国内专利库、欧美专利库），从专利规避角度出发，开展机械运动、机械动力、机械结构及机电结合等详细设计，[1]具体应用过程如图3所示。

通过TRIZ理论的应用激发学生的联想思维、想象思维、灵感思维，进而提升了本科毕业设计的质量。学生毕业设计图纸、说明书中重复率明显下降，创新点逐年增加，部分学生还将毕业设计成果申请了实用新型专利，通过毕业设计不仅锻炼了学生的工程实践能力，激发了学生的创新热情，同时还发掘了学生自主创新的潜能。

三、TRIZ理论在毕业设计管理中的应用

传统的毕业设计均是在设计初规定好最后答辩时间，学生只要在答辩日期前提交毕业论文和图纸就可以，但由于现代科技的发展，以及往届生的口口相传，很多学生在网上购买毕业设计、或者直接拷贝工厂图纸和往届毕业设计。而在整个毕业设计期间，很少有学生进行认真的设计、甚至很少有人思考与毕业设计有关的内容。有的指导教师甚至在整个毕业设计周期都见不到学生，学生也都是在毕业设计的最后几天连夜突击，毕业设计质量可想而知。学生在毕业设计中知识的学习，创新思维能力的培养更是无从谈起，毕业设计甚至成为教师和学生的共同心病。

课题组应用TRIZ理论动态化、周期化和分割原理，将毕业设计的考核分割量化，将毕业设计考核由一点单一考核变成多点分段动态考核。教研室教师集体制定各考核点，学生最后的毕业设计成绩由各个考核点成绩组成，改变了过去一次答辩定成绩的做法，加强了过程管理。用分割法将毕业设计成绩分割成毕业实习、开题答辩、中期答辩、教师定期指导、最后答辩几部分（见表1）。在毕业设计之初就列出每一部分考核的具体时间，让学生根据阶段考核时间表自动校正自己的毕业设计进程，同时每个阶段考核都由教研室组织教师进行成绩评定，并将成绩立即公布，任何一部分成绩不合格均不允许参加毕业答辩。通过两年的实践，学生技术文件质量普遍提高，学生毕业设计进程普遍加快，学生参与毕业设计的热情普遍增强，学生应用到毕业设计中的精力和时间增加，创新的结构增多，抄袭现象减少，学生集中突击情况不复存在，学生毕业设计质量明显提高。

四、结论

毕业设计既是对学生大学四年学习知识、实践动手能力的检验，又是学生自主创新能力、工程素质的集中综合培养。毕业设计囊括了实习、开题、产品结构设计计算、图纸绘制、论文撰写、论文答辩等过程。通过在本科毕业设计中引入TRIZ理论强调了学生的主体地位，激发了学生的创新热情，培养了学生的创新能力，避免了学生毕业论文的抄袭现象，克服了毕业设计题目雷同问题，提高了学生毕业设计的效率和质量。部分学生还将毕业设计内容申请了国家实用新型专利，也提高了学生的就业率。通过毕业设计实践，机械设计专业连续三年在学校毕业设计专项评估中名列第一，就业率连续三年名列学校前茅，2012年黑龙江科技学院亦荣膺“全国高校就业50强”，毕业生受到了用人单位的一致好评。

参考文献：

[1]马苏常，王健民，王宪成.应用TRIZ理论提升职技高师学生毕业设计创新能力的探索[J].职业技术教育，2009，（32）：79-81.

[2]刘训涛，赵存友，徐鹏.TRIZ理论与大学生创新能力的培养[J].高教论坛，2011，（3）：29-30.

[3]刘训涛，曹贺，陈国晶.TRIZ理论及应用[M].北京：北京大学出版社，2011.

[4]夏伯乾，冯静，郭红.中外高校机械工程专业毕业设计的比较与思考[J].青岛职业技术学院学报，2011，（6）：64-67.

[5]杜明辉，张聚凤，程林章.工科院校本科生毕业设计选题探究[J].中国成人教育，2011，（6）：41-43.

（责任编辑：孙晴）