TRIZ原理与汽车专业人才培养创新教育实践

黄麓升+丁问司

作者简介：黄麓升（1962—），男，北京通州人，副高职称，研究方向：计算机应用；

丁问司（1968—），男，博士，华南理工大学机械与汽车工程学院汽车系副主任，教授，现从事车辆工程专业的教学及科研工作。TRIZ原理与汽车专业人才培养创新教育实践

黄麓升1丁问司2

（湖南工程学院机械工程学院，湖南湘潭411101；华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640）

摘要：针对国内汽车行业技术现状和企业创新发展对专业人才强烈的要求，在车辆专业本科教学中引入了先进的TRIZ理论进行创新方法的教学和训练。将TRIZ理论解决技术矛盾的40个原理和冲突矩阵、解决物理矛盾的分离原理与汽车新技术发展过程相结合，找出技术案例进行分析和教学，该方法是对工程领域中创新思维、创新方法训练的有益尝试。

关键词：人才培养；创新方法；TRIZ

在多年汽车专业不同层次人才的培育过程中，我们意识到：工程创新能力的培养是车辆专业创新人才教育的核心。工程创新能力概括起来应该包含如下几方面：迅速发现问题并指明探索方向的敏感性能力；多方吸收有用知识、提供多种解决方案的开拓性能力；不墨守成规，发展与常人完全不同的认识和处理问题的灵活性能力；提出新颖独特解决方案的原创性能力。这些能力的培养必须通过完整的工程创新教育过程。而所谓工程创新教育即是根据创新理论，培养学生具有一定的工程创新意识、创新思维和创新能力，使学生在牢固、系统地掌握学科技术知识的同时发展他们的创新能力。

一、基于创新能力培养的教学过程学生创新能力的培养必须满足一些条件：具有创新的动机和愿望、基于科学技术知识和基于创新理论与方法。

对于学生创新动机和愿望的激发，我们在整个教学体系中的针对不同学员层次和不同学习阶段来设置相应的教学环节：对于刚入学的本科新生，注重对其进行专业教育和汽车行业形势分析，在激发其强烈的认同感基础上，培育学生的创新愿望。对低年级本科生，设置“汽车文化”“汽车概论”等课程，可使得学生们从社会发展、品牌战略、企业管理、资源环保等多角度、多方面来看待汽车技术的发展，酿造创新氛围，为学生的创新思维提供多维度思考的基础平台。对于本科高年级学生，通过设置“现代汽车新技术”等一系列专业讲座，引领学生游历汽车现代新技术“海洋”，并结合所学专业知识分析汽车创新技术（零部件）的发现（发明）过程，进一步分析其适应性和发展前景。为保证此类系列讲座的新颖性和技术的先进性，讲座者均被刻意安排为在汽车行业某专业领域有较高建树的教授或汽车企业高层技术管理者。毕业设计阶段，根据学生兴趣爱好，结合指导教师研究方向或工程实际问题，在完成工程训练的基础上，积极鼓励创新实践。而实践过程根据需求的不同、认识的不同、基础的不同从理论创新、方法创新、技术创新、集成创新等各个层面展开。

知识的学习是创新能力培养的重要基础，是学生们学习阶段的首要任务。学生必需修完包括基础课、技术基础课、专业课在内的各门类课程。课程设置和课时安排均严格按照国家对汽车专业的教学指导要求进行。

学生通过完整的对车辆专业技术知识的学习，再辅之以积极的创新愿望，是可以具备一定的创新思想并进行某些方面创新设计的，这是长期以来汽车专业固定教学模式。但是我们的教学实践表明，通过现有教育手段发掘学生的创新潜能还不够。如果对学生再辅助进行先进的工程创新方法的教育，同时施以一定的教学方法，学生创新潜能将被大大激发出来。工程创新能力是可通过教学训练来加以提高的，教育实践中采用基于TRIZ理论的创新思维及方法实施训练是行之有效的好方法。

二、创新方法和TRIZ理论

世界上存在300多种发明、创造和创新的技法，如著名的试错法、头脑风暴法和田十二法等。这些发明过程中实用技法在教学实践中常常使用，在一定程度上的确可帮助学生产生一些创新思想火花。但上述创新技法大多是抽象的、盲目的、随机的、方向不明确的。应用这些技法进行创新活动不一定能得到新的解决理念和方案，并可能产生发散的结果。这些技法一般要靠“灵感”和“悟性”，是学生个人的思维活动，不能加以控制；当然也难以去量化地培养和增长其创新能力。这些技法不具备可操作性、可重复性和可培训性。

为使学生创新思维培养有可操作性、重复性和训练性。我们在汽车专业学科教学体系中引进全新的TRIZ理论及其教学方法，以提升学生创新能力。

TRIZ是一门科学的创造方法学。它基于技术系统演变的内在客观规律来对问题进行逻辑分析和方案综合。它可定向地一步一步地引导人们去创新，而不是盲目的、随意的。TRIZ提供一系列工具，包括解决技术矛盾的40个原理和冲突矩阵，解决物理矛盾的4个分离原理和11个方法、76个发明问题的标准解法和发明问题解决算法，以及消除心理惯性的工具和资源—时间—成本算子等。它使人们能按照解决问题的不同方法，针对不同问题，在不同阶段和不同时间去操作和执行。这样，发明就可被量化进行，也可被控制；而不是仅凭灵感和悟性来发明。

TRIZ理论体系图教学过程中借助TRIZ理论，可使学生打破思维定式、拓宽思路、正确地发现产品或系统中存在的问题，激发创新思维，找到创新性解决方案。同时，针对综合性极强的车辆学科，TRIZ可有效地消除不同学科、不同工程领域和创造性训练之间的界限，使工程技术问题得到发明创新性的解决。

三、创新原理与汽车现代新技术教学汽车发展过程中新技术的出现与TRIZ四十个创新原理之间有很好的印证。下表为教学过程中TRIZ创新原理。

为更好地说明TRIZ理论中的创新工具——矛盾矩阵，在教学中我们常利用现有技术进行综合讲解，下面是教学综合实例之一。

（1）问题的描述。如何在汽车发生碰撞的情况下，最大限度地保护驾驶员和乘客的安全？安全气囊充气压力不足，对乘客不能起到有效的保护作用；安全气囊的充气压力过大，则又会造成压力过大，对乘客造成伤害。endprint

（2）问题的理想解。安全气囊在发生碰撞时，能恰好将气囊充到合适的压力，以保护乘客的安全。

（3）系统中存在的技术矛盾和物理矛盾。技术矛盾：加速气囊的膨胀速度，以保护乘客；但气囊膨胀速度的加快，气囊大的硬度会伤害乘客。对应的技术矛盾为：①希望改善的参数：运动物体的作用时间（加速汽车安全气囊的膨胀速度）；②导致恶化的参数：物体产生的有害因素（气囊膨胀速度过快伤害乘客）。

物理矛盾：安全气囊的充气既要迅速，又不能过快。充气速度过快，会使气囊硬度大，伤害乘客；充气速度慢，会导致气囊不能有效地保护乘客。

（4）寻找可用的资源。可用资源：空气、压力、气囊本身、安全带等。

（5）使用TRIZ工具——创新原理、分离原理等尝试解决。根据系统中存在的技术矛盾，在矛盾矩阵检索出四个创新原理（2l，39，16，22）

创新原理21：减少有害作用的时间；

创新原理39：惰性或真空环境；

创新原理16：不足或过度的作用；

创新原理22：变害为利。

根据系统中存在的物理矛盾，采用四个分离原理尝试解决：空间分离；时间分离；基于条件的分离；整体与部分的分离。

（6）产生新的想法，以及技术实施方案。创新原理16：“不足或过度作用”是指所期望的效果难以百分之百实现时，在可实现的程度上加大动作幅度，使问题简化。

基于该创新原理，启发学生：可先迅速使气囊膨胀到一定压力值。以保证在最短时间内达到保护乘客的气压，并在气囊上面开若干微孔，当气囊压力超过阈值后，气囊微孔张开，使气囊压力不再升高。从而很好地解决气囊膨胀速度既要快，又不能过快的矛盾。

（7）方案评价。该方案可以使汽车发生意外碰撞时，在很短的时间内迅速充满安全气囊，并且也不会发生由于安全气囊的压力值过高而对乘客造成额外伤害的情况。改进后的安全气囊将能自动调整自身硬度。

四、创新教学实践效果

创新人才的教育培养是一个系统工程。创新的基础来自于丰富而扎实的技术知识，实践中我们可通过严格执行教学计划来保证；创新的动力来自于社会的发展和进步，这需要多方面培养学生敏锐的洞察力；创新的思维方法是多种多样、不拘一格的，但却可以通过工程训练的方式来获得并强化，TRIZ原理的学习是这方面有益的尝试。

TRIZ创新原理

序号创新原理名称序号创新原理名称序号创新原理名称序号创新原理名称1分割11事先防范21减少有害作用时间31多孔材料2抽取12等势22变害为利32改变颜色3局部质量13逆向思维23反馈33同质性4增加不对称性14曲面化24借助中介物34抛弃和再生5组合15动态特性25自服务35物理或化学参数改变6多用性16不足或过度的作用26复制36相变7嵌套17多维化27廉价替代品37热膨胀8重量补偿18机械振动28机械系统替代38加速氧化9预先反作用19周期性动作29气压与液压结构39惰性或真空环境10预先作用20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料endprint