TRIZ理论对机械专业学生创新能力培养的意义

［摘 要］ 智能制造是我国制造业高质量发展的核心。高素质的机械专业人才培养是支撑制造业强国战略的关键。TRIZ理论（发明问题解决理论）为发明创造问题提供了科学的理论、方法和工具。将TRIZ理论置于智能制造的时代背景下，分析TRIZ理论对智能制造和机械专业人才培养的价值和意义，进一步分析了当前高校机械专业人才培养模式及其存在的问题，并探讨如何利用TRIZ理论提升机械专业人才的创新能力，为未来高校机械专业教学改革提供有益的借鉴和参考。

［关键词］ 智能制造；TRIZ理论；机械专业人才培养；创新能力

［基金项目］ 2022年度深圳大学教学改革项目“基于TRIZ理论的机械创新设计能力培养方法探索与实践”（JG2022103）

［作者简介］ 刘长勇（1984—），男，山东泰安人，博士，深圳大学机电与控制工程学院副教授，主要从事增材制造技术及应用研究；梁 雄（1982—），男，湖北黄冈人，博士，深圳大学机电与控制工程学院研究员，主要从事非晶合金及其先进制造技术研究；陈张伟（1985—），男，福建宁德人，博士，深圳大学机电与控制工程学院教授，主要从事增材制造技术及应用研究。

［中图分类号］ G642.41 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）09-0010-04 ［收稿日期］ 2024-03-11

引言

制造业是立国之本、强国之基，是一个国家综合科技实力的体现。“深入实施制造强国战略”是《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的重要组成部分。智能制造是制造业高质量发展的核心，也是“中国制造2025”的主攻方向［1］。随着我国制造业不断向中高端迈进，高素质的创新人才是最为重要的保障因素之一。机械专业（机械设计制造及其自动化）是我国高等教育最为庞大的工科专业之一，培养专门从事制造业的各类专业人才。机械专业学生的培养质量很大程度上影响未来我国制造强国战略目标可否实现，而人才培养质量的关键评价指标就是学生的创新能力。

TRIZ理论又称为发明问题解决理论，为创新提供了科学的指导方法，同时也为发明创造提供了一套逻辑分析和技术创新的思维框架［2］。本文将首先分析制造业的未来发展趋势，探讨TRIZ理论对智能制造的意义，然后分析目前机械专业人才的培养模式及存在的不足，接下来探讨在智能制造时代背景下，如何利用TRIZ理论提升机械专业学生的创新能力。

一、智能制造是制造业的未来发展趋势

从制造业未来发展趋势看，以数字化、网络化、智能化为特征的智能制造是制造业未来发展的关键方向，也是第四次工业革命的核心。智能制造是制造业与新一代信息技术的深度融合，是多学科深度交叉融合的复杂系统工程。

各类机床和装备是实现智能制造的核心。1952年美国麻省理工学院研制出第一台数控机床。从20世纪中叶到20世纪90年代，随着数字计算机、集成电路、传感技术、通信和控制等技术的发展，诞生了“数字化制造”的概念。从20世纪90年代起，互联网技术的大规模普及深刻改变了人与人、人与机器、机器与机器之间的交互方式，由此进入“网络化制造”阶段。从2010年前后起，新一代人工智能、大数据、云计算、物联网、数字孪生等新一代信息技术与制造技术的融合，进一步使制造朝“智能化”方向快速演进，推动了智能制造的蓬勃发展［3］。

二、TRIZ理论对智能制造的意义

（一）TRIZ理论概况

TRIZ理论是苏联发明家根里奇·阿奇舒勒在分析研究大量高水平专利的基础上提出和创建的发明问题解决理论。发明是利用自然科学规律，针对某项技术问题，提出创新性解决方案的过程及产生的成果。因此，发明不但是结果，也是探索的过程。本质上，发明的过程也是人的大脑思考的过程，而最终的解决方案则是人思考产生的结果。既然发明是一个过程，那么执行发明的过程是否有据可循？发明究竟是人的灵光闪现，还是有意识地、有规律地主动思考呢？

TRIZ理论的重大意义在于，其通过科学的分析和研究，证明了发明创造是有理论根据、有规律可以遵循的。且发明创造的过程和方法也可被普通人通过学习掌握，人人皆可成为发明家。为此，TRIZ理论发展了一系列有效的法则和工具，用于指导人们解决发明问题，包括技术系统进化法则、最终理想解、40个发明原理、39个工程参数和矛盾矩阵、物理矛盾的分离原理、物—场模型分析、发明问题的标准算法、科学效应和知识库等［4］。这些法则和工具为发明创新提供了极为有益的指导。

（二）TRIZ理论对智能制造的意义

智能制造是新一代信息技术和制造业深度融合发展的必然趋势，是一个庞大、复杂、内涵非常丰富的技术系统。智能制造本身并非一项工业产品，没有固定的实施架构和模板，没有标准的技术路径，需要结合具体的行业和应用领域，针对产品的具体特征，进行深度的量身定制。作为复杂的技术系统，其发展和构建必然需要大量的创新，突破常规思维的束缚。作为指导发明创新的专业理论和工具，TRIZ理论可为智能制造的发展和具体实践提供有益的指导。因此，学习并掌握TRIZ理论具有一定的价值。

应用TRIZ理论解决工程问题的应用流程总体包含三个步骤：识别问题、解决问题和创新概念生成。无论是技术创新还是科学研究，问题的选择和描述是最为重要的一步，因为问题是开启探索未知的起源。工程问题的特点在于问题往往来源于工程实践，如产品生产过程中不良率高、生产效率达不到预期、机器运行稳定性不够等。准确地选择问题和描述问题，是解决问题的基础。在解决问题阶段，TRIZ理论针对技术矛盾、物理矛盾、“How to”问题、物—场模型等具体技术问题类型，给出了对应的解决方法和工具，为工程技术人员提供了有价值的指导。最后，通过TRIZ方法和工具分析，生成创新概念或问题解决方案，经验证后，问题得到解决。

TRIZ理论提供的问题解决流程可用于解决智能制造中遇到的技术问题，有一定的应用前景和指导意义。但也必须认识到，TRIZ理论应用于智能制造也存在较为明显的局限。比如，TRIZ理论较适合于机械创新设计领域，对以信息技术的深度应用为核心特征的智能制造而言，TRIZ理论对信息技术的运用较少提及，限制了TRIZ理论的应用效果。

三、目前机械专业人才培养模式及存在的不足

（一）现有机械专业人才培养模式

机械专业是我国工科专业门类中最为庞大的专业之一，培养专门从事制造业相关的专业技术人才，是支撑我国制造业高质量发展的基础。培养机械专业人才，普遍包括以下方面。

1.课程教学。课程教学是大学人才培养最基础的环节。机械专业学生的课程体系包括数理基础课程、专业基础课程、专业课程及人文类课程。其中，数理基础课包括“高等数学”“线性代数”“大学物理”“概率论”等，这些课程是后续专业课程学习的理论基础。专业基础课程包括“工程制图”“机械原理”“理论力学”“材料力学”“电力电子技术”“控制工程”等，这些课程普遍具有较强的理论性，同时又具有较强的专业性，是评价学生专业基础是否扎实的重要衡量依据。专业课程包括“机械设计基础”“机械制造学”“液压与气动”“材料加工工艺与设备”“PLC电气控制”“数控加工”等，这些课程应用实践性强，具有较强的专业性。

2.实践教学。机械专业本身具有较强的实践性，知识只停留在书本上，无法真正学懂悟透，必须在实践中进一步深化对知识的理解。一般来讲，机械专业的实践类课程包括“计算机辅助设计实践”“Matlab数学实验”“大学物理实验”“金工实习”“电子工艺实习”“机械原理实验”“材料力学实验”“电力电子技术实验”“控制工程实验”“有限元分析实践”“PLC编程实践”“生产实习”“毕业论文训练”等。这些实践类课程，对教学质量有非常重要的影响。

3.创新创业。培养创新创业能力是衡量人才培养高度的重要指标。这就要求大学学习不能仅局限于书本和教室，而应该综合运用所学知识创造性地解决问题。例如，大学生创新创业训练计划，专门支持有创新意愿的大学生开展“双创”项目，帮助其将自己的创意转化为产品样机或进行应用验证。此外，各类专业竞赛，如全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、机械创新设计大赛、电子设计大赛、机器人大赛、挑战杯、中国国际大学生创新大赛、中国大学生机械工程创新创意大赛等，这些大赛为学生的能力提升提供了广阔的平台，是培养学生创新创业能力的重要载体。

（二）现有培养模式中存在的不足

虽然“课程教学+实践教学+创新创业”构成的培养体系能够基本达到机械专业人才培养的目标，但仍然存在一定的不足，主要体现在以下方面。

1.缺乏系统介绍机械创新理论及创新方法的课程。虽然在现有培养体系中，可通过“大创”项目、各类学科竞赛等培养创新创业能力，但在课程体系中缺乏系统讲授机械创新及创新方法的课程。学生学习了很多专业课程，也接受了一些实践训练，而面对实际需求时可能感到不知所措，不知如何运用所学的专业知识解决问题。笔者在深圳大学本科毕业设计答辩中发现，此类现象较为普遍。多数学生没有掌握解决问题的正确思路，考虑不周全，前后逻辑不严谨，对问题未进行深入思考，导致论文质量不高。笔者认为，缺乏系统介绍机械创新理论及创新方法的课程，是出现此类问题的主要原因之一。

2.缺乏大型工程应用项目实践的综合训练。无论是机械设计、工程分析、机械制造，还是相应的自动化，这些能力必须在实践中解决问题，才能真正为学生带来成就感，从而增加学生学习的信心和兴趣。而这些能力的训练，往往需要依托大型工程应用项目，大型工程项目能够将学生所学的专业知识综合运用于解决工程技术问题。通过解决技术问题所产生的效益，学生能够直观体会到，扎实的技术能力和专业知识是能够创造巨大的价值的。将时间和精力投资于个人的专业能力和专业知识，会有肉眼可见的回报，由此能够使学生产生更大的学习动力。然而受条件限制，高校普遍缺乏开展此类大型工程应用项目实践的机会。

3.未能紧跟时代步伐将“智能制造”融入人才培养体系。自从“中国制造2025”和制造业强国战略提出以来，智能制造成为制造业高质量发展的主攻方向。然而，大部分高校机械专业人才的培养未能紧跟时代步伐，仍然囿于陈旧的课程体系和培养模式。学生的培养仍然聚焦于“制造”，而未能有效融入“智能”。随着人工智能的快速发展，制造业本身正发生深刻的变革，也对高校机械专业人才的培养提出了严峻的挑战。如何将“智能制造”融入机械专业人才的培养体系？如何定位机械专业中“智能”在人才培养中的角色？如何围绕“智能制造”重新建构课程体系？这些问题亟须高校深入思考。

四、智能制造背景下如何利用TRIZ理论提升机械专业学生的创新能力

前面探讨了TRIZ理论对智能制造的意义，学习掌握TRIZ理论对智能制造领域的创新具有相当的应用价值和意义。在智能制造背景下，如何利用TRIZ理论提升机械专业学生的创新能力，主要表现在以下方面。

（一）揭开创新的神秘面纱，培养学生敢于创新的勇气和信心

大部分学生认为创新很神秘，对自己是否有能力创新充满怀疑。通过系统学习TRIZ理论，可以让学生认识到，创新并不神秘，是有规律可以遵循的。创造性思维可从实践中总结、概括和提炼，且能够形成程序化、逻辑化的创新思维框架，这套思维框架可以被学习和复制。唯有让学生认识到自己也有创新的潜力和能力，才能摆脱基础教育阶段所形成的以应试教育为主的思维模式，开启独立思考、勇于创新的成长之路。

（二）掌握创新的过程、方法和工具，让学生感到创新有路径可以遵循

信心是迈向创新之路的第一步，而掌握创新的过程、方法和工具，才能够让创新得以有效执行。TRIZ理论提供的发明问题解决应用流程，是开展工程技术创新的有效路径。学生通过学习TRIZ理论，可掌握技术问题识别与定义、问题解决方法及生成创新概念的全部过程。从本质上讲，TRIZ理论为技术创新提供了一套思维流程和技巧，遵循此流程，可在学生大脑中塑造创新的“地图”，不至于迷失在创新的各种未知中，不知如何前行。因此，掌握TRIZ提供的创新过程、方法和工具，是提升学生创新能力的关键。