TRIZ理论精髓及其对高职学生毕业设计创新的启示

来源：论文查重 时间：2019-12-05 18:57:39

摘 要：TRIZ理论由前苏联发明家阿奇舒勒于1946年创立，并在随后的半个多世纪得到推广和运用。TRIZ理 论分为三类：TRIZ的理论基础、分析工具和知识数据库。TRIZ理论体系主要包括创新思维方法与问题分析方 法、技术系统进化法则、技术矛盾解决原理、创新问题标准解法、发明问题解决算法ARIZ。学习和研究TRIZ理 论，有助于培养高职院校学生创新意识，提升高职学生创新能力，尤其对高职学生毕业设计创新具有重要的启 示：即转变高职毕业设计理念，实现“小设计”“大创新”；开设发明问题解决课程，支撑学生创新能力培养；加强创 新教师团队建设，强化学生毕业设计指导；完善毕业设计评价体系，将创新作为重要考核指标。
关键词：TRIZ理论；高职学生；毕业设计；创新
2015 年，国务院《关于深化高等学校创新创业 教育改革的实施意见》将在高校普及创新创业教 育确定为国家长期的政策导向。2017 年,中共中 央办公厅《关于深化教育体制机制改革的意见》更 是强调“要健全促进高等教育内涵发展的体制机 制，把创新创业教育贯穿人才培养全过程”。加快 实施创新教育，推进万众创新，已成为我国建设创 新型国家的战略部署。高职院校作为我国高等教 育的重要组成部分，必须把培养具有创新意识、创 新精神、创新能力的高素质技术技能型人才作为 自己的重要使命。然而，高职院校推进创新教育 是一项复杂的系统工程。高职学生毕业设计是专 业教学最后阶段的一项总结性实践教学环节，是 学生综合运用所学知识和技能，独立完成一项比 较完整的专业技术课题，接受一次从事实际技术 工作的综合训练，是最能体现学生创新意识和创 新能力的教学环节。目前，高职院校师生思想认识上普遍存在一定的误区，总觉得发明创造是 985、211 研究型大学学生的事，高职学生毕业设计 难以有所创新。事实上，创新能力与人类与生俱 来的其他能力一样，可以经过学习和训练得到激 发和提升。[1]TRIZ 应用实践更是表明，创新和其他 活动都遵循自身内在的规律和法则，只要熟知和 掌握其规律和法则，创新便不再是一件高不可攀 的事。因此，学习、研究 TRIZ 理论及其精髓，可以 培养高职学生的创新意识、创新精神和创新能力， 用其指导高职学生毕业设计，则可以大大提升高 职学生毕业设计的质量，推进其毕业设计的创新 和毕业设计整体水平的提高。
一、TRIZ理论的缘起及其发展
TRIZ 理论，是由俄文转化成拉丁文（Teoriya Rescheniya IzobreatateIskikh Zadatch）的词头缩写， 可翻译成“发明问题解决理论”，它由前苏联科学 家根里奇·阿奇舒勒创立。
阿奇舒勒于1946年开始研究发明问题解决理 论。他是前苏联里海海军专利局的工作人员，其 主要工作任务是处理世界各国著名发明专利。正 是由于他对专利的关注，让他走上了研究和探索 “发明问题解决理论”的道路。他和团队成员毕生 致力于专利分析，他们从250万个专利中间萃取了 20万个高水平发明专利，综合多学科领域的原理 进行深入探究，揭示了技术进化的内在规律，找到 了解决技术矛盾的原理或法则，构建起了一个由 解决技术问题实现创新开发的各种方法、算法组 成的TRIZ综合理论体系。[1]由此，根里奇·阿奇舒 勒被尊称为“TRIZ理论之父”。同时，TRIZ理论亦 被喻为“使人聪明的理论”。
20世纪60年代末，前苏联成立了各种形式的 发明创造学校，组建了各种类型的发明家组织，专 家、学者普遍将TRIZ作为发明创造工具。不仅大 学，甚至中、小学阶段也采用 TRIZ 理论设计各学 科教材和教学方法。前苏联解体后，TRIZ理论传 入西方，并在美、欧、日等国家得到推广和应用。 经过近半个世纪的发展，TRIZ理论已发展成一套 解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体 系。我国引入TRIZ理论比较晚，但最近几年受到 学术界、科研机构、公司的重视和政府的高度关 注。1984—1999年，中国知网收录的相关论文中， 以TRIZ为主题的搜索结果仅2篇，随着学术界对 TRIZ理论的普及与应用研究的深入，自2006年开 始，相关论文急剧增多，截至2018年12月，中国知 网收录的相关论文达4 059篇。萃智(北京)工业技 术研究院、亿维讯集团公司于2006年率先在国内 开展 TRIZ 理论的本土化研究和工程技术领域的 应用研究，并为黑龙江省普及、研究和应用推广 TRIZ理论方法起到了重要的助推作用。2007年5 月，国家科技部正式启动TRIZ创新方法的推广工 作，2008 年 4 月，国家科技部等四部委联合下发 《关于加强创新方法工作的若干意见》，批准黑龙 江等三省市为创新方法试点省。黑龙江省积极与 俄罗斯、德国、中国台湾等 TRIZ 研究机构深度合 作，邀请国际知名研究TRIZ理论方面的专家对省内企业进行一对一指导、对企业员工进行TRIZ理 论培训，实现了“外引内育”相结合，在 TRIZ 理论 的普及和推广工作中，取得了显著效果。2009年， 国家科技部又批复了浙江、广东、重庆等 9 个省 （市），煤炭科学总院等4个研究机构，以及海尔集 团、大唐集团2个国内知名企业的创新试点方案， 全面推广以 TRIZ 为主的创新方法 ，实现了 TRIZ 理论推广应用的“由点及面”。
迄今为止，TRIZ理论以其实用性极强的特点， 已被全世界大多数国家接受，人们以其为指导创 造出了数以万计的重大发明，并为众多世界知名 企业带来了显著经济和社会效益。目前，全球非 常多的知名企业与组织，都在学习推行 TRIZ 理 论，并产生了巨大成效。例如：电子业Intel公司、 GE 电气公司、亚洲的三星公司；汽车运输行业的 英国的劳斯莱斯公司，美国的戴姆勒-克莱斯勒、 福特公司、通用公司，以及日本的丰田汽车公司都 运用TRIZ理论和方法进行创新。很多知名大学， 例如：美国的麻省理工学院（MIT）、以色列的特拉 维夫大学、以色列理工学院将TRIZ列为工程设计 方法学的必修课程，他们教导学生如何用TRIZ理 论产生创意的想法。美国的航天总署（NASA）运 用 TRIZ 理论来设计许多航天载人的装置。不少 企业都在经年持续地运用TRIZ理论和方法，来解 决一些困难的问题，并产生了很好的效果。
二、TRIZ理论体系的精髓
TRIZ理论作为系统化创新的发明问题解决理 论，其精髓是技术进化原理。TRIZ理论认为，技术 系统处在不断进化中，而技术的进化是在不断解 决矛盾中实现的。TRIZ 理论包括TRIZ 的理论基 础、分析工具和知识库等三个方面内容。TRIZ的 理论基础是解决产品创新问题的重要理论依据； 分析工具是 TRIZ 理论中用来解决技术矛盾的具 体方法；知识库是TRIZ理论解决矛盾的精髓。概 括起来讲，TRIZ理论体系的主要内容有如下五个 方面。
（一）创新思维与分析问题方法
TRIZ理论所提及创新思维与分析问题方法主要包括小人法、STC 算子、金鱼法、九屏法等。小 人法是指把人们无法想象或分析的系统看作是由 许多小人或对象组成，他们可单独或集体制定决 策。当出现相互矛盾作用时，小人法使解题人成 为问题整体的一部分，并从这一立场和观点去思 考、行动。它主要用于从微观级别上去分析系统， 帮助人们深入研究并改造模型，消除矛盾冲突，继 而得到非常有效的技术解决方案。STC 算子法 （SIZE—TIME—COST）是通过对一个系统自身不 同特性的单独思考，进行创新思维的方法。首先， 它对现有对象的S、T、C三要素进行研究；然后，想 象三要素的极值情况（无穷大或无穷小），思考如 何建立系统、会遇到哪些难题、会带来什么益处； 最后，帮助人们真实了解系统，排除所有虚假约束 条件。金鱼法实质是对幻想、不现实的问题做求 解构想，然后将求解构想分成现实、幻想两部分， 不断反复划分，直至确定问题求解构想为止。[2]它 可以帮助人们把看似不可行甚至不现实的想法变 成现实。而“九屏法”则对情境（屏幕）进行整体考 虑，并从层次和时间两条轴线上将发明者的视野 从一个“屏幕”扩展到九个“屏幕”，以消除不良或 负面影响。总之，创新思维与分析问题方法引导 人们用发展、系统的眼光来看问题，既要统筹考虑 系统的过去、现在与将来，又要全面分析了解本系 统内部、外部及其相互关系，系统分析资源，克服 思维惯性，选取解决问题的最佳方案。对于复杂 问题的分析和处理，它指导人们快速确认核心问 题，找出根本矛盾之所在。
（二）技术系统进化法则
在TRIZ理论看来，技术系统的进化遵循一定 的进化模式，其进化模式是客观的，其发展方向是 技术的“最终理想化”。人们在对过去专利的充分 研究中发现了技术系统进化模式，并以其来指导 技术系统的开发。按照系统进化模式去开展技术 研究，可以节省大量技术开发时间，避免盲目尝试 所造成的时间浪费。任何一个产品都可认为是一 个技术系统，通过技术系统的进化可以实现其系 统功能的技术从低层次向高层次发展。通过对大量专利的全面分析，TRIZ理论揭示了技术系统进 化的客观规律，总结出八个进化法则，即技术系统 的S曲线进化法则，提高理想度法则，子系统不均 衡进化法则，动态性和可控性进化法则，向超系统 进化法则，子系统协调性进化法则，向微观级和增 加场应用的进化法则，减少人工介入的进化法 则。[3]这些法则可广泛应用于定性技术预测、新技 术开发、专利布局以及如何选择企业战略制定时 机等，同时，用这些法则可以解决技术难题，预测 技术系统发展趋势，其自身也演变成了解决创造 性问题的重要工具。
（三）技术矛盾解决原理
每一种发明创造都遵循着相同的规律，即技 术矛盾解决原理，它们由40个创新原理与4个分 离原理组成。与此同时，TRIZ理论提出了两种模 型：一种是技术矛盾解决原理及问题解决过程模 型。技术矛盾是典型工程妥协问题, 即当提高系 统某一技术特性(参数)时，另一个技术特性(参数) 会恶化。TRIZ 创新原理的核心就是解决技术系 统中存在的矛盾。矛盾解决矩阵是解决技术矛盾 的有效工具。它由 39 个标准技术特性和 40 个创 新原理及其它们之间的对应关系组成。一旦技术 问题抽象成技术矛盾形式，就要用该问题所处的 技术领域中特定术语描述这个矛盾，然后将这个 矛盾转换成一般工程术语，再由这些一般工程术 语选择标准的技术特性，最后由标准技术特性在 技术矛盾矩阵中选择可用的创新原理。[4]另一种 是物理矛盾解决方法及其问题解决过程模型。物 理矛盾是 TRIZ 研究解决的关键问题。当技术系 统具有相反要求时就会出现物理矛盾。相比技术 矛盾，物理矛盾是更尖锐、且必须解决的冲突。物 理矛盾解决的常用方法有：将两个相反的特性进 行时间分离；将两个相反的特性根据条件分离；将 两个相反的特性进行整体与部分的分离；利用物 场分析方法；利用物理、化学、几何学等工程学原 理知识库等。
（四）创新问题标准解法
创新问题标准解法是TRIZ理论之精华，它有76 个标准解法，共分 5 级，每一级中，其解法的先 后次序遵循了技术系统进化原则。它的奇妙之处 在于能快速解决标准问题于一两步之中，且对复 杂问题亦能提供高水平解决方案。标准解法是针 对标准问题的解法，非标准问题则需 TRIZ 将非标 准问题转化成标准问题，再由标准解法得出解决 方案。其整个解法的五级依次是：建立物——场 模型；强化物——场模型；利用九宫格向超系统或 微观级转化；检测和测量的标准解法；简化和改进 策略。其基本用法是：不同技术问题首先对其进 行功能分解，完成功能分析图后，则进行标准建 模，从第一至第四级，得到解决方案，而第五级在 现代实际技术研发中尤为重要。因为前四级一般 会使系统变得复杂，只有第五级可以简化系统，达 到解决问题的快速高效。
（五）发明问题解决算法
发明问题解决算法，亦称 ARIZ 算法。该算法 是基于技术系统进化法则的一套完整的问题解决 流程，是 TRIZ 理论的核心工具之一。ARIZ 采用一 套逻辑过程逐步将初始问题程序化，其目标是建 立相应的物理冲突或技术冲突，并解决这些冲 突。该算法主要针对问题复杂、冲突及其相关部 件不明确的技术系统。它通过对初始问题进行一 系列变形、再定义等非计算性逻辑过程，实现对问 题的逐步深入分析和转化，并最终解决问题。 ARIZ 算法特别强调问题矛盾与理想解的标准化 之间冲突，并由此探求创新问题。ARIZ 算法包括 问题分析、问题模型分析、陈述最终理想解、运用 物场资源、知识库的应用、转化或替代问题、原理 解评价、原理解最大化、解决方案的专家分析等 9 个关键步骤。前 5 个步骤将初始问题转化为具体 冲突，并解决这些冲突；若问题没有得到解决，则 在步骤六重新定义问题并调回第一步，再次求解 问题，直至问题解决后，再通过七到九步进行评价 和分析。
三、TRIZ 理论对高职学生毕业设计创新的 启示
从对 TRIZ 理论核心要义分析得知，TRIZ 理论成功揭示了创造发明的内在规律，它能帮助人们 系统分析问题情境，快速发现问题本质，确定问题 探索方向，摆脱心理惯性及试错法，加快创新的步 伐。高职学生毕业设计不仅仅是一个简单的教学 环节，就其本质而言是一种教育，是把创新教育贯 穿人才培养全过程的一种重要体现。学习和研究 TRIZ 理论，对激发高职学生创新意识，提高学生创 新能力，并对指导高职学生毕业设计的创新具有 重要的启示。
（一）转变高职毕业设计理念，实现“小设计” “大创新”
TRIZ 理论及创新实践表明，创新是人的潜 能，是每个人与生俱来的一种能力，这种能力经 过学习和训练可以得到提升。长期以来，受狭 隘的人才培养目标和培养规格的影响，高职院 校师生普遍认为，高职院校主要培养学生的动 手能力，发明创造是研究型大学师生的事，反映 在毕业设计中，就是重复过去的选题或重复往 届学生的设计方案。其实，高职学生毕业设计 是学生综合运用所学知识和技能，独立完成一 项比较完整的专业技术课题，最能体现学生创 新意识和创新能力。事实上，在日常生活中，创 新无处不在，技术技能积累中蕴含着创新的成 分 ，孰能生巧中的“ 巧 ”就可能带来变化和创 新。因此，我们学习研究 TRIZ 理论并用以指导 高职学生毕业设计，首先就要转变高职生不能 搞创新的错误观念，树立“小打小闹也能带来创 新”“小设计也能体现大创新”的理念，用创新的 眼光去发现企业生产实际中出现的问题，并将 其凝练成毕业设计的选题，用 TRIZ 理论的工具 和方法去试图解决这些问题，这样才有可能提 升高职学生毕业设计质量，推进其毕业设计的 创新和毕业设计的整体水平的提高。
（二）开设发明问题解决课程，支撑学生创新 能力培养
课程是指学校学生所应学习的学科总和及其 进程与安排。特定的课程是学生特定能力培养的 重要支撑。从 TRIZ 理论的历史发展以及各国推广运用的成功做法中可以看到，前苏联以及欧洲、 美国、日本等地方的许多大学将TRIZ方法做作为 专业技术或工程设计方法学的必修课程，以激发 学生的创新意识，培养学生发明创新的能力。因 此，要推进高职学生毕业设计的创新，提升其毕业 设计的整体水平，高职院校完全可以借国内外大 学的一些做法，将发明问题解决课程作为必修课 程，向学生系统介绍创新活动的基本原理，详细讲 解一些如何应用该理论解决工程实践领域问题的 典型案例，让广大学生掌握TRIZ理论的法则和基 本原理，学会将工程领域实际问题转换为TRIZ问 题的方法和技巧，打破传统思维方式，激发学生的 创新意识、创新思维和创新热情，培养学生的创新 工作习惯，提高学生运用TRIZ理论实施毕业设计 创新的能力，为整体提高毕业设计的质量打下坚 实的理论或方法论基础。
（三）加强创新教师团队建设，强化学生毕业 设计指导
高职学生的毕业设计是在专业老师的指导 下，学生综合应用所学知识和技能所进行的严格 的技术和基本能力训练。专业指导教师的创新能 力和水平与高职学生毕业设计的创新存在着正相 关。因此，要提升高职学生运用TRIZ理论实现毕 业设计的创新，就要着力培养一支既有深厚的理 论根基、又有丰富的工程实践经验，专兼职结合的 毕业设计创新指导教师团队。该团队不仅应在专 业前沿、工艺流程以及设备等方面有深刻的领悟， 能为学生毕业设计的创新指明方向，而且还要学 会TRIZ理论的法则，熟练掌握将工程领域实际问 题转换为TRIZ问题的方法，提高自身的创新思维 与创新能力。教师在用 TRIZ 理论指导学生毕业 设计、解决工程应用领域的问题时，要引导和帮助 学生系统地分析问题，找到要解决的问题及其主 要矛盾，用39个通用工程参数准确地定义矛盾，从 标准解决方法中挑选出适合毕业设计的解决方 法，消除矛盾产生新的产品（或设计）。在相同类 型选题或项目的毕业设计过程中，教师在指导学 生确定设计整体方案后，可让学生共同参与研讨，让每个学生都能提出自己的看法；然后，求同存 异，形成基本一致的想法，以便确定问题的技术矛 盾，并能快速将矛盾用通用工程参数精确表达出 来；最后，再应用TRIZ创新原理，形成比较完美的 解决方案。教师要通过精准有效的指导，充分调 动学生的积极性和主动性，培养学生团结协作的 精神和沟通能力，提高学生创造性分析、发现和解 决问题的能力。
（四）完善毕业设计评价体系，将创新作为重 要考核指标
高职学生毕业设计是实现其人才培养目标的 重要教学环节，是培养高职学生创新能力、实践能 力和创业精神的重要手段，是对学生综合运用所 学理论、知识与方法解决实际问题能力的全面检 验，是衡量高职院校专业人才培养质量的重要因 素。合理设置毕业设计全过程评价体系，优化毕 业设计质量监控机制，对于公平、公正、准确评价 学生的毕业设计质量及其成绩，培养高职毕业生 职业素养以及较强实践能力意义重大。当前，大 多数高职院校将选题质量、毕业设计成果质量、毕 业论文设计材料的完整性作为评价毕业设计的重 要指标。部分省份教育行政主管部门组织开展了 高职学生毕业设计抽查，抽查内容为毕业设计任 务书和学生毕业设计成果。毕业设计任务书须明 确具体目的、任务及要求、进程和成果表现形式 等；学生毕业设计成果应表现为物化产品、软件、 文化艺术作品、方案等形式。上述学校和教育行 政主管部门的做法，虽然在很大程度上规范了高 职院校毕业设计工作，但毕业设计的整体水平仍 然不高，具有创新成分的高质量毕业设计作品十 分鲜见。因为，从其细化的评价指标体系看，他们 并没有将其创新性作为毕业设计的重要评价指 标，并以此来引导毕业设计的方向。因此，要从根 本上提高高职学生毕业设计的质量，完全可以将 发明问题解决理论运用到毕业设计中，并把设计 作品的创新作为重要考核评价指标，完善以创新 （发明问题解决）为主导的毕业设计评价体系，才 能从根本上提高毕业设计的质量。

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