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摘要：高職院校機(jī)電類專業(yè)涉及機(jī)械設(shè)計、氣動、液壓、可編程控制技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多個領(lǐng)域，為工業(yè)界提供了大量的專業(yè)人才，但該類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還需要加強(qiáng)。為此，文章提出在TRIZ創(chuàng)新理論獨立教學(xué)之后，通過在機(jī)電類專業(yè)課教學(xué)過程中引入TRIZ創(chuàng)新項目式教學(xué)方法的構(gòu)建和實施，讓該類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有了一個可操作的過程，在加強(qiáng)專業(yè)知識和技能的掌握同時切實培養(yǎng)了其創(chuàng)新意識和能力。

關(guān)鍵詞：高職機(jī)電類專業(yè)；TRIZ創(chuàng)新理論；創(chuàng)新項目式教學(xué)

高職院校機(jī)電類專業(yè)涉及機(jī)械設(shè)計、氣動、液壓、可編程控制技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多個領(lǐng)域，所培養(yǎng)的學(xué)生為當(dāng)今工業(yè)界提供了大量的專業(yè)人才。但目前，在對該類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面還存在很多問題。其原因在于“創(chuàng)新”能力是人類主觀能動性的高級表現(xiàn)，是一種綜合的、復(fù)雜的實踐活動，而如果沒有相關(guān)的工具或者說創(chuàng)新理論，創(chuàng)新過程的本身是難以完成的，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)從一定程度上來說也無從談起。為此，文章通過在該類專業(yè)教學(xué)過程引入TRIZ創(chuàng)新理論來解決這一問題。

1TRIZ創(chuàng)新理論的應(yīng)用背景

傳統(tǒng)的對于創(chuàng)新能力的理解認(rèn)為創(chuàng)新是發(fā)明家靈感閃現(xiàn)的結(jié)果，或者是在發(fā)明創(chuàng)造過程中不斷進(jìn)行嘗試以達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。針對這種難以形成方法論和理論的傳統(tǒng)創(chuàng)新模式，20世紀(jì)中期，前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒通過組織1500名專家，結(jié)合解決問題過程和自然科學(xué)知識和工程技術(shù)，經(jīng)過對百萬計的專利進(jìn)行搜集、整理、研究和歸納提煉，建立了一套系統(tǒng)化、實用的發(fā)明創(chuàng)新理論體系，即TRIZ發(fā)明問題解決理論[1]。隨著蘇聯(lián)解體，很多TRIZ專家移民到歐美國家，在美國、歐洲等地出現(xiàn)了許多以TRIZ為基礎(chǔ)的咨詢研究機(jī)構(gòu)，調(diào)查結(jié)果顯示，TRIZ理論在這些發(fā)達(dá)地區(qū)和國家企業(yè)中的應(yīng)用提高了企業(yè)的創(chuàng)新效率，縮短了新產(chǎn)品上市的周期，提高了企業(yè)的盈利能力，經(jīng)過多年的發(fā)展和實踐檢驗，該理論已經(jīng)發(fā)展成為一套解決問題和開發(fā)新產(chǎn)品的成熟方法和理論體系，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用[2]。因此，將TRIZ理論引入到高職院校機(jī)電類專業(yè)教學(xué)實施過程中，將為該類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)提供一種可行途徑。

2TRIZ理論獨立教學(xué)

為了在運用專業(yè)知識前，就讓學(xué)生具有創(chuàng)新意識，根據(jù)高職機(jī)電類專業(yè)特點，通常會預(yù)先學(xué)習(xí)機(jī)械類課程，如機(jī)械制圖、氣動、液壓等，而TRIZ理論在解決結(jié)構(gòu)設(shè)計類問題時具有有效、直觀、清晰的特點。因此，在開設(shè)這些課程的學(xué)期之前，開設(shè)TRIZ理論課程，根據(jù)高職類機(jī)電專業(yè)學(xué)生的工作崗位的特點，學(xué)生面臨的問題大部分是與技術(shù)相關(guān)，因此把40個發(fā)明原理和39個工程參數(shù)及矛盾矩陣的應(yīng)用，還有功能分析、剪裁、特性傳遞作為重點來進(jìn)行講解和練習(xí)[3]。

3機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新教學(xué)模式的構(gòu)建思路

3.1TRIZ融入項目式學(xué)習(xí)與教學(xué)

為了將創(chuàng)新融入項目式教學(xué)中，具體過程是在教學(xué)項目實施過程中加入創(chuàng)新情景、創(chuàng)新步驟和創(chuàng)新工具。創(chuàng)新情景的提出要以項目學(xué)習(xí)為載體，應(yīng)以學(xué)生日常生活或相應(yīng)專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問題為依據(jù)，是創(chuàng)新實踐的開端。創(chuàng)新步驟和創(chuàng)新工具是創(chuàng)新實施過程的核心，為了讓這個過程具有可操作性，這里引入TRIZ創(chuàng)新理論和方法。

3.2創(chuàng)新式教學(xué)項目的選題內(nèi)容

對于高職機(jī)電類學(xué)生，最好是結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)過程中的實際問題作為項目選題范圍，然而，對于目前高職教育背景，如果能結(jié)合學(xué)生日常生活環(huán)境來選擇其所關(guān)心和好奇的事物也可以。在實際教學(xué)實施過程中，通常以一個學(xué)期為一個周期，讓學(xué)生自由組隊，針對選題原則，結(jié)合本學(xué)期所學(xué)專業(yè)知識開展一到兩個項目進(jìn)行探索研究，在這個過程中學(xué)生不僅會用到所學(xué)的知識和技能，也會用到TRIZ創(chuàng)新方法和理論，達(dá)到培養(yǎng)其創(chuàng)新能力的目的[4]。

4基于TRIZ的創(chuàng)新項目實施過程

4.1提出問題

根據(jù)選題原則，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)真實場景中的問題，并加以解決，能高效掌握專業(yè)知識的同時切實體會到創(chuàng)新的價值。如果實際的工業(yè)生產(chǎn)過程，學(xué)生還沒有真正實踐過，指導(dǎo)教師可以拍攝要解決工業(yè)生產(chǎn)過程相關(guān)的問題讓學(xué)生觀看，也可以選擇身邊所遇到的問題。比如，快遞物品在倉儲轉(zhuǎn)運或投遞過程中，需要快遞從業(yè)人員進(jìn)行搬運，隨著快遞行業(yè)蓬勃發(fā)展，快件的日益增多，這種搬運工作勢必會增加從業(yè)人員的工作量和勞動強(qiáng)度。有時由于快遞貨物的投件量瞬間爆發(fā)，很多快遞會聚集在快遞貨物集散地、快遞中轉(zhuǎn)站，短期面臨搬運難的問題，特別是比較重的快件，沒有大型設(shè)備的幫助，搬運此類物品往往沒有高效的方法，而是人力一次又一次的運送單一快件，很難滿足快件短路徑運輸需求，更重要的是此種反復(fù)搬運動作對人的身體也會造成較大傷害。因此，能否在現(xiàn)有常見運貨小推車的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，研制一種結(jié)構(gòu)合理、使用方便的助力小推車。

4.2融合TRIZ理論的創(chuàng)新過程

本環(huán)節(jié)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主體，學(xué)生要運用在先行的TRIZ理論學(xué)習(xí)過程中所掌握的相關(guān)創(chuàng)新工具對遇到問題進(jìn)行分析，找到上面提出問題關(guān)鍵沖突，然后利用沖突矩陣找到相應(yīng)發(fā)明原理，最后從獲得的解決方案中找到可行最優(yōu)方案。這種小推車，能有效幫助工作人員進(jìn)行快件短路徑搬運，但工作人員在面對大量的快件時，不得不重復(fù)進(jìn)行彎腰和屈膝的動作，當(dāng)小車上裝滿貨物時，還要人力拉動，在對工作人員身體產(chǎn)生影響的同時也影響了工作效率。通過TRIZ功能分析工具，最后得出如圖2所示的功能建模圖，也可以用TRIZ九屏分析工具來分析問題流程[5]，得到如圖3所示的九屏圖。針對功能分析工具分析問題流程，提出功能導(dǎo)向搜索解題方法，首先確定要解決的問題是需要在搬運快件過程中，減輕快件對腰和膝蓋的磨損。需要改善的特定功能是使用助力裝置能夠上下、前后移動。所需要的參數(shù)是彎腰、屈膝的角度不大于30°。具體功能轉(zhuǎn)化為一般功能是減輕腰、膝蓋和腳的壓力，減少彎腰、屈膝的次數(shù)。然后確定領(lǐng)先領(lǐng)域即電梯上下運載貨物以及電能助力領(lǐng)域。從領(lǐng)先領(lǐng)域選擇的技術(shù)可得電梯的升降技術(shù)、電動助力車技術(shù)。最后識別次級問題即如何使平板像電梯一樣上升、下降及如何使小推車由電能助力進(jìn)行向前向后移動。通過九屏分析工具分析問題流程，提出物場模型解題方法，如圖4所示。

4.3通過TRIZ分析后得出全部技術(shù)方案

方案1：在小推車上增加液壓系統(tǒng)，使小推車的載物板能夠上升和下降。減少搬運過程中的彎腰、屈膝動作。方案2：在小推車上增加電能，當(dāng)小推車有貨物時，進(jìn)行助力。方案3：在快件運輸車的車廂尾部安裝一個輔助快件吊裝夾具。在分析和對比上面三個方案后，通過把方案1和方案2結(jié)合起來，產(chǎn)生最終的問題解決方案。具體如下：增加電能驅(qū)動，當(dāng)小推車在負(fù)重移動時，減輕使用的推力。通過設(shè)計齒輪換擋、傳動機(jī)構(gòu)來改變電能的輸出方向，當(dāng)快遞運輸車車廂底部和小推車載貨板不在同一平面時，使小推車載貨板能夠上升或下降，以減少搬運貨物時，人體的彎腰、屈膝動作，以達(dá)到減輕這些部位磨損的目的。

5高職機(jī)電類專業(yè)知識在TRIZ創(chuàng)新方案中的使用

為了實現(xiàn)小車的運輸和升降功能的穩(wěn)定性，小車采用金屬框架作為主體結(jié)構(gòu)，電池和電機(jī)作為動力源，換擋齒輪箱作為動力水平、垂直方向的切換機(jī)構(gòu)，在小車平臺與地面相對水平時，切換至升降擋位，進(jìn)行對平臺的升降控制。支撐架每個點分別加入一條支撐桿，使其不易變形，具有更好的穩(wěn)定性。在傳動方面，小車水平移動的動力輪采用鏈條連接，通過變換擋位直接把電機(jī)的動能傳送到輪子。在市場上，小車的升降平臺幾乎都是液壓傳動，因為還需要人力作為動力源，這樣達(dá)不到省力的目的，而本設(shè)計運用齒輪絲桿傳動，使用同一個電動機(jī)作為動力源，這樣既節(jié)省了體力又不用再多增加一個動力源，簡化了了小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時，又達(dá)到了節(jié)能的效果。

5.1動力轉(zhuǎn)換齒輪箱的設(shè)計

動力轉(zhuǎn)換齒輪箱利用兩個傳動齒輪的位置差異，通過花鍵齒輪位置的改變進(jìn)行動力切換，有升降和平移的擋位，從而控制小車的平移和小車平臺的升降，仿真和實物圖如圖5、圖6所示。

5.2折疊升降桿的設(shè)計

電動機(jī)作為升降平臺的動力源，絲桿升降機(jī)是由蝸輪減速機(jī)和升降絲桿組成，其減速部件是蝸桿傳動，利用蝸桿帶動蝸輪實現(xiàn)減速。蝸輪中心是內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于升降絲桿的螺母副，和升降絲桿相匹配。升降速度等于蝸桿輸入轉(zhuǎn)速除以蝸輪蝸桿的減速比，然后乘以升降絲桿的螺距。通過蝸輪副減速傳遞扭矩，并由絲杠轉(zhuǎn)化為直線運動的機(jī)構(gòu)，該設(shè)計如圖7、圖8所示。

5.3把手及固定控制板部分

把手的下半部分有一節(jié)水管固定在小車上，上半部分用不銹鋼，美觀精致，套入下半部分，可以根據(jù)使用者的身高來調(diào)節(jié)把手的高度，符合人體力學(xué)。把手的中間部分是顯示器，可以顯示速度和電量，拉壓力傳感器固定在把手頂端，在推動小車的時候就可以把拉壓力的大小傳送到單片機(jī)上，進(jìn)而控制電機(jī)的啟動和轉(zhuǎn)速，如圖6所示的黃色標(biāo)識部分。

6項目測試與評價

本環(huán)節(jié)是學(xué)生在完成其項目作品模型后進(jìn)行測試，驗證是否達(dá)到項目預(yù)期，并形成項目實施報告。每個小組在期末展示其作品的結(jié)構(gòu)功能，闡述形成項目解決方案是用到的TRIZ創(chuàng)新工具和方法，分享在方案實施過程中所用到的專業(yè)知識和關(guān)鍵之處、心得體會等。通過各個小組用到的專業(yè)知識、技術(shù)、經(jīng)驗的分享，拓展每個學(xué)生的視野，讓每個學(xué)生的學(xué)習(xí)效果達(dá)到最優(yōu)。

7結(jié)論

在校期間，是培養(yǎng)高職機(jī)電類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的最佳時機(jī)，在每個學(xué)期實施TRIZ理論與專業(yè)知識技能融合的創(chuàng)新項目教學(xué)，為學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了理性的可操作途徑。在廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院高職機(jī)電類專業(yè)建設(shè)中，通過具體而真實的項目引入，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，通過TRIZ創(chuàng)新方法的融入，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。而且在應(yīng)用TRIZ理論得出最終解決方案的過程中，每個小組可以得出各種方案，防止學(xué)生互相抄襲的現(xiàn)象，提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量，并且可以為其他專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]何敏，黃百祺，程學(xué)勛.TRIZ理論在高職學(xué)生創(chuàng)新教育中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育論叢，2017(6)：76-79+85.

[3]史諾，劉瓊，付建軍，等.基于TRIZ的機(jī)械類應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究[J].遼寧高職學(xué)報，2019，21(5)：52-55.

[4]王永，陳剛，謝莉，等.TRIZ創(chuàng)新理論在高職教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].科教文匯(中旬刊),2018(4)：7-9.

[5]孫永偉.TRIZ打開創(chuàng)新之門的鑰匙［M］．北京：科學(xué)出版社，2015：173-177.

作者:黃金來 陳衛(wèi)國 單位:廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院