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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(jì)、氣動(dòng)、液壓、可編程控制技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多個(gè)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(dú)立教學(xué)之后，通過(guò)在機(jī)電類專業(yè)課教學(xué)過(guò)程中引入TRIZ創(chuàng)新項(xiàng)目式教學(xué)方法的構(gòu)建和實(shí)施，讓該類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有了一個(gè)可操作的過(guò)程，在加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)和技能的掌握同時(shí)切實(shí)培養(yǎng)了其創(chuàng)新意識(shí)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(xiàng)目式教學(xué)

高職院校機(jī)電類專業(yè)涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、氣動(dòng)、液壓、可編程控制技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多個(gè)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(duì)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(wèn)題。其原因在于“創(chuàng)新”能力是人類主觀能動(dòng)性的高級(jí)表現(xiàn)，是一種綜合的、復(fù)雜的實(shí)踐活動(dòng)，而如果沒(méi)有相關(guān)的工具或者說(shuō)創(chuàng)新理論，創(chuàng)新過(guò)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(lái)說(shuō)也無(wú)從談起。為此，文章通過(guò)在該類專業(yè)教學(xué)過(guò)程引入TRIZ創(chuàng)新理論來(lái)解決這一問(wèn)題。

1TRIZ創(chuàng)新理論的應(yīng)用背景

傳統(tǒng)的對(duì)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(guò)程中不斷進(jìn)行嘗試以達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。針對(duì)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(guò)組織1500名專家，結(jié)合解決問(wèn)題過(guò)程和自然科學(xué)知識(shí)和工程技術(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)百萬(wàn)計(jì)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(shí)用的發(fā)明創(chuàng)新理論體系，即TRIZ發(fā)明問(wèn)題解決理論[1]。隨著蘇聯(lián)解體，很多TRIZ專家移民到歐美國(guó)家，在美國(guó)、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(guó)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(guò)多年的發(fā)展和實(shí)踐檢驗(yàn)，該理論已經(jīng)發(fā)展成為一套解決問(wèn)題和開(kāi)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(shí)施過(guò)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(dú)立教學(xué)

為了在運(yùn)用專業(yè)知識(shí)前，就讓學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)，根據(jù)高職機(jī)電類專業(yè)特點(diǎn)，通常會(huì)預(yù)先學(xué)習(xí)機(jī)械類課程，如機(jī)械制圖、氣動(dòng)、液壓等，而TRIZ理論在解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類問(wèn)題時(shí)具有有效、直觀、清晰的特點(diǎn)。因此，在開(kāi)設(shè)這些課程的學(xué)期之前，開(kāi)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(diǎn)，學(xué)生面臨的問(wèn)題大部分是與技術(shù)相關(guān)，因此把40個(gè)發(fā)明原理和39個(gè)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(diǎn)來(lái)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(xiàng)目式學(xué)習(xí)與教學(xué)

為了將創(chuàng)新融入項(xiàng)目式教學(xué)中，具體過(guò)程是在教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)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(xiàng)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(wèn)題為依據(jù)，是創(chuàng)新實(shí)踐的開(kāi)端。創(chuàng)新步驟和創(chuàng)新工具是創(chuàng)新實(shí)施過(guò)程的核心，為了讓這個(gè)過(guò)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(xiàng)目的選題內(nèi)容

對(duì)于高職機(jī)電類學(xué)生，最好是結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題作為項(xiàng)目選題范圍，然而，對(duì)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(lái)選擇其所關(guān)心和好奇的事物也可以。在實(shí)際教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，通常以一個(gè)學(xué)期為一個(gè)周期，讓學(xué)生自由組隊(duì)，針對(duì)選題原則，結(jié)合本學(xué)期所學(xué)專業(yè)知識(shí)開(kāi)展一到兩個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行探索研究，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生不僅會(huì)用到所學(xué)的知識(shí)和技能，也會(huì)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(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

4.1提出問(wèn)題

根據(jù)選題原則，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景中的問(wèn)題，并加以解決，能高效掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)切實(shí)體會(huì)到創(chuàng)新的價(jià)值。如果實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，學(xué)生還沒(méi)有真正實(shí)踐過(guò)，指導(dǎo)教師可以拍攝要解決工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的問(wèn)題讓學(xué)生觀看，也可以選擇身邊所遇到的問(wèn)題。比如，快遞物品在倉(cāng)儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)或投遞過(guò)程中，需要快遞從業(yè)人員進(jìn)行搬運(yùn)，隨著快遞行業(yè)蓬勃發(fā)展，快件的日益增多，這種搬運(yùn)工作勢(shì)必會(huì)增加從業(yè)人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度。有時(shí)由于快遞貨物的投件量瞬間爆發(fā)，很多快遞會(huì)聚集在快遞貨物集散地、快遞中轉(zhuǎn)站，短期面臨搬運(yùn)難的問(wèn)題，特別是比較重的快件，沒(méi)有大型設(shè)備的幫助，搬運(yùn)此類物品往往沒(méi)有高效的方法，而是人力一次又一次的運(yùn)送單一快件，很難滿足快件短路徑運(yùn)輸需求，更重要的是此種反復(fù)搬運(yùn)動(dòng)作對(duì)人的身體也會(huì)造成較大傷害。因此，能否在現(xiàn)有常見(jiàn)運(yùn)貨小推車(chē)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(chē)。

4.2融合TRIZ理論的創(chuàng)新過(guò)程

本環(huán)節(jié)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主體，學(xué)生要運(yùn)用在先行的TRIZ理論學(xué)習(xí)過(guò)程中所掌握的相關(guān)創(chuàng)新工具對(duì)遇到問(wèn)題進(jìn)行分析，找到上面提出問(wèn)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(chē)，能有效幫助工作人員進(jìn)行快件短路徑搬運(yùn)，但工作人員在面對(duì)大量的快件時(shí)，不得不重復(fù)進(jìn)行彎腰和屈膝的動(dòng)作，當(dāng)小車(chē)上裝滿貨物時(shí)，還要人力拉動(dòng)，在對(duì)工作人員身體產(chǎn)生影響的同時(shí)也影響了工作效率。通過(guò)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(lái)分析問(wèn)題流程[5]，得到如圖3所示的九屏圖。針對(duì)功能分析工具分析問(wèn)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(wèn)題是需要在搬運(yùn)快件過(guò)程中，減輕快件對(duì)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(dòng)。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?gòu)澭?、屈膝的次?shù)。然后確定領(lǐng)先領(lǐng)域即電梯上下運(yùn)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(dòng)助力車(chē)技術(shù)。最后識(shí)別次級(jí)問(wèn)題即如何使平板像電梯一樣上升、下降及如何使小推車(chē)由電能助力進(jìn)行向前向后移動(dòng)。通過(guò)九屏分析工具分析問(wèn)題流程，提出物場(chǎng)模型解題方法，如圖4所示。

4.3通過(guò)TRIZ分析后得出全部技術(shù)方案

方案1：在小推車(chē)上增加液壓系統(tǒng)，使小推車(chē)的載物板能夠上升和下降。減少搬運(yùn)過(guò)程中的彎腰、屈膝動(dòng)作。方案2：在小推車(chē)上增加電能，當(dāng)小推車(chē)有貨物時(shí)，進(jìn)行助力。方案3：在快件運(yùn)輸車(chē)的車(chē)廂尾部安裝一個(gè)輔助快件吊裝夾具。在分析和對(duì)比上面三個(gè)方案后，通過(guò)把方案1和方案2結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生最終的問(wèn)題解決方案。具體如下：增加電能驅(qū)動(dòng)，當(dāng)小推車(chē)在負(fù)重移動(dòng)時(shí)，減輕使用的推力。通過(guò)設(shè)計(jì)齒輪換擋、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)改變電能的輸出方向，當(dāng)快遞運(yùn)輸車(chē)車(chē)廂底部和小推車(chē)載貨板不在同一平面時(shí)，使小推車(chē)載貨板能夠上升或下降，以減少搬運(yùn)貨物時(shí)，人體的彎腰、屈膝動(dòng)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(shí)在TRIZ創(chuàng)新方案中的使用

為了實(shí)現(xiàn)小車(chē)的運(yùn)輸和升降功能的穩(wěn)定性，小車(chē)采用金屬框架作為主體結(jié)構(gòu)，電池和電機(jī)作為動(dòng)力源，換擋齒輪箱作為動(dòng)力水平、垂直方向的切換機(jī)構(gòu)，在小車(chē)平臺(tái)與地面相對(duì)水平時(shí)，切換至升降擋位，進(jìn)行對(duì)平臺(tái)的升降控制。支撐架每個(gè)點(diǎn)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(dòng)方面，小車(chē)水平移動(dòng)的動(dòng)力輪采用鏈條連接，通過(guò)變換擋位直接把電機(jī)的動(dòng)能傳送到輪子。在市場(chǎng)上，小車(chē)的升降平臺(tái)幾乎都是液壓傳動(dòng)，因?yàn)檫€需要人力作為動(dòng)力源，這樣達(dá)不到省力的目的，而本設(shè)計(jì)運(yùn)用齒輪絲桿傳動(dòng)，使用同一個(gè)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，這樣既節(jié)省了體力又不用再多增加一個(gè)動(dòng)力源，簡(jiǎn)化了了小車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的同時(shí)，又達(dá)到了節(jié)能的效果。

5.1動(dòng)力轉(zhuǎn)換齒輪箱的設(shè)計(jì)

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

5.2折疊升降桿的設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)作為升降平臺(tái)的動(dòng)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(dòng)，利用蝸桿帶動(dòng)蝸輪實(shí)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(guò)蝸輪副減速傳遞扭矩，并由絲杠轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，該設(shè)計(jì)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(chē)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(lái)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(dòng)小車(chē)的時(shí)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(dòng)和轉(zhuǎn)速，如圖6所示的黃色標(biāo)識(shí)部分。

6項(xiàng)目測(cè)試與評(píng)價(jià)

本環(huán)節(jié)是學(xué)生在完成其項(xiàng)目作品模型后進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證是否達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期，并形成項(xiàng)目實(shí)施報(bào)告。每個(gè)小組在期末展示其作品的結(jié)構(gòu)功能，闡述形成項(xiàng)目解決方案是用到的TRIZ創(chuàng)新工具和方法，分享在方案實(shí)施過(guò)程中所用到的專業(yè)知識(shí)和關(guān)鍵之處、心得體會(huì)等。通過(guò)各個(gè)小組用到的專業(yè)知識(shí)、技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)的分享，拓展每個(gè)學(xué)生的視野，讓每個(gè)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(shí)和創(chuàng)新能力的最佳時(shí)機(jī)，在每個(gè)學(xué)期實(shí)施TRIZ理論與專業(yè)知識(shí)技能融合的創(chuàng)新項(xiàng)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(guò)具體而真實(shí)的項(xiàng)目引入，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，通過(guò)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(guò)程中，每個(gè)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。

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