TRIZ理論在機械設計專業中的價值

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Pahl和Beitz指出在實際的設計工作中大約70％屬于變形設計“。機械設計專業本科畢業設計題目基本屬于變形設計范疇，完全可以與創新教育即triz結合起來口，實施畢業設計的大學期間全程訓練計劃、校外畢業設計與所學專業培養目標緊密結合、畢業設計全程監督管理的新方法。學生的畢業設計應與科技訓練、創新活動結合，是學生在校期間科技活動的延續和總結，這樣既可實施大學生科研訓練計劃，營造學術研究氛圍，又可培養大學生創新能力，加強素質教育，提高畢業設計質量。

1強化機械設計專業本科畢業設計質量的重要性

1．1畢業設計是建立知識聯系的有效途徑畢業設計過程可以把學生大學期間學習的基礎知識、基礎理論以及專業知識有效的融合，建立起知識之間的有效聯系，使學生的基本知識在設計過程中形成有序的知識體系，在畢業設計的實踐中，通過設計指導教師的引導，掌握知識的運用過程和如何合理的利用所學。

1．2畢業設計是進行專業綜合訓練的有效方式機械設計專業是實踐性很強的工科類專業。畢業設計是機械設計專業教學必要的集中實踐性環節，是實現該專業培養目標的重要的綜合性課程，同時也是衡量專業教育質量的重要標志。該過程培養和考察學生應用所學基礎理論、專業知識和基本技能綜合分析與解決一般工程技術問題的能力，對于提高和培養學生的綜合素質和工程能力、實際動手能力具有其他課程不可替代的重要作用。所以畢業設計是學生走上工作崗位前的一次職業培訓，其成績是學生畢業及學位資格認定的重要依據。

1.3畢業設計是適應工作環境，建立學生與企業之間的聯系的有效途徑畢業設計教學質量的優劣直接關系到本專業學生能否在畢業后短時間內適應社會要求，并在實際工作中獨立地解決工程建設中遇到的有關設計、制造和控制方面的問題。通過實踐和實習，了解企業技術人員工作現狀以及企業技術人員在工作過程中的吃苦耐勞、艱苦奮斗精神，使學生畢業后盡快適應工作環境。

1．4畢業設計充分發揮學生創造性和主觀能動性畢業設計是培養和鍛煉學生創新意識、創新能力的有效途徑。學生通過畢業實習和畢業設計，直接參與到教師的科研活動、社會實踐、教學基地的建設等實踐環節中去，在實習、實驗中獲得大量的材料信息，通過實習和設計，將學過的專業知識綜合應用，培養自身的科學研究能力、嚴密的邏輯思維和獨立創新能力以及發現問題、分析問題和解決問題的能力，從而提高綜合素質。

2機械設計專業本科畢業設計具備TRIZ理論應用和創新實踐的基礎和條件

2．1TRIZ理論的起源具有鮮明的工程技術特色

TRIZ理論是前蘇聯阿奇舒勒及其領導的一批研究人員，白1946年開始，花費大量人力物力，在分析研究了世界各國250萬件專利的基礎上，所提出的發明問題解決理論旺。阿奇舒勒開始就堅信發明問題的基本原理是客觀存在的，這些原理不僅能被確認也能被整理而形成一種理論，掌握該理論的人不僅能提高發明的成功率、縮短發明的周期，也可使發明問題具有可預見性。TRIZ屬于前蘇聯的國家機密，在軍事、工業、航空航天等領域均發揮了巨大作用，成為創新的“點金術”。如今TRIZ正成為許多現代企業創新的獨門暗器，TRIZ可以輕易解決那些“看似不可能解決的問題”并形成專利，提升企業的核心競爭力，使企業從“跟隨者”快速成長為行業技術的“領跑者”。發明問題解決理論的核心是技術進化原理。根據這一原理，技術系統一直處于進化之中，解決矛盾是其進化的推動力。進化速度隨技術系統一般矛盾的解決而降低，使其產生突變的唯一方法是解決阻礙其進化的深層次矛盾。阿奇舒勒依據世界上著名的發明，研究了消除矛盾的方法，他建立了一系列基于各學科基礎知識的發明創造模型。這些模型包括發明原理(InventivePrinciples)、發明問題解決算法(ARIZ，AlgorithmforInventiveProblemSolving)及標準解等。在利用TRIZ解決問題的過程中，設計者首先將待設計的產品表達成為TRIZ問題，然后利用TRIZ中的工具，如發明原理、標準解等，求出該TRIZ問題的普適解或稱模擬解，最后設計者再把該解轉化為該領域的解或特解。

2．2畢業設計的過程具備TRIZ理論應用的土壤

機械設計專業畢業設計過程從選題、開題、結構設計方面具備TRIZ理論應用的土壤。從概念設計到詳細設計再到工藝設計、從變形產品設計到系歹0產品設計再到創新產品設計，指導教師指導學生應用TRIZ理論進行畢業設計流程，指導學生掌握TRIZ理論的創新技法，了解Pm／I和專利查詢。

1)畢業設計選題。選題是學生提早進入畢業設計環節的前提，應以培養學生創新能力為目標，體現先進性、市場需求性，結合學生興趣、生產實際及教師科研課題進行選題與命題。指導學生根據今后的工作單位或擬就業方向的性質，通過圖書館、期刊論文數據庫、專利庫獲得畢業設計課題資料。引導學生應用TRIZ理論中的技術成熟度預測方法對課題進行技術成熟度預測，培養學生在今后工作中所需的科學決策能力。

2)畢業設計開題。開題是畢業設計前期環節的主要工作，開題過程著重于方案設計過程，應當使學生掌握在開題階段應著重做什么及如何去做。在方案的提出過程中，教師應該引導學生應用TRIZ理論中發明的5個級別分類方法，明確畢業設計課題屬于發明的哪個級別H】。同時，可以運用TRIZ創新設計的40個創新原理提出可行的畢業設計課題方案。

3)畢業設計的原理設計和結構設計過程。畢業設計的原理設計和結構設計是畢業設計的主要工作環節。教師應在畢業設計選題和開題工作的基礎上，引導學生進行畢業設計題目的原理設計和機械結構設計，從創新問題解決模式和流程圖及解題工具的具體應用出發，定義設計所遇到的各種技術沖突和物理沖突，應用沖突矩陣或分離原理、發明理論解決沖突，得出TRIZ通用解，確定領域解；然后根據課題需要進行技術具體化，即進行詳計。

3實例

以“水射流噴丸強化測試件裝卡裝置設計”為例，說明機械設計專業本科畢業設計應用TRIZ理論的有效性。

3．1選題

目前，公知的所有的機床裝卡夾具不管通用夾具和專用夾具都是通過六點定位和卡緊機構實現對工件的準確定位和卡緊。在對工件加工時，加工工具對工件有力的作用屬于正常的不可避免的作用，然而傳動系統在傳遞轉動或平動時會對工件有附加的作用力，這會影響到對工件的處理質量。尤其是在試驗單一因素對測試件性能的影響時，現有的夾具不能避免夾具傳動系統對試驗結果的影響。本設計涉及一種裝卡測試件的專用夾具，尤其是水射流噴丸強化測試材料性能或測試機床刀具切削力等單一因素影響時，測試件除了單一因素外，避免再受到其他力干擾的測試件裝卡裝置。

3．2開題

為了克服夾具傳動系統對測試件的單一因素性能試驗的影響，本實用新型提供一種測試件裝卡裝置，在試驗單一因素對測試件性能影響時，避免夾具傳動系統對試驗結果的影響。本設計解決其技術問題所采用的技術方案是：采用傳統的彈性夾頭座和彈性夾頭裝卡工件，實現測試件的定位和夾緊。彈性夾頭座的內錐面與彈性夾頭的外錐面使用不能自鎖的錐角錐面，調節螺栓的擰緊和松開可以使測試件夾緊和拆卸。為了避免測試件轉動過程中受到傳動系統作用力的干擾，采用驅動作用力與轉動相分離的方法，把止口軸承架安裝于箱體上支撐傳動系統的作用力，由驅動連接盤通過漸開線花鍵連接驅動彈性夾頭座轉動，彈性夾頭座的轉動通過摩擦力驅動彈性夾頭轉動，由于彈性夾頭夾緊測試件，所以測試件也會隨著一起轉動。測試件非夾緊側是靠軸承和通用套支撐，并處于自由狀態，測試件不同的尺寸可對應更換不同的通用套，增加專用夾具的通用性。本實用新型的有益效果是，可以使測試件轉動，且不會受到傳動系統在傳動過程中的作用力影響，是理想的試驗裝置，而且結構簡單。

3.3原理及結構設計

應用的創新原理為物理沖突的空間分離原理。在如圖1所示實例裝配關系中，箱體(8)可以安裝于機床的工作臺上，軸用擋圈(7、12、l5、22、23)和孔用彈性擋圈(9、10、18、19、2O、21)用于對軸承(4、6、11)的定位，同時還可以定位彈性夾頭座(16)和通用套(13)。調節螺栓(1)的外螺紋與彈性夾頭座(16)的內螺紋用于調整彈性夾頭(17)對測試件(14)的夾緊程度，測試件(14)的右側是靠軸承(11)和通用套(13)支撐，并處于自由狀態，測試件(14)不同的尺寸可對應更換不同的通用套(13)，增加專用夾具的通用性。彈性夾頭座(16)左端的花鍵軸段與驅動聯接盤(2)上的花鍵孔配合，當皮帶輪(3)轉動時，通過驅動聯接盤(2)帶動彈性夾頭座(16)轉動，彈性夾頭(17)與彈性夾頭座(16)之間的摩擦力帶動彈性夾頭(17)轉動，測試件(14)也隨之轉動。轉動過程中，由于止口軸承架(5)安裝于箱體(8)上支撐軸承(4)和皮帶輪(3)之間，來自于動力傳動徑向力只通過軸承(4)和皮帶輪(3)作用于止口軸承架(5)，不會作用于彈性夾頭座(16)上。這樣，本裝置實現了驅動測試件(14)轉動與動力傳動過程中的徑向力分離。

4結束語

機械設計專業本科畢業設計大多數設計題目屬于實際工程應用類型，在大學生完成畢業設計的過程中，把TRIZ理論的創新原理和創新過程應用在畢業設計的方案設計、原理設計或結構設計上，不但可以實現符合實際要求的變形設計產品設計，而且可以借助于創新工具實現原創性設計產品設計。這樣的過程對于機械設計專業提高畢業設計質量無疑是有效的。同時，學生畢業后面對企業的管理、技術和研發等各個方面的工作，其設計創新能力對于企業未來的發展和科技進步有著積極影響。