摘要：隨著制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的深入，對(duì)機(jī)械工程人才的綜合創(chuàng)新能力與實(shí)踐技能提出了更高要求。地方高校作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要基地，其機(jī)械類專業(yè)的CAD/CAM/CAE（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造/工程分析）教學(xué)體系亟需改革，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與技術(shù)發(fā)展的需求。本文以地方高校機(jī)械類專業(yè)為例，探討將TRIZ（發(fā)明問(wèn)題解決理論）創(chuàng)新方法論系統(tǒng)性地融入CAD/CAM/CAE課程教學(xué)與關(guān)聯(lián)教學(xué)設(shè)備研發(fā)的路徑，旨在構(gòu)建“理論-方法-工具-實(shí)踐”一體化的創(chuàng)新教學(xué)模式，并推動(dòng)配套教學(xué)設(shè)備的自主開發(fā)，從而有效提升學(xué)生的技術(shù)創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐素養(yǎng)。
一、引言
CAD、CAM、CAE技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的核心工具鏈，其教學(xué)是機(jī)械類專業(yè)工程能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前許多地方高校的相關(guān)教學(xué)仍存在顯著問(wèn)題：教學(xué)內(nèi)容偏重軟件操作，與工程實(shí)際問(wèn)題及創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程脫節(jié)；教學(xué)方式以模仿練習(xí)為主，缺乏對(duì)學(xué)生系統(tǒng)性創(chuàng)新思維的訓(xùn)練；實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往昂貴、封閉且更新滯后，難以滿足個(gè)性化、探究性學(xué)習(xí)需求。TRIZ理論作為一種系統(tǒng)化的創(chuàng)新問(wèn)題解決方法論，強(qiáng)調(diào)通過(guò)分析矛盾、利用資源、應(yīng)用創(chuàng)新原理來(lái)解決問(wèn)題，其思維模式與CAD/CAM/CAE技術(shù)所支撐的現(xiàn)代設(shè)計(jì)流程高度契合。因此，將TRIZ理論深度融入教學(xué)改革，并以此為指導(dǎo)研發(fā)適配的教學(xué)設(shè)備，具有重要的理論與實(shí)踐意義。
二、TRIZ理論指導(dǎo)下的CAD/CAM/CAE課程教學(xué)體系重構(gòu)
- 教學(xué)目標(biāo)升級(jí)：從“軟件操作員”培養(yǎng)轉(zhuǎn)向“創(chuàng)新設(shè)計(jì)者”培養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)不僅包括掌握軟件工具，更強(qiáng)調(diào)運(yùn)用TRIZ工具（如矛盾矩陣、物-場(chǎng)分析、進(jìn)化趨勢(shì)等）發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題、定義技術(shù)矛盾、生成創(chuàng)新概念，并利用CAD建模、CAE仿真驗(yàn)證、CAM編程實(shí)現(xiàn)這一完整流程。
- 教學(xué)內(nèi)容融合：在傳統(tǒng)軟件教學(xué)模塊中，有機(jī)嵌入TRIZ核心概念與工具應(yīng)用案例。例如，在CAD參數(shù)化建模教學(xué)中，結(jié)合TRIZ的分割、組合、局部質(zhì)量等原理講解結(jié)構(gòu)創(chuàng)新；在CAE結(jié)構(gòu)優(yōu)化教學(xué)中，引入理想解、物理矛盾與分離原理引導(dǎo)優(yōu)化方向；在CAM工藝規(guī)劃中，運(yùn)用進(jìn)化趨勢(shì)預(yù)測(cè)加工工藝發(fā)展。
- 教學(xué)模式創(chuàng)新：推行“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”模式。設(shè)計(jì)一系列從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的綜合性設(shè)計(jì)-分析-制造項(xiàng)目，要求學(xué)生以小組形式，運(yùn)用TRIZ工具進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，并全程使用CAD/CAM/CAE工具完成從概念到虛擬原型乃至實(shí)物加工的全過(guò)程。教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)迭代與優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生的工程系統(tǒng)思維。
- 考核評(píng)價(jià)改革：建立多維評(píng)價(jià)體系，降低軟件操作熟練度的單一權(quán)重，增加對(duì)創(chuàng)新思維過(guò)程、問(wèn)題解決方法有效性、設(shè)計(jì)方案新穎性與可行性的評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)原創(chuàng)性與系統(tǒng)性思考。
三、基于TRIZ與教學(xué)需求的專用教學(xué)設(shè)備研發(fā)策略
先進(jìn)、開放、低成本的教學(xué)設(shè)備是支撐上述教學(xué)改革的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。其研發(fā)應(yīng)遵循以下策略：
- 以TRIZ資源分析原理指導(dǎo)設(shè)備設(shè)計(jì)：充分利用校內(nèi)現(xiàn)有資源（如舊機(jī)床、標(biāo)準(zhǔn)零部件、開源軟硬件平臺(tái)），通過(guò)功能裁剪、組合創(chuàng)新，開發(fā)模塊化、可重構(gòu)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。例如，開發(fā)可兼容多種CAD/CAM軟件、支持多種加工工藝（如3D打印、數(shù)控銑削）的桌面級(jí)一體化教學(xué)工作站。
- 貫徹TRIZ理想化最終結(jié)果思想：設(shè)備研發(fā)應(yīng)以“用最少成本實(shí)現(xiàn)最大教學(xué)功能”為導(dǎo)向。追求設(shè)備的高度集成化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化，使其不僅能完成基礎(chǔ)操作訓(xùn)練，還能支持創(chuàng)新設(shè)計(jì)驗(yàn)證、虛實(shí)結(jié)合仿真、遠(yuǎn)程協(xié)作等高級(jí)教學(xué)功能。
- 應(yīng)用進(jìn)化趨勢(shì)預(yù)見技術(shù)發(fā)展：設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)具備良好的可擴(kuò)展性與可升級(jí)性，能夠方便地接入新的傳感器、執(zhí)行器或軟件模塊，以適應(yīng)快速變化的技術(shù)環(huán)境，延長(zhǎng)設(shè)備生命周期。
- 開發(fā)配套的虛擬仿真與數(shù)字孿生系統(tǒng)：針對(duì)昂貴或危險(xiǎn)的實(shí)體設(shè)備操作，研發(fā)高保真的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，并與實(shí)體設(shè)備形成數(shù)字孿生，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中安全、低成本地進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，再映射到實(shí)體設(shè)備進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)“虛-實(shí)”融合的沉浸式學(xué)習(xí)。
四、實(shí)施路徑與預(yù)期成效
實(shí)施路徑建議分階段進(jìn)行：第一階段，進(jìn)行教師TRIZ理論培訓(xùn)與課程內(nèi)容重組試點(diǎn)；第二階段，開發(fā)核心課程的教學(xué)案例庫(kù)與項(xiàng)目庫(kù)，并啟動(dòng)關(guān)鍵教學(xué)設(shè)備（如模塊化數(shù)控教學(xué)平臺(tái)）的研發(fā)；第三階段，全面推廣新型教學(xué)模式，完善設(shè)備系列，并建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。
預(yù)期成效包括：顯著提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的創(chuàng)新自信與能力；形成一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特色教學(xué)設(shè)備與數(shù)字化教學(xué)資源；增強(qiáng)地方高校機(jī)械類專業(yè)與區(qū)域產(chǎn)業(yè)的契合度與服務(wù)能力；為同類院校的工程教育改革提供可借鑒的模式與經(jīng)驗(yàn)。
五、結(jié)論
將TRIZ創(chuàng)新理論系統(tǒng)融入地方高校機(jī)械類專業(yè)的CAD/CAM/CAE教學(xué)，并以此驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)教學(xué)設(shè)備的自主研發(fā)，是一條有效的教學(xué)改革路徑。它能夠打破傳統(tǒng)教學(xué)的知識(shí)與技能壁壘，構(gòu)建以創(chuàng)新方法為牽引、以先進(jìn)工具為支撐、以工程實(shí)踐為載體的新型人才培養(yǎng)模式。這不僅有助于培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)制造業(yè)需求的創(chuàng)新型工程人才，也能促進(jìn)地方高校教學(xué)科研水平的整體提升，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)與產(chǎn)學(xué)研的良性互動(dòng)。未來(lái)的研究可進(jìn)一步聚焦于具體融合課程的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、教學(xué)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)以及教學(xué)效果的長(zhǎng)效評(píng)估機(jī)制。
