基于TRIZ创新方法的开放式创新实验室建设方案

第一篇：基于TRIZ创新方法的开放式创新实验室建设方案

基于TRIZ创新方法的开放式创新实验室建设方案

[摘要]基于TRIZ创新方法，论文提出了一种全新的开放式创新实验室的建设方案，即学生通过前期讲座掌握RTIZ创新方法，按照创新方法实验报告模板的指引完成实验方案构思，最终得到具有创新性、新颖性及实用性的创新成果。

[关键词]TRIZ；创新方法；开放式创新实验室；建设方案

1、引言

为进一步推行开放式实验教学改革，形成动态、开放、自主、多元的实验教学模式，激发学生自主创新兴趣，培养学生创造性思维能力、创新性实验能力、科学研究能力，许多高校正在开展开放式创新实验室建设工作，创新实验室的建设目标是能够找到一条既适合大面积教学需求、又适合少数有需求学生的探究性研究的有效教学实践模式。

创新思维与创新方法在创新能力培养中占有重要地位，创新思维与创新方法正在被人们认可和重视。TRIZ理论是前苏联-阿塞拜疆 Azerbaijan发明家根里奇?阿奇舒勒所提出的，他从1946年开始领导数十家研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体，通过对世界高水平发明专利（累计250万件）的几十年分析研究，基于辩证唯物主义和系统论思想，提出了有关发明问题的解决理论。TRIZ理论通过对人类创新活动的高度概括，目前已经形成了一套具体求解创新问题的工具和方法。

在当前“大众创业、万众创新”的历史背景和机遇下，高等教育在培育创新精神和培养创新型人才方面肩负着特殊的使命，而在传统教育模式的基础上如何导入创新教育是一个亟待解决的问题，需要我们在教学实践中进行不断的探索。大学生创新能力与创新思维的培养可从创新认识、创新方法、创新活动流程等多方面切入，其中，创新思维是框架，创新思维到创新能力的转变至关重要。基于TRIZ创新方法，论文提出了一种全新的开放式创新实验室的建设方案，即在指导学生了解、熟悉、应用RTIZ创新思维方法思想的基础上，结合学生专业实际，依托可行性较高的溶创新方法于一体的实验报告模板，让学生在潜移默化中接受创新能力训练，通过后期的专利和论文成果的辅导使得创新成果得以凸显。

2、开放式创新实验室的特点

开放式创新实验室具有适用性、开放性、创新性的特点。适用性要求实验项目的规模至少能满足10人以上同时开展实验的要求，这是由于创新性的实验项目的开课对象一般为具有一定专业基础的相关专业大面积本科生，实验项目本身也包含面广量大的学科基础实验课和专业基础实验课；开放性要求实验项目在现有实验室条件下或通过建设后能够真正开出，满足开放性实验教学要求，在实验时间、实验空间、实验资源和实验室管理等方面实现开放，学生在教师指导下，自主设计实验方案、开展探索研究、进行数据分析处理和撰写实验报告，注重实验过程评价而不是实验结果的评价；创新性要求实验项目的选题应尽可能反映学科前沿课题或社会生活中有待解决的问题，从最新的科研成果或教改成果中凝练出实验项目，体现实验内容自主性、实验结果未知性、实验方法和手段的探索性，注重启发学生创新思维，培养学生自主研究学习能力。

3、开放式创新实验室建设方案

鉴于开放式创新实验室的上述特点，从TRIZ创新方法应用的角度出发，我们提出了一条基于TRIZ创新方法的开放式创新实验室建设方案。开放式创新实验室的开课模式主要分选课、上课、提交报告、评定成绩四个阶段，下面分别进行说明。

选课阶段，针对我校每学期2500名左右选修实验课程的本科生，给出250名左右的创新实验选课名额，遴选出对创新有兴趣的同学。

上课阶段，首先通过两次课堂讲座形式对250名选课同学进行TRIZ创新方法及创新思维的培训以及专利相关知识的辅导，然后分发创新实验报告模板，让学生按每10人一组自行分组，并确定每组进入实验室确切时间；在实验课堂上，实验室提供多个与本校专业密切相关的课题供学生自行选择，每个课题又可以衍生出若干子课题，例如我们实验室的“空气阻力系数测定”项目是在南京千韵公司的QY-KZIA空气阻力系数测定实验仪的基础上建立起来的，当一个物体与空气的气流发生相对运动时，气流会对物体产生一种阻力，这种气流对物体的阻力可简称为流阻（或风阻），对于在迎着气流方向上同样的横截面情况下，不同的形状的物体所受流阻是不相同的，这种不同形状物体所受流阻的系数就是本实验要研究的主要内容，通过本实验来研究不同形状物体的阻力系数，对水文、流体力学、建筑设计、航空和汽车设计、高速列车设计等与气流速度密切相关的行业都有很现实的意义，每位同学可以根据自己的专业与兴趣，选择一个问题，应用TRIZ方法，按照实验报告模板的指引，完成自己的创新研究。

提交报告阶段，按照实验报告模板的要求，提交问题解决过程及最终优化方案，教师分析方案创新性、新颖性及实用性，择优推荐申请专利或发表在实验室内部刊物《创新方案》上。

评定成绩阶段，创新实验最终成绩由参加两次讲座及实验过程及方案综合评定，提交完整问题解决方案并公开发表者，实验成绩为优，并优先推荐参加校级物理创新竞赛。

4、总结

论文从TRIZ方法应用的角度出发，结合高校教学现状与需求，提出了一套具体翔实并具有适用性的开放式创新实验室建设方案，可供教学改革与TRIZ应用研究者借鉴与应用。

参考文献

[1]卢艳军.大学生创新实验室运行管理模式的研究[J].实验技术与管理，2014，（12）.[2]齐二石.创新实验室模式下高校管理创新型人才培养研究[J].天津科技，2014，（9）.[3]田裕康，罗维平.创新实验室自主管理和自主学习模式探析[J].实验技术与管理，2012，（2）.[4]郝卫东，李静，唐亮.开放性机器人创新实验室建设研究[J].高教论坛，2009，（9）.[5]张开骁，张佳妮，应海华，雷撼，张凯.TRIZ创新理论在光电效应实验仪改进中的应用[J].科技创新导报，2015，（1）.[6]覃方.技术创新方法TRIZ的推广应用研究.广东省社会科学院，2014，（5）.[7]周贤永.基于TRIZ和可拓学的技术创新理论与方法研究.西南交通大学，2012

[8]彭慧娟，成思源，李苏洋，向孟群.TRIZ的理论体系研究综述[J].机械设计与制造，2013，（10）.[9]吴魏霞.大学物理实验分组式讨论教学方法的探讨[J].实验室科学，2014，（3）.[10]张新超，郭子铎，赵立珍，李瑞东，杨健.理工类大学物理实验课程考核方法探讨[J].教育教学论坛，2013，（4）.作者简介

张开骁（1978-）男，江苏南京，副教授，研究方向为教学改革与创新方法研究.

第二篇：TRIZ创新方法课程设计报告

TRIZ创新方法课程设计报告

创新案例——自动吸尘器

1.1TRIZ概述

TRIZ就是“发明问题解决理论”的俄语缩写，是由前苏联发明家阿奇舒勒在1946年创立的，因而阿奇舒勒被尊称为TRIZ理论之父。TRIZ理论被公认为是使人聪明的理论。

TRIZ有9大组成部分，核心是技术进化原理。按这一原理，技术系统一直处于进化之中，解决矛盾是其进化的推动力。TRIZ理论也可大致分为3个组成部分：TRIZ的理论基础、分析工具和知识数据库。其中，TRIZ的理论基础对于产品的创新具有重要的指导作用；分析工具是TRIZ用来解决矛盾的具体方法或模式，它们使TRIZ理论能够得以在实际中应用，其中包括矛盾矩阵、物-场分析、ARIZ发明问题解决算法等；而知识数据库则是TRIZ理论解决矛盾的精髓，其中包括矛盾矩阵(39个工程参数和40条发明原理)、76个标准解决方法等等。

学习、研究、应用、推广TRIZ理论可以大大缩短发明创造的进程，提升产品的创新水平。经过半个多世纪的发展，尤其是进入21世纪，TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系。

1.2问题领域以及现状

优雅完美的居室，必须悉心打理，才可保持舒适整洁，有条不紊。吸尘器理想的设计与卓越的科技，令家居清洁工作倍添轻松、快捷，并满足您对每一项清洁要求。它以先进的吸尘鸽、多用途的附件、超强劲的吸力，吸尽每一角落的尘埃，清理难接触的墙角落、天花板、沙发底下到橱柜之间的缝隙，无微不至，令全屋显得干净无暇。在当今科学技术飞速发展的形式下，人们对生活有了更新的追求。随着我国城市化的加剧，人们生活节奏的加快，因此，越来越多的新产品进入到人们的日常生活，取代了越来越多的人力劳动。吸尘器将要成为我国每一个家庭的必需品，它给许多忙碌的人们带来了无穷的便利。吸尘器是一种利用风机和电动机的装置清除室内灰尘的一种家用电器。长期以来，吸尘器都跳不出需要人为管理和充电的使用模式，所以要找准设计定位，自主创新，运用TRIZ(Theory of lnventive Problem solving)理论指导吸尘器的创新设计，设计出符合消费者需求并具有市场竞争力的吸尘器产品。

2.1初始问题情境描述

对于大部分消费者来说，功能多样、自动吸尘、自动获取能量、无需管理、造型简约、美观、具有装饰效果的吸尘器比较容易受到消费者的亲睐。功能多样、造型简约、美观、具有装饰效果比较容易做到，问题是如何做到自动吸尘、自动获取能量、无需管理。因此可以推出概念化如机器人一样获取太阳能或电磁场能周期性自动吸尘器。

2.2设计存在冲突

1)吸尘口与功率的冲突。2)吸尘器的尺寸与滤尘袋尺寸、储能空间的冲突。

本论文主要就以上问题，基于TRIZ理论进行问题思考及解决。

2.3目前已有的解决方案及其优缺点

1)立式吸尘器。又称直立式戴手推式，从下至上依次安放滤尘袋，风机和电机，吸尘量大。

2)卧式吸尘器。从前至后依次安放滤尘袋，风机和电机，吸尘量较大。

3)便携式吸尘器。结构安排方式和卧式相同，但尺寸小得多，灵活易于携带。

4)微型吸尘器，结构简单，使用灵活，多用干电池作电源。

3.1组件分析

吸尘器的主要组成部件有：动力部分、过滤系统、功能性部分、保护措施、附件等等五大部件，具体情况如下：

1）、动力部分：这部分主要包括吸尘器电机和调速器，调速器分手控、机控，电机有铜线电机和铝线电机之分，铜线电机有耐高温、寿命长、单次操作时间长等优点，但价格较铝线比较高；铝线电机有着价格低廉的特点，但是耐温性较差、熔点低、寿命不及铜线长。

2）、过滤系统：主要有尘袋、前过滤片、后过滤片等三种不同的过滤装置。

3）、功能性部分：收放线机构、尘满指示、按钮或滑动开关。

4）、保护措施：吸尘器的保护装置主要有无尘袋保护、真空度过高保护、抗干扰保护（软启动）、过热保护、防静电保护。

5）、附件：吸尘器的主要附件有手柄和软管、接管、地刷、扁吸、圆刷、床单刷、沙发吸、挂钩、背带。

可以把它拆分以下几个组件：

3.2互相作用分析

一个进气口（包含若干清洁附件）；一个排气口；一个气泵（由电动机与风叶轮组成）；一个集尘收纳装置；一个外壳，可容纳所有其他组件。

当气泵转动时，会将空气一直推到排气口。当空气被向前推动时，风扇前方的粒子密度会增加，空气压力也相应增加，而风扇后方的空气密度会减小。气泵后方所产生的压力降就如同您吸饮料时吸管中所产生的压力降一样。气泵后方的压力低于真空吸尘器外部的压力，即环境气压。这会在真空吸尘器内部产生吸力，即部分真空。因此吸尘器外部的空气就自动通过进气口进入吸尘器。

3.3可否裁剪系统

对于吸尘器的结构分析，系统裁剪，会导致相关功能的不完善，故我们使用确立理想解的5个步骤分析该问题并提出理想解:

(1)设计的最终目的是什么?

清除室内灰尘。

(2)理想解是什么?

自主获取能量的机器人节能型吸尘器(无需人的管理)。

(3)达到理想解的障碍是什么?

技术不够成熟。

(4)出现这种障碍的结果是什么?

在现有技术的基础上寻求创新与突破，寻求替代资源，不断地开发研究。

(5)未出现这种障碍的条件是什么?

可以利用可再生资源如太阳能、电磁场能等获取能量供电机工作。创造这些条件存在的可用资源是什么?太阳能或电磁场能。

4.1解决矛盾问题

5.1物—场问题

对于现有吸尘器可以通过物质一场分析模型见图2。

其中: F 为电能和机械能;S1.1为灰尘;51.2为噪声和耗能;52为吸尘器、吸尘器与使用环境的物质一场模型。

6.1解决方案一

预操作，通过搏动低压预先疏松灰尘。动态化，将吸尘器的吸尘口设计成可调整大小。

6.2解决方案二

分割，将滤尘袋分离成过滤袋和收集站两部分。过滤袋小、收集站大。参数变化，在其内部装入一个适当大小的锌片，通过外部数据的设定自动获取能量(如太阳能、吸尘过程中能量的收集等)，自动感知所需的操作，操作自动监控。

7.1最佳解决方案

该吸尘器的最终概念设计方案是吸尘口可大可小的，机器人似自动操作、自动获取能量、自动归位、周期性作业的高级智能型吸尘器。故最佳方案应该是以上两种方案的综合体。

7.2可能带来的问题

1）吸尘器口的可调节大小，需要占据更多的空间，加大了吸尘器的尺寸，提高了制作成本；

2）滤尘袋分离成过滤袋和收集站两部分，可能需要增加对收集站的清洁；

3）自动获取太阳能装置需要考虑到温度湿度等外界因素，增加了维修的费用。

7.3学习总结

自从学习了创新方法这么课程，我才发现生活中看待事情可以从很多角度去发现，去创新。一个复杂的事物，可以通过各种分解或者简化代替，是我们更容易理解其中的知识。

这门课程并非只是枯燥乏味的科学原理，更多的是对日常生活中最简单的事物去解读和研究其原理，真真正正贴合我们的日常生活，再加上周老师生动有趣的讲解，使原来枯燥的内容变得有趣，我们从中思考很多，也学到很多。以后当我们面临各种问题时，相信也会因为学习了这门课程而有不同的思考和理解，同时也会使用相关原理和知识去解决生活中的问题。

最后，感谢周老师的精彩授课，也很高兴能够选上这一课程，希望更多的人能够通过对创新方法的学习，能开阔自己的视野、丰富自己的认知，更好地感受生活的美妙。

第三篇：发明创新理论TRIZ

《发明创新理论TRIZ》课程结业论文

基于TRIZ理论的计算机辅助

创新设计方法探讨

基于TRIZ理论的计算机辅助创新设计方法探讨引言

创新是企业得以生存和持续发展的内在动力，是当今之企业核心竞争力的重要标志。在知识经济时代，世界科技的发展将更加迅速，产品的技术含量不断提高，产品生命周期将更加缩短。一个新产品的设计过程，包括许多复杂推理及作出决定的过程。产品创新意味着需要更多的跨学科的知识结构、更复杂的技术支撑和更完善的创新理论。

目前，软件在产品的分析、计算、绘图以及制造等方面发挥了很大的作用，但在产品创新构思阶段，更多、更重要的是非数据计算的通过想象、推理和判断来解决的创新活动，现有CAD软件不能支持概念设计阶段的创新活动，更不可能支持创新设计，因此，一个能支持产品创新设计的模型、方法和相应的计算机软件系统，将有助于产品创新设计技术的发展。创新设计和计算机辅助创新技术的概念

2.1 创新设计的定义

产品创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法和技术原理)进行创新构思，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性的产品的一种实践活动，是创造具有市场竞争优势商品的过程。

2.2 计算机辅助创新的定义

计算机辅助创新(Computer-Aided Innovanovation)简称(CAI)，该技术是近年来在欧美迅速发展起来的新技术。它集发明问题解决理论(TRIZ),现代设计方法学、本体论、语义处理技术以及计算机软件技术为一体，填补了CAX领域的技术空白，成功地把信息化技术应用到了产品生命周期的最前端。在产品研发过程的开始，尤其在概念或方案设计阶段，提供先进的创新理论、方法及多学科知识的支持，使研发人员能够有效地运用创新的科学规律，打破思维定势，全面地分析问题，从不同学科领域中借鉴有效的技术和方法，从而构建出科学的创新设计方案，优化研发进程，减少后期的重复开发和资源浪费。

正像CAD计算机辅助创新技术可以将多个领域的科学知识有机地综合起来，有助于设计者拓宽思考空间，打破思维定势，引导设计者综合应用各学科的知识，获得突破性的创新知识，为产品创新源源不断地提供富有创造性的设计方案，成为企业提高新产品开发能力和经济效益的重要手段。3 计算机辅助创新设计系统的实现

3.1 TRIZ理论

TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)是“发明问题解决理论”俄文的缩写，是研究创新的科学规律的理论。它是由前苏联发明家G.S.Altshuller在1946年创立的。TRIZ理论的基本原理是：①所有具有某种功能的技术系统都是按照相同的规律进行演化和发展的;②在一个技术系统的发展过程中，对系统中任何一部分进行改进，将会导致与系统中其他部分发生冲突。解决这一冲突，可使系统整体性能得到改善，重复这个过程，使系统更接近理想状态。

20世纪90年代开始，TRIZ理论研究与实践在美国、欧洲、日本和韩国迅速发展，应用也遍及许多领域。例如，将TRIZ工具应用到安全气袋设计，开发者通过应用TRIZ工具发现问题之后产生的突破性方案和处理其中的冲突，把TRIZ进化模式加到他们当前技术知识去发现新的可能解。

3.2 计算机辅助创新设计系统的实现

目前已有的CAD软件不能为设计者提供产品创新支持，开发CAI软件具有广泛应用前景。

基于TRIZ理论的CAI软件在发达国家的企业，特别是大企业应用效果较好，已成为

CAI软件开发的一个热点。美国Inventionmachine及Ideation International基于TRIZ理论分别开发了商品化软件Tech0ptimizer及Innovation WorkBench(IWB)；德国的TriSolve：公司2001年推出了基于TRIZ理论的CAI软件TirSolver2.1；荷兰的Insytec B.V 公司开发了TRIZ Explorer(tm)软件；新的软件还不断出现。这些软件使TRIZ中的概念、原理、工具与知识库紧密结合，应用这些软件设计者能充分利用优秀的工程设计实例，为正在开发中的产品提供设计参考，使设计快速、有效、高质量地完成。

计算机辅助产品创新设计有三个基本条件：一是有一个方法论；二是有一个足够大的信息空间以充分获取适用的知识和激发创新灵感；三是有一个符合创新设计思维方法的辅助设计系统。

计算机辅助创新设计系统一般都包含以下几个模块：项目导航、技术系统分析、问题分解、解决方案、创新原理、专利查询、方案评价和报告生成、知识库扩充、专利申请等模块。计算机辅助创新设计系统的流程图如图1所示。

图1 计算机辅助创新设计系统流程图

3.2.1 项目导航

项目导航模块主要是研发人员对项目和问题初始情境进行描述，支持导人多幅图像方便对问题的理解和描述。在项目导航中管理整个的创新问题求解流程。

3.2.2 技术系统分析

技术系统分析模块主要是研发人员通过对技术系统进行分析，建立功能模型来理解一个系统；并通过系统分析找出当前系统的不足，定义系统存在的问题。

技术系统的功能模型主要描述四部分内容：零部件、(系统/产品)对象、超系统、有用或有害功能。各零部件部件在系统中具有不同的角色，包括能量源、能量传递(传导器)、能量转换(转换器)、能量放大(放大器)、工具、控制工具、传感器、信号比较器、编码/解码器、记忆单元、信号指示器、容器等。各模块之间通过某种连结完成特定功能，这种连结通过线条表示，主要分为主能量流(mainline)，控制流(control line)，结构流(case lines)，和有害能量流(undesirable line)。

通过系统建模，便于研发人员全面系统了解技术系统的工作原理以及各组成部分的功能角色，为研发人员交流讨论提供了共同语言，它也是一种结构化的技术系统方案描述方式，有利于创新成果的知识表达和将来的知识重用。

技术系统的系统分析通过所建功能模型的分析和评价，可以有效地揭示并解决技术系统中存在的问题，从而进一步提升和改进技术系统功能。基于所建功能模型，自动生成一系列要解决的问题，帮助研发人员找出当前系统的不足，支持已有系统的改进和新系统的设计。

3.2.3 问题分解

运用三轴问题分析法、系统层次轴和因果关系轴等方法对初始问题进行分析与重定义，将复杂的工程问题分解成为多个子问题。帮助用户发现隐藏在表层问题背后的真正问题。

3.2.4 解决方案

实践证明，研发人员遇到的80%的问题其实在其它领域已经被解决。解决方案模块帮助用户及时发现已有的成功的解决方案，提供给用户在原有方案基础上快速寻求自己问题的合理解决办法。计算机辅助创新软件中的解决方案大部分是基于对欧美高水平发明专利的分析，形成涵盖众多领域的创新方案知识库。运用语义处理技术和本体论技术，构建起描述工程领域知识的本体论词典，提供包括语法扩展、语义扩展、本体论扩展和关键词在内的多种查询方式。基于本体论的直接问题求解，利用本体论对创新方案知识库进行搜索，提供给用户直接的可付诸实施的解决方案。

3.2.5 创新原理

在技术系统的改进和设计过程中，通常会出现改进某一特性导致其他特性恶化的情况，即出现矛盾。创新原理为研发人员解决技术系统中存在的矛盾提供了方向和思路。该模块提供研发人员基于TRIZ理论的启发式问题求解。创新原理是在大量专利分析研究基础上总结出来的、解决不同工程领域矛盾问题的有效工具。每个创新原理中均包含数个来自于专利的实例帮助用户理解和使用。

3.2.6 专利查询

基于专利知识解决实际问题是一种重要的创新方式。计算机辅助创新软件提供专利查询技术，即通过一种语义扩展方式，对一个具体问题，能够提供不同相关程度的专利信息，为创新问题解决提供更加全面的知识支持。专利查询支持在线对美国、欧洲和日本专利局数据库的自动查询。工程师可以根据自己需要，选择合适的专利，加人到自己的解决方案中，还可以在此基础上进行语义提取和整理，添加到系统的解决方案知识库中，使得系统知识库更加强大和专业。

3.2.7 方案评价

计算机辅助创新软件提供了两种解决方案评价模式：客观评价和主观评价。客观评价是基于每个解决方案来自的专利的引用次数来确定。如果一个专利被引用次数越多，就说明这个专利越基础、越适用、越重要。

解决方案的主观评价分为两种：基于参数评价模型的单专家评价和多专家评价。这两种评价方式首先要构建一个评价参数模型，评价参数包括正面参数和负面参数，正面参数就是

值越大越好的参数，例如噪声减小的程度；负面参数就是值越小越好的参数，例如解决方案实施的成本和时间。在参数模型中也可以按照每个参数的重要程度设置每个参数的权重。而多专家评价则需要在此基础上还要构建专家组模型，包括参与评价的专家信息，根据他们的评价意见对最终结果重要性分别设定其权重。

3.2.8 报告生成计算机辅助创新软件根据用户的不同需求提供不同的报告生成模板。在生成的报告中可以包含整个问题的求解流程，如项目的管理信息，问题分解，找到的多个候选方案，方案评价等内容。

3.2.9 知识库扩充

一个企业的持续成功依赖于有效地利用和管理智力资产。计算机辅助创新软件提供创新方案库扩充功能。用户可以将自己经过长期的业务实践而掌握的专业知识、成功的经验甚至失败的教训按照一定的格式组织起来，并构建其中的本体关系，让宝贵的企业经验从个体的知识变成公有的、可以共享的、有组织的知识，让中、青年研发队伍有效地继承学习老专家的经验，为进一步的创新提供巨大的知识源泉，实现智力资产在企业内部的有效管理和传递。

3.2.10 专利申请

知识经济时代，智力资产已经成为企业最重要的资源。智力资产保护也成为企业最关心的问题。计算机辅助创新软件提供有专利生成模板，支持申请的辅助生成。针对用户最终形成的解决方案，提供了快速生成专利申请报告的模板，满足用户申请专利的需要。同时还提供新颖性检(Invention Originality Query)功能。可以根据专利分类号/索引，专利索引等进行查询，以查找与所要申请的专利相关的专利号和已有专利。计算机辅助创新设计方法应用探讨

计算机辅助创新设计平台能够使研发人员者在短时间内了解并掌握最先进的创新理论和方法，以全新的思维方式分析问题。在此平台上，研发人员能打破思维定势，根据行业特点，为企业量身定制符合实际情况的创新能力拓展训练平台。但该平台能否使企业在短期内提高全员创新能力还取决于以下几个方面的因素：

4.1 完善的创新能力培训模式

计算机辅助创新设计平台是一种计算机支持的数字化学习与培训平台。要想使研发人员尽快用起来，必须加强TRIZ理论为代表的发明创造方法学及其他常用设计方法学的理论培训、案例讲解、练习巩固、实战演练和水平测试。采用循序渐进的学习方法，以帮助学员更好的理解创新原理，提高学习效果。

4.2 扩展知识库所须的人力和物力投入

计算机辅助创新软件的一个重要特点就是开放性，即它是一个可以扩展的知识平台。企业如能投人一定的人力和物力把自己行业领域知识中的成功经验和案例，甚至失败教训植人到知识库中，不仅可实现知识的积累、共享和重用，防止智力资产流失，而且将大大提高新产品研发速度，缩短研制周期。

4.3 健全企业技术创新的激励机制

为提高广大科技人员技术创新的积极性，企业要有健全的技术创新激励机制。在对研发人员技术创新绩效正确评价的基础上采取适当的激励措施。激励措施可分为三类：物质激励、精神激励和情感激励。物质激励是最重要的激励手段。物质激励也可根据实际情况采用资金、科技股份、出国培训等手段。但物质激励也有一些缺陷，美国管理学家皮特曾指出，重赏会使大家彼此孤立，影响工作的正常开展。而且大部分研发人员都非常重视企业的发展前景、团队工作气氛及领导的管理风格，因此精神激励和情感激励也是必不可少的。结束语

本文简述了创新设计和计算机辅助创新设计的概念，阐述了计算机辅助创新设计系统的模型和模块功能，对计算机辅助创新系统的应用进行了探讨，为工程技术领域新产品的创新提供了新的设计方法，也为计算机辅助创新软件的推广和应用打下良好的基础，有利于设计人员在产品的概念设计、方案设计阶段高效率、高质量地提出创新设计方案，从而达到提高产品竞争力的目的。

第四篇：STEAM创新实验室方案

易教STEAM创新实验室 建设框架方案 信息科技有限公司 目 录 一 易教STEAM创新实验室建设意义和价值……………… 3 二 易教STEAM创新实验室的主旨规划…………………… 4 三 易教STEAM创新实验室建设环境要求………………… 4 四 易教STEAM创新实验室人员配置……………………… 6 五 主要培训对象…………………………………………… 6 六 主要培训内容…………………………………………… 6 七 实验室内部区域划分…………………………………… 7 八 实验室配置方案及报价………………………………… 7 九 实验室主要设备参数及性能…………………………… 8 十 易教STEAM实验室课程方案介绍……………………… 13 一、易教STEAM创新实验室建设意义和目标 STEAM是指科学、技术、工程学、艺术和数学。根据这一理念，可以设置基础能力课程和创新实践课程。其中，基础能力课程旨在培养科技创新所需的各类基本能力，包括社会探究能力、益 智思维能力、动手操作能力、展示交流能力；

创新实践课程按照设计思维的流程，引导学生采用项目学习的方式开展科技创新实践。

“STEAM其实是对基于标准化考试的传统教育理念的转型，它代表着一种现代的教育哲学，更注重学习的过程，而不是结果。本质上来说，我们敢于让学生们犯错，让他们尝试不同的想法，让他们听到不同的观点。与考试相反的，我们希望孩子们创造能够应用于真实生活的知识。”所以STEAM教育倡导将各个领域的知识通过综合的课程结合起来，加强学科间的相互配合，发挥综合育人功能，让学生在综合的环境中学习，在项目活动中应用多个学科的知识解决问题。

1、建设意义 1)创新实验室是实践创客教育的良好手段，它不同于传统实验室，而是以融教学、实践、借鉴、创新和实现的创新教育理念为基础构建的虚实融合的学习环境。创新实验室的设计采用PST（Pedagogy-Space-Technology）的设计框架，旨在帮助学校创设新型学习空间，促使学生更多地投入学习和体验，获取最佳学习效果。

2)帮助学生：①将创意付诸实施，变成实物；

②做中学，以任务驱动学习知识和技能；

③持续分享，采用“想出”、“说出”、“写出”、“做出”、“展示出”的循序渐进的方式，彼此分享；

④协作学习；

（5）跨学科学习3)一种建构主义教学。我们经历的学校或者培训班教育，主要是“讲座式”的教育，老师无论是风趣还是无趣的在讲台上讲课，学生或是专心或是走神地坐着听课。这里不讨论这种教学方法有效无效，但这种教学方式其实是基于我们对于知识的一种假设：也就是知识可以通过老师传递给学生，灌输式直接告诉你知识和原理。但是建构主义的支持者们认为这种“传递”假设是不正确的，他们认为知识是由学习者自己建构起来的。所以教育需要给学习者提供能够让他们自己建构知识的环 境和机遇。老师在课堂上只是辅助性角色 2、建设目标 1)人性化的学习环境与空间，营造出一个能激励学生想象力和动手动脑激情的氛围，主题能突出操作实践和创造力，开发内容能突出想象力、激情和创造的欲望，能将人文和科技融为一体。丰富的工具设备、橱窗内的产品、模型，墙面的标语与科技图片等组成的学习与创造平和谐统一。

2)为学生开展操作性实践活动和创造性探究活动的工具(机械的、手工的、智能的、数字的、电教的)，提供相关的阅读刊物与教学资源，小组合作研讨、交流的学习设备与条件。

3)传播科学知识与技术、科学思想与精神、科学方法与态度、人文思想与科技文明等相关主题的科普走廊或图片资料，形成科普传播的教育阵地。

4)科学的管理制度和评价方法，有利于促进科技辅导员、教学与管理人员提高科技教育自觉性和主动性；

有利于提高科技辅导员、教学与管理人员自身的素质、兴趣、能力和职业精神。

二、易教STEAM创新实验室的主旨规划 通过开放、灵活的空间的设计、桌椅的摆放、墙面的布置，与各类创新实验室软硬件设备有效搭配、结合，让学习空间更具可调式性，为学生提供培养基础能力、创新能力和创新实践的物质空间。

“STEAM”实验室为学生提供能生成创意并实现创意的空间，配备以“设计思维”为核心理念的“基础能力”课程和资源，引导学生进行创新式学习设计；

也为学生提供从基础教学到设计创作的全套工具和设备的空间，配备“创新实践”课程和资源，帮助学生进行实践操作 三、易教STEAM实验教室建设环境的基本要求：

1、使用面积：80㎡-100㎡以上 2、实验室位置：实验教室应保证最佳建筑朝向，室内避免直射阳光，主要采光面应位于学生座位的左侧。

3、环保：教室内部装饰应选用环保型材料，室内环境噪声应低于 55 分贝，金属制品和木制品制作实验室可高于此标准。新建、改建、扩建实验室及附属用房时，甲醛、苯、氡等有害气体和放射性污染应符合相关标准中的限量值。对于在学生活动中可能产生较多垃圾的实验室，要配置足够的垃圾桶，垃圾应分类收集。

4、温度：室内温度应在 4℃至 30℃之间。室内可安装空调，温度宜控制在 16℃～28℃。

3D打印实验室应保持室内温度恒温。

5、供电：用电负荷应留有余地，以满足不断增加的现代化教学设备的需要；

按规范敷设强、弱电线，空调专线敷设，安装漏电过载保护器和可靠的接地保护。

6、综合布线：按有关技术规范敷设强、弱电线。强电电源插座与照明用电应分路设计、分别控制，用电负荷应留有余量，并安装漏电、过载和触电保护器，有可靠的接地保护措施。弱电应考虑冗余，在合适位置配备足够的网络信息接口。

7、安全：实验室应配备有效的防火、防盗、防潮等设施设备和外伤急救箱，急救箱中的药品应注意及时更换。应加强对工具、仪器和设备等的安全管理，加强对师生的安全教育，增强安全意识，确保师生人身安全。

8、环境：环境布置应适合小学生身心发展和认知特点，营造探知科学的氛围，做到生动活泼。

四、实验室人员配置 1、工作室专业3D打印工程师：能够使用3D建模软件进行3D建模；

熟悉主流3D打印成型工艺原理；

具备3D打印机的日常使用和维护技能，并获得相关行业公司的技能培训证书；

熟悉3D扫描技术，能够使用3D扫描仪。

2、优秀科技老师：能够使用3D建模软件进行3D建模；

熟悉各类3D打印成型工艺原理；

具备FDM桌面3D打印机的日常使用和维护技能，并获得相关行业公司的技能培训证书。

五、主要培训对象 1、中小学学生（三年级以上）2、中小学科技老师 六、主要培训内容 1、3D打印技术知识培训，包括各类打印技术以及打印材料普及；

建模软件的操作和使用；

2、3-6年级开设入门班和初级班，包括增材制造概念原理；

FDM桌面3D打印机使用；

基本3D建模软件的操作和使用；

3、7-11年级开设中级班和高级班，包括各类打印技术工艺原理；

FDM桌面3D打印机使用；

中级3D建模软件的操作和使用；

3D模型的打印切片转换；

结合3D打印机，介绍3D扫描仪的工作原理与基本使用。

4、老师培训项目，包括各类打印技术工艺原理；

FDM桌面3D打印机使用；

高级3D建模软件的操作和使用；

高级3D模型的打印切片转换；

结合3D打印机，介绍3D扫描仪的工作原理与基本使用。

七、实验室区域划分 1、教学区：主要进行日常教学与实践活动 2、科普区：主要以墙面展板为主 3、展示区：主要展示工作室作品 4、信息港：主要用来查询信息资料 5、工具台：

6、3D打印区：

八、实验室配置方案及报价 实验室设备清单：

序号 名称 规格 单位 数量 价格（万元）1 3D打印机 锐桌面级打印机 台 2 3D打印耗材 PLA 公斤（卷）3 电脑 主流机型和配置 台 4 高端电脑配置（用于处理三维扫描数据）显卡要求高 台 5 手持式扫描仪，设备包括扫描镜头，手持架子，软件光驱，加长线 三维扫描仪（包括软件和培训）台 6 遥控升降机 7 蓝牙自动转台 8 书写板 通用规格 块 9 教师台 通用规格 张 10 多媒体教学设备 LCD投影机+投影幕布等 套 11 总控电源 带有防雷击设施，有可靠的接地保护 套 12 工作台 可放置电脑与打印机 套 13 墙面展板 块 14 消防设备 套 15 各类配套线路、配件 16 教材 ²（最终报价根据双方商定情况及现场情况定）实验室参考实景图 九、实验室主要设备参数及性能 Ø 3D打印机 1、设备造型以及参数、制作的样件 2、打印过程 3、部分试验样件实物 4、应用范围 低成本3D打印机是设计师、教学及办公的得力帮手。能任何时间便利、及时的将设计图稿转化为成品，是生动直观的教学形式成为可能。这款产品的应用领域极为广泛，主要包括工业品设计、机械模具制造、教育、医疗、动漫、玩具、制鞋行业、首饰、艺术设计等等。

Ø 三维扫描仪介绍 手持式人体扫描仪是新一代的三维成像系统，采用瞬间闪光技术，被拍摄人员亦无不适感。同时采集手段采用了高像素的数码相机，纹理丰富，应用面广，可应用于雕塑，人体、工艺品、医疗、安全、娱乐等领域。

该产品具有较高的点云采集能力，采集的数据可以实现色、模分离（色：指色彩，模：指模型），同时是目前市场上面见到唯一一款性价比最高的人体扫描仪。该款扫描仪最大亮点在于软件的强大，采集好的数据，可以直接在配套软件里面进行处理，同时也可以导出其它格式，导入其它软件进行处理，达到一据多用的功能。

在MEPHISTO进入中国市场以后，Gotcha三维立体扫描仪，深受用户喜爱，得到了很好的推广，主要功能介绍：

生成三维模型（数据）：可以非常快速的生成真实的三维人像模型（数据）；

三维模型编辑：该项功能能够对生成的立体人像模型进行编辑和修饰，使模型更加生动；

模型点生成：将三维立体人像模型或其他的三维立体模型数据生成点云模型；

Ø 3D打印创新实验室软件介绍 软件优势及对比 行业建模软件有UG、RHINO、AUTODESK、PRO E、Solidworks、123D Design 系列,其中UG/PRE、Autocad、Rhino、Solidworks、Tinkercad均为当前比较流行的专业3D建模软件。对于初学者的使用建议使用rhino软件进行教学。Rhino具有下列有点，1.简单易学，没有基础也容易上手，有中文版 2.软件成熟 3.Rhino是建筑行业和汽车行业的主流建模软件之一，很受建筑设计师和工业设计师欢迎，值得长期积累学习4.Rhino插件丰富，可以有高级的进阶空间 5.Rhino网络学习资源丰富 6.Rhino支持obj和stl格式保存，满足3D打印机文件转换需求 十、易教STEAM创新实验室课程方案介绍 1、为更好的通过3D打印技术完善中小学教育体系，开拓新兴教育方式，提升基础教育水准，锻炼省内中小学学生的创新创造性能力，我们建议此次3D打印走进中小学的项目将分为三个阶段开展。

第一阶段是意识培养的进行。通过3D打印技术在教育教学中的实际应用，如将几何立体构造打印出来让学生直观了解几何内部元素联系、将历史课程中出现的古代物品打印出来；

在地理课上可以用学生们创作的3D打印世界五大洲板块立体模型更形象直观的呈现大陆板块；

在物理课程上用学生们制作的3D打印电动机零部件直接组装电动机等，让学生更深刻的理解其原理构造，从而激发学生的想象力和创造力，提高学生的科技素养与认识。

第二阶段是软硬件设施的完善。硬件方面，将建立中小学3D打印实践中心，每个中心至少有20台3D 打印机硬件设施，学生们可以随时打印出他们自己的创作作品。定期举办“中小学3D打印创意大赛”、“中小学教学模型3D设计大赛”、“3D工艺制品大赛”等活动，由浅入深的让学生了解3D打印机的产品性能、技术及相关行业发展，提升中小学生的创新实践能力和动手能力，拓展中小学生的课外视野范围，帮助孩子实现创新梦。

第三阶段是学生创造成果市场转化阶段, 让学生的优秀成果完成市场转化，是激发学生创新的催化剂。爱用将提供3D打印技术及3D打印机操作的系统培训。

2、课程设计理念 （1）：从概念到现实 课程结合中小学教材，将抽象概念通过实际的3D打印技术打印出实物（2）：从学、理解、到应用再创造 同学可以通过概念性实物进行再创造，给模型增加实际功能（3）：从积累进阶与提高 建模教程根据同学的学习能力和认知水平进行课程定制 ——教学目标（小学生3年级以上）l 通过虚拟建模环境与3D打印实物打印相结合，培养学生的空间想象能力。

l 让学生了解基本的3D打印相关知识:材料成型原理，设备工作原理和简单模型制作。

——课程设计 l 3D打印技术原理概论课 l 3D建模课 l FDM打印机操作应用课（简单模型前处理）课程内容模块：

课程：FDM打印机操作应用 教学目标：认识打印机的操作维护，掌握将模型打印成实物的技能.教学设备：电脑、打印机 课程内容：

l 启动操作 l 打印操作 l 打印软件安装及使用操作 l 打印学生在建模课自己学习制作的模型，打印数学、物理课应用教案，打印自己设计创造的模型 课程：3D打印技术原理概论 教学目标：对3D打印技术有个基本的概念和认知 教学设备：标准化课堂 3D打印是直接从数字模型通过材料的堆积来生产三维实体的技术，即增材制造。传统的制造为减材制造。增材制造举例，蜡笔在纸张上反复涂会产生厚度和形状/纸张通过叠加产生厚度/堆沙子等。减材制造举例，蜡笔通过卷笔刀或者美工刀切割/纸张裁剪出形状 3D打印技术原理：

l 3D打印机工艺介绍 l 耗材介绍 l 建模软件介绍 课程：3D建模 教学目标：培养空间想象能力与创造力，掌握基本的Rhino建模技能 建模软件：Rhino 教学设备：电脑 课程形式：

向学生展示一个用FDM打印机打印的实物模型。学生根据这个模型来学习视频教程，一节课结束学生可以通过Rhino建立自己的模型，并通过使用公司的3D打印机打印实物。

教学模型选取条件：

1.模型打印时间控制在45/90 分钟以内 2.模型可以成功使用打印机打印 3.模型的选取满足小学生的认知与兴趣 4.模型的复杂度满足小学生的学习能力 5.模型的复杂度随着教学过程的推进有个逐步的积累

第五篇：开放式创新教学1

《开放式创新实践教学》成果展

一、开放式创新教学模式的形成

开放式创新教学模式，相对于传统的“以教师为中心，以教材为中心”的教学而言，它是指把教学放在一个开放的体系中来进行教学设计，突破教材的文本限制，融入学生的直接经验和面对的现实问题，实现内容的开放化；突破教师单向的传承，融入学生的自主探究、合作学习，实现方法的开发化；走出教室实现空间的开放化等。开放的内容、方法和空间，打破了课堂教学对学生的限制，因而有利于学生创新精神和实践经验的培养。

二、实施开放式创新教学模式的意义

实施开放式创新教学模式,改变传统的教学模式,变固定课堂教学模式为学生自主设计、加工、组装、调试,提高学生学习的自主性,有助于学生全面运用所学知识与技能,是对学生综合素质的极好锻炼。实施开放式创新教学对于培养学生的创新能力和动手能力具有重要意义。

三、开放式教学的实施

开放式教学包括教与学两个方面，其核心是完成教师和学生在教学活动中角色的转变：教师从知识的传输者变为指导者，学生从知识的被动接受者变为知识的主动建构者。

解决学生开展自主创新实践的相关技术问题充分体现学生是实践的主体,在“内容提出——设计环节——实践操作——总结评估——再实践”的实践教学过程中发挥学生的自主能动性。

四、学习模式的创新

指导教师起到“启蒙者”和“领路人”的作用。这样,学生在学习的过程中,需要查阅大量的资料与书籍来完成自己的设计,不再是指导教师“牵着”学生走,从被动的学习转变为主动的学习,不仅使学生从枯燥乏味的实习中脱离出来,大大增强了学生学习的兴趣与积极性。从而提高学生实际动手操作技能,提高解决实际问题和综合运用知识的能力。在这一过程中培养学生处理问题和解决问题的能力,培育创造性思维能力,树立创新意识和能力。鼓励学生参与科研,在人才培养过程中创造条件,引导学生参与教师或企业科研项目的研究,介入具有实际应用背景的科研活动,让学生在直接的科研实践中感受和理解知识。学生通过参与项目研究,掌握科研基本的方法,完成项目的选题与立项、申报与调研,制订项目实施计划,独立查找资料,撰写论文,提交成果,等等。教学与科研相结合,将教学内容科研化,将科研项目教学化。

在教学过程中,教师将教学的知识、原理与理论以科研项目的形式布置给学生,指导学生参加科研活动,使学生在掌握知识的基础上,各方面的能力和素质也得到提高;高校教师与学生组成科技创新团队,教师在指导学生科研的同时,将科研项目中的知识与技能融入到教学中,将工程设计的理念与技巧以教学的形式教授于学生。通过这样的教学方式,可以将理论知识、科研项目、工程技术有机地结合在一起,激发学生的科研与创新能力,不再使教学仅仅限于形式单一的课堂教学模式。

五、开放式创新教学模式的前景

培养和提高学生的创新能力是职业教育一项十分重要的任务,特别是对于机电专业学生来说,更应该把培养学生的创新设计、创新思维和动手能力摆在重要的位置。开放式创新实践教学可以满足学校对学生创新能力培养的需求,激发学生的创造力,激励学生学习的主动性,培养学生分析问题、解决问题的能力，使学生的综合水平得到最大程度的提高。