摘要：随着制造业智能化转型的深入，对机械工程人才的综合创新能力与实践技能提出了更高要求。地方高校作为应用型人才培养的重要基地，其机械类专业的CAD/CAM/CAE（计算机辅助设计/制造/工程分析）教学体系亟需改革，以适应产业升级与技术发展的需求。本文以地方高校机械类专业为例，探讨将TRIZ（发明问题解决理论）创新方法论系统性地融入CAD/CAM/CAE课程教学与关联教学设备研发的路径，旨在构建“理论-方法-工具-实践”一体化的创新教学模式，并推动配套教学设备的自主开发，从而有效提升学生的技术创新能力与工程实践素养。
一、引言
CAD、CAM、CAE技术是现代机械产品设计与制造的核心工具链，其教学是机械类专业工程能力培养的关键环节。当前许多地方高校的相关教学仍存在显著问题：教学内容偏重软件操作，与工程实际问题及创新设计过程脱节；教学方式以模仿练习为主，缺乏对学生系统性创新思维的训练；实验设备往往昂贵、封闭且更新滞后，难以满足个性化、探究性学习需求。TRIZ理论作为一种系统化的创新问题解决方法论，强调通过分析矛盾、利用资源、应用创新原理来解决问题，其思维模式与CAD/CAM/CAE技术所支撑的现代设计流程高度契合。因此，将TRIZ理论深度融入教学改革，并以此为指导研发适配的教学设备，具有重要的理论与实践意义。
二、TRIZ理论指导下的CAD/CAM/CAE课程教学体系重构
- 教学目标升级：从“软件操作员”培养转向“创新设计者”培养。教学目标不仅包括掌握软件工具，更强调运用TRIZ工具（如矛盾矩阵、物-场分析、进化趋势等）发现设计问题、定义技术矛盾、生成创新概念，并利用CAD建模、CAE仿真验证、CAM编程实现这一完整流程。
- 教学内容融合：在传统软件教学模块中，有机嵌入TRIZ核心概念与工具应用案例。例如，在CAD参数化建模教学中，结合TRIZ的分割、组合、局部质量等原理讲解结构创新；在CAE结构优化教学中，引入理想解、物理矛盾与分离原理引导优化方向；在CAM工艺规划中，运用进化趋势预测加工工艺发展。
- 教学模式创新：推行“基于项目的学习”模式。设计一系列从简单到复杂的综合性设计-分析-制造项目，要求学生以小组形式，运用TRIZ工具进行创新构思，并全程使用CAD/CAM/CAE工具完成从概念到虚拟原型乃至实物加工的全过程。教学过程强调迭代与优化，培养学生的工程系统思维。
- 考核评价改革：建立多维评价体系，降低软件操作熟练度的单一权重，增加对创新思维过程、问题解决方法有效性、设计方案新颖性与可行性的评价，鼓励原创性与系统性思考。
三、基于TRIZ与教学需求的专用教学设备研发策略
先进、开放、低成本的教学设备是支撑上述教学改革的重要物质基础。其研发应遵循以下策略：
- 以TRIZ资源分析原理指导设备设计：充分利用校内现有资源（如旧机床、标准零部件、开源软硬件平台），通过功能裁剪、组合创新，开发模块化、可重构的教学实验平台。例如，开发可兼容多种CAD/CAM软件、支持多种加工工艺（如3D打印、数控铣削）的桌面级一体化教学工作站。
- 贯彻TRIZ理想化最终结果思想：设备研发应以“用最少成本实现最大教学功能”为导向。追求设备的高度集成化、智能化与网络化，使其不仅能完成基础操作训练，还能支持创新设计验证、虚实结合仿真、远程协作等高级教学功能。
- 应用进化趋势预见技术发展：设备系统应具备良好的可扩展性与可升级性，能够方便地接入新的传感器、执行器或软件模块，以适应快速变化的技术环境，延长设备生命周期。
- 开发配套的虚拟仿真与数字孪生系统：针对昂贵或危险的实体设备操作，研发高保真的虚拟仿真实验模块，并与实体设备形成数字孪生，让学生在虚拟环境中安全、低成本地进行创新设计与验证，再映射到实体设备进行加工，实现“虚-实”融合的沉浸式学习。
四、实施路径与预期成效
实施路径建议分阶段进行：第一阶段，进行教师TRIZ理论培训与课程内容重组试点；第二阶段，开发核心课程的教学案例库与项目库，并启动关键教学设备（如模块化数控教学平台）的研发；第三阶段，全面推广新型教学模式，完善设备系列，并建立持续改进机制。
预期成效包括：显著提升学生解决复杂工程问题的创新自信与能力；形成一批具有自主知识产权的特色教学设备与数字化教学资源；增强地方高校机械类专业与区域产业的契合度与服务能力；为同类院校的工程教育改革提供可借鉴的模式与经验。
五、结论
将TRIZ创新理论系统融入地方高校机械类专业的CAD/CAM/CAE教学，并以此驱动关联教学设备的自主研发，是一条有效的教学改革路径。它能够打破传统教学的知识与技能壁垒，构建以创新方法为牵引、以先进工具为支撑、以工程实践为载体的新型人才培养模式。这不仅有助于培养适应未来制造业需求的创新型工程人才，也能促进地方高校教学科研水平的整体提升，实现教学相长与产学研的良性互动。未来的研究可进一步聚焦于具体融合课程的设计细节、教学设备的标准化开发以及教学效果的长效评估机制。
