基于TRIZ创新思维方法的地铁清洁方案设计

龙雨晴

摘 要：如今地铁作为现代化城市重要交通工具，为城市市民生活带来便利的同时，现有地铁清洁效率低成本高成为重要的问题。为了更好地解决地铁外部清洗问题，我们将运用 triz 理论创新思维方法对地铁外部清洗方案进行创新设计。

关键词：地铁清洁;创新性设计;清洁方案

一.地铁清洁存在的问题

与外界相比，地铁隧道是一个相对封闭的空间，地铁站与外界之间的空气交换只能通过车站的出入口和有限的隧道气井来进行。地铁污染颗粒物主要来源于车轮与轨道摩擦产生的粉尘颗粒。附着在地铁表面的灰尘，应定期清理地铁。现如今地铁外部清洁主要采用专业的列车洗车机。通过系统可以实现自动、手动、水清洗、洗涤液清洗的功能，即经过几道工序后使车体侧壁和前后端面基本无斑渍、污物、灰尘或异物。看似简单的清洗过程，但对于清洗总长约120米，高3.8米的地铁，并不简单。以上海城市地铁为例，每天投入运营的地铁列车数量约3800多辆，洗车库每天会完成约8列地铁列车的洗车任务，每辆地铁约4天清洗一次，列车洗车机清洁效率低下无法满足现如今庞大的地铁数量。其次，地铁车辆需要由司机操纵自行驱动或通过绞盘、蓄电池车等牵引系统牵引进入洗车库，夜间地铁大规模调度需要大量人员配合，且调度流程相对复杂耗费大量时间。可以看出采用该清洗系统清洗地铁车辆虽可实现良好清洁效果，但地铁清新机的主要问题点有二，一是清洁效率低，二是将地铁到洗车场调度困难，导致地铁清洁耗费大量人力成本和时间成本。

二.利用TRIZ创新型思维方法分析该问题

2.1 TRIZ 创新型思维方法概述

TRIZ理论的主要思想是对于特定问题，无法直接找到相应的解决方案。您可以先将此问题转换为TRIZ问题并将其表示为TRIZ问题，然后使用TRIZ系统中的理论和工具方法获得一个通用的解决方案，最后将该通用的解决方案转换为针对特定问题的解决方案，并在实际中实现问题，最后得到解决方案。其中，解决技术冲突的40条创新原则是 t r i z 理论的重要组成部分。利用该原理可以使发明具有可预见性，从而更好地指导发明创造活动。主要的方法步骤如图1所示：识别产品或方法创新策略过程中的技术矛盾，包括技术系统需要改进的参数和退化的参数，分别以39个通用工程参数为特征;在矛盾矩阵表中找到纵向改进参数。给出了单元中与横向劣化参数相交的新息原理的个数;根据具体内容的数字搜索原则;根据对应原理的具体内容，将每个原则应用于一个具体的技术问题，并讨论了如何在具体问题上应用和实现每个原则。

2.2定义最终理想解

TRIZ之父阿奇舒勒指出，系统总是在沿着增加其理想度的方向发展和进化，最终表现为：系统能够实现所有既定的有用功能，却不占用时间和空间，不消耗资源，也不产生任何有害功能。对于地铁外部清洁方案理想解的分析包括以下6个步骤：

1）设计的最终目的：提高清洁效率，减小地铁调度成本，实现地铁外部清洁。

2）设计的最终目的最终理想解：高效清洁，且无需调度

3）达到最终理想解的障碍：地铁体积太大，长度太长，且清洁需要大量用水

4）出现这种障碍的结果：停车场无法处理大量清洁污水，只能在外设立专门洗车场

5）不出现这种障碍的条件：不使用液体或合理处理液体

2.3明确创造这些条件的可用资源

1）超系统资源：空气，风，地球引力，磁场，电场，声波等

2）系统资源：地铁结构，灰尘等

3）子系统资源：灰尘微粒，水分子，气体分子等

2.4技术矛盾、矛盾矩阵

1）希望改进的特征：

25.时间损失（清洁效率低）

30.物体外部有害因素作用（污水难处理）

2）查找矛盾矩阵得到可用的发明原理：

通过序号从40个发明原理中得到以下四种可能用到的原理：

序号18.机械振动原则

e.利用超声波振动同电磁场配合.

序号20.连续有益作用原则

a.连续工作

序号25.自我服务原则

b.利用废料（能的和物质的）.

序号28.代替力学原理原则

a.用光学，声学，味学等设计原理代替力学设计原理。

b.用电场.磁场和电磁场同物体相互作用。

C。从恒定场到不确定场，从固定时间场到时变场，从非结构化场到结构化场。

d.利用铁磁颗粒组成的场.

2.5发明原理可行分析：

1）声波清灰

通过序号18.机械振动原则19.连续有益作用原则25.自助原则指导;根据粉尘的物理特性：粉尘粒子的直径通常小于500微米;选择利用空气介质传导声波，利用波的振动作用于灰尘。

声能通过空气介质传递到相应的灰烬积聚点，从而使声波充当灰烬上的声疲劳。由于声波振荡的反复作用，当压灰循环载荷变化到一定的循环应力倍数时，由于疲劳破坏了灰渣的结构，然后通过重力将灰渣从附着体表面去除，达到清灰的作用。

2）静电吸尘

通过序号20连续工作原则，28代替力学原理原则的指导;根据灰尘的物理特性;大部分灰尘带电，有些带正电，而另一些带负电。当带电尘埃颗粒靠近带电体时，在它们之间会产生电场以形成电场力来吸引尘埃颗粒。设想利用电场代替力学原理吸附地铁隧道空间的灰尘。利用静电吸引小物体，利用静电吸附空气中的粉尘。

三.地铁清洁方案创新性设计

3.1 创新性方案

利用地铁隧道封闭空间，在地铁隧道地铁停滞位置设置多个声波吹灰器与静电吸尘器装置。使用声波清洁剂可以清除地铁表面上的灰尘。并利用风力和电场力吸引落下的灰尘。

3.2方案优点：

1）可以贯穿和清洁所有的位置，有效作用范围大，清灰不留死角

2）能够实现连续工作，减少时间损耗，提高清洁效率

3）利用现有能源及物质，节约耗材，节能环保。

4）实现自动化，节约人力成本

3.3方案不足：

1）清洁效果不如传统用水清洁效果，对于顽固污渍仍需运用傳统清洁方式。

2）需要对除尘装置中积累的灰尘进行定期处理。

四.小结

本文在 TRIZ 理论指导下的地铁清洁方案设计，只能在一定程度上对于地铁清洁方案带来新的思路和角度，但由于个人能力的限制，仍存在诸多专业问题无法解决，并不能解决该领域的所有问题。借助于上述创新思维的分析方法，我们可以更好地观察和分析问题，用科学的方法解决设计问题，寻求更合理的创新解决方案。

参考文献

[1]陈光.创新思维与方法：TRIZ理论与应用[M]。北京：科学出版社，2011.

[2]鲁景，李多松.介绍了声波清灰技术的原理及应用。工业安全与环保，2007（01）：14-15.