基于TRIZ理论的高铁调试技术提升

孙双庆 李莹 刘艳

摘要：高铁在调试过程中需对车辆线路及部件状态进行验证，传统在调试过程中使用调试模块等机械工装辅助调试，调试效率低。通过使用TRIZ理论寻求解决方案，进行创新。采用TRIZ理论的创新方法，使用资源分析、物场分析、小人法等方法及理论对问题进行深入解析，使用各项理论后均可获得方案，将方案进行整理后得到最终方案。经过实际验证，最终方案可有效提升调试效率，提升调试智能化水平，减少生产投入。

引言

自2017年，国产化的高铁车辆行驶在祖国的广袤大地，网络系统为高铁车辆的“大脑”，其稳定的运行离不开网络系统的控制，具备通信能力的设备板卡通过通信电缆与车辆的中央控制器进行通信，获取控制信息。当高铁车辆组装完成后需对各设备的运行状态及线路连接情况进行测试，在单车阶段车辆设备无法与CCU建立通信，获取指令，目前使用机械工装辅助的方式进行调试，该种方式调试效率较低，调试场地凌乱，因此设计一款智能化的调试工装，可辅助调试人员工作，优化调试过程显得尤为重要。

1TRIZ理论介绍

当下我国企业的自主创新能力有待提高、国际竞争力有待加强。我国企业普遍缺乏新产品、新技术的研制能力，创新性不足，迫切需要获得理论支持，引导技术研发人员在设计思路、方案制定等方面可以高质量产出。提高我国企业的自主研发能力。

发明问题解决理论（TRIZ）是指导研发人员解决工程问题的系统化的方法学体系。随着TRIZ理论的发展，TRIZ现在已经在多数发达国家和地区的企业中得到广泛的实践，有效提高了创新的效率。据统计，应用TRIZ的理论与方法可以增加80%～100%的专利数量并提高专利质量，提高60%～70%的新产品开发效率，缩短50%的新产品上市时间[1]。TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己的创造潜能，最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论。

2 利用TRIZ理论优化高铁网络调试工装

2.1问题分析

问题的分析是能否应用TRIZ理论成功进行创行的关键。如何全面、准确的分析问题的本质，是创新的关键过程。分析的过程应充分考虑调试车型的多变性、调试工况的多样性，调试故障的随机性，结合功能需求、效果预期，调研同行业、跨行业相同性质企业类似工装使用情况，得出全面的分析结论。

单节车辆的网络系统信号会集中至RIOM中，现阶段在连接器端接入指示灯模块可观察信号变化，通过开关模块将控制指令通过连接器发出，此种模式较为传统，但工装连接繁琐，操作难度较高，需优化工装与车辆间的连接方式，简化工装使用方法，提升调试效率。

2.2最终理想结果——IFR

最终理想结是在大脑中设立理想的模型，把对象简化，使其达到理想状态，通过思想实验的方法来研究客体运动的规律[2]。依靠经验对现有事实进行抽象，形成理想的客体，通过思维的塑造，模拟其实验的过程，把客体的现实运用过程化，使其上升到一种理想的状态，更加接近理想化指标，是充分理想化的结果。

针对高铁车辆的调试，理想状态是全过程无人工参与，在调试试验结束后调试报告自动生成并存储。提高调试效率的同时降低生产成本。

2.3功能分析

功能分析是应用TRIZ理论分析问题的最基本工作之一，功能分析可完善的体现系统中存在的有害、不足、过渡作用。通过功能分析模型图，很容易找到解决矛盾问题的落脚点，直观分析系统各组件作用关系。研究各组件对系统的贡献，分析系统存在的问题。

通过功能分析可发现，模块需与车辆的连接器反复插拔，对该过渡作用进行深入分析发现DI、DO板的功能单一是根本原因，通过裁剪功能单一的电路板得出方案：将多个网络模块实现的功能集中到单个装置中实现，增加通信线容量，仅需连接一次即可进行试验。

2.4技术矛盾

解决技术矛盾时，会使系统的某一参数得到优化，提升工作效率，但对于系统的改变往往会导致另一参数的恶化，对整个系统造成影响。分析系统的技术矛盾，与TRIZ理论中39个工程参数进行对应，结合矛盾矩阵可得到推荐的发明原理[3]。

（1）技术矛盾1

人观察指示灯困难这一不足作用的原因之一是由于指示灯相对位置较为接近，导致观察时需要通过数灯等方式反复确认所观察指示灯是否正确，操作极为繁琐。优化的参数为操作流程的方便性同事恶化的参数是系统复杂性。对照矛盾矩阵得到推荐的发明原理为NO.32颜色改变原理、NO.26复制原理、NO.12等势原理、NO.17空间维数变化原理。依据空间维数变化的原理设计多维电路板，使得指示灯的接口电路分布在电路板周围，从而分散指示灯，易于观察，优化试验操作流程。

（2）技术矛盾2

人观察指示灯困难这一不足作用的另一原因是发光二极管为发散型光源，使其作为指示灯，对人眼刺激性较强，需要较长时间排除其他指示灯干扰完成观察工作。优化的参数为速度，恶化的参数是系统复杂性。参考矛盾矩阵得到推荐的发明原理为NO.10预先作用原理、NO.28机械系统替代原理、NO.4增加不对称性原理、NO.34抛弃或再生原理。根据机械系统替代原理使用显示屏替代发光二极管进行显示，指示更清晰。

2.5物理矛盾

物理矛盾是指针对系统的某一个参数，存在两种相斥的要求，当系统中的某个参数具有相反的需求时，就发生了物理矛盾。

观察相应信号时要求指示灯点亮，其他工况下则需要指示灯不亮针对这一物理矛盾，采用时间分离原理对应的预先作用原理，在二极管的工作电路中增加总开关，使用该模块时闭合总开关，进行观察;使用完毕后断开总开关减少二极管发热、减缓老化速率延长使用寿命。

2.6物场分析法

物场分析法是使用符号进行技术系统转换的模型建设技术，以解决问题的各种矛盾为出发点，建立模型来展现系统内的问题，目的是使用符号语言清楚地描述系统构成要素及其之间的相互联系。

根据功能分析，S1=外壳，S2=指示灯，F=热场，用符号系统表示功能模型如图所示，指示灯的长时间工作会产生大量热量，通过热场，热量将会转移至外壳上，对人、外壳产生有害作用，通过物场的改变，引入原件S3=散热片，在外壳处增加散热片，使得热量可以更快速消散，不会对外壳产生影響，抵消了指示灯发热的有害作用。

3最终方案

对使用TRIZ理论得出的解决方案进行梳理，得出如下的两种方案：

（1）将网络模块进行合并，集成连接线，车辆连接器插头与连接线相连即可使用。设有总开关使用时设备投入使用，其余时间断电。指示灯采用易于观察带有滤光片的LED灯，开关使用旋钮开关，外部壳体采用铝合金镂空形式。

（2）对车辆可用资源进行分析，高铁车辆的RIOM机箱具备调试接口，通过该接口可获取车辆状态，车辆的连接器可避免拆卸。结合使用TRIZ理论分析得出的创新方案，开发可移动工装，使用MVB通信线缆连接车辆及工装实现实时通信，开发界面进行DI信号显示，使用显示屏替代发光二极管，使用触控板替代开关。

4结论

调试工装的优化可提高高铁车辆的调试效率、智能化程度，使调试过程柔性化增强，作业区域更加灵活，实现同一硬件装置满足不同项目的调试需求，通用性提高。新型工装在投产使用后，技术工时可减少320人时/列，减少人工投入6-9人。

参考文献

[1]《基于TRIZ理论提高牦牛皮蝇蛆病驱虫效率的分析》

[2]《基于TRIZ方法的台车炉冷却水循环系统研发》

[3]《基于TRIZ理论的自闭症儿童康复辅助玩具设计》