TRIZ理論在概念設計的應用范文

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1技術系統進化曲線

技術系統進化理論是triz理論的核心內容之一。技術系統進化就是指實現系統功能的技術從低級向高級變化的過程。對于一個具體的技術系統來說，對其子系統或組件不斷地進行改進，以提高整個系統的性能，這個改進的過程就是技術系統的進化過程。TRIZ強調技術系統是不斷進化發展的，任何一種產品、工藝或技術都在隨著時間向著更高級的方向發展和進化，并且它們的進化過程都會經歷相同的幾個階段。這個規律滿足一條S形的曲線，它描述了一個技術系統從嬰兒、成長、成熟到衰退的變化規律。當技術系統處于嬰兒期，其效率低，可靠性差，系統發展較慢；進入成長期，其價值和潛力顯現，效率和性能得到大幅提高，投入加大，系統快速發展；技術系統處于成熟期，性能水平達到最佳，利潤最大并有下降趨勢；當系統進入衰退期，技術基本達到極限，將被新的技術系統取代，進入下一個S曲線。

2輕軌進化階段分析

自輕軌從概念出現到實現產品化以及大量普及，從TRIZ系統進化的角度看如今已經基本完成了標準化和系列化的演進。受到供電方式、線路以及運行模式等邊界條件的限制，車輛技術系統進化卻走到了盡頭，需要從交通系統出發，加強系統頂層設計，進行合理的功能復用，進而實現產品創新，從而適應城市現代化對景觀和安全性、綠色以及節能等更高層次的要求。城市規劃方面要求輕軌建設應減少接觸網及受流軌的鋪設，使得交通系統與城市景觀、道路更加的融合，甚至能達輕軌線路與公路具有共同路面，這樣更有利于線路規劃及降低系統成本。若沒有接觸網和受流軌則要求車輛本身具有一定容量的儲能裝置作為車輛的動力源。結合對各種儲能裝備的分析，本著適度超前原則，選擇超級電容作為輕軌車輛的能量存儲方式（超級電容與蓄電池的主要性能比較）。這是因為：

1）鋰電池、鉛酸電池等傳統和新型電池其能量密度已經接近理論極限。

2）雖然超級電容目前的能量密度目前與鋰電池等比較還有一定差距，但根據其S曲線特征及相關的研究數據，已經有實驗證據表明其理論極限可以高于鋰電池的理論極限。

3）鋰電池充電速度問題影響了車輛要求的高速充電要求，而這恰恰是電容式儲能設備的強項。

4）污染方面，電容器儲能設備生產中污染少，使用壽命長。

5）專利數量近年來的高速增加表明超級電容已經逐步進入成長期，短期內會有高速發展的可能。

3儲能式輕軌概念設計

3.1基于TRIZ裁剪的輕軌系統改進

按照TRIZ的裁剪原則，系統的功能在初級階段是依靠單個組件完成的，而高級階段則其部分功能將向其他組件轉移。根據該理論，目前影響輕軌系統最突出的架空線問題，因此在改進方案方向選擇上，可以將架空線的提供電能的功能設想由其他車輛的其他子系統完成。根據該改進方向的要求，提供電能的功能可以由電池（無論是鉛酸電池還是鋰電池組）完成，也可以從產品進化的角度，選擇更加符合綠色交通特點的超級電容加充電樁等新型供電技術來完成。通過裁剪，將供電網提供電能的功能，分別轉移到儲能超級電容器和位于線路系統站點的充電樁上，從而實現取消供電網的設計目標。根據這個設計目標，原系統中與能量來源相關的各個節點實現方式也要做出相應調整。比較儲能式輕軌車輛與普通輕軌車輛系統的技術路線，在采用超級電容儲能后，由于取消了接觸網或受流軌，與之相應的熔斷器、斷路器及電抗器等組件都可以被精簡，因而能夠彌補采用儲能電源所帶來的重量增加等負面效應，基本保持車輛具有相當的總重。

3.2改進后產品對系統的影響分析

采用超級電容儲能，能量供給還不足以達到與采用接觸網技術相當的水平。為超級電容補充能量的任務由充電站來完成，這些充電站位于地面車站，基本上并不影響安全和城市景觀。采用再生制動實現制動能量回收，改變了原有技術在再生制動時部分能量由于無法回收而通過制動電阻變成熱能白白損耗掉的現象，因此從車輛總能耗方面考慮，能量利用率更高，更符合綠色環保的設計理念。由于能量獲取方式的變革，車輛能源利用效益提出了很高的要求，車輛其他子系統的必須具有輕量化、高效率等技術特點：1）驅動系統方面，為了提升的功率因素和效率，可采用永磁同步電機替代傳動的交流異步電機，則將驅動系統的效率提高了3%～5%，可以節能10%以上。2）空調系統：可采用變頻空調，根據車內溫度，實時控制做到節能設計。電氣系統：在滿足系統功能的前提下，可采用集成化、輕量化的電氣部件，盡量減少部件數量和重量.3）機械系統：車輛采用采用鉸接式轉向架，以減小轉彎半徑，使得線路選擇及規劃對現有城市道路具有更高的適應性，減少不必要的拆遷。

4結束語

本文將TRIZ理論引入到輕軌車輛的概念設計領域，對輕軌技術系統進化階段進行了分析，并利用TRIZ理論原則對系統進行了改進，提出儲能式輕軌車輛的技術理念。新型的輕軌車輛技術理念也對車輛其他子系統提出了更高的技術需求，文章對此也進行了探討，在滿足功能的情況下，盡量采用輕量化、高效率的部件技術。由此案例可看出，創新理論和方法在思路方法層面能夠幫助產品者產生新的思路，系統性地分析現有產品和用戶需求，從中找出關鍵矛盾，并提出解決方案，從而設計出創新產品。

作者：周江偉單位：南車株洲電力機車有限公司科技與新產業部