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1技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化曲線

技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論是triz理論的核心內(nèi)容之一。技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化就是指實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的技術(shù)從低級(jí)向高級(jí)變化的過程。對(duì)于一個(gè)具體的技術(shù)系統(tǒng)來說，對(duì)其子系統(tǒng)或組件不斷地進(jìn)行改進(jìn)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，這個(gè)改進(jìn)的過程就是技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化過程。TRIZ強(qiáng)調(diào)技術(shù)系統(tǒng)是不斷進(jìn)化發(fā)展的，任何一種產(chǎn)品、工藝或技術(shù)都在隨著時(shí)間向著更高級(jí)的方向發(fā)展和進(jìn)化，并且它們的進(jìn)化過程都會(huì)經(jīng)歷相同的幾個(gè)階段。這個(gè)規(guī)律滿足一條S形的曲線，它描述了一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)從嬰兒、成長、成熟到衰退的變化規(guī)律。當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)處于嬰兒期，其效率低，可靠性差，系統(tǒng)發(fā)展較慢；進(jìn)入成長期，其價(jià)值和潛力顯現(xiàn)，效率和性能得到大幅提高，投入加大，系統(tǒng)快速發(fā)展；技術(shù)系統(tǒng)處于成熟期，性能水平達(dá)到最佳，利潤最大并有下降趨勢(shì)；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入衰退期，技術(shù)基本達(dá)到極限，將被新的技術(shù)系統(tǒng)取代，進(jìn)入下一個(gè)S曲線。

2輕軌進(jìn)化階段分析

自輕軌從概念出現(xiàn)到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化以及大量普及，從TRIZ系統(tǒng)進(jìn)化的角度看如今已經(jīng)基本完成了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的演進(jìn)。受到供電方式、線路以及運(yùn)行模式等邊界條件的限制，車輛技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化卻走到了盡頭，需要從交通系統(tǒng)出發(fā)，加強(qiáng)系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，進(jìn)行合理的功能復(fù)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，從而適應(yīng)城市現(xiàn)代化對(duì)景觀和安全性、綠色以及節(jié)能等更高層次的要求。城市規(guī)劃方面要求輕軌建設(shè)應(yīng)減少接觸網(wǎng)及受流軌的鋪設(shè)，使得交通系統(tǒng)與城市景觀、道路更加的融合，甚至能達(dá)輕軌線路與公路具有共同路面，這樣更有利于線路規(guī)劃及降低系統(tǒng)成本。若沒有接觸網(wǎng)和受流軌則要求車輛本身具有一定容量的儲(chǔ)能裝置作為車輛的動(dòng)力源。結(jié)合對(duì)各種儲(chǔ)能裝備的分析，本著適度超前原則，選擇超級(jí)電容作為輕軌車輛的能量存儲(chǔ)方式（超級(jí)電容與蓄電池的主要性能比較）。這是因?yàn)椋?/p>

1）鋰電池、鉛酸電池等傳統(tǒng)和新型電池其能量密度已經(jīng)接近理論極限。

2）雖然超級(jí)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(jù)其S曲線特征及相關(guān)的研究數(shù)據(jù)，已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)證據(jù)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(chǔ)能設(shè)備的強(qiáng)項(xiàng)。

4）污染方面，電容器儲(chǔ)能設(shè)備生產(chǎn)中污染少，使用壽命長。

5）專利數(shù)量近年來的高速增加表明超級(jí)電容已經(jīng)逐步進(jìn)入成長期，短期內(nèi)會(huì)有高速發(fā)展的可能。

3儲(chǔ)能式輕軌概念設(shè)計(jì)

3.1基于TRIZ裁剪的輕軌系統(tǒng)改進(jìn)

按照TRIZ的裁剪原則，系統(tǒng)的功能在初級(jí)階段是依靠單個(gè)組件完成的，而高級(jí)階段則其部分功能將向其他組件轉(zhuǎn)移。根據(jù)該理論，目前影響輕軌系統(tǒng)最突出的架空線問題，因此在改進(jìn)方案方向選擇上，可以將架空線的提供電能的功能設(shè)想由其他車輛的其他子系統(tǒng)完成。根據(jù)該改進(jìn)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(chǎn)品進(jìn)化的角度，選擇更加符合綠色交通特點(diǎn)的超級(jí)電容加充電樁等新型供電技術(shù)來完成。通過裁剪，將供電網(wǎng)提供電能的功能，分別轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能超級(jí)電容器和位于線路系統(tǒng)站點(diǎn)的充電樁上，從而實(shí)現(xiàn)取消供電網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，原系統(tǒng)中與能量來源相關(guān)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方式也要做出相應(yīng)調(diào)整。比較儲(chǔ)能式輕軌車輛與普通輕軌車輛系統(tǒng)的技術(shù)路線，在采用超級(jí)電容儲(chǔ)能后，由于取消了接觸網(wǎng)或受流軌，與之相應(yīng)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(bǔ)采用儲(chǔ)能電源所帶來的重量增加等負(fù)面效應(yīng)，基本保持車輛具有相當(dāng)?shù)目傊亍?/p>

3.2改進(jìn)后產(chǎn)品對(duì)系統(tǒng)的影響分析

采用超級(jí)電容儲(chǔ)能，能量供給還不足以達(dá)到與采用接觸網(wǎng)技術(shù)相當(dāng)?shù)乃健槌?jí)電容補(bǔ)充能量的任務(wù)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(dòng)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，改變了原有技術(shù)在再生制動(dòng)時(shí)部分能量由于無法回收而通過制動(dòng)電阻變成熱能白白損耗掉的現(xiàn)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(huán)保的設(shè)計(jì)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(tǒng)的必須具有輕量化、高效率等技術(shù)特點(diǎn)：1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，為了提升的功率因素和效率，可采用永磁同步電機(jī)替代傳動(dòng)的交流異步電機(jī)，則將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率提高了3%～5%，可以節(jié)能10%以上。2）空調(diào)系統(tǒng)：可采用變頻空調(diào)，根據(jù)車內(nèi)溫度，實(shí)時(shí)控制做到節(jié)能設(shè)計(jì)。電氣系統(tǒng)：在滿足系統(tǒng)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(shù)量和重量.3）機(jī)械系統(tǒng)：車輛采用采用鉸接式轉(zhuǎn)向架，以減小轉(zhuǎn)彎半徑，使得線路選擇及規(guī)劃對(duì)現(xiàn)有城市道路具有更高的適應(yīng)性，減少不必要的拆遷。

4結(jié)束語

本文將TRIZ理論引入到輕軌車輛的概念設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)輕軌技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化階段進(jìn)行了分析，并利用TRIZ理論原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，提出儲(chǔ)能式輕軌車輛的技術(shù)理念。新型的輕軌車輛技術(shù)理念也對(duì)車輛其他子系統(tǒng)提出了更高的技術(shù)需求，文章對(duì)此也進(jìn)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(shù)。由此案例可看出，創(chuàng)新理論和方法在思路方法層面能夠幫助產(chǎn)品者產(chǎn)生新的思路，系統(tǒng)性地分析現(xiàn)有產(chǎn)品和用戶需求，從中找出關(guān)鍵矛盾，并提出解決方案，從而設(shè)計(jì)出創(chuàng)新產(chǎn)品。

作者：周江偉單位：南車株洲電力機(jī)車有限公司科技與新產(chǎn)業(yè)部