基于TRIZ創新思維方法的地鐵清潔方案設計

龍雨晴

摘 要：如今地鐵作為現代化城市重要交通工具，為城市市民生活帶來便利的同時，現有地鐵清潔效率低成本高成為重要的問題。為了更好地解決地鐵外部清洗問題，我們將運用 triz 理論創新思維方法對地鐵外部清洗方案進行創新設計。

關鍵詞：地鐵清潔;創新性設計;清潔方案

一.地鐵清潔存在的問題

與外界相比，地鐵隧道是一個相對封閉的空間，地鐵站與外界之間的空氣交換只能通過車站的出入口和有限的隧道氣井來進行。地鐵污染顆粒物主要來源于車輪與軌道摩擦產生的粉塵顆粒。附著在地鐵表面的灰塵，應定期清理地鐵。現如今地鐵外部清潔主要采用專業的列車洗車機。通過系統可以實現自動、手動、水清洗、洗滌液清洗的功能，即經過幾道工序后使車體側壁和前后端面基本無斑漬、污物、灰塵或異物。看似簡單的清洗過程，但對于清洗總長約120米，高3.8米的地鐵，并不簡單。以上海城市地鐵為例，每天投入運營的地鐵列車數量約3800多輛，洗車庫每天會完成約8列地鐵列車的洗車任務，每輛地鐵約4天清洗一次，列車洗車機清潔效率低下無法滿足現如今龐大的地鐵數量。其次，地鐵車輛需要由司機操縱自行驅動或通過絞盤、蓄電池車等牽引系統牽引進入洗車庫，夜間地鐵大規模調度需要大量人員配合，且調度流程相對復雜耗費大量時間。可以看出采用該清洗系統清洗地鐵車輛雖可實現良好清潔效果，但地鐵清新機的主要問題點有二，一是清潔效率低，二是將地鐵到洗車場調度困難，導致地鐵清潔耗費大量人力成本和時間成本。

二.利用TRIZ創新型思維方法分析該問題

2.1 TRIZ 創新型思維方法概述

TRIZ理論的主要思想是對于特定問題，無法直接找到相應的解決方案。您可以先將此問題轉換為TRIZ問題并將其表示為TRIZ問題，然后使用TRIZ系統中的理論和工具方法獲得一個通用的解決方案，最后將該通用的解決方案轉換為針對特定問題的解決方案，并在實際中實現問題，最后得到解決方案。其中，解決技術沖突的40條創新原則是 t r i z 理論的重要組成部分。利用該原理可以使發明具有可預見性，從而更好地指導發明創造活動。主要的方法步驟如圖1所示：識別產品或方法創新策略過程中的技術矛盾，包括技術系統需要改進的參數和退化的參數，分別以39個通用工程參數為特征;在矛盾矩陣表中找到縱向改進參數。給出了單元中與橫向劣化參數相交的新息原理的個數;根據具體內容的數字搜索原則;根據對應原理的具體內容，將每個原則應用于一個具體的技術問題，并討論了如何在具體問題上應用和實現每個原則。

2.2定義最終理想解

TRIZ之父阿奇舒勒指出，系統總是在沿著增加其理想度的方向發展和進化，最終表現為：系統能夠實現所有既定的有用功能，卻不占用時間和空間，不消耗資源，也不產生任何有害功能。對于地鐵外部清潔方案理想解的分析包括以下6個步驟：

1）設計的最終目的：提高清潔效率，減小地鐵調度成本，實現地鐵外部清潔。

2）設計的最終目的最終理想解：高效清潔，且無需調度

3）達到最終理想解的障礙：地鐵體積太大，長度太長，且清潔需要大量用水

4）出現這種障礙的結果：停車場無法處理大量清潔污水，只能在外設立專門洗車場

5）不出現這種障礙的條件：不使用液體或合理處理液體

2.3明確創造這些條件的可用資源

1）超系統資源：空氣，風，地球引力，磁場，電場，聲波等

2）系統資源：地鐵結構，灰塵等

3）子系統資源：灰塵微粒，水分子，氣體分子等

2.4技術矛盾、矛盾矩陣

1）希望改進的特征：

25.時間損失（清潔效率低）

30.物體外部有害因素作用（污水難處理）

2）查找矛盾矩陣得到可用的發明原理：

通過序號從40個發明原理中得到以下四種可能用到的原理：

序號18.機械振動原則

e.利用超聲波振動同電磁場配合.

序號20.連續有益作用原則

a.連續工作

序號25.自我服務原則

b.利用廢料（能的和物質的）.

序號28.代替力學原理原則

a.用光學，聲學，味學等設計原理代替力學設計原理。

b.用電場.磁場和電磁場同物體相互作用。

C。從恒定場到不確定場，從固定時間場到時變場，從非結構化場到結構化場。

d.利用鐵磁顆粒組成的場.

2.5發明原理可行分析：

1）聲波清灰

通過序號18.機械振動原則19.連續有益作用原則25.自助原則指導;根據粉塵的物理特性：粉塵粒子的直徑通常小于500微米;選擇利用空氣介質傳導聲波，利用波的振動作用于灰塵。

聲能通過空氣介質傳遞到相應的灰燼積聚點，從而使聲波充當灰燼上的聲疲勞。由于聲波振蕩的反復作用，當壓灰循環載荷變化到一定的循環應力倍數時，由于疲勞破壞了灰渣的結構，然后通過重力將灰渣從附著體表面去除，達到清灰的作用。

2）靜電吸塵

通過序號20連續工作原則，28代替力學原理原則的指導;根據灰塵的物理特性;大部分灰塵帶電，有些帶正電，而另一些帶負電。當帶電塵埃顆粒靠近帶電體時，在它們之間會產生電場以形成電場力來吸引塵埃顆粒。設想利用電場代替力學原理吸附地鐵隧道空間的灰塵。利用靜電吸引小物體，利用靜電吸附空氣中的粉塵。

三.地鐵清潔方案創新性設計

3.1 創新性方案

利用地鐵隧道封閉空間，在地鐵隧道地鐵停滯位置設置多個聲波吹灰器與靜電吸塵器裝置。使用聲波清潔劑可以清除地鐵表面上的灰塵。并利用風力和電場力吸引落下的灰塵。

3.2方案優點：

1）可以貫穿和清潔所有的位置，有效作用范圍大，清灰不留死角

2）能夠實現連續工作，減少時間損耗，提高清潔效率

3）利用現有能源及物質，節約耗材，節能環保。

4）實現自動化，節約人力成本

3.3方案不足：

1）清潔效果不如傳統用水清潔效果，對于頑固污漬仍需運用傳統清潔方式。

2）需要對除塵裝置中積累的灰塵進行定期處理。

四.小結

本文在 TRIZ 理論指導下的地鐵清潔方案設計，只能在一定程度上對于地鐵清潔方案帶來新的思路和角度，但由于個人能力的限制，仍存在諸多專業問題無法解決，并不能解決該領域的所有問題。借助于上述創新思維的分析方法，我們可以更好地觀察和分析問題，用科學的方法解決設計問題，尋求更合理的創新解決方案。

參考文獻

[1]陳光.創新思維與方法：TRIZ理論與應用[M]。北京：科學出版社，2011.

[2]魯景，李多松.介紹了聲波清灰技術的原理及應用。工業安全與環保，2007（01）：14-15.