基于TRIZ理論的液壓支架控制系統發展趨勢分析

鮑鵬飛 陳亮

摘? ?要：為了預測液壓支架的開發方向以適應現代采礦工業發展需求，本文應用TRIZ理論中的技術進化理論，分析了液壓支架控制系統的發展進化趨勢，確定了提高液壓支架控制系統的智能化水平是將來可能的開發方向。

關鍵詞：液壓支架控制系統;TRIZ理論;技術進化

TRIZ意譯為發明問題的解決理論，是上世紀40年代中期，以前蘇聯發明家阿奇舒勒為首的專家們通過對數百萬件發明專利研究分析后得出的由解決技術問題和實現創新開發的各種方法、算法組成的綜合理論體系[1]。TRIZ主要由40個發明原理、物—場標準解、科學效應等一整套的理論來解決各工程領域的創新問題。TRIZ的核心內容之一就是技術進化理論，在眾多的發明方法中，只有TRIZ理論具備技術進化的完整內容，它可以根據技術系統的進化規律預測未來發展趨勢，幫助企業開發富有競爭力的新產品[2]。

我國煤炭工業發展的主體方向始終是煤炭高效、安全開采，液壓支架是保證煤炭正常開采的重要組成設備。為加強煤炭工業經濟效益和持續發展，需要對液壓支架技術不斷更新，最大化提高支架工作效率。研究和分析液壓支架的發展趨勢，對適應現代煤炭工業的快速發展具有重要的作用[3]。

1. 技術進化理論

為了適應不斷復雜化的外部環境，任何技術系統始終是不斷發展演變的。TRIZ理論把技術系統的這種發展演變叫做技術系統進化。TRIZ的核心是技術系統進化原理，它可以依據產品中技術系統的進化規律定性預測未來產品的發展趨勢，從而幫助企業開發出具有競爭力的新產品[4]。

1.1 進化模式

經過阿奇舒勒和他的學生及眾多TRIZ專家的研究與改善，形成了由11個技術系統進化法則所構成的現代TRIZ進化法則體系結構，如圖1.1所示。

這11個技術進化法則是表達技術系統進化的通用模式，可以應用在任意技術系統的分析中。

1.2 產品子系統

現代TRIZ理論認為一個技術系統在實現預設功能的時刻，必須具備“動力裝置、傳動裝置、執行裝置和控制裝置”四個子系統。四個子系統相互作用，共同實現其預設功能。

技術系統為實現功能而構建，不完備的技術系統無法實現預設功能，提高技術系統的完備性是技術系統進化方向之一。

將產品按照子系統分類并結合11個技術進化法則可以探討各個系統的進化模式，從而找出其進化路線，預測產品的開發方向。

2. 依據進化路線分析液壓支架的演化

依據TIRZ理論完備性法則，按照液壓支架工作原理將液壓支架子系統分為動力裝置：乳化液泵站;傳動裝置：液壓缸;執行裝置：承載結構件、推移裝置;控制裝置：電液控制系統四個主要子系統。

2.1 減少人的參與的進化路線

液壓支架電液控制系統主要由計算機、數據交換處理器和井下交換機等設備組成。技術工作人員通過控制支架單獨動作和組合動作，實現煤礦綜合開采工作面設備的快速降架、移架、初撐和推移[5]。同時，技術人員還可進一步借助電液控制器底部的自身調試功能，實現電液控制系統的控制功能和監管作用，保證煤礦開采工作的正常運行。

TRIZ理論認為，隨著技術系統的發展，應該減少系統中由人力執行的功能數量，從而提升整個系統的自動化、智能化水平，減少人工的參與介入[4]。因此液壓支架控制系統未來必然朝著彼此聯網、相互感知、靈活決策、精準執行的智能化發展。

2.2 向超系統進化路線

一個技術系統與另外一個或多個技術系統相互組合，稱為超系統的集成[4]。

人工智能控制技術是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能控制決策的控制方式。近年來機器學習算法不斷突破，并且伴隨5G時代、大數據和物聯網的到來[6]，人工智能控制進軍各種專業領域，應用于各類復雜被控對象的控制問題。

液壓支架控制系統與人工智能控制系統結合，可以更好地控制、監測工作面設備的工作狀態，減少人員勞動強度，保障設備安全、穩定運行。其中，模糊控制能夠解決控制過程中難以建立液壓支架及其相關控制對象控制模型的問題;神經網絡能夠給控制過程中的不確定性提供比較高的容錯度，并且提高適應變化因素的性能;專家控制可以使控制精度提升，提高診斷故障的性能。總之，結合這一系列的智能控制措施，可以大大提升電液控制系統的自動追機拉架、工作面校直找平等能力，也可以在支架在各種姿態情況下依舊確保一系列動作控制的精確度，進一步提升電液控制系統的自動化水平[7]。

3. 結束語

本文通過對液壓支架的發展狀況分析，結合TRIZ理論的進化法則，歸納總結了液壓支架控制系統的發展進化路線，分析得出：液壓支架控制系統應該減少人的參與并向超系統傳遞，增加控制系統的智能化程度將是未來液壓支架控制系統發展的方向。

參考文獻

[1]呂桂志，任工昌，丁濤.基于TRIZ技術進化分析點膠機的演進[J].工程設計學報，2008，15（5）：387-390.

[2]趙新軍，侯明曦，李愛.以TRIZ進化理論為基礎的產品技術預測支持系統研究[J].工程設計學報，2005，12（6）：321-324.

[3]王國法，等.高端液壓支架及先進制造技術[M].北京：煤炭工業出版社，2010：201-223.

[4]趙敏，張武城，王冠殊.TRIZ進階及實戰——大道至簡的發明方法[M].北京：機械工業出版社，2015：58-91.

[5]孟祥宇.綜采工作面液壓支架電液控制系統應用[J].建井技術，2020，41（1）：58-60.

[6]包為民，祁振強，張玉.智能控制技術發展的思考[J].中國科學，2020，50（8）：1267-1272.

[7]劉萬倉，韋中成.綜采液壓支架電液控制系統應用分析[J].設備管理與維修，2020，6：190-192.

責編/馬銘陽