基于TRIZ理论的液压支架控制系统发展趋势分析
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作者:鲍鹏飞 陈亮
摘 要：为了预测液压支架的开发方向以适应现代采矿工业发展需求，本文应用TRIZ理论中的技术进化理论，分析了液压支架控制系统的发展进化趋势，确定了提高液压支架控制系统的智能化水平是将来可能的开发方向。
关键词：液压支架控制系统;TRIZ理论;技术进化
TRIZ意译为发明问题的解决理论，是上世纪40年代中期，以前苏联发明家阿奇舒勒为首的专家们通过对数百万件发明专利研究分析后得出的由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系[1]。TRIZ主要由40个发明原理、物—场标准解、科学效应等一整套的理论来解决各工程领域的创新问题。TRIZ的核心内容之一就是技术进化理论，在众多的发明方法中，只有TRIZ理论具备技术进化的完整内容，它可以根据技术系统的进化规律预测未来发展趋势，帮助企业开发富有竞争力的新产品[2]。
我国煤炭工业发展的主体方向始终是煤炭高效、安全开采，液压支架是保证煤炭正常开采的重要组成设备。为加强煤炭工业经济效益和持续发展，需要对液压支架技术不断更新，最大化提高支架工作效率。研究和分析液压支架的发展趋势，对适应现代煤炭工业的快速发展具有重要的作用[3]。
1. 技术进化理论
为了适应不断复杂化的外部环境，任何技术系统始终是不断发展演变的。TRIZ理论把技术系统的这种发展演变叫做技术系统进化。TRIZ的核心是技术系统进化原理，它可以依据产品中技术系统的进化规律定性预测未来产品的发展趋势，从而帮助企业开发出具有竞争力的新产品[4]。
1.1 进化模式
经过阿奇舒勒和他的学生及众多TRIZ专家的研究与改善，形成了由11个技术系统进化法则所构成的现代TRIZ进化法则体系结构，如图1.1所示。
这11个技术进化法则是表达技术系统进化的通用模式，可以应用在任意技术系统的分析中。
1.2 产品子系统
现代TRIZ理论认为一个技术系统在实现预设功能的时刻，必须具备“动力装置、传动装置、执行装置和控制装置”四个子系统。四个子系统相互作用，共同实现其预设功能。
技术系统为实现功能而构建，不完备的技术系统无法实现预设功能，提高技术系统的完备性是技术系统进化方向之一。
将产品按照子系统分类并结合11个技术进化法则可以探讨各个系统的进化模式，从而找出其进化路线，预测产品的开发方向。
2. 依据进化路线分析液壓支架的演化
依据TIRZ理论完备性法则，按照液压支架工作原理将液压支架子系统分为动力装置：乳化液泵站;传动装置：液压缸;执行装置：承载结构件、推移装置;控制装置：电液控制系统四个主要子系统。
2.1 减少人的参与的进化路线
液压支架电液控制系统主要由计算机、数据交换处理器和井下交换机等设备组成。技术工作人员通过控制支架单独动作和组合动作，实现煤矿综合开采工作面设备的快速降架、移架、初撑和推移[5]。同时，技术人员还可进一步借助电液控制器底部的自身调试功能，实现电液控制系统的控制功能和监管作用，保证煤矿开采工作的正常运行。
TRIZ理论认为，随着技术系统的发展，应该减少系统中由人力执行的功能数量，从而提升整个系统的自动化、智能化水平，减少人工的参与介入[4]。因此液压支架控制系统未来必然朝着彼此联网、相互感知、灵活决策、精准执行的智能化发展。
2.2 向超系统进化路线
一个技术系统与另外一个或多个技术系统相互组合，称为超系统的集成[4]。
人工智能控制技术是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能控制决策的控制方式。近年来机器学习算法不断突破，并且伴随5G时代、大数据和物联网的到来[6]，人工智能控制进军各种专业领域，应用于各类复杂被控对象的控制问题。
液压支架控制系统与人工智能控制系统结合，可以更好地控制、监测工作面设备的工作状态，减少人员劳动强度，保障设备安全、稳定运行。其中，模糊控制能够解决控制过程中难以建立液压支架及其相关控制对象控制模型的问题;神经网络能够给控制过程中的不确定性提供比较高的容错度，并且提高适应变化因素的性能;专家控制可以使控制精度提升，提高诊断故障的性能。总之，结合这一系列的智能控制措施，可以大大提升电液控制系统的自动追机拉架、工作面校直找平等能力，也可以在支架在各种姿态情况下依旧确保一系列动作控制的精确度，进一步提升电液控制系统的自动化水平[7]。
3. 结束语
本文通过对液压支架的发展状况分析，结合TRIZ理论的进化法则，归纳总结了液压支架控制系统的发展进化路线，分析得出：液压支架控制系统应该减少人的参与并向超系统传递，增加控制系统的智能化程度将是未来液压支架控制系统发展的方向。
参考文献
[1]吕桂志，任工昌，丁涛.基于TRIZ技术进化分析点胶机的演进[J].工程设计学报，2008，15（5）：387-390.
[2]赵新军，侯明曦，李爱.以TRIZ进化理论为基础的产品技术预测支持系统研究[J].工程设计学报，2005，12（6）：321-324.
[3]王国法，等.高端液压支架及先进制造技术[M].北京：煤炭工业出版社，2010：201-223.
[4]赵敏，张武城，王冠殊.TRIZ进阶及实战——大道至简的发明方法[M].北京：机械工业出版社，2015：58-91.
[5]孟祥宇.综采工作面液压支架电液控制系统应用[J].建井技术，2020，41（1）：58-60.
[6]包为民，祁振强，张玉.智能控制技术发展的思考[J].中国科学，2020，50（8）：1267-1272.
[7]刘万仓，韦中成.综采液压支架电液控制系统应用分析[J].设备管理与维修，2020，6：190-192.
责编/马铭阳
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