摘  要：T11BK型长钢轨车组是运输钢轨的特种车组，其中发电车和作业尾车的设计是参照22B型客车车体，车组在返厂进行检修时车体抛丸除锈工艺环节车窗不能拆除造成损伤。本文基于发明问题解决理论(TRIZ)对现有抛丸除锈工艺存在的问题进行描述和分析，将实际工程问题转化为TRIZ问题，采用九屏幕法、功能分析、资源分析对问题进行识别，发现技术矛盾和物理矛盾，结合物一场分析，提出多种解决方案，最终设计了长钢轨车组检修用新型车窗防护装置，无需打钉损伤车窗，且节省了60%以上的工时、减少了30%以上的操作者数量，优化了整体的检修工艺流程。

关键词：长钢轨运输车组；抛丸除锈；检修工艺；TRIZ理论

T11BK型长钢轨运输车组是目前国内最新型使用最广泛的500米长钢轨运输车组。该车组具有承担焊接长钢轨的装、运、卸及旧轨回收功能，是铺设无缝线路的重要设备[1-3]。车组由13种车型43辆车组成，其中发电车供全列车作业和生活用电，是列车用电控制中心。如图1所示，车体参照22B型客车车体设计。作业尾车是用于卸轨和收轨作业以及行车人员的宿营，车体也是参照22B型客车车体设计，如图2所示。两种车都有作业人员留守宿营功能，安装有防渗漏性能更好的B型向上开启式铝合金单元式组合活动窗，结构较为简单，方便检修，对于提高作业人员的舒适度有着重要的作用[4-5]。

长钢轨运输车组具有运输及收放轨功能属性，按照厂修工艺规程规定，在拆除车内机组和设备后需要进行车体抛丸除锈工艺处理。抛丸除锈工艺就是通过高速旋转的抛丸设备将抛丸颗粒投射到工件表面，以去除表面污垢、氧化层、涂层等杂质，同时也可以增加表面粗糙度、撞击也会表面硬度提高，提高涂层附着力[6-8]。车组中发电车、作业尾车由于车体表面积大，在车体抛丸工艺中对抛丸质量要求非常严格，如果涂装没能在抛丸工艺有效清除，将会影响后续钢结构检修[9]。

因发电车、作业尾车在抛丸工艺过程前车窗部分不能拆卸，故车窗的防护作业尤为重要，车窗防护不到位将会造成车窗及玻璃损坏，钢砂进入车内清理困难也会造成内饰损坏。由于原有车窗防护较为原始，防护效果较差且耗时，在安装过程中对车体造成损坏，已经不能满足生产要求，需要一种全新的工艺进行替代。

TRIZ理论是由前苏联发明家Altshuller在20世纪50年代，首创提出的一种发明创造理论[10]，有助于快速打开创新型思维模式[11]。他通过对数以百万计的专利文献进行研究，提炼出一套解决复杂技术问题的系统方法‌。TRIZ理论揭示了创造发明的内在规律与原理，是成熟的、实用的创新方法学。‌本文利用“总-分-总”的逻辑结构进行逻辑分析，运用TRIZ理论设计一种可拆解的防护装置，并结合现有的检修工艺，实现可拆解的防护装置，并对车体无损伤，对现有的检修工艺发展具有重要意义。

一、当前系统的分析与选择

通过对现有抛丸除锈工艺流程分析，总结目前防护装置的主要缺陷为：①装卸复杂，时间过长。②损伤车体、车窗。③防护效果差，损坏玻璃和内饰，利用率低。④操作人员数量多。

二、从当前系统出发分析

首先从“总”的角度对当前工艺进行分析，利用九屏图分析明确抛丸除锈工艺的聚氨酯防护板，抛丸除锈作业、 长钢轨车组检修工艺及相关的原始除锈工艺与无损除锈工艺。在此基础上，进行功能分析，确定工艺中可用资以供后续问题解决阶段使用。最后通过技术矛盾，建立三维模型，分析各个组件之间的联系并确定有害关系、不足关系，以此总结出当前工艺中亟须解决的问题。

（一）九屏幕分析

本文采用“王”字形九屏图的表达方式，该方式主要应用于技术进化类问题的思考，重点表达当前抛丸除锈工艺的过去与未来的进化逻辑，对后续相关的系统的功能分析具有启发意义。如图3所示，以现有抛丸除锈工艺为出发点，寻找原始除锈工艺以及无损除锈工艺。从当前现有抛丸除锈工艺向前进化为聚氨酯防护板抛丸除锈作业，其无损除锈作业，即只有在设计车窗防护装置技术的背景下，车体无损除锈作业才能够实现。同理，可以从现有抛丸除锈工艺向后推移得到原始除锈工艺以及相关铁路车辆检修工艺。

经分析，智能化车辆检修工艺具有直接的引导意义。因此得出研究方向1：从现有抛丸除锈工艺进化到无损除锈工艺。

（二）组件分析与功能分析

组件分析是进行抛丸除锈工艺功能分析的基础，从构成当前抛丸工艺的组件入手，建立各组件间相互作用矩阵，以此为基础构建当前抛丸除锈工艺的功能模型。以有发电车车体为研究背景，对无损抛丸除锈作业的主要组件进行分析，见表1。

分析上述组件间的相互作用，构建组件之间的相互作用矩阵，为了能够清晰识别现有抛丸除锈工艺缺陷，仅表达各组件之间直接且明显相互作用关系。由于抛丸除锈的工艺的主要功能是对车体外侧进行除锈处理，防止车体抛丸除锈时车窗被打碎，故在对各组件相互作用关系分析前，应先考虑当前系统所需满足的基本技术要求：

1.防护框架，判断车窗是否包含在框架内，车窗及铝合金边框无漏出。

2.通过对聚氨酯板的观察，查看是否有破损，将判断反馈给操作人员。

3.操作人员根据聚氨酯板的破损，判断车窗是否被打碎。若车窗被打碎，操作人员需要将聚氨酯板拆下进行更换，破碎的车窗玻璃进行更换，防止下次聚氨酯板失效，造成不可逆的损失。

功能分析是识别各组件之间的相互作用关系并建立功能模型图的过程[12]，进一步判断各组件之间的过渡、充分、不足、有害等作用关系如图4所示。根据基本技术要求结合相互作用矩阵可知，车体在支撑防护框架可能因为安装有误差，造成抛丸通过缝隙击碎车窗，因此，正确的框架也是对车体的作用不足。因为该系统是在抛丸设备的背景下分析，因此需要考虑抛丸设备及抛丸颗粒的影响，其中抛丸颗粒的干扰最为明显，对车体和装置均存在有害作用。此外，由于操作人员的操作失误，会对人员造成伤害。根据功能模型图可知，安装过程中棱角部分及聚氨酯装抬过程中容易伤害到工人。最后，对整个功能模型的缺陷进行汇总，为后续利用TRIZ工具解决问题聚焦方向见表2。

三、功能缺陷的分析与解决

此部分从“分”的角度对功能缺陷进行逐一分析，利用技术矛盾等TRIZ工具求解得出可行方案。

技术矛盾主要用于在解决问题时，优化一个参数的同时会导致另一个参数恶化的场景[13]。通过寻找阿奇舒勒矛盾矩阵寻找发明原理，以此打破这种矛盾关系，得出解决方案。

针对功能缺陷02，需减小操作人员对防护装置的作用力的大小，但是需要增加车辆操作性及车辆的易维修性。对应的改善参数为33.易操作性，改善参数为34.易维修性，根据阿奇舒勒矛盾矩阵（表3），得到发明原理N.01分割原理、N.12等势原理、N.26复制原理、N.15动态化原理。根据发明原理N.15得到方案提示1：根据动态化原理将车窗防护板设计为可移动的车窗防护板；根据发明原理N.01得到方案提示2：防护装置在抛丸时锁定不动，安装时可解除锁定便携拆装；根据发明原理N.12参数变化原理得到方案提示3：设计悬挂机构，将防护装置悬挂在车体上，防止砸伤工作人员；根据发明原理N.26得到方案提示4，改防护装置可以进行大量复制生产，对铁路客车检修有所帮助。

四、方案综合与改进

通过上述的问题分析与解决，得到8种方案与2个研究方向（表4），从成本估计、可行性、完整性等评价指标对其进行分析整合，最终以方向1和方向2为设计导向，综合方案设计一种长钢轨车组检修用新型车窗防护装置设计研究。进行最终方案进行最后“总”的分析。

本文先从总体角度分析现有系统的功能缺陷，再通过“分”的角度将每一处功能缺陷逐一解决，最后再次利用“总”的方式检验方案提示，形成最终方案如图5所示。

五、结论

（一）运用“总-分-总”的逻辑结合TRIZ理论对无损除锈工艺进行全面设计。从当前系统出发全面识别当前系统的功能缺陷，利用九屏图法和资源分析法得出系统设计的研究方向，通过组件分析和功能分析的功能缺陷。利用TRIZ工具对识别出的工艺缺陷逐一解决，最后得到完善最终方案。

（二）本文研究重点为TRIZ理论在无损除锈工艺巧妙运用，将理论问题转换为实际问题，并进行应用。