鮑鵬飛 陳亮

摘? ?要：為了預(yù)測液壓支架的開發(fā)方向以適應(yīng)現(xiàn)代采礦工業(yè)發(fā)展需求，本文應(yīng)用TRIZ理論中的技術(shù)進化理論，分析了液壓支架控制系統(tǒng)的發(fā)展進化趨勢，確定了提高液壓支架控制系統(tǒng)的智能化水平是將來可能的開發(fā)方向。

關(guān)鍵詞：液壓支架控制系統(tǒng);TRIZ理論;技術(shù)進化

TRIZ意譯為發(fā)明問題的解決理論，是上世紀(jì)40年代中期，以前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒為首的專家們通過對數(shù)百萬件發(fā)明專利研究分析后得出的由解決技術(shù)問題和實現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系[1]。TRIZ主要由40個發(fā)明原理、物—場標(biāo)準(zhǔn)解、科學(xué)效應(yīng)等一整套的理論來解決各工程領(lǐng)域的創(chuàng)新問題。TRIZ的核心內(nèi)容之一就是技術(shù)進化理論，在眾多的發(fā)明方法中，只有TRIZ理論具備技術(shù)進化的完整內(nèi)容，它可以根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)的進化規(guī)律預(yù)測未來發(fā)展趨勢，幫助企業(yè)開發(fā)富有競爭力的新產(chǎn)品[2]。

我國煤炭工業(yè)發(fā)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(shè)備。為加強煤炭工業(yè)經(jīng)濟效益和持續(xù)發(fā)展，需要對液壓支架技術(shù)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(fā)展趨勢，對適應(yīng)現(xiàn)代煤炭工業(yè)的快速發(fā)展具有重要的作用[3]。

1. 技術(shù)進化理論

為了適應(yīng)不斷復(fù)雜化的外部環(huán)境，任何技術(shù)系統(tǒng)始終是不斷發(fā)展演變的。TRIZ理論把技術(shù)系統(tǒng)的這種發(fā)展演變叫做技術(shù)系統(tǒng)進化。TRIZ的核心是技術(shù)系統(tǒng)進化原理，它可以依據(jù)產(chǎn)品中技術(shù)系統(tǒng)的進化規(guī)律定性預(yù)測未來產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，從而幫助企業(yè)開發(fā)出具有競爭力的新產(chǎn)品[4]。

1.1 進化模式

經(jīng)過阿奇舒勒和他的學(xué)生及眾多TRIZ專家的研究與改善，形成了由11個技術(shù)系統(tǒng)進化法則所構(gòu)成的現(xiàn)代TRIZ進化法則體系結(jié)構(gòu)，如圖1.1所示。

這11個技術(shù)進化法則是表達技術(shù)系統(tǒng)進化的通用模式，可以應(yīng)用在任意技術(shù)系統(tǒng)的分析中。

1.2 產(chǎn)品子系統(tǒng)

現(xiàn)代TRIZ理論認為一個技術(shù)系統(tǒng)在實現(xiàn)預(yù)設(shè)功能的時刻，必須具備“動力裝置、傳動裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置”四個子系統(tǒng)。四個子系統(tǒng)相互作用，共同實現(xiàn)其預(yù)設(shè)功能。

技術(shù)系統(tǒng)為實現(xiàn)功能而構(gòu)建，不完備的技術(shù)系統(tǒng)無法實現(xiàn)預(yù)設(shè)功能，提高技術(shù)系統(tǒng)的完備性是技術(shù)系統(tǒng)進化方向之一。

將產(chǎn)品按照子系統(tǒng)分類并結(jié)合11個技術(shù)進化法則可以探討各個系統(tǒng)的進化模式，從而找出其進化路線，預(yù)測產(chǎn)品的開發(fā)方向。

2. 依據(jù)進化路線分析液壓支架的演化

依據(jù)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(tǒng)分為動力裝置：乳化液泵站;傳動裝置：液壓缸;執(zhí)行裝置：承載結(jié)構(gòu)件、推移裝置;控制裝置：電液控制系統(tǒng)四個主要子系統(tǒng)。

2.1 減少人的參與的進化路線

液壓支架電液控制系統(tǒng)主要由計算機、數(shù)據(jù)交換處理器和井下交換機等設(shè)備組成。技術(shù)工作人員通過控制支架單獨動作和組合動作，實現(xiàn)煤礦綜合開采工作面設(shè)備的快速降架、移架、初撐和推移[5]。同時，技術(shù)人員還可進一步借助電液控制器底部的自身調(diào)試功能，實現(xiàn)電液控制系統(tǒng)的控制功能和監(jiān)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(shù)系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)該減少系統(tǒng)中由人力執(zhí)行的功能數(shù)量，從而提升整個系統(tǒng)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(tǒng)未來必然朝著彼此聯(lián)網(wǎng)、相互感知、靈活決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的智能化發(fā)展。

2.2 向超系統(tǒng)進化路線

一個技術(shù)系統(tǒng)與另外一個或多個技術(shù)系統(tǒng)相互組合，稱為超系統(tǒng)的集成[4]。

人工智能控制技術(shù)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(xué)習(xí)算法不斷突破，并且伴隨5G時代、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的到來[6]，人工智能控制進軍各種專業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用于各類復(fù)雜被控對象的控制問題。

液壓支架控制系統(tǒng)與人工智能控制系統(tǒng)結(jié)合，可以更好地控制、監(jiān)測工作面設(shè)備的工作狀態(tài)，減少人員勞動強度，保障設(shè)備安全、穩(wěn)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(guān)控制對象控制模型的問題;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(jié)合這一系列的智能控制措施，可以大大提升電液控制系統(tǒng)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(tài)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(tǒng)的自動化水平[7]。

3. 結(jié)束語

本文通過對液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r分析，結(jié)合TRIZ理論的進化法則，歸納總結(jié)了液壓支架控制系統(tǒng)的發(fā)展進化路線，分析得出：液壓支架控制系統(tǒng)應(yīng)該減少人的參與并向超系統(tǒng)傳遞，增加控制系統(tǒng)的智能化程度將是未來液壓支架控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。

參考文獻

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

[2]趙新軍，侯明曦，李愛.以TRIZ進化理論為基礎(chǔ)的產(chǎn)品技術(shù)預(yù)測支持系統(tǒng)研究[J].工程設(shè)計學(xué)報，2005，12（6）：321-324.

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

[4]趙敏，張武城，王冠殊.TRIZ進階及實戰(zhàn)——大道至簡的發(fā)明方法[M].北京：機械工業(yè)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(tǒng)應(yīng)用[J].建井技術(shù)，2020，41（1）：58-60.

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

[7]劉萬倉，韋中成.綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].設(shè)備管理與維修，2020，6：190-192.

責(zé)編/馬銘陽