内容摘要：本文通过运用TRIZ创新方法中的功能分析、因果分析、技术矛盾、物理矛盾、物质场、裁剪及流分析等多种工具，基于发明原理和科学效应库中探测固态效应查找出相关科学原理，提出了非接触式线缆故障检测、行波故障测距、超声波反射信号检测等系列电缆破损检测方法，为解决高铁动车组线缆故障快速定位问题提供了新的思路和方法。
关键词：TRIZ 创新方法 高铁 线缆破损 检测
中国高铁具有国家发展战略意义不断提升着人民的出行质量。高铁动车组的运行依靠电路控制来实现，其线缆绝缘性能可靠性是影响车辆运行安全的重要因素。中国标准动车组一列车线缆总长度约79万米，制造过程中不允许有一点破损，对整个行业都是世界级难题。车辆制造中电缆敷设工作现场施工环境复杂，破损电缆极易被掩盖，靠外表观察极难发现。目前采用检测方式有触摸式检测其检测精度低、绝缘检测仪检测会对线缆存在损伤、数字万用表检测检测周期长、线缆分析仪检测效果最佳但检测手段复杂。因此采用TRIZ理论通过正交试验方法进行高铁线缆破损检测方法探究。
一、功能导向及科学效应运用
功能是实现发明的线索和抓手，将定位破损线缆概念化，提取上位功能为探测固体，在效应库中得到了声空化、声振动、电晕放电、多普勒效应、涡流、铁磁性、中子束散射、光致(励磁)发光、压电效应、放射性、散射、超声学、X光射线等13种原理。我们选择利用超声学和放射性得到了最初设计：工人将线从装满荧光剂的桶中穿过，之后用擦拭装置将其表面荧光剂擦掉，然后用紫外线灯和超声波探测仪双管齐下进行检测。
二、运用TRIZ工具进行问题求解
从功能分析发现荧光涂料对线缆存在不足作用，系统工作时线缆头部处在开裂状态，进入时会有荧光涂料进入到线缆芯内部腐蚀线缆，使工作出错率提高。通过因果分析确定线缆穿引端口开放和桶对线缆的固定作用是两个产生问题的根本原因。针对线缆的穿引形成将线头利用防护层覆盖后穿入改进方案。针对桶对线缆的固定形成将浸泡式改为喷涂式改进方案。
通过技术矛盾求解，为了提升线缆检测的稳定性会导致物质损失、操作流程方便性、运动物体作用时间三个参数发生恶化。通过冲突矩阵得到以下解决方案：稳定性和物质损失冲突采用柔性壳体或薄膜原理，将涂料桶的进线、出线口设置柔性材料板，像心脏的半月瓣能及时阻隔液体泄漏；稳定性和操作流程方便性冲突采用改变颜色原理，将线缆绝缘外皮改为透明颜色；稳定性和运动物体作用时间冲突采用参数变化原理，将液体荧光涂料改为具有附着性的荧光细沙。
通过物理矛盾求解，对于涂料桶来说矛盾点在于既需要它足够坚硬来盛装荧光涂料保证不损坏，又想桶能够足够柔软避免伤及线缆；对于荧光液来讲，我们既希望用量多完全线缆更好覆盖，又想用量少且不需要大容积的盛装容器；针对进线、出线孔我们希望它又能大又能小，来配合各种粗度的线缆。于是我们采用条件分离进行解决，利用曲面化原理：引入环形海绵擦拭装置，使得既不需要一次性使用大量荧光涂料，又可以防止由于进线出线时，摩擦过大而使线缆破损。
通过流分析求解，对于上述技术系统中重点甄别出了线缆与荧光涂料的有害流。利用减少或消除有害流的18个改进措施中的重新分配流方法：将浸泡式更改为涂刷式，通过一种环形刷具让线缆从中间穿过，将荧光剂通过管道输送到刷具根部，使荧光涂料能很容易涂匀。改变流属性方法：将液体流转换为气体流，将荧光气体通过喷洒均匀涂在线缆上，经冷却后将其擦掉进行检测。
对比西门子公司一项专利作为对比文件进行专利规避，经功能分析发现当对线缆进行故障检测时，故障线缆会发出声音，但是嘈杂的外部环境会使探针采集到的声音不纯，产生有害作用；其次，人在观察光柱输出界面时还同时倾听高阻耳机里的声音，因此人对于光柱输出页面所提供的信息读取不足。应用裁剪工具得到方案：将光柱输出显示装置裁剪掉，改为超声波探测装置。
超声波测厚仪既是超声波发生器又是超声波接收器，传感器与线缆之间直接接触，超声波在绝缘皮中传播，在遇到线芯时反射，通过反射时间长短判断绝缘皮厚度以及是否断线。
在物质场关系中是不足的，针对这一弱点新建一个增强物质场模型的关系。利用向具有可探场的物场转化得到单行波检测方案：在线缆一头发射电流，捕捉反射回来的行波信号，通过计算得到破损点位置；利用向双物场转化得到双行波检测方案：在线缆两头同时发射电流，在故障处会反射捕捉反射回来的行波，通过计算两行波接收时间差，计算出故障点位置；利用向具有可探场的物场转化得到多普勒效应方案：利用故障点放电产生声波信号，检测设备在靠近波源时接收的频率变高，而当设备远离波源的时候接收的频率变低，从而判断故障点的位置；利用向具有可探场的物场转化得到热成像探测方案：红外测温子单元通过测量输电线路发射的红外辐射强度计算输电线路的表面温度并上传至控制器，根据线缆表面温度分布自动计算出线缆破损程度；利用向原磁场转化得到电磁波发射器方案：产生一设定宽度及设定幅度的发射电磁波并发送到线缆上，电磁波在故障点进行特殊反射，通过对比得到波形变化时间及波形幅度变化量，计算出线缆故障点长度并判断线缆的磨损程度。
通过流分析求解，对于此技术系统中重点甄别出了光柱输出界面和人之间不足的信息流。利用改善流的导通性的14个改进措施中利用再循环的方法：检测高阻耳机里的声音分贝，并将其转换成分贝图像与光柱图像拟合，通过程序检测当二者的最高点接近或重合时自动提示无需长时注视显示屏幕；组合两种不同的流而获得协同效应的方法：声波+行波探测法，利用行波监测终端和声波监测终端采集初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间，行波监测终端和声波监测终端安装在待测电缆的相同位置，且行波监测终端和声波监测终端的时钟同步，根据初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，定位待测电缆的故障点。
三、方案整合确认最终方案
在下线台案上放置一个浸润荧光液的湿海绵环，线缆从中通过，然后再由干海绵环将荧光液擦除，在线缆破损处产生荧光留存，紫外线灯检测时线缆上会出现荧光斑或条纹；在线缆出线口处进行超声波检测，主要针对荧光液无法浸润到线缆破损处。
线路中同一位置使用声波和行波发射装置进行发射声波和行波，采用同步时钟源设备，用于为行波监测终端和声波监测终端提供同步时钟信号，在故障点出进行反射，将通信模块将收集的时间提供给处理器，处理初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，再根据声波和行波在线缆中传播的速度在待测电缆的缆芯为铜介质时声波的传播速度约为3.75×m/s，行波的传播速度约为2.3× m/s，计算出定位所述待测电缆的故障点。
结束语：
通过TRIZ创新方法的应用形成高铁线缆破损检测方案，准确检测出线缆状态，检测成本低、使用方便、提前预测，极大的降低了动车组运行过程中的事故风险，填补世界范围内动车组运行过程中线缆动态检测的空白。确保高铁列车电气系统的安全稳定运行和旅客生命财产安全，为祖国的建设提速。
参考文献：
[1]孙永伟、【美】谢尔盖.伊克万科，打开创新之门的金钥匙，科学出版社，2018年1月；
[2]赵敏、张武城、王冠殊，TRIZ进阶及实战--大道至简的发明方法，机械工业出版社，2016年1月；
[3]姚威、韩旭、储昭卫，创新之道--TRIZ理论与及实战精要，清华大学出版社，2019年5月；
[4]李梅芳、赵永翔，TRIZ创新思维与方法理论及应用，机械工业出版社，2016年9月。
作者简介：
胡俊祥 （1978.11.22-），男，吉林省长春市，中车长春轨道客车股份有限公司，高级技师，本科，研究方向：铁路客车制造。
邮寄地址：吉林省长春市青年路希望家园综合楼3单元206室