基于TRIZ 理論的船舶蓄電池容量測(cè)試方法改進(jìn)

文 / 渤海船舶重工有限責(zé)任公司 郭健 牛震宇 遼寧省科學(xué)技術(shù)館 劉永睿

引言

船舶使用蓄電池供電系統(tǒng)作為船舶應(yīng)急電源，通常采用自制燈板、家用電阻絲式電爐子等簡(jiǎn)陋設(shè)備作為負(fù)載進(jìn)行放電，放電過(guò)程不是恒流源放電，同時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確地檢測(cè)放電電壓和電流。上述方法存在以下不足：放電時(shí)間長(zhǎng)；測(cè)試精度低；安全性能差。在大電流工作時(shí)，常常容易燒毀調(diào)試設(shè)備，為報(bào)驗(yàn)帶來(lái)諸多不可控因素，導(dǎo)致最終的檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，還會(huì)增加火災(zāi)隱患和觸電危險(xiǎn)。在同行業(yè)能夠徹底解決該問(wèn)題，具有很高的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)價(jià)值，由此，每年企業(yè)將減少損失100余萬(wàn)元。

根據(jù)現(xiàn)有資料顯示，在國(guó)內(nèi)、外，蓄電池容量測(cè)試儀廣泛應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)，在車(chē)載直流蓄電池測(cè)試方面有成型產(chǎn)品。在造船行業(yè)，各大造船廠(chǎng)使用較少，現(xiàn)無(wú)面向船舶行業(yè)的專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品，對(duì)該產(chǎn)品的應(yīng)用具有更積極的意義。

1 問(wèn)題描述

該問(wèn)題所在技術(shù)系統(tǒng)是船舶蓄電池供電測(cè)試系統(tǒng)，它的主要功能是驗(yàn)證蓄電池的放電能力，通過(guò)逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡瑱z測(cè)蓄電池逆變電源電流恒流放電過(guò)程，即恒流大功率連續(xù)供電30分電流誤差≤1A。在實(shí)現(xiàn)該功能的過(guò)程中，要保證待測(cè)船上蓄電池系統(tǒng)不能改變， 以恒流大功率連續(xù)測(cè)試30分鐘也不能中斷，電流誤差不大于1A。

1.1 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的工作原理（如下簡(jiǎn)圖）

船舶待測(cè)蓄電池系統(tǒng)供電箱用連接電纜與負(fù)載開(kāi)關(guān)和負(fù)載電阻（燈泡）連接好。接通負(fù)載開(kāi)關(guān)，使待測(cè)蓄電池供電箱向負(fù)載電阻放電，進(jìn)行測(cè)試。用外加電流表、電壓表和功率表等儀表監(jiān)測(cè)放電參數(shù)，用風(fēng)扇給電阻散熱，降低系統(tǒng)溫度。

1.2 當(dāng)前系統(tǒng)存在的問(wèn)題

在系統(tǒng)進(jìn)行放電試驗(yàn)過(guò)程中，需要多組燈泡同時(shí)工作，短時(shí)間內(nèi)燈泡表面及局部環(huán)境聚集了大量的熱量，由于熱量散發(fā)不及時(shí)，使燈泡周?chē)植繙囟冗^(guò)高，造成燈泡穩(wěn)定性差，易燒壞。在高達(dá)70℃的環(huán)境溫度下，更換損壞燈泡極其困難且耗時(shí)較長(zhǎng)。如更換不及時(shí)，會(huì)因試驗(yàn)電流偏差大于1A，而中斷試驗(yàn)。

1.3 問(wèn)題出現(xiàn)的條件和時(shí)間

根據(jù)實(shí)際測(cè)試統(tǒng)計(jì)，在恒定電流5A的情況下，其一，試驗(yàn)15分鐘以后就有負(fù)載電阻（燈絲）不穩(wěn)定，燒毀損壞，20分鐘以后損壞數(shù)量增多。其二，負(fù)載散熱大，環(huán)境升溫快，存在安全隱患，負(fù)載中間位置溫度高，25分鐘左右各點(diǎn)溫度恒定基本不再升高。

1.4 問(wèn)題現(xiàn)有解決方案及其缺點(diǎn)

1.4.1 方案：

1.4.1.1 接入幾個(gè)備用負(fù)載燈泡，發(fā)現(xiàn)燈泡燒毀及時(shí)投入備用燈泡，待壞燈泡及周?chē)鷾囟冉档椭?0℃以下及時(shí)更換壞泡；

1.4.1.2 為了改善散熱效果，增加散熱風(fēng)扇的數(shù)量；

1.4.1.3 延長(zhǎng)連接電纜，將負(fù)載移到室外露天區(qū)域增加通風(fēng)。

1.4.2 缺點(diǎn)：

1.4.2.1 備用負(fù)載數(shù)量有限，如損壞量太大，備用數(shù)量難以為繼；

1.4.2.2 增加散熱風(fēng)扇少，效果不明顯，增加風(fēng)扇多，占用空間大，不方便放置；

1.4.2.3 負(fù)載移到室外電纜過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，室外天氣偶遇雨、雪、大風(fēng)時(shí)又無(wú)法使用。

2 TRIZ理論應(yīng)用

2.1 功能分析

通過(guò)運(yùn)用功能分析，列出相關(guān)的系統(tǒng)組件，建立功能模型等分析方法：

系統(tǒng)級(jí)別 組件名稱(chēng)負(fù)載開(kāi)關(guān)、散熱風(fēng)扇、負(fù)載燈泡、燈座、器件固定板、儀表、電能、空氣，外殼超系統(tǒng)組件 人、船用供電系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)組件

2.2 建立功能模型

根據(jù)建立的功能模型分析，實(shí)施裁剪策略，有害組件是負(fù)載燈泡，根據(jù)裁剪實(shí)施策略，裁掉負(fù)載燈泡?？紤]尋求系統(tǒng)中可用件散熱風(fēng)扇，因風(fēng)扇功率較大、無(wú)法滿(mǎn)足指定電流的調(diào)節(jié)要求，選黃金電阻消除有害發(fā)熱，采用帶燈開(kāi)關(guān)起指示作用。

2.3 因果鏈分析

通過(guò)因果鏈分析查找末端因素，并對(duì)末端因素提出相應(yīng)的技術(shù)方案，重新進(jìn)行燈泡、風(fēng)扇的排列和布局，便于操作、散熱。（如圖1）

圖1

2.4 輔助分析

通過(guò)最終理想解、九屏圖、因果鏈等分析方法，也找出了問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)和矛盾所在。

經(jīng)過(guò)方案的可行性分析進(jìn)行改進(jìn)，與功能裁剪策略相似，如：擴(kuò)大空間，加快空氣流量，提高散熱效果；自動(dòng)控制測(cè)試裝置投切，穩(wěn)定測(cè)試參數(shù)；使用可調(diào)檔風(fēng)扇，可隨負(fù)載溫度，調(diào)節(jié)空氣流通速度等相關(guān)方法。

3 運(yùn)用TRIZ工具

3.1 技術(shù)矛盾

通過(guò)原問(wèn)題“擴(kuò)大空間，加快空氣流量，提高散熱效果”的技術(shù)矛盾表述： 如果增大負(fù)載燈泡之間的排列空間和空氣流動(dòng)量，那么就會(huì)降低了負(fù)載溫度，便于拆裝維修，但是增大了器件固定板的尺寸，不便于攜帶，存放更占空間；如果測(cè)量精度低，那么蓄電池測(cè)量裝置需求器件少，但是恒流放電調(diào)節(jié)波動(dòng)大 ，反之波動(dòng)小。

參照39個(gè)通用工程參數(shù)，改善的溫度、可維修性參數(shù)，惡化的靜止物體的體積參數(shù)查找阿奇舒勒矛盾矩陣：

惡化的參數(shù)靜止物體的體積改善的參數(shù)溫度 35、6、4可維修性 1

3.1.1 運(yùn)用創(chuàng)新原理產(chǎn)生聯(lián)想如下：

創(chuàng)新原理 35、改變物體的體積A.改變物體的物理狀態(tài)；B.改變物體的濃度具體內(nèi)容或粘度；C.改變物體的柔度；D.改變物體的溫度或體積方案 利用立體空間，把器件固定板改成器件箱創(chuàng)新原理 1、分割A(yù).把一個(gè)物體分成相互獨(dú)立的部分；B.將物具體內(nèi)容體分成容易組裝和拆卸的部分；C.提高物體的可分性或分散程度方案 一塊電阻板分成若干塊，分層放置

3.2 物理矛盾

負(fù)載燈泡間距是散熱的主要問(wèn)題。如果燈泡負(fù)載間距小，那么節(jié)省空間，但溫度升高，反之則低。

3.2.1 通過(guò)空間分離的方法（1、2、3、4、7、13、17、24、26、30）分析矛盾問(wèn)題，利用矛盾：1.分割法 17.多維原法。

創(chuàng)新原理 1.分割法 17、多維原法分割法： B、將物體分成容易組裝和拆卸的部分具體內(nèi)容多維原法 ：A、用物體的多層排列代替單層排列方案 燈泡板用多層排列替代單層平面排列

3.3 物場(chǎng)分析

基于物場(chǎng)模型的標(biāo)準(zhǔn)解，以降低局部溫度高的問(wèn)題，通過(guò)1.2.3引入第二種物質(zhì)，構(gòu)建完善的物場(chǎng)模型，用導(dǎo)流板改善空氣動(dòng)力性。

4 技術(shù)方案整理

將技術(shù)方案逐項(xiàng)列舉，再利用方案特性及占比評(píng)分矩陣（消除矛盾30%；無(wú)新危害10%；成本低10%； 簡(jiǎn)單性20%；可行性30% ）乘以權(quán)重系數(shù)得出每條方案的最終得分選出優(yōu)選方案，綜合結(jié)論：制成器件箱，利用立體空間分層放置；用黃金散熱電阻代替燈泡縮小體積；設(shè)置空氣導(dǎo)流板便于散熱。

5 項(xiàng)目改進(jìn)后效果評(píng)估

?

6 總結(jié)

該技術(shù)成果在十萬(wàn)噸級(jí)船塢生產(chǎn)線(xiàn)的系泊試驗(yàn)得到了全面應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的的經(jīng)濟(jì)效益，利用TRIZ理論作為引導(dǎo)，并申請(qǐng)了專(zhuān)利，打破了思維慣性、創(chuàng)新的神秘感，養(yǎng)成了積極思維的好習(xí)慣。

該成果推廣實(shí)施之后，有效提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，縮短了系泊試驗(yàn)調(diào)試的施工周期。