TRIZ設計案例-智能洗碗機

創(chuàng)新產(chǎn)品概念設計家用智能洗碗機齊濟上海大學機器人中心大致設計流程1.市場需求分析2.功能原理建模3.形態(tài)學分析4.公理化設計5.TRIZ理論求解6.技術路線圖的繪制7.QFD質(zhì)量屋方法一.洗碗機的需求分析

發(fā)展史：洗碗機起源于歐洲，在1927年，德國創(chuàng)立了世界上第一個簡易的洗碗機。在德國有20家洗碗機公司，意大利有21家洗碗機公司，產(chǎn)品普及率超過70%。

洗碗機在中國的發(fā)展情況：

洗碗機在我國市場上累計已有20年的發(fā)展歷史，但是這個領域一直發(fā)展緩慢，產(chǎn)品的普及率長期徘徊在10%以下，遠低于歐洲國家50%以上的普及率。價格在3000-5000元之間，有些高達萬元。

洗碗機價格一般在4000多遠，售價6000元以上的產(chǎn)品也很普遍，國內(nèi)具有洗碗機生產(chǎn)線的企業(yè)有小天鵝、海爾、美的、澳柯瑪、格蘭仕。生產(chǎn)的多款洗碗機中，只有一款是面向中國消費者，其他的型號主要出口歐美國家。2.廚房空間小3.不完全適用于中國餐具4.消費者對洗碗機缺乏認知度我國洗碗機無法普及的主要原因：

定位：以上的分析證明：洗碗機在歐美國家有很大的市場需求，在中國普及程度不高，所以有很大的市場前景。該產(chǎn)品的定位旨在設計高檔的、功能全面的、能夠清理中國特色餐具的洗碗機。理念：結合最新的科技成果，將多種基本功能如清洗、去垢、殺菌等功能融入洗碗機，做到功能強大，高度智能。將洗碗機做的輕便小巧，不占廚房寶貴空間。目標：通過功能分析、方案擬定、結構設計、TRIZ理論解決關鍵問題，設計出合理的方案。下面就用SWOT分析法分析洗碗機的優(yōu)勢、劣勢、市場商機、市場威脅。StrengthWeaknessOpportunitiesThreats產(chǎn)品優(yōu)勢：能夠全自動地進行洗碗工作，極大地節(jié)省了人力資源；

能夠儲存餐具，節(jié)省空間。不易落灰，更加衛(wèi)生，保證飲食健康。產(chǎn)品缺點：操作復雜，針對不同的餐具有多種洗滌模式，如若選擇不當就可能造成污物殘留；資源浪費嚴重，一次清洗往往要用水10L以上，超聲波清洗、紫外線殺菌燈工序耗電嚴重。洗碗時間長，一次要1h以上；洗碗機內(nèi)部需要定期清理，使用前接水管、用后拔水管，操作復雜；相比西式餐具，中式餐具不易清理凈;占用空間大。市場威脅：同類產(chǎn)品競爭激烈，生產(chǎn)廠商多。不同品牌產(chǎn)品差異小，普遍智能化程度不高，工作原理基本相同。市場商機：洗碗機銷售量逐年提高，產(chǎn)量不斷增大，證明其得到了良好的市場認可。由于其提高了家務完成效率，對工作在外、無時間打理廚房的年輕人來說是件“利器”，在今后也將得到良好發(fā)展?，F(xiàn)有市場洗碗機的主要功能總結

絕大部分洗碗機的功能是一致的，均是洗碗功能：有不同的洗碗模式，每種模式的水溫、水量、水的流速、清洗時間不同，以應對不同狀態(tài)下的餐具。如帶著粘性米粒殘余、或者長時間難以清理的油垢，就需要采用“強洗”，而用餐剛結束就清晰，污垢易于除去，可用“標準”或“超快洗”。還有一個基本功能是保持餐具清潔，防止落灰。另外還有部分高端洗碗機可以提供紫外線殺菌和超聲波去垢的功能。

但絕大多數(shù)洗碗機說明書都要求顧客能夠做到：1.定期清洗濾網(wǎng)；2.準確選擇清洗模式；3.要與冷水管和熱水管同時相連，用前接水管、用后拔水管；4.添加多種洗滌劑；5.需謹慎操作以避免危險發(fā)生。二.功能分析-----功能結構圖電能冷熱水、洗滌劑飯后餐具清潔餐具控制面板顯示放碗格架單片機控制保潔殺菌結構水劑混合器污水循環(huán)清洗結構強力去垢結構用“黑箱法”確定洗碗機大致功能結構。我們將輸入和輸出首先選定，設計了一個洗碗機大致需要的幾個結構模塊和模塊間的相互關系。功能主體基本功能具體功能設備名稱功能層次圖我們的設計方案就基于該功能層次圖的分析。三.形態(tài)學矩陣與方案設計局部解

功能元12345A.進出水控制水泵抽水水龍頭放水人工倒水壓差原理B.水溫控制冷熱水管出水混合電熱絲加熱水與冷水混合燃氣燒水與冷水混合微型電鍋爐C.循環(huán)沖洗功能水泵循環(huán)抽水攪拌扇葉旋轉打水滾筒運動的噴水頭或水槍D.表面頑漬去垢機械式刮擦去垢軟布刮擦去垢超聲波微震蕩去垢高壓水沖洗去垢化學物質(zhì)腐蝕去垢E.加熱烘干電熱絲+吹風機化學物質(zhì)吸水F.殺菌消毒超高溫消毒紫外線殺毒脈動真空滅菌化學物質(zhì)滅菌我們總結出洗碗機的功能元，并找到了每個功能元對應的可能的幾種硬件結構的方案組成形態(tài)學矩陣，在下一篇ppt中，我們對硬件方案進行篩選，得到最終設計方案。局部解

功能元12345A.進出水控制水泵抽水水龍頭放水人工倒水壓差原理B.水溫控制冷熱水管出水混合電熱絲加熱水與冷水混合燃氣燒水與冷水混合微型電鍋爐C.循環(huán)沖洗功能水泵循環(huán)抽水攪拌扇葉旋轉打水滾筒運動的噴水頭或水槍D.表面頑漬去垢機械式刮擦去垢軟布刮擦去垢超聲波微震蕩去垢高壓水沖洗去垢化學物質(zhì)腐蝕去垢E.加熱烘干電熱絲+吹風機化學物質(zhì)吸水F.殺菌消毒超高溫消毒紫外線殺毒脈動真空滅菌化學物質(zhì)滅菌由篩選后的形態(tài)學矩陣可得1X2X3X3X1X1=18個原理方案由原形態(tài)學矩陣可得4X4X4X5X2X4=2560個原理方案篩選將無法應用的硬件方案去除，篩選得到可行的硬件方案組合。最終方案擬定進出水控制硬件選擇：水泵抽水水溫控制硬件選擇：A.冷熱水管出水混合B.微型電鍋爐循環(huán)沖洗硬件選擇：A.水泵循環(huán)抽水B.扇葉旋轉打水C.噴水頭或水槍頑漬去垢硬件選擇：A.軟布旋轉刮擦B.超聲波微振蕩C.高壓水槍加熱烘干硬件選擇：電熱絲+吹風機殺菌消毒硬件選擇：紫外線發(fā)生器設計者首先分析用戶的需求，并把它們轉化為產(chǎn)品的一系列功能需求FR然后根據(jù)產(chǎn)品的功能需求FR來確定零部件的結構及其設計參數(shù)DP信息公理獨立化公理最終方案獨立化公理：保持功能要求的獨立性

當有兩個或兩個以上的功能要求時，設計方案必須滿足每一個功能要求，而且不影響其它的功能要求，這就要求選擇設計參數(shù)時，既要滿足功能要求，又要保持功能要求的相互獨立。分析功能要求與對應的設計參數(shù)之間的關系可以判斷功能要求之間是否相互獨立。

信息公理：力求設計信息含量最少在所有滿足獨立性公理的設計中，信息含量最少的設計是最好的設計，它是用來對設計方案進行評價和比較的原則。根據(jù)公理2的要求，在設計中應盡量簡化設計工作，減少設計中各種因素的影響，以減少設計中產(chǎn)生公理化設計理論及其應用研究功能耦合的可能性。四.公理化設計分析設計方程組：FR＝A·DP從功能域到結構域的映射可以用上式來表示，其中：FR—功能要求，表示設計洗碗機所需要的各項基本功能；DP—設計參數(shù)，表示設計洗碗機的結構需要哪些組成部分；A—設計矩陣，表示功能要求FR與設計參數(shù)DP之間對應元素的關系。獨立化公理判定規(guī)則：在線性設計方案中，Aij是個常數(shù)。A為對角矩陣，則每個FR可以通過調(diào)整某一個DP來保證，而不影響其他的FR。滿足獨立性公理，這樣的設計稱為非偶合設計。A為三角矩陣，獨立性公理也可以被滿足，稱為準偶合設計。A為其他形式的矩陣，則稱之為偶合設計。偶合設計不滿足獨立性公理，應分解偶合。信息公理判定規(guī)則：具有最小信息量的設計是最佳設計。換言之，用最簡單的設計參數(shù)實現(xiàn)所有功能需求的設計是最佳設計。對于給定的功能要求FRi，如果設計參數(shù)DPi滿足FRi的概率為Pi，那么信息量為：對于有m個FR的設計問題，整個系統(tǒng)的信息量為：其中，P{m}為m個FR的聯(lián)合概率；

Pi|{j}為同時滿足Fri及其它所有與之相關的FRj（j=0，1，2，……i）的條件概率。無耦合設計

耦合設計電磁閥攪拌器驅動馬達和泵超聲波發(fā)生器電加熱絲和吹風機紫外線發(fā)生器進出水100000水劑混合010000循環(huán)沖洗001000頑漬去垢000100加熱烘干000010消毒000001由左側分解圖生成設計矩陣：首先將功能域和物理域對照起來進行“之”字曲折分析，得到設計矩陣。由于設計矩陣的形狀是對角陣，所以洗碗機的設計是非耦合設計，不同功能之間相互獨立，互不影響，滿足獨立化公理。從功能域到物理域的“之”字形曲折分析：功能域物理域其中，P{m}為m個FR的聯(lián)合概率；

Pi|{j}為同時滿足Fri及其它所有與之相關的FRj（j=0，1，2，……i）的條件概率。經(jīng)過檢驗，我認為我們的項目符合信息量條件：最終我們得到結論：該設計滿足信息公理。五.產(chǎn)品進化趨勢應用技術進化趨勢和法則：

▲TRIZ的8種進化法則：該理論強調(diào)技術系統(tǒng)一直處于進化之中，技術的進化受到客觀規(guī)律的支配，解決矛盾就是解決阻礙技術系統(tǒng)的進化、實現(xiàn)系統(tǒng)從低級到高級變化的過程。

法則1：完備性法則：完整的技術系統(tǒng)包括動力、傳輸、執(zhí)行和控制四個部件裝置。洗碗機中有驅動馬達帶動水泵（動力）、由傳動機構和電路機構將單片機驅動命令傳輸?shù)礁鞑考▊鬏敚?、攪拌器，紫外線發(fā)生器、吹風機等部件執(zhí)行各自功能（執(zhí)行）、單片機與控制面板（控制）；

法則2：能量傳遞法則：沿著能量流動路徑縮短的方向發(fā)展，提高部件運作效率。洗碗機中超聲波、水槍、水循環(huán)去垢方式效率高于人工往復式擦洗；

法則3：動態(tài)性進化法則：結構上增加柔性，可移動性和可控制性。柔性提高、體積不斷減小易于移動，面板簡化，功能集中，易于控制；

法則4：提高理想度法則：其意義是技術系統(tǒng)的進化由量變到質(zhì)變，效率提升，功能多樣化，性價比提升。洗碗機的進化由低級到高級，不斷提升效率，集清晰、去垢、烘干、殺菌等功能于一體。

法則5：子系統(tǒng)不均衡進化法則：主系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)都根沿著自己的S曲線向前發(fā)展，進化動力源于子系統(tǒng)不均衡性。如超聲波技術日臻成熟，就可以推動洗碗機的去垢技術向前發(fā)展。

法則6：向超系統(tǒng)進化法則：簡化原有系統(tǒng)。將過去洗碗機的洗碗槽、水箱等部分分理出機器本身，簡化后的洗碗機體積小，更加簡化。

法則7：微觀進化法則：隨著科技技術進步，很多模塊的尺寸不斷減小，如觸摸屏和控制模塊，只需要很小的一塊就能完成；超聲波發(fā)生器模塊、吹風機模塊都可以做的更高效，更精巧。

法則8：協(xié)調(diào)性法則：不同的技術模塊可以集成在一個不大的空間內(nèi)共同完成一個復雜的洗碗任務，具有良好的協(xié)調(diào)性。

經(jīng)過分析，洗碗機的技術進化趨勢滿足TRIZ理論的8種進化法則！六.關鍵問題抽出和TRIZ原理求解關鍵問題一由于中國式的餐具比較深，洗碗機的水流難以進入到碗的底部進行沖洗，所以將中國的餐具放入洗碗機清洗都會有污垢殘留。相比之下，西方的餐具以碟子為主，表面平滑，易于被洗碗機清洗。這也是洗碗機在中國遲遲打不開市場的原因。為了解決這一現(xiàn)象，我們通過TRIZ理論予以解決。

步驟是：1.確定形成技術系統(tǒng)矛盾的通用工程參數(shù)；2.查詢應用矛盾矩陣表，找到相應改善工程參數(shù)和惡化工程參數(shù)的對應位置；3.獲得發(fā)明原理的詳解，逐個應用到具體問題上，看看是否可行。

經(jīng)分析，改善的工程參數(shù)是形狀（9），惡化參數(shù)是運行效率（24），查表結果如下：

…24.運行效率………9.形狀…02，29，28，05，40，03，31惡化參數(shù)改善參數(shù)抽出原理氣壓或液壓結構原理替換機械系統(tǒng)原理局部特性原理復合材料原理多孔材料原理組合原理由于過去的洗碗機僅僅是靠水流沖刷，碗底無法洗凈。通過機械性裝置，直接通過接觸方式擦除污垢。用先進、效果好的多孔材料吸收碗底的油垢將高壓水槍、超聲波微振蕩、機械旋轉清潔頭等部件組合，同時工作。17：多維化原理35：狀態(tài)和參數(shù)變化原理09：預先反作用原理31：多孔材料原理13：反向作用原理03：局部特性原理05：組合原理…4.靜物尺寸………2.靜物質(zhì)量…17，35，09，31，13，03，05惡化參數(shù)改善參數(shù)狀態(tài)和參數(shù)變化原理：不工作時機器的狀態(tài)可以發(fā)生改變。比如做成可拆卸式的洗碗機，不用時可以拆成幾個裝有電機的部件和幾個簡單的板子。板子可以用來裝飾或搭架子，用的時候直接快速拼裝，很節(jié)省空間。局部特性原理：發(fā)揮洗碗機的局部特性，將循環(huán)清洗的功能拆分出來，做一個單獨的模塊，其他的能省則省，盡量簡單。組合原理：將洗碗機拆封成多個小模塊，用的時候組合做成一個微型的流水線，餐具在傳送帶作用下運送到消毒模塊等處理，處理完畢直接被送上碗架。想要什么模塊就可以拼上什么模塊，用完之后拆開，節(jié)省空間。關鍵問題二減小機器的尺寸和質(zhì)量，使其更輕便，不占地方七.設計開發(fā)的戰(zhàn)略進程設計未來廚房愿景未來的廚房高度智能化，高度整潔，洗碗機在使用前可以拿出來拼裝，不用了可以拆分后收起，不占用多余空間，提高了便捷性。21時間市場清洗效果好的便捷洗碗機強力循環(huán)去污的便捷洗碗機產(chǎn)品普通尺寸洗碗機便捷洗碗機可拆卸式流水線式技術循環(huán)沖洗機械式旋轉擦洗頭組合：機械+水槍開發(fā)項目模型清洗模型循環(huán)清洗污垢去除殺菌模型殺菌測試資源資金人員/技能供應鏈起點：我們在這里手段：不同階段采取哪些手段做支撐時間軸：我們何時到達產(chǎn)品技術路線圖繪制----粗略的技術路線圖將市場、產(chǎn)品、技術、開發(fā)項目和資源統(tǒng)籌兼顧的考慮進路線圖。

密封件強度設計質(zhì)量設計沖擊力小渦流死角高壓水沖洗高壓水噴頭設計

渦流發(fā)生水循環(huán)管道設計泵轉速控制沖擊方向設計碗底去垢機械清潔頭設計機械裝置設計碗部擦頭材料設計轉速快小巧油性大粘度大頑漬吹風機精巧化設計溫度控制紫外線殺菌功率控制

殺菌不凈輻射散逸模塊精巧設計烘干殺菌功能循環(huán)清潔項目功能的促進與阻礙電機設計殺菌死角可拆卸設計模塊化設計密封設計流水線設計流暢性設計安全性模塊的體積模塊的耐用性紅色箭頭表示促進因素綠色箭頭表示阻礙因素詳細的技術路線圖用魚骨圖分析對該項目有促進和阻礙作用的因素。質(zhì)量功能展開QFD(QualityFunctionDeployment)是把顧客或市場的要求轉化為設計要求、零部件特性、工藝要求、生產(chǎn)要求的多層次演繹分析方法。QFD作用：質(zhì)量展開--將顧客要求轉化為產(chǎn)品設計要求功能展開--將設計要求轉化為合適的部件，過程，和生產(chǎn)要求。QFD益處：增加滿足顧客的呼聲的保證；減少由于工程知識引起的更改數(shù)量；識別相沖突的設計要求；將各種公司的活動集中于以顧客為主的目標上縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；減少工程，制造和服務的成本QFD最早被日本提出的時候有27個階段，被美國引進后簡化為四個階段。質(zhì)量屋的展開有以下幾點注意事項：⒈質(zhì)量屋的結構可以剪裁和擴充從圖中可以看出，質(zhì)量屋的結構要素，各個階段大體通用，但可根據(jù)具體情況，每個階段可以適當剪裁和擴充。⒉QFD的四階段可以剪裁和擴充并不是所有的質(zhì)量功能展開都需要嚴格的按照上述四個階段。根據(jù)具體的情況，QFD的四個階段可以進行剪裁或擴充。⒊質(zhì)量屋的規(guī)模不宜過大質(zhì)量屋的規(guī)模不宜過大，以便于操作。⒋QFD各階段質(zhì)量屋的建造要遵循并行工程的原則要特別指出，四階段的質(zhì)量屋必須按照并行工程的原理在產(chǎn)品方案論證階段同步完成，以便同步地規(guī)劃產(chǎn)品在整個開發(fā)過程中應該進行的所有的工作，確保產(chǎn)品開發(fā)一次成功。3518451536121521181354627

用水用電量烘干效果美觀度容納量售價殺菌效果清潔力功率耗水量用電量污漬殘余量元器件質(zhì)量按鈕耐用性整機體積安全性能紫外線能級◎強相關○相關△弱相關◎強正相關○相關×負相關※強負相關◎○○○※◎○△◎○○○◎○◎○○◎◎17○○競爭性評價A-松下B-我的C-西門子12345◎○○××○×○顧客關注指標及關注程度排序◎○△○ABCBCABCACBAABCCBAABC技術性評價藍-松下；綠-我的；紅-西門子○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○相對重要性技術難度201524102511252八.質(zhì)量功能配置分析-----做出質(zhì)量屋QFD圖A-松下B-我公司品牌C-西門子放碗格架電磁閥噴水口濾網(wǎng)餐具排水口泵洗滌劑料斗機器進水口機器排水口箱體增加重