TRIZ设计案例——智能洗碗机

经过分析，洗碗机的技术进化趋 势满足TRIZ理论的8种进化法则！
六.关键问题抽出和TRIZ原理求解 关键问题一
由于中国式的餐具比较深，洗碗机的水流难以进入到碗的底部进行 冲洗，所以将中国的餐具放入洗碗机清洗都会有污垢残留。相比之下， 西方的餐具以碟子为主，表面平滑，易于被洗碗机清洗。这也是洗碗机 在中国迟迟打不开市场的原因。为了解决这一现象，我们通过TRIZ理论 予以解决。 步骤是： 1.确定形成技术系统矛盾的通用工程参数； 2.查询应用矛盾矩阵表，找到相应改善工程参数和恶化工程参数的 对应位置； 3.获得发明原理的详解，逐个应用到具体问题上，看看是否可行。 经分析，改善的工程参数是形状（9），恶化参数是运行效率 （24），查表结果如下：
独立化公理：保持功能要求的独立性 当有两个或两个以上的功能要求时， 设计方案必须满足每一个功能要求，而且 不影响其它的功能要求，这就要求选择设 计参数时，既要满足功能要求，又要保持 功能要求的相互独立。分析功能要求与对 应的设计参数之间的关系可以判断功能要 求之间是否相互独立。
信息公理： 力求设计信息含量最少 在所有满足独立性公理的设计中， 信息含量最少的设计是最好的设计，它是 用来对设计方案进行评价和比较的原则。 根据公理2的要求，在设计中应尽量简化 设计工作，减少设计中各种因素的影响， 以减少设计中产生公理化设计理论及其应 用研究功能耦合的可能性。
功能主体 基本功能 具体功能 设备名称
三.形态学矩阵与方案设计
我们总结出洗碗机的功能元，并找到了每个功能元对应的可能的几种硬 件结构的方案组成形态学矩阵，在下一篇ppt中，我们对硬件方案进行筛选， 得到最终设计方案。
局部解 功能元
1
水泵抽水 冷热水管出水 混合 水泵循环抽水 机械式刮擦去 垢
2
水龙头放水 电热丝加热水 与冷水混合 搅拌扇叶旋转 打水 软布刮擦去垢 化学物质吸水
从功能域到物理域的 “之”字形曲折分析：
由左侧分解图生成设计矩阵：
电磁 阀
进出水 1 0 0 0 0 0 搅 拌 器 0 1 0 0 0 0
驱动马 达和泵
0 0 1 0 0 0
超声波 发生器
0 0 0 1 0 0
电加热 丝和吹 风机 0 0 0 0 1 0
紫外线 发生器
0 0 0 0 0 1
功能域
定位：以上的分析证明：洗碗机在欧美国家有很大的市场需求，在中 国普及程度不高，所以有很大的市场前景。该产品的定位旨在设计高档的、 功能全面的、能够清理中国特色餐具的洗碗机。 理念：结合最新的科技成果，将多种基本功能如清洗、去垢、杀菌等功 能融入洗碗机，做到功能强大，高度智能。将洗碗机做的轻便小巧，不占厨 房宝贵空间。 目标：通过功能分析、方案拟定、结构设计、TRIZ理论解决关键问题， 设计出合理的方案。下面就用SWOT分析法分析洗碗机的优势、劣势、市场 商机、市场威胁。
创新产品概念设计
家用智能洗碗机
齐济 上海大学机器人中心
大致设计流程
• • • • • • • 1. 市场需求分析 2. 功能原理建模 3. 形态学分析 4. 公理化设计 5. TRIZ理论求解 6. 技术路线图的绘制 7. QFD质量屋方法
一.洗碗机的需求分析
发展史：洗碗机起源于欧洲，在1927年，德国创立了世界上第一 个简易的洗碗机。在德国有20家洗碗机公司，意大利有21家洗碗机公 司，产品普及率超过70%。 洗碗机在中国的发展情况： 洗碗机在我国市场上累计已有20年的发展历史，但是这个领域一 直发展缓慢，产品的普及率长期徘徊在10%以下，远低于欧洲国家 50%以上的普及率。价格在3000-5000元之间，有些高达万元。
0 电磁阀 0 搅拌器 0 驱动马达和泵 0 超声波发生器 0 电加热丝和吹风机 1 紫外线发生器
首先将功能域和物理域对照起来进行“之” 字曲折分析，得到设计矩阵。由于设计矩阵的 形状是对角阵，所以洗碗机的设计是非耦合设 计，不同功能之间相互独立，互不影响，满足 独立化公理。
设计方程组：FR＝A·DP 从功能域到结构域的映射可以用上式来表示，其中： FR—功能要求，表示设计洗碗机所需要的各项基本功能； DP—设计参数，表示设计洗碗机的结构需要哪些组成部分； A—设计矩阵，表示功能要求FR与设计参数DP之间对应元素的关系。 独立化公理判定规则： 在线性设计方案中，Aij是个常数。A为对角矩阵，则每个FR可以通过调整某一个DP来保 证，而不影响其他的FR。满足独立性公理，这样的设计称为非偶合设计。A为三角矩阵， 独立性公理也可以被满足，称为准偶合设计。A为其他形式的矩阵，则称之为偶合设计。 偶合设计不满足独立性公理，应分解偶合。 信息公理判定规则： 具有最小信息量的设计是最佳设计。换言之，用最简单的设计参数实现所有功能需求的 设计是最佳设计。 对于给定的功能要求FRi，如果设计参数DPi满足FRi的概率为Pi，那么信息量为： Ii log2 Pi 对于有m个FR的设计问题，整个系统的信息量为： m log 2 Pi 无耦合设计 m m i 1 Isys Ii log 2 P{m} m i 1 i 1 log P 2 i { j} 耦合设计 i 1 其中，P{m}为m个FR的联合概率； Pi|{j}为同时满足Fri及其它所有与之相关的FRj（j=0，1，2，……i）的条件 概率。
Strength Weakness Opportunities Threats
市场商机： 洗碗机销售量逐年提高，产量不断 增大，证明其得到了良好的市场认可。 由于其提高了家务完成效率，对工 作在外、无时间打理厨房的年轻人来说 是件“利器”，在今后也将得到良好发 展。 市场威胁： 同类产品竞争激烈，生产 厂商多。不同品牌产品差异 小，普遍智能化程度不高， 工作原理基本相同。
3
人工倒水 燃气烧水与冷 水混合 滚筒 超声波微震荡 去垢
4
压差原理 微型电锅炉 运动的喷水 头或水枪 高压水冲洗 去垢
5
A.进出水控制 B.水温控制 C.循环冲洗功能 D.表面顽渍去垢 E.加热烘干
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
化学物质 腐蚀去垢
电热丝+吹风 机 超高温消毒
F.杀菌消毒
紫外线杀毒
脉动真空灭菌
化学物质灭 菌
将无法应用的硬件方案去除，筛选得到可行的硬件方案组合。
二.功能分析-----功能结构图
用“黑箱法”确定洗碗机大致功能结构。我们将输入和输出首 先选定，设计了一个洗碗机大致需要的几个结构模块和模块间的相 互关系。
单片机控制
电能
控制面板显示
冷热水、洗涤剂
水剂混合器
污水
循环清洗结构 强力去垢结构 保洁杀菌结构
饭后餐具
放碗格架
清洁餐具
功能层次图
我们的设计方案就基于该功能层次图的分析。
现有市场洗碗机的主要功能总结
绝大部分洗碗机的功能是一致的，均是洗碗功能：有不同的洗碗模式， 每种模式的水温、水量、水的流速、清洗时间不同，以应对不同状态下的 餐具。如带着粘性米粒残余、或者长时间难以清理的油垢，就需要采用 “强洗”，而用餐刚结束就清晰，污垢易于除去，可用“标准”或“超快 洗”。 还有一个基本功能是保持餐具清洁，防止落灰。另外还有部分高端洗 碗机可以提供紫外线杀菌和超声波去垢的功能。 但绝大多数洗碗机说明书都要求顾客能够做到：1.定期清洗滤网；2.准 确选择清洗模式；3.要与冷水管和热水管同时相连，用前接水管、用后拔 水管；4.添加多种洗涤剂；5.需谨慎操作以避免危险发生。
洗碗机价格一般在4000多远，售价6000元以上的产品也很普遍， 国内具有洗碗机生产线的企业有小天鹅、海尔、美的、澳柯玛、格兰仕。 生产的多款洗碗机中，只有一款是面向中国消费者，其他的型号主要出 口欧美国家。 我国洗碗机无法普及的主要原因：
2.厨房空间小 3.不完全适用于中国餐具 4.消费者对洗碗机缺乏认知度
循环冲洗 硬件选择： A.水泵循环抽水 B.扇叶旋转打水 C.喷水头或水枪
杀菌消毒 硬件选择： 紫外线发生器
四.公理化设计分析
设计者首先分 析用户的需求， 并把它们转化 为产品的一系 列功能需求FR 然后根据产品 的功能需求FR 来确定零部件 的结构及其设 计参数DP
信 息 公 理
最 终 方 案
独立化公理
产品优势： 1.能够全自动地进行洗碗工 作，极大地节省了人力资源； 2. 能够储存餐具，节省空间。 不易落灰，更加卫生，保证 饮食健康。
产品缺点： 1.操作复杂，针对不同的餐具有多种洗涤 模式，如若选择不当就可能造成污物残留； 2.资源浪费严重，一次清洗往往要用水10L 以上，超声波清洗、紫外线杀菌灯工序耗 电严重。洗碗时间长，一次要1h以上； 3.洗碗机内部需要定期清理，使用前接水 管、用后拔水管，操作复杂； 4.相比西式餐具，中式餐具不易清理净; 5.占用空间大。
4
压差原理
5
A.进出水控 制 B.水温控制
微型电锅炉
C.循环冲洗 功能
D.表面顽渍 去垢 E.加热烘干 F.杀菌消毒
搅拌扇叶旋转 打水
软布刮擦去垢
运动的喷水头 或水枪
高压水冲洗去 垢 化学物质腐 蚀去垢
化学物质吸水 紫外线杀毒 脉动真空灭菌 化学物质灭菌
最终方案拟定
进出水控制 硬件选择： 水泵抽水 顽渍去垢 硬件选择： A.软布旋转刮擦 B.超声波微振荡 C.高压水枪 加热烘干 硬件选择： 电热丝+吹风机 水温控制 硬件选择： A.冷热水管出水混合 B.微型电锅炉
经过检验，我认为我们的项目符合信息量条件：
Isys Ii log2 P{m} log2 Pi
i 1 i 1 i 1
m
m
m
其中，P{m}为m个FR的联合概率； Pi|{j}为同时满足Fri及其它所有与之相关的FRj（j=0， 1，2，……i）的条件概率。