基于TRIZ的微型洗衣机创新设计

智库时代·224·智库论坛基于TRIZ的微型洗衣机创新设计杜默周永清胡旭辉蒋玥凡余鑫（南京农业大学工学院，江苏南京210031）摘要：随着国民生活水平的提高，大学生在宿舍洗衣不便问题日益凸显。由于内衣的特殊性，校园内公用的洗衣机给我们带来安全隐患，它们需要有专门的清洗环境，这就希望洗衣机能实现分箱分类同时清洗。考虑到时间与资源利用方面，微型洗衣机占地资源少，额定功率低，易清洗，适于在宿舍内使用。运用发明问题解决理论，对洗衣机的功用提出全面系统的创新优化方案，使其方便，高效，安全卫生，适于宿舍使用，并有效规避其现有专利。关键词：内衣；洗衣机；微型；发明问题解决理论；创新设计；规避专利中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：2096-4609（2018）29-0224-002一、引言在漫长的人类发展史上，曾产生过无数的创新发明与创新技术，他们的创新实践、创新经验和创新成果，对后来的创新者有很重要的学习意义。发明问题解决理论（拉丁文原文），头字母缩写为TRIZ，正是从前人成功的创新经验中总结出来的，并被用于实践而得到证实的方法。TRIZ被西方国家称为“点金术”。TRIZ已经称为解决技术问题或发明问题的强有力的方法学，该方法已经解决了前苏联、美国、欧洲、日本等国家许多企业成千上万个创新难题[1]。根据笔者对TRIZ理论的学习与理解，将其应用于小型洗衣机的创新设计中，主要用TRIZ思维方法进行小型洗衣机的结构功能设计分析，解决了日常生活中的实际问题。二、TRIZ概论及国内外研究现状（一）TRIZ概论TRIZ理论是基于知识、面向人的发明问题解决系统方法学，而且适用于各行各业。如图1所示。图1流程图（二）TRIZ理论应用国内研究状况我国学者为TRIZ的发展完善也作出了贡献：黄洪钟使用MatlabANN工具箱，将冲突矩阵变换为一个三层BP人工神经网络模型；洪浩研究了在缺矛盾信息下的解决方法；我国的一些研究者还在统一结构发明思想、问题特殊解的概念搜索、对系统故障的定性和定量分析、绿色优化设计等方面，对TRIZ理论进行大胆改进，并取得了一定的效果[2]。（三）TRIZ理论应用国外研究现状1993年，TRIZ理论正式进入美国；1999年，美国阿奇舒勒TRIZ研究院成立；2000年，欧洲TRIZ协会成立。伴随着TRIZ理论在欧美和亚洲大规模研究和应用的兴起，TRIZ理论的发展进入新的阶段。1999~2004年，欧美、日、韩的TRIZ理论从专家级研究应用发展到大规模行业应用，并走向教育普及，广泛吸收产品研发与创新的最新成果，试图建立基于TRIZ理论的技术创新理论体系[3][4]。（四）本文的研究内容本文利用TRIZ理论对传统洗衣机的弊端进行规避，设计了一款新型适于在宿舍使用的微型洗衣机。三、研究课题的意义及目的为了将更多的精力投入到学习之中，我们需要一种小型洗衣机，分左右双筒同时洗涤，分开清洗衣物。该款洗衣机专门针对少量小型衣物，且仅供私人使用，提供了一种健康卫生的清洗环境，并且外型小巧且用水用电量少，易于移动放置，在清洗过程中，也不会造成干扰性的噪音。在使用完毕后，还能提供专门的晾晒平台，使宿舍环境也能保持一种干净卫生的状态。四、基于TRIZ思维方法的分析与设计首先，利用STC算子及功能分析，得出特定环境下的洗衣机的功能框架；然后，利用IFR细化实现部分功能的结构；最后，利用创新原理解决问题，提出最终的设计方案。（一）初步方案：STC算子及功能分析1.功能分析从功能角度，对微型洗衣机作进一步分析。如下表1所示。针对狭小的宿舍空间，我们将洗衣机缩小为微型洗衣机，仅仅依靠充电宝提供电源。针对学生追求干净卫生的心理，将洗衣机分箱分类清洗不同衣物，防止交叉感染，细菌滋生，同时又能节约时间。针对晾衣物时滴水的现象，洗衣机提供晾晒杆，可以使水滴流入洗衣机内，通过排水口排出，保持宿舍环境整洁。表1功能分析表技术系统微型分箱式洗衣机用途自动洗衣袜、双桶分开式洗涤、晾晒衣袜技术功能使洗衣机由传统洗衣功能拓展到省力省电省空间干净快捷的衣袜洗涤主要功能提供双桶空间，分类洗涤，节能省时；日常清洗衣袜和私人衣物，干净高效，满足人们快节奏的生活；洗衣机两端设有伸缩杆，易收纳且结构稳定，结合洗衣桶使衣袜清洗晾晒功能合一，摆脱滴水困扰。（二）方案细化：最终理想解通过功能分析，确定我们欲设计的洗衣机所拥有的功能。下一步，利用TRIZ工具——最终理想解（IFR）设计实现部分功能的详细结构。1.理想解与实际问题相结合针对适合大学生在宿舍洗涤内衣、袜子的情况，运用最终理想解的分析，设计控制装置。如下表2所示。表2洗小件衣物最终理想解分析问题分析结果设计最终目标？小型分箱式洗衣机可以在宿舍为学生分类清洗小型贴身衣物，并集洗晾晒为一体，方便，高效理想化最终结果？贴身衣物分类清洗，干净卫生，且功率小，不会造成宿舍功率过大断电达到理想解的障碍是什么？宿舍内使用的洗衣机要求功率小，一个电机控制两个涡轮，转速过慢出现这种障碍的结果是什么？洗涤不彻底不出现这种障碍的条件是什么？两箱式洗衣机需要两个电机创造这些条件所使用的资源是什么两个电机可由两条USB线分别充电宝相连。智库时代·225·智库论坛通过分析，在宿舍使用洗衣机必须满足功率小的要求，但同时又要洗涤干净彻底。因此采用两个电机分别控制两个涡轮，这样既可以保证彻底清洗，又可以保证两箱洗衣机的独立性，避免在不使用某一箱时空转，浪费资源。排水装置对于宿舍使用，对于洗衣机的本身很重要，我们运用最终理想解的分析，设计合理的排水装置。如下表3所示。表3排水装置最终理想解分析问题分析结果设计最终目标？洗衣时，装置封闭，排水时，利用重力作用自动从下侧排水，由排水管导入到地下通道。理想化最终结果？在洗衣物时，密封性好，不会有大量水溅出，排水时，彻底，最大程度降低污水残留。达到理想解的障碍是什么？排水装置的设计不严密，造成在封闭状态下水从排水装置中流出；排水时，底部有污水残留，造成细菌滋生出现这种障碍的结果是什么？洗完衣物后，需花费大量时间打扫周围地面；清洗洗衣机繁琐。不出现这种障碍的条件是什么？合理设计排水装置的密封性和排水性创造这些条件所使用的资源是什么利用水龙头开关原理，安装一个球阀开关，通过转动球阀达到存水放水的目的；将底座内部设计成斜面，与排水口相呼应，排水彻底干净。（三）解决方案：40条发明创新原理通过目标→障碍→解决障碍的IFR分析，设计出了实现部分功能的合理结构。利用40条发明创新原理中的部分理念提出了最终的整体解决方案。1.分割→组合→简化思想分割是将一个物体分成相互独立的部分，是解决问题的常用思维方式。我们将洗衣机分成机体，洗涤控制系统，排水系统三大部分。针对我们特定的设计环境——宿舍，分别分析这三个部分。如下表4所示，我们分析出传统洗衣机应用于宿舍的不便之处。表4传统洗衣机的缺点机体宿舍空间狭小，而传统洗衣机的体积过大洗涤控制系统宿舍为了保证用电安全，一般不允许使用大功率电器，经常会有过流断电的现象。而传统洗衣机功率过大，不适宜在宿舍使用。排水系统传统洗衣机由于体积大，水量多，经常会有水喷洒在地上的情况，清理任务中。分析出传统洗衣机的不便后，我们主要针对这几个方面对传统洗衣机进行改善。改善方案如下表5：表5针对传统洗衣机改进设想机体我们将机体体积缩小，功能不变，用来洗涤贴身衣物。洗涤控制系统我们将耗能的大电机改成可以由充电宝驱动的小电机，方便安全，有效防止过流发生。排水系统我们将机身底部装有机座，机座可以起到短暂储水作用，将机座内设计成斜面装置，与排水口连通，这样可以保证全部水从一个位置流出，消除向其他方向流动的可能，确保周围环境干净整洁。将独立的两个洗衣机合并，组合为一个洗衣机系统，这样可以做到衣物分箱清洗，但同时又保证了每个洗衣机的独立性，可以只单独运行其中的一个洗衣机。如下表6。表6　分割—组合创新原理的应用小型洗衣机小型分箱式洗衣机因体积过小，容量不足，单次洗涤件数过少，造成多次重复工作。洗衣机具有两个箱体，可以同时洗涤，也可以单独运行其中一个，可满足不同情况的需求。同时将衣物分类清洗是如今健康生活推崇的生活态度，此洗衣机恰好符合当前生活观念。改进完成的分箱式洗衣机又产生了另外的矛盾。将两个系统完全组合之后，使系统变得复杂，不符合大众追求简单的心理，因此将组合系统的某些部分简化也是TRIZ理念的重要部分。如下表7表7　方案的进一步简化简化方案将两个洗衣机的排水装置合二为一，机座部分连通，只留一处排水口，两箱内的污水均从一个口中排出，这样就不需要接两个管道分别排水。2.通用/普遍性：功能组合功能组合是指使物体具有多种功能以代替其他物体的功能。例如，万用表，多用螺丝刀。我们将机身外侧提携把手改为由两根弯管组成的，材料为可扭动旋转的碳素钢材料。这种材料类似于懒人手机支架的材料，利用了其可以随意转动且力学性能好的特点。由此可以集洗，晾一体化，实现功能复合。并且在不需要把手时，可放在底部，节约空间。如图2所示。图2　新型洗衣机的功能分析五、微型洗衣机的创新点运用TRIZ创新理论设计，我们将现有的洗衣机和具体的使用环境相结合，提出一套完整的设计方案，这套设计方案的主要创新结构如下：（一）体积小宿舍不宜使用功率大的电器，我们将洗衣机体积缩小，主要目的是为了较少额定功率。其次，体积减小对于面积狭小的宿舍，节约了占地资源。外型小巧且用水用电量小，是环境友好型的产品。（二）分箱式衣服尤其是贴身衣物是需要分类清洗的。传统的大型洗衣机无法将贴身衣物清洗干净，分类清洗的工作繁琐，耗时长。而我们的分箱式洗衣机，可以做到将贴身衣物分类，同时清洗，达到高效，干净卫生的目的。（三）提携把手功能复合将把手的材质更改，可以任意角度转动，并且具备一定的力学性能，对于一些小型衣物的晾晒是可以满足的。并且，在晾晒衣服时，滴下来的水分，可以流进机身的桶里，通过排水口排出，保持周围环境的干净卫生。（四）排水系统的设计将底部的排水装置改为斜坡式，可以利用水的重力，流向排水口，达到可以完全排尽废水的目的。（五）符合大众消费心理如今，人们更趋向于小型且功能多的设备。我们设计出的微型洗衣机，迎合了如今消费者的心理。它具有的特性如表8所示。表8新型洗衣机的主要特性技术性创新性环境友好性经济性智能、多功能、易用快捷、简洁及稳定功能复合节能、噪音低及无毒害制造成本低、能耗少六、结束语本文在针对大学生宿舍日常生活中的问题，对洗衣机进行创新设计。应用了TRIZ理论的九屏幕法，40条发明原理及最终理想解的方法论，对洗衣机结合使用环境提出设计方案，通过类比法和功能复合的方法，提高洗衣机的有用功能，减少传统洗衣机在宿舍环境下某些功能的资源浪费，简化洗衣机的结构，使其更加方便，高效，快捷，符合干净卫生的生活理念。TRIZ理论对创新设计提供了理论支持，有效规避了相应专利的限制。【作者简介】杜默（1996-），女，本科，研究方向为机械设计制造及其自动化。【通讯作者】周永清（1977-），男，南京农业大学机械工程系副教授，研究方向为现代设计方法、创新方法及应用。【参考文献】[1]沈萌红.理论及机械创新实践[M].北京:机械工业出版社,2012:36.[2]刘军辉.基于TRIZ理论的行星齿轮系统创新设计[D].郑州:郑州大学,2017.[3]徐克庄.国内外TRIZ理论研究和应用概况[J].杭州科技,2008(4):50-55.[4]武青艳,陈瑞三,罗玲玲.TRIZ理论的优势特点及其局限性[J].沈宁教育行政学院学报,2013(04):17-21.