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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 立式飲水機(jī)的人機(jī)學(xué)評(píng)析與改進(jìn)設(shè)計(jì)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)市場(chǎng)上的立式飲水機(jī)進(jìn)行剖析，根據(jù)分析的結(jié)果和思路進(jìn)行產(chǎn)品的人性化再設(shè)計(jì)；作品科學(xué)合理地提出了立式飲水機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)想，創(chuàng)新性地提出了飲水機(jī)水桶倒置下置式結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建了一整套合理的解決方案；如運(yùn)用氣壓制動(dòng)技術(shù)解決飲水機(jī)的供水問題等，還闡明了如何應(yīng)用電子感應(yīng)和控制技術(shù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 一：運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)市場(chǎng)上的立式飲水機(jī)進(jìn)行剖析，根據(jù)分析的結(jié)果和思路進(jìn)行產(chǎn)品的人性化再設(shè)計(jì)；通過人—機(jī)—環(huán)境之間的關(guān)系分析，利用理性思維方式，明確產(chǎn)品定位與設(shè)計(jì)本質(zhì)，將人機(jī)工程學(xué)的訴求融進(jìn)立式飲水機(jī)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)“設(shè)計(jì)以人為本”的理念。使產(chǎn)品不僅體現(xiàn)物質(zhì)功能，更關(guān)注人的精神需求，注重產(chǎn)品給人生理、心理方面的感受，讓產(chǎn)品達(dá)致安全環(huán)保、美觀舒適的系統(tǒng)優(yōu)化。 二：本作品創(chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有立式飲水機(jī)產(chǎn)品的不足進(jìn)行了整合性的再設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，有效解決了現(xiàn)有飲水機(jī)存在的人機(jī)不協(xié)調(diào)等問題；并且創(chuàng)新性地提出了飲水機(jī)水桶倒置下置式結(jié)構(gòu)并構(gòu)建出了一整套便利節(jié)能的飲水機(jī)供水自動(dòng)化處理系統(tǒng)，而這是基于現(xiàn)階段市場(chǎng)上立式飲水機(jī)形式和功能難以有所改觀的癥結(jié)來進(jìn)行設(shè)計(jì)探索的。 其一，本作品設(shè)計(jì)方案從根本上解決了傳統(tǒng)立式飲水機(jī)整體高度過高導(dǎo)致?lián)Q水難和出水口高度過低給使用者帶來不便的難題，同時(shí)巧妙地解決了因飲用水下置所產(chǎn)生的一系列結(jié)構(gòu)性難題。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將為解決飲水機(jī)二次污染問題提供合理的途徑和條件，將從水流、氣流運(yùn)動(dòng)媒介以及通道上切斷與污染源的接觸，最大限度避免飲用水的二次污染。 其二，飲水機(jī)水桶倒置下置式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)立式飲水機(jī)造型的一次革新，為飲水機(jī)外觀設(shè)計(jì)和品牌形象規(guī)劃提供了基礎(chǔ)性條件，能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)飲水機(jī)產(chǎn)業(yè)帶來新的設(shè)計(jì)價(jià)值和消費(fèi)人群。因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案將飲水機(jī)整體規(guī)劃成“人機(jī)接觸”和“運(yùn)行系統(tǒng)”兩大部分（也可以歸結(jié)為飲水機(jī)外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分），消費(fèi)者可以在保持內(nèi)部結(jié)構(gòu)不便的前提下選擇多種個(gè)性化的外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品，滿足不同消費(fèi)者的審美需求。 三：設(shè)計(jì)產(chǎn)品技術(shù)關(guān)鍵在于解決桶裝水倒置下置式結(jié)構(gòu)的問題，設(shè)計(jì)中應(yīng)用了市場(chǎng)上比較成熟的氣壓傳動(dòng)技術(shù)，而在控制飲用水的制動(dòng)方面應(yīng)用了相對(duì)合理的電子感應(yīng)和電路控制系統(tǒng)，智能化的控制系統(tǒng)將會(huì)大大減少飲水機(jī)能源的消耗。而在進(jìn)行飲水機(jī)結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)改進(jìn)階段,應(yīng)用了斜面、承重輪和膠墊密封座等環(huán)?？尚械慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)方案在解決傳統(tǒng)立式飲水機(jī)存在問題的同時(shí)，大大降低了設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)實(shí)踐所需的生產(chǎn)成本。 四：技術(shù)指標(biāo)： 外觀方面，改進(jìn)設(shè)計(jì)的飲水機(jī)未開啟狀態(tài)時(shí)的高為1230mm，開啟使用時(shí)可向上升高200mm；取水高度則為1050mm，最高高度達(dá)1430mm。相對(duì)于傳統(tǒng)飲水機(jī)取水高度僅為570mm，飲水機(jī)基座高度達(dá)940mm，改進(jìn)設(shè)計(jì)的立式飲水機(jī)高度可以保證絕大多數(shù)使用者能在不彎腰的情況下取用飲用水。 功率方面，該飲用水在結(jié)構(gòu)和功能上與其他飲水機(jī)最大的區(qū)別在于其氣壓傳動(dòng)技術(shù)。因此，飲水機(jī)制動(dòng)部分的功率便是改進(jìn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比較所多消耗的功率?？珊?jiǎn)單計(jì)算評(píng)估，如下： 標(biāo)準(zhǔn)桶裝水容量是18.9L，折合18.9kg；飲水機(jī)中，桶身中點(diǎn)離地高度為0.35m，而飲水機(jī)壓水最高點(diǎn)是1.43m。則飲水機(jī)需外力做功：18.9*（1.43-0.35）*10=204.12焦耳。 一度電為一千瓦時(shí)，即3600000焦耳，這就表明消耗一度電可以輸送3600000/204.12=17636.6桶水到飲水機(jī)指定位置。而民用的電費(fèi)約為0.61元每度電(廣州)，所以在理想狀態(tài)下，17636.6桶飲用水的邊際成本是0.61元。當(dāng)然在現(xiàn)實(shí)情況下電機(jī)和氣泵運(yùn)作會(huì)產(chǎn)生熱能的損耗，但這組理想狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)可以說明：即使在熱能損耗極大的情況下，一千瓦時(shí)的電仍然能提升大量的水。 再以實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上已經(jīng)有發(fā)展比較成熟的氧氣泵。而下面將引用“佳寶JEBO氧氣泵”數(shù)據(jù)，這是市面上具有代表性的微型氣泵，具體數(shù)據(jù)如下： 佳寶JEBO氧氣泵 型號(hào)：108 電壓：220V/240V 頻率：50Hz/60Hz 功率：1.2W 排氣量：1.5L/min 尺寸：87.5X53X38.5MM 根據(jù)該氣泵的數(shù)據(jù)計(jì)算，該氣泵在相對(duì)理想的情況下可以用一千瓦時(shí)提升3968桶水，減掉氣泵的熱能損耗，該氣泵可以用一千瓦時(shí)的電提升2500至3000桶水（相當(dāng)于一個(gè)家庭25年的飲用水量，按一家三天一桶來計(jì)算）。 另一方面，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，市場(chǎng)上氧氣泵的官方報(bào)價(jià)為20-30元人民幣，這類型的壓氣泵如果進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)，一個(gè)氣泵成本在10元左右。可見水泵類的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)成本較低。 然而根據(jù)調(diào)查分析市場(chǎng)上具有代表性的飲水機(jī)，其制熱功率約為1500W-1800W左右，制冷功率約為75W左右。由此可知，飲水機(jī)冷熱功率消耗是極大的，相比之下氣泵功率占總功率的比例就會(huì)很小，但這并不意味著我們可以忽略這一部分能源消耗，而是會(huì)考慮在制冷和制熱系統(tǒng)這一能源消耗過大的板塊上降低飲水機(jī)的總功率，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。 本作品設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵包括：飲水機(jī)下門支架的從動(dòng)輪、飲水機(jī)下部斜面轉(zhuǎn)軸、環(huán)狀過渡性接口，雙層膠墊設(shè)計(jì)、單孔雙管的氣液管道設(shè)計(jì)等。 設(shè)計(jì)構(gòu)想將水桶下置于飲水機(jī)下門支架上并且保持出水口向下，將下門支架推入飲水機(jī)水桶中，該支架上的從動(dòng)支撐輪便與飲水機(jī)斜面支架接觸并將斜面轉(zhuǎn)軸板頂置到合適的位置，水桶隨著支架的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過斜面轉(zhuǎn)軸板上的過渡性接口滑入位于過渡性接口中間的雙環(huán)膠墊中。 水桶接口與雙環(huán)膠墊中央的接口結(jié)合，水桶接口的橡膠塞被捅開，由于水桶自身和斜面轉(zhuǎn)軸板給水桶以力的作用（即使水桶中水被用光了），水桶下部的力量能保證膠墊和水桶接口的密閉狀態(tài)。 傳統(tǒng)的氣動(dòng)技術(shù)固然可以將飲水機(jī)下置桶中的水壓入上層結(jié)構(gòu)，但是問題在于傳統(tǒng)的氣泵能耗大且不衛(wèi)生，在使用過程中不能保證飲用水的衛(wèi)生。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的單向閥門是利用工業(yè)用油的封閉性來控制氣流的方向的，而工業(yè)產(chǎn)品直接應(yīng)用到生活類產(chǎn)品中是極其不健康亦不安全的。于是本團(tuán)隊(duì)根據(jù)工業(yè)氣動(dòng)機(jī)械原理設(shè)計(jì)了一套可用于飲水機(jī)的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 此次在這方面設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵包括：整合式氣壓泵，橡膠單向閥，電子感應(yīng)及控制元件等。 這一系列的技術(shù)組件能夠保證飲水機(jī)將水安全環(huán)保地壓入飲水機(jī)上層。整合式氣壓泵是飲水機(jī)的心臟，是飲水機(jī)中水流的動(dòng)力所在。它由玻璃汽缸、單向閥氣口和電驅(qū)動(dòng)活塞三部分組成，這種氣泵的結(jié)構(gòu)與市場(chǎng)上常見的氣泵最大的差異性在于本項(xiàng)目中整合式汽缸是可以拆洗的，與空氣直接作用的玻璃汽缸和電驅(qū)動(dòng)活塞都可以定期拆洗，這樣就大大降低了飲用水被空氣污染的可能。而橡膠單向閥是利用水的流體壓強(qiáng)原理和橡膠吸盤制作而成的輕型單向閥，這種單向閥不僅安全，而且也可以定期拆洗和更換，其作用是為了阻止管道中殘余水在氣泵停止工作的時(shí)候逆流。 該組技術(shù)另一大創(chuàng)新亮點(diǎn)在于電子感應(yīng)和控制元件的使用，這套技術(shù)的使用可以控制氣泵在運(yùn)用時(shí)按實(shí)際需要進(jìn)行操作，也可以控制飲水機(jī)在需求時(shí)進(jìn)行制冷和加熱。系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大節(jié)約飲水機(jī)的能耗，相比于現(xiàn)有的立式傳統(tǒng)飲水機(jī)更加節(jié)能環(huán)保。 液氣傳動(dòng)技術(shù)始于二十世紀(jì)初，但是這種技術(shù)最初是用于船舶等重工業(yè)領(lǐng)域，適合大功率，高轉(zhuǎn)速的機(jī)械結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)具有很好的自適應(yīng)能力，可以不間斷地加于利用來驅(qū)動(dòng)裝置，也可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是令人遺憾的是這種技術(shù)仍然沒有很好地普及到輕工業(yè)產(chǎn)品中。究其原因，一是應(yīng)用成本相對(duì)會(huì)比較高(如機(jī)械液壓臂、千斤頂?shù)?；二是大部分輕工業(yè)產(chǎn)品多是與人體直接作用的，而傳統(tǒng)的液壓氣動(dòng)技術(shù)本身就帶著這樣或那樣不環(huán)保的因素（噪音、油污等等）；三是很多產(chǎn)品根本應(yīng)用不了這類技術(shù)的核心——制動(dòng)。但是本作品很好地規(guī)避了以上氣動(dòng)技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)，將氣壓制動(dòng)技術(shù)科學(xué)合理地結(jié)合到設(shè)計(jì)作品之中，環(huán)保、節(jié)能并且健康。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一：運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)對(duì)市場(chǎng)上的立式飲水機(jī)進(jìn)行剖析，將人機(jī)工程學(xué)的訴求融進(jìn)立式飲水機(jī)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，讓產(chǎn)品達(dá)致安全環(huán)保、美觀舒適的系統(tǒng)優(yōu)化。 二：本作品創(chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有立式飲水機(jī)產(chǎn)品的不足進(jìn)行了整合性的再設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，并且創(chuàng)新性地提出了飲水機(jī)水桶倒置下置式結(jié)構(gòu)并構(gòu)建出了一整套便利節(jié)能的飲水機(jī)供水自動(dòng)化處理系統(tǒng)。 三：外觀技術(shù)指標(biāo)，改進(jìn)設(shè)計(jì)的飲水機(jī)未開啟狀態(tài)時(shí)的高為1230mm，開啟使用時(shí)可向上升高200mm；取水高度則為1050mm，最高高度達(dá)1430mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 和市場(chǎng)上傳統(tǒng)的立式飲水機(jī)產(chǎn)品相比較，本作品創(chuàng)造性地將氣壓傳動(dòng)技術(shù)引入飲水機(jī)供水處理系統(tǒng)中，并且巧妙地結(jié)合飲水機(jī)水桶下置的物理結(jié)構(gòu)特性完成飲水機(jī)、儲(chǔ)水桶的一體化設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)探索從細(xì)節(jié)入手，從結(jié)構(gòu)和使用流程上解決了水桶下置所帶來的一系列難題。 本作品設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵包括：飲水機(jī)下門支架的從動(dòng)輪、飲水機(jī)下部斜面轉(zhuǎn)軸、環(huán)狀過渡性接口，雙層膠墊設(shè)計(jì)、單孔雙管的氣液管道設(shè)計(jì)等。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 課題作品“立式飲水機(jī)的人機(jī)學(xué)評(píng)析與改進(jìn)設(shè)計(jì)”于2011年3月在中山大學(xué)工學(xué)院現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)中心進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)的飲水機(jī)的結(jié)構(gòu)論證和工程可行性論證，初步鑒定整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理可行。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 允許出口或國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、磁盤、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、視頻錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 作品科學(xué)合理地提出了立式飲水機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)想，創(chuàng)新性地提出了飲水機(jī)水桶倒置下置式結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建了一整套合理的解決方案；如運(yùn)用氣壓制動(dòng)技術(shù)解決飲水機(jī)的供水問題等，還闡明了如何應(yīng)用電子感應(yīng)和控制技術(shù)。 推廣前景的技術(shù)說明： 該作品與市場(chǎng)上傳統(tǒng)的飲水機(jī)最直觀的差異便是飲水機(jī)的外觀造型和人機(jī)尺寸，而這也是本作品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 本作品是針對(duì)立式飲水機(jī)而設(shè)計(jì)的，因?yàn)樵诂F(xiàn)階段，冷熱型的飲水機(jī)立式占90.4%，臺(tái)式9.5%；單冷型飲水機(jī)立式占據(jù)全部份額；單熱型飲水機(jī)立式占74.2%，臺(tái)式占25.8%；電子制冷型的飲水機(jī)立式占88.2%，臺(tái)式占11.8%。總體來說，在各類型的飲水機(jī)中，以立式產(chǎn)品為主，超過了86%的市場(chǎng)份額。由此可見在現(xiàn)有的飲水機(jī)市場(chǎng)中立式飲水機(jī)占了極高的市場(chǎng)份額，本作品是有巨大的應(yīng)用前景和能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益的。
同類課題研究水平概述
- 從1994年初，珠海永隆加林飲水機(jī)有限公司在我國(guó)生產(chǎn)銷售第一臺(tái)飲水機(jī)以來，我國(guó)飲水機(jī)市場(chǎng)規(guī)模迅速膨脹。在2008年之前，飲水機(jī)在市場(chǎng)上流通有10多年了，但執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是1999年開始實(shí)行的，家電產(chǎn)業(yè)觀察家劉步塵認(rèn)為飲水機(jī)行業(yè)缺乏一個(gè)適應(yīng)市場(chǎng)健康要求的標(biāo)準(zhǔn)。 2007年4月，冷熱飲水機(jī)的新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T22090-2008開始由相關(guān)部門和企業(yè)進(jìn)行起草，并于2008年10月份正式出臺(tái)，2009年5月1號(hào)正式實(shí)施。 “二次污染”是困擾飲水機(jī)產(chǎn)業(yè)的另一個(gè)難題。參與制定飲水機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)權(quán)威技術(shù)專家、寧波博強(qiáng)電器有限公司總工程師管錦春告訴記者：“飲水機(jī)的‘二次污染’問題，國(guó)內(nèi)企業(yè)包括美的、沁園、安吉爾在內(nèi)，還沒有有效的技術(shù)解決方案，這是飲水機(jī)行業(yè)面臨的主要障礙?！? 目前市場(chǎng)上針對(duì)“二次污染”的解決辦法，主要是臭氧消毒、飲水機(jī)內(nèi)膽改用抑菌的銅材料，以及加裝凈水器等，但是各有利弊，很難達(dá)到理想效果。沁園集團(tuán)全球首創(chuàng)“無熱膽節(jié)能速熱型飲水機(jī)”，該飲水機(jī)采用了獨(dú)特的快速加熱系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)飲水機(jī)的熱膽結(jié)構(gòu)。 所以，國(guó)內(nèi)主要的結(jié)構(gòu)和技術(shù)應(yīng)用改進(jìn)都是基于傳統(tǒng)立式飲水機(jī)聰明座結(jié)構(gòu)的，沒有考慮到聰明座結(jié)構(gòu)本身容易藏污納垢，從而導(dǎo)致產(chǎn)生二次污染，滋生細(xì)菌。因?yàn)榧词雇耆细竦耐把b水在飲水機(jī)上使用時(shí)，灰塵細(xì)菌等依然會(huì)進(jìn)入飲水機(jī)聰明座內(nèi)部并在貯水箱及冷水管道內(nèi)壁孳生繁殖，而大部分飲水機(jī)的貯水箱溫度在30攝氏度左右，是培養(yǎng)細(xì)菌的溫床，20分鐘左右就能繁殖一代；繼續(xù)使用聰明座結(jié)構(gòu)而改進(jìn)內(nèi)膽等的技術(shù)也沒能解決換用桶裝水時(shí)的耗力問題。 已申請(qǐng)專利，專利號(hào)為：ZL002422654的水瓶下置式新型飲水機(jī)，其提出將水瓶下置于飲水機(jī)底部，以解決立式飲水機(jī)換水操作不便和耗力的問題。但這個(gè)專利只是提出了局部的結(jié)構(gòu)改變，并沒有對(duì)立式飲水機(jī)進(jìn)行整體的再設(shè)計(jì)和提出與改進(jìn)相適應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得立式飲水機(jī)出水口等地方的二次污染依然存在，而且該專利提出的下置式改進(jìn)又新增了換插管操作不便和易污染的問題。因此，并沒有進(jìn)行完善的該進(jìn)。 于是我們提出了符合人機(jī)工程學(xué)原理的立式飲水機(jī)整體再設(shè)計(jì)，拋棄原有的聰明座結(jié)構(gòu)，提出水瓶倒置下放于飲水機(jī)底部，并提出適用于該結(jié)構(gòu)改變的內(nèi)部換水裝置結(jié)構(gòu)和動(dòng)力操作系統(tǒng)，并將飲水機(jī)上部空間設(shè)計(jì)為相對(duì)封閉狀態(tài)，盡量減少灰塵和空氣懸浮顆粒物的污染，保證飲用水的衛(wèi)生健康和安全使用。
