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基本信息
- 項目名稱：
- 立式飲水機(jī)的人機(jī)學(xué)評析與改進(jìn)設(shè)計
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識對市場上的立式飲水機(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；作品科學(xué)合理地提出了立式飲水機(jī)的改進(jìn)設(shè)計和結(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)知識對市場上的立式飲水機(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；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)計過程中，體現(xiàn)“設(shè)計以人為本”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)在于針對市場現(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)供水自動化處理系統(tǒng)，而這是基于現(xiàn)階段市場上立式飲水機(jī)形式和功能難以有所改觀的癥結(jié)來進(jìn)行設(shè)計探索的。 其一，本作品設(shè)計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，該項技術(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)計是對傳統(tǒng)立式飲水機(jī)造型的一次革新，為飲水機(jī)外觀設(shè)計和品牌形象規(guī)劃提供了基礎(chǔ)性條件，能夠為傳統(tǒng)飲水機(jī)產(chǎn)業(yè)帶來新的設(shè)計價值和消費(fèi)人群。因為設(shè)計方案將飲水機(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性化的外觀設(shè)計產(chǎn)品，滿足不同消費(fèi)者的審美需求。 三：設(shè)計產(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)計中應(yīng)用了市場上比較成熟的氣壓傳動技術(shù)，而在控制飲用水的制動方面應(yīng)用了相對合理的電子感應(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)自動化設(shè)計改進(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。這樣的設(shè)計方案在解決傳統(tǒng)立式飲水機(jī)存在問題的同時，大大降低了設(shè)計方案生產(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)計的飲水機(jī)未開啟狀態(tài)時的高為1230mm，開啟使用時可向上升高200mm；取水高度則為1050mm，最高高度達(dá)1430mm。相對于傳統(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)別在于其氣壓傳動技術(shù)。因此，飲水機(jī)制動部分的功率便是改進(jìn)設(shè)計產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比較所多消耗的功率?？珊唵斡嬎阍u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，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，一千瓦時的電仍然能提升大量的水。 再以實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因為目前市場上已經(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：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)計算，該氣泵在相對理想的情況下可以用一千瓦時提升3968桶水，減掉氣泵的熱能損耗，該氣泵可以用一千瓦時的電提升2500至3000桶水（相當(dāng)于一個家庭25年的飲用水量，按一家三天一桶來計算）。 另一方面，根據(jù)市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，市場上氧氣泵的官方報價為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)計的技術(shù)關(guān)鍵包括：飲水機(jī)下門支架的從動輪、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、單孔雙管的氣液管道設(shè)計等。 設(shè)計構(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)隊根據(jù)工業(yè)氣動機(jī)械原理設(shè)計了一套可用于飲水機(jī)的氣壓傳動系統(tǒng)。 此次在這方面設(shè)計的技術(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)中水流的動力所在。它由玻璃汽缸、單向閥氣口和電驅(qū)動活塞三部分組成，這種氣泵的結(jié)構(gòu)與市場上常見的氣泵最大的差異性在于本項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)用時按實(shí)際需要進(jìn)行操作，也可以控制飲水機(jī)在需求時進(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)用成本相對會比較高(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。但是本作品很好地規(guī)避了以上氣動技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)，將氣壓制動技術(shù)科學(xué)合理地結(jié)合到設(shè)計作品之中，環(huán)保、節(jié)能并且健康。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、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)知識對市場上的立式飲水機(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)在于針對市場現(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)供水自動化處理系統(tǒng)。 三：外觀技術(shù)指標(biāo)，改進(jìn)設(shè)計的飲水機(jī)未開啟狀態(tài)時的高為1230mm，開啟使用時可向上升高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)、儲水桶的一體化設(shè)計。本次設(shè)計探索從細(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)計的技術(shù)關(guān)鍵包括：飲水機(jī)下門支架的從動輪、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、單孔雙管的氣液管道設(shè)計等。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 課題作品“立式飲水機(jī)的人機(jī)學(xué)評析與改進(jìn)設(shè)計”于2011年3月在中山大學(xué)工學(xué)院現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)中心進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計的飲水機(jī)的結(jié)構(gòu)論證和工程可行性論證，初步鑒定整體設(shè)計結(jié)構(gòu)科學(xué)合理可行。
作品所處階段
- 實(shí)驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 允許出口或國內(nèi)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、磁盤、現(xiàn)場演示、圖片、視頻錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： 作品科學(xué)合理地提出了立式飲水機(jī)的改進(jìn)設(shè)計和結(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爭力。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 本作品是針對立式飲水機(jī)而設(shè)計的，因為在現(xiàn)階段，冷熱型的飲水機(jī)立式占90.4%，臺式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%，臺式占25.8%；電子制冷型的飲水機(jī)立式占88.2%，臺式占11.8%?？傮w來說，在各類型的飲水機(jī)中，以立式產(chǎn)品為主，超過了86%的市場份額。由此可見在現(xiàn)有的飲水機(jī)市場中立式飲水機(jī)占了極高的市場份額，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)有限公司在我國生產(chǎn)銷售第一臺飲水機(jī)以來，我國飲水機(jī)市場規(guī)模迅速膨脹。在2008年之前，飲水機(jī)在市場上流通有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)缺乏一個適應(yīng)市場健康要求的標(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，2009年5月1號正式實(shí)施。 “二次污染”是困擾飲水機(jī)產(chǎn)業(yè)的另一個難題。參與制定飲水機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)的國內(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?！? 目前市場上針對“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。因為即使完全合格的桶裝水在飲水機(jī)上使用時，灰塵細(xì)菌等依然會進(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的耗力問題。 已申請專利，專利號為：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。但這個專利只是提出了局部的結(jié)構(gòu)改變，并沒有對立式飲水機(jī)進(jìn)行整體的再設(shè)計和提出與改進(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，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)和動力操作系統(tǒng)，并將飲水機(jī)上部空間設(shè)計為相對封閉狀態(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。
