基于TRIZ创新的高性能烘干晾衣机设计

李泽军 倪俊 王琳 范凯欢 李元凤

摘要：為解决电动晾衣机烘干效率低和干衣数量少的问题。基于TRIZ创新理论，开展了电动晾衣机的创新设计。通过系统功能模型图与因果分析得出现有电动晾衣机烘干效率低和干衣数量少根本原因，并综合运用系统裁剪、物-场模型及标准解和技术矛盾等方法，设计出全新的高性能晾衣机，通过对成本、可行性和可靠性的分析，确定了最终方案，得到量产方案和专利布局。 使用TRIZ创新理论可优化现有设计方法，提供问题定义分析求解的思路，形成有效的系统化设计，为电动晾衣机的创新设计提供参考。

关键词：TRIZ创新 电动晾衣机 产品设计 家用电器

中图分类号：TP391.44;TN929.5;TB472

Design of High-Performance Electric Drying Racks Based on the TRIZ

LI Zejun1，2  NI Jun2*  WANG Lin2  FAN Kaihuan2  LI Yuanfeng2

1.School of Industrial Design， Hubei University of Technology， Wuhan， Hubei Province， 430068 China;2.Zhejiang Hooeasy Technology Co.， Ltd.， Jinhua， Zhejiang Province， 321015 China

Abstract：In order to solve the problem of the low drying efficiency and small drying quantity of electric drying racks， based on the TRIZ， the innovative design of electric drying racks is carried out. Through the functional model diagram of the system and cause-and-effect analysis， the root causes of the low drying efficiency and small drying quantity of existing electric drying racks are obtained， and a new high-performance rack is designed by comprehensively using the methods of system cutting， the material-field model， standard solution and technical contradiction. The final scheme is determined by analyzing costs， feasibility and reliability， and the mass production plan and patent layout are obtained. The use of the TRIZ can optimize existing design methods， provide ideas for problem-defining analysis and solving， and form effective systematic design， so as to provide references for the innovative design of electric drying racks.

Key Words：TRIZ; Electric drying rack; Product design; Household appliance

TRIZ理论是由前苏联发明家阿奇舒勒创立的一种基于专利创新理论方法，逐渐成为科学家、发明家以及工程师解决问题的有力武器[1]。蒋典亨[2]使用TRIZ创新理论，将孕妇装的用户需求转换为孕妇装的设计要求，消除了孕妇装原有的弊端，使之最大程度地提高了设计的附加价值，延长了孕妇装使用时间，节约了服装资源，为产品设计提供了依据和理论支撑；李奋强[3]等以TRIZ的冲突矩阵和因果链分析寻求可行性解决方案，突破相关设计的技术堡垒，设计老人购物车，结合专利的分析规避与TRIZ集成创新方法为系统性的设计提供了一定解题思路；金信琴[4]等采用用户旅程图与TRIZ发明原理对厨具进行创新设计，结合人体固定位置上肢活动范围计算结果进行烹调区厨具的布局设计研究，为厨具产品的设计提供新的思路。

随着城市化进程的不断加速，越来越多的人住进了以小区为单位的高层建筑，阳台便成为了人们日常晾晒的主要场所[5]。电动晾衣机产品作为一个类家用电器的产品，主要集成了阳台照明、衣物晾晒、紫外线消毒、热风烘干等功能，但由于产品的同质化现象严重，用户对整个市场中的品牌认知度不高。缪珂[6]以电动晾衣机系列产品开发设计全流程中设计所扮演角色与设计价值构建的实践过程为例，探索传统中小企业转型升级过程中设计参与并发挥价值的路径与方法，设计了一款电动晾衣机，并在商业市场领域取得了一定的验证。文中对电商平台的评价进行分析，得出目前电动晾衣机烘干效率低和干衣数量少的核心问题，运用系统功能模型图与因果分析寻求产生问题的根本原因，并综合运用系统裁剪、物-场模型及标准解和技术矛盾等方法，得出多个烘干设计方案，通过对成本、可行性和可靠性的分析，确认最终的方案并进行量产和专利的布局。

1  TRIZ问题模型

1.1 现有技术系统的工作原理

PTC加热体加热周围空气，通过风机叶轮的旋转以及风道的导流，如图1所示，将热风经系统的出风口移动至悬挂衣物表面，通过热风蒸发/干燥衣物内部水分，降低衣物含水率从而达到烘干衣物的功能。

1.2 当前技术系统存在的问题

通过选取电动晾衣机品牌邦先生、好太太、太太乐在电商平台京东、天猫销量前三的产品，进行差评分析，筛选出100条典型差评进行分析统计，如图2所示，得出电动晾衣机行业两个核心技术问题：烘干效率低和干衣数量少。烘干效率低指以200g衬衫为例，烘干区域平均用时120min，如图3所示；干衣数量少是指受制于出风口尺寸及出风角度，单侧晾杆普遍只能有效烘干3件衣物，两侧合计6件，不到晾晒衣物数量的25%（以晾晒24件衣物为准），如图4所示，针对以上两个问题，文中利用TRIZ理论来寻求低成本高效益的解决方法。

1.3 系统功能分析

1.3.1 系统组件列表

定义本系统为晾衣机烘干系统降低衣物含水率。作用对象为衣物，得出本系统的组件列表，如表1所示。

1.3.2 系统功能模型图

对系统各组件之间的相互作用关系进行分析得到系统功能模型图，如图5所示。

对系统功能模型图进行分析，描述系统组件及其之间的相互关系，确定导致问题存在的功能因素，列举出系统中存在的所有负面功能[7]，负面功能1，PTC加热体对塑料外壳的加热——有害作用；负面功能2，周围空气对PTC发热的冷却——有害作用；负面功能3，叶轮对风道的振动——有害作用；负面功能4，风道对安装支机的振动——有害作用；负面功能5，安装支机对外壳的振动——有害作用；负面功能6，PTC发热体对空气的加热——不足作用；负面功能7，叶轮电机对叶轮的旋转——不足作用；负面功能8，风由进风风道到出风风道的聚集——不足作用；负面功能9，风由出风风道到两侧出风口的传递——不足作用；负面功能10，两侧出风口对衣物的定向——不足作用。

1.4 系统因果分析

1.4.1 系统因果分析图

因果轴分析用于建立问题产生的结果与根本原因之间的逻辑链，寻找逻辑链中薄弱环节，找出解决问题的切入点[8]。根据系统功能分析图绘制出系统因果分析图，如图6所示。

通过构建系统因果分析图，确定本系统中导致问题产生的根本原因为，加热体性能不足、风速不稳定、进风量不足、风道聚集空气不足、出风口长度过短、缺乏换向装置。

1.4.2 确定问题突破点

通过开展系统功能分析、因果分析，明确了系统中组件之间的相互关系及存在的负面功能，深入挖掘了问题出现的多层次原因。综合考虑系统可用资源的基础上，确定了问题解决的突破点[9]有3点，第一，发热体加热空气不充分，风速不稳定，使得到达衣物表面的风温不足；第二，风道设计不合理，造成送风距离不足；第三，出风口设计缺陷，导致出风区域范围不足。

2  运用TRIZ创新解决问题

2.1 系统裁剪

系统裁剪即根据系统需要尝试将系统中的某组件裁剪，同时把它有用的功能提取出来，让系统中的其他组件或者超系统去实现这个功能，从而达到降低成本、提高理想度的目的[10]。常见的系统裁剪策略有1唇亡齿寒、2自力更生和3移花接木三个策略[11]。

2.1.1 系统裁剪方案一

运用系统裁剪实施规则3移花接木，裁剪掉PTC加热体，改用加熱效率更高、体积更小、更稳定的金属加热管，改善加热体对空气加热不充分的不足作用，如图7所示；裁剪后的电动晾衣机系统功能模型图，如图8所示。

2.1.2 系统裁剪方案二

运用系统裁剪实施规则2自力更生，裁剪掉安装支机，其支撑作用直接由外壳完成，降低成本。确定待裁剪元件绘制系统的功能模型图裁剪方案，如图9所示；裁剪后的电动晾衣机系统功能模型图，如图10所示。

2.2 物-场模型及标准解

阿奇舒勒认为，两个物体间的作用都可用两个物质（对象物质S1和工具物质S2）和另一个场的基本模式来描述。在分析某个具体的技术系统时，建立的模型就叫做物-场模型。标准解系统则是对标准发明问题进行求解的工具，阿奇舒勒总结了76个标准解，包括13个一级标准解，23个二级标准解，6个三级标准解，17个四级标准解，17个五级标准解[11]。

针对问题突破点3，运用标准解S1.1.3在物质外部引入附加物，在出风口增加导风摆叶，形成可变换角度的摆叶出风口，得到方案3，如图11所示，改善出风角度单一、热风作用范围小的不足作用，新的物-场模型，如图12所示。

针对负面功能1，运用标准解S1.2.1在系统的两个物质间引入外部现成的物质，在外壳与加热管之间增加一种散热效果好、耐高温的金属隔热板，得到方案4，如图13所示，减少加热管对外壳的加热作用，避免外壳材料因温度过高引起热危险的有害作用，新的物-场模型，如图14所示。

2.3 技术矛盾解决

2.3.1 技术矛盾

当技术系统的某个工程参数得到改善时，可能会引起另外一个工程参数的恶化，这种情况下存在的矛盾被称为“技术矛盾”。在本系统中，为了提高系统的出风风速，改善送风距离，可能导致系统的出风温度恶化，形成了技术矛盾1；为了提高系统风道的风压，改善送风距离，可能导致系统的出风量恶化，形成技术矛盾2。

2.3.2 矛盾矩阵

通过查询40个发明原理[11]，选择技术矛盾参数组合，得到技术矛盾1的矛盾矩阵，如表2所示；技术矛盾2的矛盾矩阵，如表3所示。

2.3.3 概念方案

运用发明原理31.多孔材料原理，产生新的解决方案5，如图15所示，即在发热管上采用多层散热片，增加发热体接触空气表面积，充分加热的同时，最大程度不影响进风。

运用发明原理2.抽取原理，产生新的解决方案6，如图16所示，即将烘干系统从主机中抽取出来形成单独下置烘干模块，有效解决进风不足的问题。

运用发明原理30.柔性壳体或薄膜结構原理，产生新的解决方案7，即在主机下方增加一个柔性烘干罩，使得局部范围内形成封闭状态，加速空气循环。

运用发明原理14.曲面化原理，产生新的解决方案8，如图17所示，即风道采用曲面设计，参考空气动力学，在叶轮离心力方向进行导流，最大程度提高导流效率。

运用发明原理4.不对称原理，产生新的解决方案9，如图18所示，即采用离心风机结构，有效解决风道风压不足的问题。

2.4 物理矛盾解决

为了实现某种功能，对同一对象（或者同一个子系统）的同一个工程参数提出了互斥的要求，即为物理矛盾[12]。在本系统中，为了增加系统送风距离，要求风速要大，与此同时，为了提高到达衣物表面的风温，要求风速不能太大。因此，本系统中存在对同一参数“风速”的互斥要求，即存在物理矛盾。运用时间分离原理对应的19.周期性动作原理，产生新的解决方案10，即双模式控制方式，风机采用急速模式和标准模式，急速模式风机100%转速输出，标准模式75%转速输出。

2.5 系统进化法则及S曲线解决

S曲线是产品生命周期理论的核心部分，在具体应用过程中可以分析判断产品处于生命周期的哪个阶段，推测系统今后的发展趋势[13]，如图19所示，并可以根据不同阶段的特点和要求，为研发及商业决策提供参考作用。

根据S曲线和系统进化法则，运用提高动态性法则，产生新的概念方案11，即动态烘干控制系统，通过温湿度传感器、重量传感器及全自动控制算法等，实现衣物表面温湿度及重量的实时动态监测，并按照衣物烘干不同阶段自动调节风机转速、发热体功率及出风口方向，达到快速烘干的同时能耗最低。

3  方案评价

综合成本、可行性、可靠性以及作用效果等多个维度，最终采纳由“1、2、3、4、5、8、10”所组成的综合方案，如表4所示，开发了全域摆风的高性能烘干晾衣机，如图20～图21所示。

4  结语

文中运用TRIZ创新工具，针对电动晾衣机烘干效率低和干衣数量少的问题，通过系统裁剪、物-场模型及标准解和技术矛盾等方法，结合成本、可行性等多个维度，设计开发了一款高性能烘干晾衣机，通过TRIZ创新方法设计的晾衣机取得了12项相关专利，具体为发明专利5项，CN114320961A 、CN113862975A 、CN112251999B、CN112391817B、CN113818222A；实用新型专利7项，CN215051461U、CN215051462U、CN215058251U、CN216040320U、CN215714116U、CN214655867U 、CN212611547U；同时该方案作为创新项目参加2022中国创新方法大赛浙江赛区决赛荣获三等奖，进一步验证了使用TRIZ创新设计电动晾衣机的可行性，同时也可以为相关电动晾衣机设计提供参考，提升行业竞争力。

参考文献

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