依据TRIZ创新设计理论对家用小型豆浆机的改进设计方案

豆浆机是小家电的代表。虽然种类和功能越来越多，但在使用原理、造型，尤其是破豆原理上，仍缺乏大胆创新。在知识快速更新的今天，只有将传统的创新设计方法与科学先进的设计方法相结合，才能提高新产品设计的质量和效率。

TRIZ理论是近年来发展迅速的创新理论，特别适合在机械工程领域应用。因为TRIZ方法的先进性，减少了原来豆浆机设计的思维方向与最终理想解的偏差，创新变得更容易，效率比直接用专业知识求解更高，最终解的质量也更高。

一、现状豆浆机优缺点及分析

目前市场上流通的豆浆机种类繁多，可以方便、快捷、经济地为家庭生活提供豆浆，但通过调查分析，它们仍存在以下不足:

A.由于其碎豆原理采用钝刀技术，使用时产生的噪音比较大。

B.现在的豆浆机内部结构复杂，隐藏角多，不易拆卸，不容易清洗。

C.豆浆的生产需要一定的水量，所以有固定的水位线，这就使得目前的产品体积固定，所以one 豆浆机只能适用于特定的人数，也就是说并不能广泛适用。

针对以上市场分析，主要对豆类粉碎原理进行改进，将目前使用的钝刀技术改为研磨效果更好、噪音更低的双层研磨技术。通过改变产品的形状，可以改变豆浆机的体积，在不影响其水位线的基础上简化形状，有效解决了上述噪音大、杂质多、对人群适应性有限、清洗困难等问题。

二.TRIZ理论介绍

TRIZ是前苏联专家在研究大量专利的基础上提出的发明问题解决理论。TRIZ的方法是有效的。它用系统的方法和工具，彻底解决了普通人看似无法解决的问题。阿奇舒勒矛盾矩阵、40个发明原理、物场模型分析、76个标准解决方案、ARIZ和科学知识原理数据库可以帮助我们快速获得创造性的解决方案。TRIZ theory提出了39个描述冲突的通用工程参数，并对其进行编号，分别用1 ~ 39号表示。在实践中，首先，构成冲突的双方的内部表现由两个参数表示。然后根据技术冲突的特征参数，通过TRIZ，的冲突矩阵确定相应的发明原理，完成创新设计。

图1 　TRIZ 理论求解模式

该设计应用TRIZ理论的解决模式如图1所示。通过对实际问题进行抽象，将实际问题转化为TRIZ/的标准问题，然后利用TRIZ/的工具得到TRIZ的标准解，再应用专业知识将标准解转化为实际问题的最终解。

三.基于TRIZ发明矩阵理论的创新设计

今天的豆浆机是集豆类粉碎、加热、香气烹饪于一体的多功能小型电器。我集团设计的豆浆机从上到下的配件有有机头、杯体、防溢电极、磨盘连接轴、双层磨盘、滤网盖、加热板等。(整体结构图如图2所示)。利用TRIZ，我们团队解决了设计中涉及的技术冲突，得到了产品设计的最优解(技术冲突解决的原理框图如图3所示)。

图2 　新型豆浆机结构简图

1.新型豆浆机示意图

A.整机高度为275毫米，杯子最大内径为150毫米，最小内径为130毫米。

B.上下杯为双壁，可以改变体积，但两个杯没有分成两部分，这样可以安装控制电路。出于美观的考虑，外壁材质为不透明塑料，整机的接缝均为密封。

2.破豆原理的改进

根据TRIZ理论，该机构的工程参数描述如下。

图3 　TRIZ 技术冲突解决原理框图

A.需要改进的特性:

(1)时间损失(改进时间的损失是指减少实现该功能所花费的时间)；

(2)可靠性(指系统在规定的方法和状态下完成规定功能的能力)；

(3)物体产生的有害因素(物体或系统部分运行产生的，会降低物体或系统的效率或完成功能的质量)。

B.三个特性的改善将导致以下特性的降低:器件的结构稳定性、可制造性和复杂性。

本设计的技术冲突:

A.如果缩短这个操作的完成时间，就需要提高破豆率，结构的稳定性就会降低。

b .如果提高结构的可靠性，就要增加其安全系数，这将对部件的体积、质量和材料有更高的要求，增加其复杂性，降低其可制造性。

确定矩阵元素:

A.技术冲突的特征参数。

(1)质量改进的参数——时间损失；

(2)负参数——可制造性。

B.由冲突矩阵确定的可用发明原理分别是“不对称”、“机械系统替换”、“废弃和修复”和“参数改变”。

对“更换机械系统”和“废弃修理”两个发明原理的分析表明，如果要解决豆浆机存在的缺陷，那么原有的钝刀技术是不可行的。因此，我们采用“机械系统替代”的原理，采用双层研磨的机械系统来替代原来的刀片。

双层研磨系统部件尺寸(双层研磨系统示意图如图2所示):上研磨体直径80mm，总厚度30mm(上下块厚度比为5 :1)，连接轴直径8mm下研磨体直径60毫米，总厚度35毫米(上下块厚度比为5:1)；上下研磨体之间的距离为30毫米。

工作流程和分析:

a、适量的原料从漏斗形导向槽进入运转的上研磨体，运转速度约为30r/ min，1 ~ 2 min后原料的研磨率达到65% ~ 80%。

B.豆浆和部分碎豆被上研磨体粉碎后，沿导向槽进入下研磨体，其转速与上研磨体相同，粉碎率为70% ~ 80%。由此可以计算出该机的破碎率如下

最小破碎率= 65%+35% ×70% = 89。5%

最大破碎率= 80%+20% ×80% = 96%。

总工作时间为2 ~ 4分钟。与豆浆机采用钝刀技术相比，该机构的破碎率更高，因此用该机构生产的豆浆口感更好。

3.豆浆机的外观和结构改进

根据TRIZ理论，该机构的工程参数描述如下。

A.需要改进的特征:形状(物体的外部轮廓或系统的外观)。

b .该特性的改善将导致以下特性的降低:可靠性和可制造性。

本设计的技术冲突:

A.如果改变杯子的整体形状，各部分的连接和密封性能会降低。

b .如果改变杯子的外观完整性，制造难度和复杂程度也会增加。

确定矩阵元素:

A.技术冲突的特征参数。

(1)质量改进的参数——形状；

(2)带来负面影响的参数——可靠性。

B.可用的发明原理由冲突矩阵确定，它们是“分段”、“预补偿”、“未实现或超过的功能”和“参数改变”。

对“分割”和“参数变化”两个原则的分析表明，在改变杯子形状和保证杯子可靠性的前提下，将整个杯子分成几个部分或改变其参数是一个值得优先考虑的方案。基于此，我们设计了一个体积可变的杯子，如图4所示。

图4 　可变杯体简图

可变杯的示意图:

A.组件尺寸，杯子最大直径150mm，最小直径130mm，高度170mm，壁厚1。5毫米。其中，上杯体高度为80毫米，下杯体高度为110毫米。为了实现其体积的可变性，上下杯之间用螺纹连接，连接部分为20毫米，以实现其体积的可变性。

B.为了保证机器的密封性，螺纹连接采用密封螺纹连接。(天行健 consulting一家专注于精益生产管理、六西格玛管理培训咨询和项目咨询的管理咨询公司)

豆浆机以圆柱体为计算模板:杯子最大容积为πR2 ×h = 13 423。5cm3杯子的最小体积是πR2 ×h = 9 021。22cm3。

体积可以改变，其主要优点是可以供不同家庭、不同人数的人使用，扩大了市场的适用范围，降低了成本，减少了原材料的浪费。而且由于形状的简单优化，没有隐藏的角落，很容易清洗。

加热板的优点:

目前豆浆机用于加热的加热管类似于日常开水使用的“热快”。电阻丝装在金属管里，壁很薄。使用时，由于浸入水中，管壁经常有水垢和豆浆渣，加热管不工作时暴露在空气中，容易被氧化，使管壁越来越薄，电阻丝容易暴露，造成事故。但采用底盘加热，发热体包裹紧密，不仅与水隔绝，而且没有空气氧化问题，使用寿命比管式加热长得多。至于维修，底盘加热其实就是一个包裹的电炉盘。冷却后，从底部打开，更换电阻丝，然后安装。所以选择底盘加热更有优势。

4结束语

这豆浆机采用了新技术，使得合理解决原来使用中发现的噪音大、杂质多、清洗困难、人的适应性不广等问题成为可能。根据市场原料价格，用这个豆浆机制作一次性豆浆的成本为0。2元，所以如果长期使用，经济效益明显。

通过分析国内豆浆机技术的研究进展，针对目前豆浆机的不足和市场需求，基于TRIZ创新设计理论，我们专门开发了这种新型豆浆机，它除了豆浆机/的其他优点外，还具有以下特点:采用双层研磨技术，破豆。制造成本低；杯子的体积可以根据不同的需求改变，加热方式也可以改变，延长其使用寿命。总之，这款豆浆机更适合人们的日常家居生活。