水剂混合 循环冲洗 顽渍去垢 加热烘干 消毒
进出水 1 水剂混合 0 循环冲洗 0 顽渍去垢 0 加热烘干 0 消毒 0
物理域
0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0
0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 1 0
4
压差原理
5
A.进出水控 制 B.水温控制
微型电锅炉
C.循环冲洗 功能
D.表面顽渍 去垢 E.加热烘干 F.杀菌消毒
搅拌扇叶旋转 打水
软布刮擦去垢
运动的喷水头 或水枪
高压水冲洗去 垢 化学物质腐 蚀去垢
化学物质吸水 紫外线杀毒 脉动真空灭菌 化学物质灭菌
最终方案拟定
进出水控制 硬件选择： 水泵抽水 顽渍去垢 硬件选择： A.软布旋转刮擦 B.超声波微振荡 C.高压水枪 加热烘干 硬件选择： 电热丝+吹风机 水温控制 硬件选择： A.冷热水管出水混合 B.微型电锅炉
产品优势： 1.能够全自动地进行洗碗工 作，极大地节省了人力资源； 2. 能够储存餐具，节省空间。 不易落灰，更加卫生，保证 饮食健康。
产品缺点： 1.操作复杂，针对不同的餐具有多种洗涤 模式，如若选择不当就可能造成污物残留； 2.资源浪费严重，一次清洗往往要用水10L 以上，超声波清洗、紫外线杀菌灯工序耗 电严重。洗碗时间长，一次要1h以上； 3.洗碗机内部需要定期清理，使用前接水 管、用后拔水管，操作复杂； 4.相比西式餐具，中式餐具不易清理净; 5.占用空间大。
经过检验，我认为我们的项目符合信息量条件：
Isys Ii log2 P{m} log2 Pi
i 1 i 1 }为m个FR的联合概率； Pi|{j}为同时满足Fri及其它所有与之相关的FRj（j=0， 1，2，……i）的条件概率。
最终我们得到结论：该设计满足信息公理。
从功能域到物理域的 “之”字形曲折分析：
由左侧分解图生成设计矩阵：
电磁 阀
进出水 1 0 0 0 0 0 搅 拌 器 0 1 0 0 0 0
驱动马 达和泵
0 0 1 0 0 0
超声波 发生器
0 0 0 1 0 0
电加热 丝和吹 风机 0 0 0 0 1 0
紫外线 发生器
0 0 0 0 0 1
功能域
独立化公理：保持功能要求的独立性 当有两个或两个以上的功能要求时， 设计方案必须满足每一个功能要求，而且 不影响其它的功能要求，这就要求选择设 计参数时，既要满足功能要求，又要保持 功能要求的相互独立。分析功能要求与对 应的设计参数之间的关系可以判断功能要 求之间是否相互独立。
信息公理： 力求设计信息含量最少 在所有满足独立性公理的设计中， 信息含量最少的设计是最好的设计，它是 用来对设计方案进行评价和比较的原则。 根据公理2的要求，在设计中应尽量简化 设计工作，减少设计中各种因素的影响， 以减少设计中产生公理化设计理论及其应 用研究功能耦合的可能性。
由原形态学矩阵可得 4X4X4X5X2X4=2560个原理方案
筛选
由筛选后的形态学矩阵可得 1X2X3X3X1X1=18个原理方案
局部解 功能元
1
水泵抽水 冷热水管出水 混合 水泵循环抽水 机械式刮擦去 垢 电热丝+吹风 机 超高温消毒
2
水龙头放水 电热丝加热水 与冷水混合
3
人工倒水 燃气烧水与冷 水混合 滚筒 超声波微震荡 去垢
3
人工倒水 燃气烧水与冷 水混合 滚筒 超声波微震荡 去垢
4
压差原理 微型电锅炉 运动的喷水 头或水枪 高压水冲洗 去垢
5
A.进出水控制 B.水温控制 C.循环冲洗功能 D.表面顽渍去垢 E.加热烘干
化学物质 腐蚀去垢
电热丝+吹风 机 超高温消毒
F.杀菌消毒
紫外线杀毒
脉动真空灭菌
化学物质灭 菌
将无法应用的硬件方案去除，筛选得到可行的硬件方案组合。
Strength Weakness Opportunities Threats
市场商机： 洗碗机销售量逐年提高，产量不断 增大，证明其得到了良好的市场认可。 由于其提高了家务完成效率，对工 作在外、无时间打理厨房的年轻人来说 是件“利器”，在今后也将得到良好发 展。 市场威胁： 同类产品竞争激烈，生产 厂商多。不同品牌产品差异 小，普遍智能化程度不高， 工作原理基本相同。
创新产品概念设计
家用智能洗碗机
齐济 上海大学机器人中心
大致设计流程
• • • • • • • 1. 市场需求分析 2. 功能原理建模 3. 形态学分析 4. 公理化设计 5. TRIZ理论求解 6. 技术路线图的绘制 7. QFD质量屋方法
一.洗碗机的需求分析
发展史：洗碗机起源于欧洲，在1927年，德国创立了世界上第一 个简易的洗碗机。在德国有20家洗碗机公司，意大利有21家洗碗机公 司，产品普及率超过70%。 洗碗机在中国的发展情况： 洗碗机在我国市场上累计已有20年的发展历史，但是这个领域一 直发展缓慢，产品的普及率长期徘徊在10%以下，远低于欧洲国家 50%以上的普及率。价格在3000-5000元之间，有些高达万元。
设计方程组：FR＝A·DP 从功能域到结构域的映射可以用上式来表示，其中： FR—功能要求，表示设计洗碗机所需要的各项基本功能； DP—设计参数，表示设计洗碗机的结构需要哪些组成部分； A—设计矩阵，表示功能要求FR与设计参数DP之间对应元素的关系。 独立化公理判定规则： 在线性设计方案中，Aij是个常数。A为对角矩阵，则每个FR可以通过调整某一个DP来保 证，而不影响其他的FR。满足独立性公理，这样的设计称为非偶合设计。A为三角矩阵， 独立性公理也可以被满足，称为准偶合设计。A为其他形式的矩阵，则称之为偶合设计。 偶合设计不满足独立性公理，应分解偶合。 信息公理判定规则： 具有最小信息量的设计是最佳设计。换言之，用最简单的设计参数实现所有功能需求的 设计是最佳设计。 对于给定的功能要求FRi，如果设计参数DPi满足FRi的概率为Pi，那么信息量为： Ii log2 Pi 对于有m个FR的设计问题，整个系统的信息量为： m log 2 Pi 无耦合设计 m m i 1 Isys Ii log 2 P{m} m i 1 i 1 log P 2 i { j} 耦合设计 i 1 其中，P{m}为m个FR的联合概率； Pi|{j}为同时满足Fri及其它所有与之相关的FRj（j=0，1，2，……i）的条件 概率。
洗碗机价格一般在4000多远，售价6000元以上的产品也很普遍， 国内具有洗碗机生产线的企业有小天鹅、海尔、美的、澳柯玛、格兰仕。 生产的多款洗碗机中，只有一款是面向中国消费者，其他的型号主要出 口欧美国家。 我国洗碗机无法普及的主要原因：
2.厨房空间小 3.不完全适用于中国餐具 4.消费者对洗碗机缺乏认知度
定位：以上的分析证明：洗碗机在欧美国家有很大的市场需求，在中 国普及程度不高，所以有很大的市场前景。该产品的定位旨在设计高档的、 功能全面的、能够清理中国特色餐具的洗碗机。 理念：结合最新的科技成果，将多种基本功能如清洗、去垢、杀菌等功 能融入洗碗机，做到功能强大，高度智能。将洗碗机做的轻便小巧，不占厨 房宝贵空间。 目标：通过功能分析、方案拟定、结构设计、TRIZ理论解决关键问题， 设计出合理的方案。下面就用SWOT分析法分析洗碗机的优势、劣势、市场 商机、市场威胁。
循环冲洗 硬件选择： A.水泵循环抽水 B.扇叶旋转打水 C.喷水头或水枪
杀菌消毒 硬件选择： 紫外线发生器
四.公理化设计分析
设计者首先分 析用户的需求， 并把它们转化 为产品的一系 列功能需求FR 然后根据产品 的功能需求FR 来确定零部件 的结构及其设 计参数DP
信 息 公 理
最 终 方 案
独立化公理
现有市场洗碗机的主要功能总结
绝大部分洗碗机的功能是一致的，均是洗碗功能：有不同的洗碗模式， 每种模式的水温、水量、水的流速、清洗时间不同，以应对不同状态下的 餐具。如带着粘性米粒残余、或者长时间难以清理的油垢，就需要采用 “强洗”，而用餐刚结束就清晰，污垢易于除去，可用“标准”或“超快 洗”。 还有一个基本功能是保持餐具清洁，防止落灰。另外还有部分高端洗 碗机可以提供紫外线杀菌和超声波去垢的功能。 但绝大多数洗碗机说明书都要求顾客能够做到：1.定期清洗滤网；2.准 确选择清洗模式；3.要与冷水管和热水管同时相连，用前接水管、用后拔 水管；4.添加多种洗涤剂；5.需谨慎操作以避免危险发生。
0 电磁阀 0 搅拌器 0 驱动马达和泵 0 超声波发生器 0 电加热丝和吹风机 1 紫外线发生器
首先将功能域和物理域对照起来进行“之” 字曲折分析，得到设计矩阵。由于设计矩阵的 形状是对角阵，所以洗碗机的设计是非耦合设 计，不同功能之间相互独立，互不影响，满足 独立化公理。
功能主体 基本功能 具体功能 设备名称
三.形态学矩阵与方案设计
我们总结出洗碗机的功能元，并找到了每个功能元对应的可能的几种硬 件结构的方案组成形态学矩阵，在下一篇ppt中，我们对硬件方案进行筛选， 得到最终设计方案。
局部解 功能元
1
水泵抽水 冷热水管出水 混合 水泵循环抽水 机械式刮擦去 垢
2
水龙头放水 电热丝加热水 与冷水混合 搅拌扇叶旋转 打水 软布刮擦去垢 化学物质吸水
五.产品进化趋势应用
技术进化趋势和法则：
▲TRIZ的8种进化法则：该理论强调技术系统一直处于进化之中，技术的进化受到客观规律的支配，解决矛盾就 是解决阻碍技术系统的进化、实现系统从低级到高级变化的过程。 法则1：完备性法则：完整的技术系统包括动力、传输、执行和控制四个部件装置。洗碗机中有驱动马达带动 水泵（动力）、由传动机构和电路机构将单片机驱动命令传输到各部件（传输）、搅拌器，紫外线发生器、吹 风机等部件执行各自功能（执行）、单片机与控制面板（控制）； 法则2：能量传递法则：沿着能量流动路径缩短的方向发展，提高部件运作效率。洗碗机中超声波、水枪、水 循环去垢方式效率高于人工往复式擦洗； 法则3：动态性进化法则：结构上增加柔性，可移动性和可控制性。柔性提高、体积不断减小易于移动，面板 简化，功能集中，易于控制； 法则4：提高理想度法则：其意义是技术系统的进化由量变到质变，效率提升，功能多样化，性价比提升。洗 碗机的进化由低级到高级，不断提升效率，集清晰、去垢、烘干、杀菌等功能于一体。 法则5：子系统不均衡进化法则：主系统由多个子系统组成，每个子系统都根沿着自己的S曲线向前发展，进 化动力源于子系统不均衡性。如超声波技术日臻成熟，就可以推动洗碗机的去垢技术向前发展。 法则6：向超系统进化法则：简化原有系统。将过去洗碗机的洗碗槽、水箱等部分分理出机器本身，简化后的 洗碗机体积小，更加简化。 法则7：微观进化法则：随着科技技术进步，很多模块的尺寸不断 减小，如触摸屏和控制模块，只需要很小的一块就能完成；超声波 发生器模块、吹风机模块都可以做的更高效，更精巧。 法则8：协调性法则：不同的技术模块可以集成在一个不大的空间 内共同完成一个复杂的洗碗任务，具有良好的协调性。