《创新方法课程报告》广东工业大学.doc

课 程 报 告 课程名称 创新方法 题目名称对一种带电磁炉的橱柜的专利分析学生学院 管理学院 专业班级 信息管理与信息系统14（2）学 号 学生姓名 张豪钦 指导教师 2015年 10月 30 日1摘 要生活中，当我们使用电磁炉做饭炒菜，当电磁线圈工作时，电磁电圈朝向上方的能量用于做饭炒菜，而电磁线圈下方的空间和能量通常没有得到利用。另外，电磁炉比较难固定，炒菜时容易挪动，不利于炒菜，让人烦恼。本文主要介绍探索利用TRIZ问题模型和工具解决这个问题。关键词：电磁炉，电磁能，橱柜，空间，散热本文分析的专利信息（来源：中国专利公布公告查询）： (21)申请号 201510519341.4(22)申请日 2015.08.22(71)申请人 茹朝贵(72)发明人 茹朝贵2目 录1 绪论.11.1 题目背景及目的1.2 解决问题的思路流程2 问题描述.2 2.1 问题情境描述 2.2问题初始情境描述 2.3系统当前存在的主要问题 2.4系统主要缺点出现的情境 2.5初步解决思路 2.6 明确要解决的问题3 问题分析.4 3.1 系统功能分析与建立功能模型 3.1.1 组件分析 3.1.2 相互作用分析 3.1.3 建立功能模型 3.1.4 裁剪的应用 3.1.5 通过功能模型分析与裁剪得到的关键问题 3.2 因果分析.8 3.2.1 原因轴分析 3.2.2 因果分析的规范化 3.2.3 选择解题的入手点 3.2.4 识别出的问题 3.3解决方案4、物场分析及76个标准解应用.10 4.1 技术系统物场模型4.1.1描述待解决的关键问题4.1.2列出问题内部所有的物质、场及其相互关系4.1.3建立工程系统的物-场模型 4.2 确定76个标准解和解决方案5 方案评价.11 5.1 方案列表说明 5.2方案评价与决策6 结论与课程学习心得.127 报告说明.1331 绪 论1.1 题目背景电磁炉又称为电磁灶，1957年第一台家用电磁炉诞生于德国。1972年，美国开始生产电磁炉，20世纪80年代初电磁炉在欧美及日本开始热销。 近几年我国电磁炉行业发展速度较快，部分原因是受益于电磁炉行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，电磁炉行业在国内和国际市场上发展形势都很好。电磁炉凭借其方便快捷等优点被广大消费者所青睐。随着家电下乡等国家政策的扶持，行业口益规范，电磁灶市场迎来新的发展契机。各大厂家纷纷把方便、加热速度快、热效率高以及高效节能作为口号，并从经久耐用、美观等多方面考虑，增强竞争力。在这种情况下，只有立足于技术产品的创新，从节能降耗等方面出发才能在这一竞争更加激烈的市场立于长久不败之地。用电磁炉做饭炒菜，当电磁线圈工作时，电磁电圈朝向上方的能量用于做饭炒菜，电磁线圈下方的空间和能量通常没有得到利用。因此，需要寻找一种能够将电磁线圈工作时朝向下方的能量也应用起来的办法。1.2 解决问题的思路流程（在下图TRIZ创新路线中，选一条或两条解决问题的思路和流程）图1.1 TRIZ 创新路线512 问题描述2.1 问题情境描述我们用电磁炉做饭炒菜，当电磁线圈工作时，电磁电圈朝向上方的能量用于做饭炒菜，电磁线圈下方的能量通常没有得到利用。另外，电磁炉比较难固定，炒菜时容易挪动，不利于炒菜。2.2问题初始情境描述电磁炉工作原理和结构简图电磁炉的工作原理。如右图所示，由电磁感应原理，线圈盘中通过交变的高频电流，会在线圈盘的半径方向产生闭合的磁力线。当锅具底部通过这些磁力线时，就会产生环形的感应电流。其中，感应电流的方向总是与线圈盘中电流方向相反。由电流密度的集肤效应可知，锅具底部靠近线圈盘的表面具有最大的电流密度，在锅具表面电流密度呈指数衰减。因此，在电流流通的圆环上，电流流通截面是基本固定的，不会受锅具底厚度的影响，而存在的锅体材料电阻就是商用电磁炉的负载电阻。电磁炉在锅具上产生的热源就是高频电流在电阻上产生的焦耳热。2.3系统当前存在的主要问题电磁线圈下方的能量通常没有得到利用。电磁炉难以固定，不利于炒菜。本文主要介绍如何利用TRIZ问题模型和工具解决这个问题。62其他缺点：电磁炉发生故障概率比传统炉具要高，维修起来要麻烦一些，若发生故障，没有备用炉会影响经营；电磁炉的功率与锅具密切相关，因此对锅具要求较高，锅的通用性较差；电磁炉工作时，锅底与锅身的温度相差较大，烹调时，如果不及时翻动锅底容易烧焦；民用普通电磁炉通常是平面板，要求使用平底锅，而浅底平锅，翻炒时不像传统那么方便；电磁炉面板上显示的功率、温度都是程序事先设置好的，与实际功率和温度都会有较大差异；还没有汤汁外溢自动关机功能的电磁炉；电磁炉无明火，一般人难以直观掌握火候，专业厨师从明火改为电磁炉需要较长时间适应；电磁炉产生的磁场由于不可能100%被锅具吸收，部分磁场从锅具周围向外泄漏，就形成电磁辐射；温升特别快，开炉之前应做好准备工作，否则，容易发生空锅干烧，缩短锅具和电磁炉的使用寿命。2.4系统主要缺点出现的情境生活中，当我们使用电磁炉做饭炒菜，当电磁线圈工作时，电磁电圈朝向上方的能量用于做饭炒菜，而电磁线圈下方的空间和能量通常没有得到利用。另外，电磁炉比较难固定，炒菜时容易挪动，不利于炒菜，让人烦恼。2.5初步解决思路对于难以固定这个问题，现有的橱柜，很多都嵌装了电磁炉，但并没有充分地把电磁炉与橱柜结合起来，没有充分利用各自的空间与能量。2.6 明确要解决的问题如何把电磁线圈下方的空间和能量得到充分利用，如何改造从而充分利用橱柜与电磁炉这个结合体。833 问题分析3.1 系统功能分析与建立功能模型附图说明3.1.1 组件分析组件列表技术系统主要功能组件超系统组件电磁炉加热铁磁材料锅底锅具主机板人线圈盘空气温度传感器（热敏头）厨台热敏支架风机电源线炉面板塑胶外壳其余电子元件（不详细列出）铁磁材料锅底锅具操控显示板由于电源线，其余电子元件与所要解决的主要问题无关，所以将其从组件列表和相互作用矩阵中移除。943.1.2 相互作用分析相互作用矩阵主机板线圈盘温度传感器热敏支架风机炉面板塑胶外壳铁磁材料锅底锅具空气厨台操控显示板主机板+-+-+-+线圈盘+-+-温度传感器（热敏头）+-+-热敏支架-+-+-风机-+-+-炉面板-+-塑胶外壳-+铁磁材料锅底锅具+-空气+-厨台-操控显示板105 3.1.3 建立功能模型功能分析表功能载体功能名称功能等级性能水平评价塑胶外壳支撑炉面板AxN支撑操控显示板AxN紧固风机AxN支撑主机板AxN保护主机板AxN支撑线圈盘AxN保护线圈盘AxN阻滞空气HE线圈盘生成高频交变磁场使铁磁材料锅底锅具生成感应电流BN炉面板支撑铁磁材料锅底锅具AxN风机移动空气AdI主机板控制线圈盘功率AxN操控显示板告知线圈盘功率AxN控制主机板AxN温度传感器检测线圈盘温度AxN告知主机板线圈盘温度AxN铁磁材料锅底锅具生成感应电流涡流BN空气传递热量AdI厨台支撑塑胶外壳AxI116功能模型图如图所示：3.1.4 裁剪的应用 从功能分析表和功能模型图中分析，初步可以利用裁剪规则C，把塑料外壳裁剪掉，将其余组件与厨台结合，使炒菜时电磁炉更加紧固。如现有的橱柜，很多都嵌装了电磁炉。3.1.5 通过功能模型分析与裁剪得到的关键问题 散热辅助元件风机降低炉内元器件温度的功能不足。如何使电磁线圈下方的空间和能量得到充分利用尚未解决。1273.2 因果分析空气的比热容低空气的热传递效率低3.2.1 原因轴分析散热功能不足电磁炉下方用于固定，不能加装铁磁质材料实行双面利用电磁炉下方无铁磁材料锅底锅具电磁线圈下方能量未得到充分利用3.2.2 因果分析的规范化不足散热率电磁炉不足比热容空气缺乏下方的铁磁质材料缺乏下方能量利用率电磁炉3,2.3 选择解题的入手点 选择另外一种比热容高的冷却剂，设法在电磁炉下方加装铁磁质材料以双面利用电磁炉。3.2.4 识别出的问题 通过因果分析，引起问题的根本原因是：空气比热容低，电磁炉下方难加装铁磁质材料3.3解决方案将电磁炉和厨台组合成一种带电磁炉的橱柜，在橱柜顶上设有一个开孔，在开孔处自上而下嵌装了隔热板和电磁线 圈，炊具放置在隔热板上使用，在电磁线圈下方安 置一个加热体，加热体采电导磁材料制作；在开孔下方的框柜里设有水箱，水箱的上部设有自来水送水管的出水口，在水箱里还设有浮标，利用电磁线圈的特性，在其工作时，将其朝向下方的没有被利用的能量用于加热水箱中的加热体，加热体再把热量传递给水箱中的水，使水升温，为生活提供源源不断的热水，有助于节约能源。当电磁线圈工作，放置在隔热板上的炊具就能够用来做饭炒菜烧水满足日常生活 需要，同时，电磁线圈朝下的一端产生的能量就用来使加热体发热，由于加热体始终浸泡在 水中，因此，加热体产生的热量能够及时地传递到水中使水升温，当要洗菜洗手时，打开洗 手盆龙头，通过控制龙头开关及开关幅度，就能够使洗手盆龙头流出合适使用的热水，特别 是阴冷天气，能够使人感觉舒适，还能节省能源。即使是在炎热的夏天，也可以用水箱中的 热水来煮饭煲汤，节约能源。如果电磁线圈工作的时间长，水箱中的水温较高，还能够通过 连一条热水管到淋浴间供给淋浴使用。另外，把风机裁剪掉，利用细导管和冷水流给电磁炉散热。1494、物场分析及76个标准解应用4.1 技术系统物场模型 图5.1 应用物场分析与76个标准解求解流程4.1.1描述待解决的关键问题散热辅助元件风机降低炉内元器件温度的功能不足。如何使电磁线圈下方的空间和能量得到充分利。4.1.2列出问题内部所有的物质、场及其相互关系物质:空气，线圈盘，铁磁材料，电磁炉场：磁场，热学场4.1.3建立工程系统的物-场模型 图1510 图4.2 确定76个标准解和解决方案图一可用第二类标准解：增强物场模型，S2.2加强物场模型中的S2.2.3，在电磁炉外壳中增加多孔结构以利于空气流通。图二可用第三类标准解：向超系统或微观级转化中的S3.1.1标准解，在线圈盘下增设铁磁材料，把电磁炉设计成双层，上可炒菜，下可煮饭等。5 方案评价5.1 方案列表说明 表5.1 TRIZ方法和工具序号名称方案描述1选择另外一种比热容高的冷却剂利用细导管和冷水流给电磁炉散热2将电磁炉和厨台组合成一种带电磁炉的橱柜在橱柜顶上设有一个开孔，在开孔处自上而下嵌装了隔热板和电磁线圈，炊具放置在隔热板上使用，在电磁线圈下方安置一个加热体，加热体采电导磁材料制作；在开孔下方的框柜里设有水箱，利用电磁线圈的特性，在其工作时，将其朝向下方的没有被利用的能量用于加热水箱中的加热体，加热体再把热量传递给水箱中的水，使水升温，为生活提供源源不断的热水，有助于节约能源。17113在电磁炉外壳中增加多孔结构在电磁炉外壳中增加多孔结构，提高空气流通效率4电磁炉设计成双层在线圈盘下增设铁磁材料，把电磁炉设计成双层，上可炒菜，下可煮饭等5.2方案评价与决策序号1和2的方案一需结合使用，该方案从分利用了空间与能量，且解决了电磁炉炒菜时不方便固定的问题，绿色环保可行。序号3和4的方案二在一定程度上可行，但没解决电磁炉的固定问题。综上，应应用方案一。6 结论与课程学习心得TRIZ理论具有鲜明的特色和优势。他成功的揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解，而不是采取折中或者妥协的做法，而且它是基于技术的发展演化规律研究整体设计与开发过程，而不在是随机的行为，实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发展的过程，并能得到高质量的创新产品，它能够帮助我们系统地分析问题情境，快速地发现问题本质或者矛盾，它能够准确探索方向，不会错过各种可能，而且它能够帮助我们突破思维障碍，打破思维定势，以新的视角分析问题，进行逻辑性和非逻辑性的系统思维，还能根据技术进化规律预测未来发展趋势，帮助我们开发富有竞争力的市场和富有竞争力的新产品。通过学习，我体会到，要想真正把TRIZ理论消化吸收，并更好的运用到实际工作和生活中，要注意改变我的思维惯性，要想真正把TRIZ理论为我所用，就要打破以往的传统的思维方式，用积极的思维方法