 |
Функциональная структура представляет собой ориентированный график, вершинами которого являются наименование элементов технического объекта и объектов окружающей среды, а ребрами — функции элементов.
|
|
|
|
Маркетинговые исследования
В качестве искомого технического объекта был взят электрический чайник.
Данные по проведенным исследованиям спроса и предложения на объект и его аналоги представлены в таблице 1. Аналогом считается объект, имеющий в основе принципиально сходную схему.
Данные исследования показывают, что исследуемый объект востребован на рынке. Значит, его дальнейшее усовершенствование приведет к повышению качества и увеличению спроса на изделие.
Выбор прототипа и его описание
В качестве прототипа выберем электрический чайник Vitek VT 1113.
Изобретение относится к бытовой технике, а именно к устройствам для нагревания воды.
Целью изобретения является уменьшение времени нагрева воды для дальнейшего использования.
Рис.1 – Электрический чайник Vitek VT 1113.
Описание чайника:
1. Фильтр
2. Крышка
3. Клавиша открытия крышки
4. Колба из термостойкого стекла
5. Ручка
6. Шкала уровня воды
7. Подставка
8. Кнопка «кипячение»
9. Кнопки температуры нагрева
10. Кнопка «подогрев»
11. Место укладки сетевого шнура
Эксплуатация чайника:
• Подключите прибор к сети.
• Для наполнения чайника водой снимите его с подставки (7), откройте крышку (2), нажав на кнопку открывания крышки (3), налейте воду, обращая внимание на шкалу уровня воды (6). Плотно закройте крышку (2).
• Поместите наполненный чайник на подставку (7), как вам удобно, т. к. она позволяет вращать устройство на 360°.
• Загорится подсветка кнопок на подставке (7) устройства. Кнопки будут подсвечиваться 5 минут, а затем подсветка погаснет.
• Подсветка сигнализирует о том, что устройство находится в режиме готовности.
• Функция «кипячение». Для того чтобы вскипятить воду, нажмите на кнопку (8), подсветка кнопки будет мигать, а чайник начнет нагревать воду. По окончании цикла нагрева индикатор подсветки перестанет мигать и будет подсвечиваться в течение 5 минут.
|
|
|
• Функция «нагрев до определенной температуры». Нажмите на одну из кнопок (9) и выберите необходимую температуру (60°, 70°, 80° или 90°), подсветка кнопки будет мигать, и чайник начнет нагревать воду. При достижении температурой воды заданного значения кнопка подсветки перестанет мигать и будет подсвечиваться в течение 5 минут.
• Функция «подогрев». Нажав на одну из кнопок (9) и выбрав нужную вам температуру (60°, 70°, 80° или 90°), (при этом подсветка кнопки начнет мигать) нажмите на кнопку «подогрев» (10) (загорится индикатор кнопки
«подогрев»).
• Чайник может работать в режиме «подогрева» в течение 30 минут.
• Вы можете сами отключить чайник, сняв его с подставки (7).
4 Список недостатков прототипа и требований к изобретению
Преимуществом данного прототипа является надёжная эксплуатация, достаточно быстрый нагрев воды, а также выбор температуры её нагрева. Но он имеет ряд существенных недостатков.
Недостатками прототипа являются:
— тяжелый вес (из-за применения стекла)
— неудобство мытья изнутри от накипи после длительной эксплуатации
— высокая шумность при закипании
— неудобное открывание крышки (приоткрывание, а открытие полностью осуществляется владельцем), недостаточный угол открытия крышки
Составим список требований, которым должно удовлетворять изобретение:
1. Эксплуатационные требования:
— высокая надежность;
— минимальная трудоемкость и время подготовки к работе;
— удобство и практичность использования;
— эргономичность;
— безопасность.
2. Производственно-технологические требования:
— применение стандартизованных, нормализованных и унифицированных элементов;
|
|
|
— выбор рационального способа соединений деталей;
— простота изготовления
— соответствие конструкции требованиям ГОСТа;
— использование не дорогостоящих материалов.
Функционально-структурная схема прототипа
Функциональная структура представляет собой ориентированный график, вершинами которого являются наименование элементов технического объекта и объектов окружающей среды, а ребрами — функции элементов.
Построим функциональную схему для прототипа, (рисунок 2).
Функции всех элементов функциональной схемы представлены в таблице 2.
Рис.2 - Функциональная схема
Таблица 2 - Элементы функциональной схемы.
| Элементы | Функции | |||
| Обозначение | Наименование | Обозначение | Описание | |
| Е0 | Корпус чайника | 
| Взаимодействие с рукой для работы | |
| Размещение воды | |||
| Размещение крышки | |||
| Размещение кнопок | |||
| Размещение нагревательного элемента | |||
| Взаимодействие с корпусом подставки | |||
| Е1 | Корпус подставки | 
| Получение электропитания посредством шнура | |
| Размещение электронной панели | |||
| Е2 | Электронная панель | 
| Взаимодействие с рукой для работы | |
| Е3 | Нагревательный элемент | 
| Взаимодействие с водой для ее нагрева | |
| Е4 | Шнур | 
| Соединение шнура с источником электропитания | |
| Е5 | Кнопки на корпусе чайника | 
| Взаимодействие с рукой для работы | |
| Е6 | Крышка |
| Взаимодействие с рукой для работы | |
6 Метод мозгового штурма
Мозговой штурм является одним из первых и обязательных эвристических методов при подготовке изобретений. Во время мозгового штурма происходит цепная реакция идей, приводящая к интеллектуальному взрыву. Удивительная универсальность методов мозгового штурма позволяет с их помощью рассматривать почти любую проблему или любое затруднение в сфере человеческой деятельности.
На тему усовершенствования данного устройства был проведен мозговой штурм группой из 8 человек. В ходе мозгового штурма были высказаны следующие идеи:
1. Заменить стекло на прозрачный поликарбонат для снижения веса чайника.
2. Изменить угол открытия крышки на более больший для удобного заливания воды в сосуд.
3. Нанести на прозрачный поликарбонат с внутренней стороны покрытие, препятствующее нагреву внешней стороны чайника (внешняя сторона чайника остается холодной всегда и не обожжет руку)
|
|
|
4.Сделать открытие крышки чайника полностью автоматической.
5.Сделать ручку анатомической и прорезиненной.
6.Сделать конструкцию чайника разборной для более удобного мытья внутри него от накипи.
7.Заменить большие выпирающие кнопки на корпусе чайника на такие же как на подставке для более красивого вида.
8.Добавить громкий звуковой сигнал (короткий звук или мелодия) после закипания воды.
9.Сделать «разборный шнур», сохранив при этом место для смотки шнура (в комплекте будет идти 3 шнура длиной 0,5 м, 0,8 м, 1,2 м, которые можно соединить между собой + соединение «вилка» для подсоединения к розетке)
10.Добавить кнопки + и - t° для более точного выбора температуры нагрева.
11.Доработать нагревательный элемент для более быстрого вскипания воды.
12. Добавить информативный цветной amoled дисплей или монохромный LCD дисплей с подсветкой (индикация времени, температуры и времени кипячения: электронный датчик температуры обеспечивает контроль нагрева, времени и температуры воды. Показания датчика отображаются на дисплее в реальном времени, позволяя контролировать процесс нагрева воды)
13.Добавить функцию памяти: по окончании цикла нагрева воды заданные индивидуальные настройки остаются в памяти чайника, в том числе после отключения чайника от электросети
14.Добавить функцию отложенного старта: чайник включается автоматически в любое удобное время.
15.Оснастить системой защиты основания чайника от попадания влаги (в том числе и защита попадания влаги под кнопки)
16.Система бесшумного кипячения «Stealth» (технология Stelth заключается в использовании специально разработанного кольцевого диффузора и уникальном шумопоглощающем покрытии подставки-основания, которые минимизируют уровень шума, возникающий при нагревании воды. Только в момент закипания Вы можете услышать незначительный шум, указывающий на начало кипения)
17.Механизм плавного открывания крышки. (При нажатии кнопки механизм открытия крышки срабатывает мягко и плавно, исключая разбрызгивание воды из чайника)
|
|
|
18.Способность совсем отсоединить крышку (для мытья чайника изнутри) 19.Система защиты от короткого замыкания и перепадов напряжения
20.Внутренняя подсветка чайника (цвет подсветки любой).
21.Оснащение чайника модулями wi-fi и Bluetooth, а также программа для телефона планшета, компьютера (android, ios, linux, macos, windows) с сайта производителя для синхронизации с чайником, для его управления и для соединения с облачным защищенным сервисом с вашими настройками для чайника. Пример: отправка сигнала с телефона и облачного сервиса на чайник для закипания воды (вы опаздываете, хотите зайди домой и не ждать пока закипит чайник), когда вы придете домой чайник уже закипел, поддержал нужную температуры до вашего прибытия домой. Придя вы можете пить чай.
22.Беспроводная передача электричества от розетки к чайнику.(на расстоянии до 20 метров, при нехватки шнура для подсоединения чайника к розетке)
Разобьем высказанные идеи на различные группы (таблица 3).
Таблица 3 — Группы идей, высказанных при проведении мозгового штурма
| № группы | Описание группы | № пунктов |
| I | Наиболее приемлемые и легко реализуемые | 2,3,5,8,10,15,17,19 |
| II | Наиболее перспективные и эффективные | 1,4,6,11,12,13,14,16,21,22 |
| III | Прочие | 7,9,18,20 |
7 Метод морфологического анализа
Морфологический метод основан на комбинаторике. Суть его состоит в том, что в интересующем изделии или объекте выделяют группу основных конструктивных или других признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты, то есть возможные варианты его исполнения или реализации. Комбинируя их между собой, можно получить множество различных решений. Комбинируя их между собой можно получить множество различных решений, в том числе представляющих практический интерес.
Метод реализуется посредством построения морфологической таблицы.
Составим морфологическую таблицу для исследуемого объекта (таблица 5).
Таблица 4 – Морфологическая таблица для исследуемого объекта.
| Наименование части объекта | Материал | ||
| Е0 Крышка | А01 – нержавеющая полированная сталь | А02 – Непрозрачный глянцевый пластик | А03- Прозрачный поликарбонат |
| Е1 Верхняя и нижняя часть корпуса чайника | А11 -нержавеющая полированная сталь | А12 -Непрозрачный глянцевый пластик | А13- Прозрачный поликарбонат |
| Е2 средняя часть корпуса чайника | А21 -нержавеющая полированная сталь | А22 - Непрозрачный глянцевый пластик | А23 - Прозрачный поликарбонат |
| Е3 Корпус подставки | А31 - нержавеющая полированная сталь | А32 - Непрозрачный глянцевый пластик | А33 - Прозрачный поликарбонат |
| Е4 Ручка чайника | А41 - нержавеющая полированная сталь + прорезиненная часть | А42 - Непрозрачный глянцевый пластик + прорезиненная часть | А43 - Прозрачный поликарбонат + прорезиненная часть |
| Е5 фильтр | А51 -нержавеющая полированная сталь + нейлоновая часть | А52 -Непрозрачный пластик + нейлоновая часть | А53- Прозрачный поликарбонат + нейлоновая часть |
| Е6 кнопки на чайнике | А61 -нержавеющая полированная сталь | А62 -Непрозрачный глянцевый пластик | А63 -Прозрачный поликарбонат |
| Е7 Кнопки на подставке | А71 - нержавеющая полированная сталь | А72 - Непрозрачный глянцевый пластик | А73 - сенсорные |
| Е8 Дисплей | А81 - Монохромный LCD +подсветка | А82 - Цветной TFT | А83 - Цветной amoled |
|
|
|
Исключим наихудшие варианты. Для этого рассмотрим сокращение в столбцах.
Таблица 5 – Сокращения комбинации из двух элементов.
| Материал | А11 | А12 | А13 | Результат |
| А02 | - | + | - | А01А12 |
Таблица 6 – Сокращения комбинации из трёх элементов.
| Материал | А21 | А22 | А23 | Результат |
| А01А12 | - | - | + | А01А12А23 |
Таблица 7 – Сокращения комбинации из четырёх элементов.
| Материал | А31 | А32 | А33 | Результат |
| А01А12А23 | - | + | - | А01А12А23А32 |
Таблица 8 – Сокращения комбинации из пяти элементов.
| Материал | А41 | А42 | А43 | Результат |
| А01А12А23А32 | - | + | - | А01А12А23А32А42 |
Таблица 9 – Сокращения комбинации из шести элементов.
| Материал | А51 | А52 | А53 | Результат |
| А01А12А23А32А42 | - | + | - | А01А12А23А32А42А52 |
Таблица 10 – Сокращения комбинации из семи элементов.
| Материал | А61 | А62 | А63 | Результат |
| А01А12А23А32А42А52 | - | - | + | А01А12А23А32А42А52А63 |
Таблица 11 – Сокращения комбинации из восьми элементов.
| Материал | А71 | А72 | А73 | Результат |
| А01А12А23А32А42А52А63 | - | - | + | А01А12А23А32А42А52А63А73 |
Таблица 12 – Сокращения комбинации из восьми элементов.
| Материал | А81 | А82 | А83 | Результат |
| А01А12А23А32А42 А52А63А73 | + | - | - | А01А12А23А32А42А52А63А73 А81 |
Таким образом, для детальной разработки наиболее выгодным вариантом является: А01А12А23А32А42А52А63А73А81
8 Метод эвристических приемов
Когда изобретатель встречается с новой творческой инженерной задачей, то в первую очередь пытается ее решить с помощью изобретенного им способа. Если это не удается (поскольку встретился другой тип задачи), то изобретатель опять вынужден искать решение методом «проб и ошибок». При успешном решении он открывает для себя второй способ решения изобретательских задач. Так постепенно у человека формируется свой набор способов, и он из начинающего превращается в опытного изобретателя.
Такие способы или правила решения творческой инженерной задачи называют эвристическими приемами, в которых содержится краткое предписание или указание, «как преобразовать» имеющийся прототип или «в каком направлении нужно искать», чтобы получить искомое решение. Эвристические приемы обычно не содержит прямого однозначного указания, как преобразовать прототип. Если эвристический прием имеет отношение к рассматриваемой творческой инженерной задаче, то он содержит «подсказку», которая облегчает получение искомого решения, однако не гарантирует его нахождения. Различным людям требуется приложить различные усилия, чтобы догадаться до искомого (удовлетворительного) технического решения. Опытные изобретатели обычно имеют свой индивидуальный набор (фонд) эвристических приемов.
Многие эвристические приемы могут быть успешно использованы в самых различных областях техники. Они со временем морально не стареют и оказываются полезными для других изобретателей. Способы решения творческой инженерной задачи, открытые различными изобретателями, имеет смысл собирать, обобщать и обучать им начинающих изобретателей. Именно на этих свойствах основывается метод эвристических приемов, который интегрирует в методически доступной форме опыт многих изобретателей.
Применим методы эвристических приемов:
1.Преобразование структуры
Добавить информативный дисплей, добавить кнопки + и - t° для более точного выбора температуры нагрева, внутренняя подсветка чайника (цвет подсветки любой).
2.Преобразование материала и вещества
Разделить объект (электрический чайник) на части так, чтобы каждая из них могла быть изготовлена из наиболее подходящего материала (ручка, крышка, верхняя и нижняя часть корпуса чайника, подставка из непрозрачного глянцевого пластика. Средняя часть чайника из прозрачного поликарбоната) Сделать объект разборным.
3.Повышение технологичности
Осуществить технологическую унификацию конструкции, формы и размеров деталей.
9 Реализация решения и его описание
Цель использования нового приспособления осталась той же, но благодаря преобразованиям стало более удобным при эксплуатации.
Приспособление предназначено для нагрева воды.
Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик.
Рис.3 – Эскиз технического решения
Описание:
1. Фильтр
2. Крышка
3. Клавиши: включение, открытие крышки, отсоединение крышки
4. Колба из термостойкого прозрачного поликарбоната
5. Прорезиненная анатомическая ручка
6. Шкала уровня воды
7. Подставка
8. Кнопка «кипячение»
9. Кнопки температуры нагрева
10. Кнопка «подогрев»
11. Разборное резьбовое соединение
12. Кнопки настройки температуры
13. Дисплей
14. Кнопки настройки времени
Для улучшения эксплуатационных характеристик устройство было оснащено электронным дисплеем 13 с отображением на нем времени и температуры кипения, а также добавлено резьбовое соединение 11 центральной части чайника с нижней частью, где находиться центральный элемент нагрева воды для быстрой разборки чайника для чистки. При нажатии на кнопку 3 открытия крышки чайника 2, она открывается на 120°. Также при нажатии другую кнопку крышку можно полностью отсоединить. Прорезиненная часть 5 обеспечивает более безопасное соприкосновение с рукой, что исключает проскальзывания. Корпус 4 выполнен из термостойкого прозрачного поликарбоната, который придает чайнику легкость и одновременно прочность конструкции. На корпус 4 нанесено специальное покрытие, которое препятствует нагреву корпуса чайника снаружи.
Подставка 7 оборудована кнопками:
1.Функция «кипячение». Чтобы вскипятить воду, нажмите на кнопку (8)
2.Функция «нагрев до определенной температуры». Нажмите на одну из кнопок (9) и выберите необходимую температуру (60°, 70°, 80°или 90°),
3.Функция «подогрев». Нажав на одну из кнопок (9) и выбрав нужную вам температуру (60°, 70°, 80° или 90°), (при этом подсветка кнопки начнет мигать) нажмите на кнопку «подогрев» (10) (загорится индикатор кнопки
«подогрев»).
4.Кнопки настройки температуры (12).
5.Кнопки настройки времени (14).
10 Формула изобретения.
1.Электрический чайник, содержащий выполненный из термостойкого прозрачного поликарбоната резервуар для нагреваемой жидкости и нагревательные средства, включающие по меньшей мере один электрический элемент, связанный с металлической нагревательной пластиной, которая установлена у днища резервуара и верхняя поверхность которой находится в непосредственном контакте с нагреваемой жидкостью, отличающийся тем, что имеет несколько точек нагрева по пластине. Чайник имеет анатомическую ручку и крышку повышенной функциональности. К чайнику в комплекте идет подставка с встроенной электронной панелью и разборным шнуром.
2.Чайник по п.1, отличающийся тем, что точки нагрева распределены по всей пластине для равномерного нагрева и распределения температуры.
3.Чайник по п.1, отличающийся тем, что на прозрачный поликарбонат дополнительно нанесено термостойкое покрытие.
4.Чайник по п.1, отличающийся тем, что ручка выполнена из пластмассы и имеет вырез в верхней ее части для более удобного положения в руки и имеет прорезиненную нижнюю часть, для предотвращения проскальзывания руки.
5.Чайник по п. 4, отличающийся тем, что на ручке имеются 3 кнопки: включение чайника, открытие крышки, отсоединение крышки.
6.Чайник по п. 1, отличающийся тем, что крышка чайника может открываться до угла в 120° и может полностью сниматься с чайника.
7.Чайник по п.1, отличающийся тем, что выполненный из термостойкого прозрачного поликарбоната резервуар для нагреваемой жидкости соединяется с нижней части путем резьбового соединения и может быть отсоединен от нее.
8.Чайник по п.1, отличающийся тем, что подставка выполнена из глянцевого пластика, на которой установлен информационный монохромный дисплей для отображения информации о времени и температуры нагрева.
9. Чайник по п.1, отличающийся тем, что на подставке выполнены кнопки: кнопка «кипячение», кнопки температуры нагрева, кнопка «подогрев», кнопки настройки температуры, Кнопки настройки времени
10. Чайник по п.1, отличающийся тем, что шнур соединяется с подставкой путем разборного соединения.
11. Чайник по п.1, отличающийся тем, что весь шнур имеет разборное соединение.
12. Чайник по п.1, отличающийся тем, что в подставку встроены модули wi-fi и Bluetooth для передачи данных на телефон или компьютер.
13. Чайник по п.1, отличающийся тем, что в подставку встроен маленький звуковой динамик для подачи сигнала о закипании воды.
14. Чайник по п.1, отличающийся тем, что в чайник встроена система бесшумного кипячения «Stealth».
15. Чайник по п.1, отличающийся тем, что чайник имеет внутреннюю светодиодную подсветку.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе проводился анализ электрического чайника-прототипа - устройства для нагрева жидкостей, с целью обнаружения и устранения недостатков. В результате были выявлены основные недостатки электрического чайника-прототипа и разработано новое устройство, в котором эти недостатки были устранены. В курсовой работе также приводится подробное описание принципа действия конструкции нового электрического чайника.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Половинкин А.Н. Основы инженерного творчества: Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1988. – 368с.
2. Боргест Н.М. Автоматизация предварительного проектирования самолёта: Учебное пособие. – Самара,1992. – 92с.
3. Конов Ю.П. Ускорение использования изобретений: Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1989. – 21с.
4. Джонсон ДЖ. Методы проектирования: Учебное пособие. - Мир, 1986. – 326с
5.Орлов П. И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн./Под ред. Учаева. — Изд. 3-е, испр. — М.: Машиностроение, 1988. — 560 с.
6.http://ru-patent.info/21/75-79/2176900.html
7.http://www.tehnosila.ru/catalog/kt/chayniki/?faceting=true&page=0
8. http://www.technopark.ru/pages/0/24/Popularity_DESC/10.hml
9.http://www.vitek.ru/production/home/tea/kettles/vt-1113.htm
10.http://appliances.wikimart.ru/small/kettles/
|
|
|
