Технология инновационного проектированияInnovative Design TechnologyПорядок работы над проектом на примере проекта «Cleaner»

Проект «Вакуумный пылесос»
SUBMITTED TO THE SANYO Electric Co. Ltd.
PRESENTED BY Institute of Innovative Design
Terms:
Beginning: January 01 2003
Completion: March 31 2003
FINAL PRESENTATION

Вакуумный пылесос
SANYO SC-JT8D
Объект анализа

Захватывать и двигать пыль потоком воздуха.
Главная полезная функция

Главная цель
Разработать конструкцию очищающей системы, которая резко уменьшает уровень шума с 62 Дб(A) до 49 Дб(A) или меньше, используя ТРИЗ технологию.
Цели проекта

Прогноз – нет никаких ограничений, вплоть до замены физического принципа.
Желательный уровень результатов проекта – степень изменений объекта:
Уровень E.
Ограничения

Технология инновационного проектирования

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЭТАП

Информационный ответ
Информационный запрос
Legend:
Концептуальный этап
Info 2
Научная (обоснованная) информация
Info 1
Исходная информация
Info 3 Функциональная информация
Info 4
Поддерживающая информация
Аналитический этап
Ключевые задачи
Концепции
Обработка информации
Информационный этап

Информационный поиск
Используемые виды информации
ИНФОРМАЦИЯ
Info 4
Поддерживающая информация
Info 3
Функциональная информация
Info 1
Исходная информация
ИНФОРМАЦИЯ ПО СПЕЦИФИЧЕСКИМ КОНЦЕПЦИЯМ
НАУЧНО ОБОСНОВАННЫЕ РАСЧЕТЫ
ПАТЕНТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВЕДУЩИЕ ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ
ИНЖЕНЕРНЫЕ РАЗРАБОТКИ И ИХ КОМПОНЕНТЫ (ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ, И Т.Д. ТО ЕСТЬ ДАННЫЕ ДЛЯ ФОРМУЛИРОВАНИЯ ФУНКЦИЙ)
РЕСУРСЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ ЗАДАЧ
ИСХОДНАЯ ИНФРМАЦИЯ ОТ ЗАКАЗЧИКА (ДИАГРАММЫ, ПРИМЕРЫ, И Т.Д.)
ДАННЫЕ О ПРОДУКЦИИ КОНКУРЕНТОВ
Научная информация
Info 2
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБЪЕКТА АНАЛИЗА (ФИЗИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ, ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ)
ЭВОЛЮЦИЯ ОБЪЕКТА
ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ОБЪЕКТ И ЕГО КОМПОНЕНТЫ

Направления информационного обеспечения проекта Vacuum Сleaner

Пример определения ведущих областей науки и техники

Базы патентных данных:
1. Федеральный институт промышленной собственности (ФГУ ФИПС), Росиия.
http://www.fips.ru
2. Патентная база данных США (USPTO).
http://patft.uspto.gov/
Патентный поиск информации

Таблица информационного поиска (фрагмент)

Аналитический этап

Структура аналитического этапа

Генетический анализ

ПЕРВЫЙ ЭТАП: Ручная чистка
Fig. 5 Хлопалки
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА ЧИСТКИ КОВРОВ
ПЕРВЫЙ ЭТАП: Ручная чистка.
Первым инструментом для чистки ковров была метелка. Это требовало больших затрат времени и сил и не давало необходимого качества чистки, т.к. размер инструмента (щетинки метелки) значительно больше размера изделия (пыли).
Следующий шаг выхлопывание ковра. Инструмент силы инерции.
Примеры хлополок представлены на рисунке.
Хлопалки

ВТОРОЙ ЭТАП:
Ручная- механическая чистка.
The Bissell Crystal Sweeper
the late 1800's
Пыль захватывается и перемещается вращающейся щеткой. Щетка вращается опорными роликами чистильщика.
The Dustkiller
1910
Захват и перенос пыли осуществляется воздушным потоком. Воздушный поток создает ручной поршневой компрессор.

Star Vacuum
Date of production is unknown. Manufactured in England Distributed by Baxendale and Co. Ltd. Manchester, England
Захват и перенос пыли осуществляется воздушным потоком. Воздушный поток создается мехами двигаемыми в ручную.
Viking
(Friction vacuum cleaners)
Примерно 1940
Vital Manufacturing Co., Cleveland, OH
Мешок для сбора пыли условно не показан.
Захват и перенос пыли осуществляется воздушным потоком. Воздушный поток создается центробежным вентилятором. Центробежный вентилятор вращается опорными роликами чистильщика. Чистильщик двигается в ручную.

ТРЕТИЙ ЭТАП: Синтез классической технической системы «ПЫЛЕСОС»
На смену ручным чистильщикам пришел пылесос, он качественнее очищает ковер .Первый пылесос изобрел британский инженер Хуберт Бут в 1901 году. Пылесос, получивший название "Фырчащий Билли", был снабжен вакуумным насосом приводимым в действие бензиновым мотором мощностью в пять лошадиных сил. Этот пылесос пользовалось в Лондоне большой популярностью. Однако шум производимый пылесосом пугал лошадей. Поэтому власти Лондона запретил их использование на улице.

Richmond, 1909
Масса- 20кг.
Electrolux V, 1921.
Уменьшена масса- 14кг.
LG V-3644HTV. 2002
Уменьшен размер- 318x265x218мм
Уменьшена масса- 3.8кг.
Уменьшение шума- 67дб
Увеличена сила всасывания- 350Вт
Увеличено качество очистки выпускного воздуха - 5 степеней фильтрации

Надсистема:
Система:
Подсистема:
Окружающий воздух
Электричество
Вакуумный пылесос
Пыль
Пользователь
Труба
Корпус
Мотор-вентилятор
Щетка (пол)
Пылесборник
Провод
Корпус щетки
Щетка
Колесики
Турбо-щетка
Подшипники турбо-щетки
Всасывающий канал трубы
Рукоятка
Шарнир
Всасывающий центральный шланг
Выходной наружный шланг
Соединитель
Выходной канал трубы
Панель управления
Корзина пылесборника
Колесо провода
Поглощающий фильтр выходного воздуха
Выходные окна колес
Фильтр защиты двигателя
Блок управления
Лопатки ротора
Статор вентилятора
Статор электромотора
Ротор электромотора
Шариковые подшипники
Коллектор
Ротор
Корпус электромотора
Выходной канал
Электрические щетки
Вилка
Электр. провод
Оплетка
Держатель
Мешок
Корпус вентилятора
Поверхность (пол)
Компонентно-структурный анализ
Соединительная втулка
Входные воздушные окна
Провода управления

Функциональный анализ
фрагмент функциональной таблицы

Только 4 элемента обеспечивают выполнение главной полезной функции (ГПФ):
∙ Всасывающий поток воздуха
∙ Щетка
∙ Турбо-щетка
∙ Пылесборник
Выводы функционального анализа

Вспомогательные функции - 50%
Вредные функции - 48%
Основные функции - 2%
Statistics:
Число элементов 39
Основные функции 4
Полезные функции 104
Вредные функции 94
Функционально-параметрический анализ
Статистика

28%
Результаты процедуры свертывания
Решение задач свертывания позволят уменьшить шум без изменения физического принципа работы вакуумного пылесоса.

Причинно-следственный анализ
Mechanical noise
Release of air into atmosphere
Friction of airflow about surfaces
ШУМ
Inhomogeneity
of airflow
Acceleration
of airflow
Change of airflow direction inside elements of cleaner
Creation of turbulent airflow
Capture and transfer dust by air
Creation of
pressure gradient
Existing operation principal of cleaner
Blades move air
Internal friction
of airflow
Viscosity
of air > 0
Rotor rotation
Rotation of electric motor rotor
Operation principle
of electric motor
Rigid junction of vibration sources with body
Transmission
of vibration
by body
Interaction between electric motor
rotor and stator
Creation of vibration
Ball bearings rotation
Deceleration of airflow
Blades rotation
in the air
Turbo-brush rotation
Discrete noise
Aerodynamic noise
Suction of air from atmosphere

Постановка ключевых задач

Классификация задач
Ключевые задачи
Направление 1
ГАШЕНИЕ ШУМА БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
_____________
3 ЗАДАЧИ
ИЗМЕНЕНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
_____________
5 ЗАДАЧ
ИЗМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВАКУУМНОГО ПЫЛЕСОСА
___________
4 ЗАДАЧИ
Направление 2
Направление 3

Концептуальный этап

Концептуальное направление 1
ГАШЕНИЕ ШУМА БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
The purpose of this direction: reduction of noise level without change of fan-motor.
In concepts of the given direction fan-motor does not change, reduction of noise level is achieved by design methods with the minimal changes in system.

Концепция 1(A). Гашение шума активными глушителями (резонатор Гельмгольца)
1. Всасывающий трубопровод. 2. Рукоятка. 3. Горловина резонатора Гельмгольца. 4. Резонатор Гельмгольца. 5.Система тонкой настройки резонатора Гельмгольца. 6. Нейтрализующий электрод. 7. Источник высокого напряжения. 8. Провода управления.

Концепция 1(В). Гашение шума активными глушителями (резонатор Гельмгольца)
1. Корпус мотора. 2. Кольцевой вход. 3. Резонаторы. 4. Мотор-вентилятор.

Концепция 2. Уменьшение дискретной компоненты шума вращающимся экраном.
Электромотор-вентилятор. 2. Ротор. 3. Лопатки. 4. Корпус 5. Ось. 6. Поддерживающая подушка.
7. Решетка.

Концепция 3. Жесткое соединение электромотора с корпусом не передающее вибрацию
1. Электромотор. 2. Электромагнит. 3. Внутренняя обойма соединения. 4. Внешняя обойма соединения. 5. Эластичные подушки 6. Уплотнительный гофр.

Концептуальное направление 2
ГАШЕНИЕ ШУМА С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕНЕНИЯ МОТОРА-ВЕНТИЛЯТОРА.
The purpose of this direction: reduction of noise level with change of fan-motor.
In concepts of this direction reduction of noise is associated with the change of fan-motor.

Концепция 4. Подшипники ротора электромотора не создающие вибрацию
1. Внешнее кольцо осевого подшипника. 2. Внутреннее кольцо осевого подшипника. 3. Постоянный магнит осевого подшипника. 4. Постоянные магниты радиального подшипника. 5. Кольцевые прокладки. 6. Вал. 7. Магнитная жидкость.

Концепция 5. Применение ультразвуковой сирены увеличивающей всасывающую способность вентилятора
1. Ротор. 2. Всасывающий статор. 3. Выходной статор. 4. Корпус.

1. Корпус. 2. Выходные окна. 3. Подающая часть ротора вентилятора. 4. Моторная часть ротора вентилятора. 5. Статор вентилятора. 6. Статор электромотора. 7. Тепловые трубы. 8. Оси.
Концепция 6. Вращение ротора вентилятора за счет статора электромотора

Концепция 7. Безлопастной дисковый вентилятор
1. Корпус. 2. Диски. 3. Соединяющая решетка. 4. Статор вентилятора. 5. Вал электромотора.

Концепция 8. Эжекционный вакуумный пылесос
1. Патрубок. 2. Отсек для сбора пыли. 3. Эжектор. 4. Баллон с газом. 5. Компрессор. 6.Блок управления. 7. Воздушный фильтр. 8. Воздушные пути высокого давления.

Концептуальное направление 3
ИЗМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ
ВАКУУМНОГО ПЫЛЕСОСА
The purpose of the given direction: reduction of noise level associated with change of a design of vacuum cleaner.
In concepts of the given direction reduction of noise level is achieved by change of design of a vacuum cleaner.

It is offered to change design not changing principle of operation in order to reduce noise of vacuum cleaner. Vacuum cleaner operates without release of air in environmental atmosphere. Air circulates inside the system (a body of vacuum cleaner - an airway - a floor brush - an airway – the body).
Концепция 9. Вакуумный пылесос не всасывающий и не выпускающий воздух

Концепция 9(A). Вакуумный пылесос не всасывающий и не выпускающий воздух с активной системой охлаждения
1. Корпус. 2. Радиатор. 3. Термомеханический конвертер. 4. Канал возврата воздуха. 5. Вентилятор. 6. Пылесборник. 7. Провод. 8. Подающий контур воздушного пути. 9. Всасывающий контур воздушного пути. 10. Щетка.

Концепция 9(B). Вакуумный пылесос не всасывающий и не выпускающий воздух с активной системой охлаждения
1. Щетка. 2. Элементы Пельтье. 3. Охлаждающий вентилятор. 4. Канал возврата воздуха. 5. Вентилятор. 6. Пылесборник. 7. Датчик температуры. 8. Блок управления. 9. Провод. 10. Подающий контур воздушного пути. 11. Всасывающий контур воздушного пути. 12. Щетка.

Удаление потенциальных проблем
1. Всасывающий трубопровод. 2. Коронирующий электрод. 3. Электропроводный пылесборник. 4. Высоковольтный источник.

Вновь появившийся ресурс
1. Корпус. 2. Гибкий соединитель. 3. Внешний уплотнительный манжет. 4. Внешний уплотнительный манжет. 5. Окна возврата воздуха. 6. Всасывающее воздушное окно.

Концепция 10. Электростатический вакуумный пылесос
1. Корпус. 2. Воздушный канал. 3. Провода высокого напряжения. 4. Корпус щетки. 5. Коронирующие электроды. 6. Всасывающая полость.

Концепция 11. Электростатический пылесос
1. Корпус. 2. Роллеры. 3. Щеточный нейтрализатор. 4. Ось. 5. Источник высокого напряжения. 6. Коронирующие электроды. 7. Униполярный электретный пылесборник.

Ранжирование концепций

Результаты ранжирования концепций