基于TRIZ理论的家用果蔬榨汁机发展分析

文/东北大学机械学院 郭瑞轩 赵新军   2017-08-04 23:11:54

一、引言

研究表明,果蔬是人体摄入维生素的主要食品。经常吃果蔬的人身体健康状态更好,尤其在预防疾病方面果蔬有着不可替代的作用。果蔬虽然营养丰富,但很多人并不喜欢直接食用,所以很多家庭都配备了家用果蔬榨汁机。消费群体主要有两类:一类是有孩子或老人的家庭,孩子容易挑食而老人牙齿不好,鲜榨果蔬汁可以满足他们摄入足够的营养;另一类是追求时尚及生活品位的年轻人,榨汁机满足了他们崇尚个性口味的需求。客观而言,目前市面的榨汁机也存在以下痛点:卫生问题包括残渣清洗、果蔬安全;噪声问题包括电机刀盘工作以及不合理操作;造型问题包括机身造型单一、投料繁琐、机身不可拆卸、机身过重影响操作。

本文基于TRIZ理论分析家用果蔬榨汁机的发展与演变,从而预测未来家用果蔬榨汁机的发展趋势,为未来家用果蔬榨汁机的发展演变提供全新的发展思路。

二、家用果蔬榨汁机的结构以及基本工作原理

顾名思义,榨汁机是一种可以将果蔬快速榨成果蔬汁的机器,小型可家用。它在1930年由诺曼·沃克博士(Dr. Norman Walker )发明。这位博士因发明世界上第一款榨汁机而闻名于世,被誉之活性榨汁机之父。在此基础上,后来由设计师们改进及发明出不同款式及不同原理的榨汁机。其基本结构如图所示(见图1)。

早期的家用果蔬榨汁机工作原理普遍为采用电机带动旋刀高速旋转,通过离心力从混合物中分离出果汁的单螺旋设计。20世纪末出现了双齿轮榨汁机。其工作原理为有两个齿轮用以将蔬果的汁液压榨出来,低速运转约70~110转/分。两个齿轮的工作状态和汽车传动类似,通过互相咬合工作。基本上,果蔬被用力推进两个齿轮之间,先撕裂,然后挤压,果蔬渣通过螺杆运出去。21世纪初由最新的市场调查可知,榨汁机从工作原理上主要有以下两种类型。低速挤压型:靠内部的一根螺旋杆以每分钟80转的低速旋转,对果蔬进行挤压、研磨,果蔬汁透过滤网流出,果蔬渣从排渣口排出;高速离心型:利用旋刀每分钟几千转的高速转动把果蔬粉碎,强大的离心力使果蔬汁喷流入果蔬汁杯,而果蔬渣则甩进收渣桶。

图1 榨汁机基本结构三、基于TRIZ理论分析的家用果蔬榨汁机发展历程

1.1930年—1953年

1930年的诺瓦克牌榨汁机——是由诺曼·沃克博士发明的世界上第一款榨汁机。解决问题:强化了功能性,极大地提高了使用频率。存在问题:转速每分钟约5000~20000转,出汁率低大约只有50%,果蔬浪费多,果蔬汁易变色,口感差,零部件多,清洗麻烦。(见图2)

应用的发明技术原理包括:反向作用原理:过去是先切好再放入榨汁机,但现在则是先放入榨汁机再切割研磨,相对于过去是一个完美的改变;替代原理:将容易损坏的传统昂贵繁琐榨汁方式改变为机械操作的榨汁机。

2.1954年—1989年

1954年世界上的第一个冠军牌榨汁机被发明。冠军牌榨汁机适用于几乎每种类型的果蔬。解决问题:实现了机械化榨汁。存在的问题:榨汁机的极高速度,导致大量的摩擦, 一些营养物特别是所有活酶被热破坏。(见图3)

应用的发明技术原理为多用性原理:冠军牌榨汁机不仅适用于各种蔬菜的榨取,更是将研磨和液压部分合二为一。

3.1990年—20世纪末

1990年菲利浦斯达克设计的外星人牌榨汁机,将水果切成两半后,果肉的那一部分按在榨汁机的头部,汁液就会顺着机体的锥形及上面的纹理,流进下部的容器。解决问题:功能占主导地位的日用品突破了功能主义。鬼才设计师菲利普斯达克为Alessi设计的“外星人牌榨汁机”,全球已卖出60万个以上。被称为Alessi的经典作品。(见图4)

图2 诺瓦克牌榨汁机

图3 冠军牌榨汁机

图4 外星人牌榨汁机运用的发明技术原理主要有曲面化原理:外星人牌榨汁机曲线造型酷似章鱼身体部分的圆锥椎体设计,圆顶的曲面设计符合柠檬的结构。

1993年绿色力量牌榨汁机——世界上的第一个双齿轮榨汁机。解决问题:提高了果汁的新鲜程度,减少了营养流失。双齿轮提取方法基于生物陶瓷磁性齿轮迫使水果和蔬菜的更多的酶和营养物质保留而不会由于高速叶片或离心作用而损失。 (见图5)

运用的发明创造原理主要有:组合原理:双齿轮结构完成低速挤压操作;维数变化原理:双齿轮结构将研磨形式由水平面运动变成空间运动。

4.21世纪初

进入21世纪以来,榨汁机企业日益壮大,各种类型榨汁机层出不穷。具有代表性的有高速离心式榨汁机以及低速挤压式榨汁机。

高速离心式榨汁机解决问题为:可拆卸机身方便清洗;工作降噪;食品级PP塑料便于清洗;简化操作步骤。(见图6)

图5 绿色力量牌榨汁机

图6 离心旋转技术榨汁机运用的主要TRIZ发明创造原理包括:分割原理:可拆分成主机、搅拌机两部分;复合材料原理:食品级PP塑料即为复合材料;曲面化:HR2004的每片螺旋形叶片刀头便于切割;中介物原理:BM255使用金属材质蘑菇头衔接杯体与底座,与刀片承接处加入硅胶,有效维持榨汁时的稳定性。

低速挤压式榨汁机又称原汁机(见图7),解决问题为噪音低;出汁率高,不浪费。

图7 螺旋挤压技术榨汁机应用的TRIZ发明创造原理包括:动态化原理;预先防范原理:苏泊尔TJE01B-250当上盖中盖扣合后,安全锁开关连通按键,需启动按键机器才工作,电机温度过高自动停止旋转;ZQ19D-500的点动档机器可以自我调节榨汁速度;复合材料原理:食品级ABS塑料,耐磨耐用。

四、家用果蔬榨汁机的发展趋势预测

未来榨汁机在最先进的原汁机基础上,其发展会更加智能化,集约化,轻便化,环保化,多功能化。

1.技术发展层面

由榨汁机中最终理想解进化法则,针对榨汁机榨汁新鲜、营养目标来解决问题。“螺旋式”技术在诸多方面相比旧有的刀片式技术都要更有优势,性价比也较高。技术发展有利于解决的问题包括榨汁噪声以及出汁率低。

2.材质发展层面

榨汁机材质由木制、金属、塑料陶瓷等,材质越来越丰富。由物理矛盾可知,榨汁既需要快速出汁,又需要慢速打碎,“刀片式”的榨汁机感觉更直接、迅速,但也显得粗糙,很有西方文化的色彩;而“螺旋式”则略显复杂、细腻,以细腻的果汁相赠,充满东方文化的韵味。材质发展有利于解决问题,包括机身过重影响操作性以及使用安全性。

3.造型色彩发展层面 榨汁机外观颜色由原有的金属色发展到白色透明色以及三原色的互相搭配。造型和色彩会更多元化来追随工业化产品设计的大潮流,更好地满足人们的不同需求。造型色彩发展解决的问题包括整体的美观性以及结构的稳定性。

五、小结

喝果蔬汁已经发展成人们的一种健康的生活方式,越来越融入人们的生活。家用果蔬榨汁机的发展伴随着人类社会技术的发展,这种演变更是为了带给人们更舒适的享受。用TRIZ理论的基本原理分析每一阶段家用果蔬榨汁机的发展,从发现矛盾到解决矛盾都与当时社会大环境下的工业技术发展有着必不可分的关系。从材质、造型色彩以及技术发展的分析,可以看出榨汁机的发展也越来越适合社会的需要,适宜人们高品质生活的需要。未来的榨汁机必将会在人机交互、用户体验、操作流程等方面发生更大的变革,更好地满足人们的生活需求。

责编/马铭阳

参考文献

[1].赵新军.技术创新理论(TRIZ)及应用. [M] .化学工业出版社,2004.5.

[2].刘训涛.《TRIZ理论及应用》.北京大学出版社2011.8.

[3].各大榨汁机公司官网[4].中华人民共和国国家知识产权局http://www. sipo.gov.cn/

[5].中关村线http://www.zol.com.cn/

[6].京东官网https://www.jd.com/

[7].谷歌官网https://www.google.com.hk/ [8].http://purewellbeing.com/

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