毕业设计论文(产品设计).doc

湖北汽车工业学院科技学院毕业（设计）论文摘 要家用净水器是一种将自来水进行深度过滤和消毒的饮水装置，通过使用不同的过滤材料来提升直饮水的安全和质量。所以家用净水器的推广使用能够在很大程度上提高全民饮水安全和质量以及成本，不仅如此，家用净水器还可以针对地区性水源污染，通过过滤装置的作用来提升受污染水源的利用率，节省水资源；特别是在一些水污染严重的地区和水资源稀少的地区，家用净水器的使用能够很大程度的提高人们的饮水安全和质量。然而，由于现今家用净水器市场的规范化程度不高，国家相关监管部门监管困难，导致我国家用净水器市场的相关产品不能完全满足人们的需要。所以家用净水器的改良设计势在必行。主要通过解决过滤材料、过滤方式和改良产品外形设计以及提高家用净水器环保等级方的式来来提升家用净水器的市场占有率，以达到提高人们饮水安全和质量的目的，提高全民健康水平。关键词：家用净水器，改良设计，人机工程学 AbstractHousehold water purifier is a drinking water device with deep filtration and disinfection of tap water, and can improve the safety and quality of drinking water by using different filtering materials. So household water purifiers popularized and used to improve national drinking water safety and quality as well as cost in a large extent, not only that, household water purifier can also for regional water pollution, through the filtering device to enhance utilization rate of water pollution, save water resources, especially in some serious pollution of the water area and water scarce regions, the use of household water purifier can greatly improve peoples drinking water safety and quality. However, due to the high degree of standardization of current home water purifier market, national regulatory authorities regulatory difficulties, resulting in Chinas household water purifier market related products can not fully satisfy the peoples needs. So the improvement of household water purifier is imperative. By solving the filter materials, filter and improved product appearance design and improve household water purifier environmental protection grade of the party to improve household water purifier market share to improve peoples drinking water safety and quality, improve the level of peoples health.Keywords：Household water purifier, Improved design, Ergonomics目 录摘 要1Abstract2目 录31 绪 论41.1 本课题的来源、目的及意义41.2 课题背景41.3国内外设计研究现状51.4 本课题研究的主要内容62设计调研72.1家用净水器简介72.2市场调研73 设计定位83.1概述83.2设计定位分析83.3产品设计理念94产品设计过程104.1草图方案阶段104.2设计方案选择155三维建模及渲染165.1建模三视图165.2三维模型图185.3材质选择及配色方案185.4渲染效果图196设计说明及应用分析206.1设计说明206.2应用分析227油泥模型制作237.1油泥模型制作工具237.2油泥模型制作过程237.3油泥模型制作总结288设计总结299结论与展望309.1本文总结309.2将来展望30致 谢31参考文献321 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义 本课题针对现有家用净水器出现的种种问题，着重对现有的家用净水器设计进行改良设计，基于人机工程学、绿色环保、饮用安全等方面来指导研究与设计，设计一款新型家用净水器，并对现有的家用净水器进行设计分析，寻找最佳的设计方案，提高市场化率，从而提高家庭饮用水的质量与安全。一方面，本课题关于改良家用净水器的设计，以提升人们对家用净水器的认可度，对于提高家用净水器的质量有很大帮助，也适应了全世界水资源污染严重的现实问题，如何合理的运用水资源，保护我们赖以生存的水资源是现今全世界急需要解决的一个问题；同时也针对现今家庭饮用水成本高、水质偏差、浪费严重的问题，提出一系列改良设计。这不仅能够提高居民的饮水质量，节约生活成本；对环境的保护也是有很大意义的。特别在一些偏远地区和水资源污染严重的地区以及生活用水质量难以保证的地区，都能够极大地解决他们的饮水安全问题。 另一方面，家用净水器之所以在我国推广较难，主要因素之一在于净化工艺的复杂性，通过改良设计以降低净化工艺的复杂性而保证其净化品质，这能够极大地提升家用净水器市场化率，提升人们健康水平。1.2 课题背景随着工业的发展，城市污水与工业废水的排放量不断增大，使城市饮用水源受到了不同程度的污染，直接危害到人们的身体健康。就目前而言，我国有百分之九十以上的自来水厂采用的依然是常规的水净化处理方法，混凝沉淀过滤加氯消毒。常规的水处理方式主要去除的是悬浮物、胶体和细菌，但是无法高效率去除水中的溶解性有机物，而且加氯消毒的方式虽然消灭了水中的大部分细菌，但是液氯一旦和水中的有机物结合，将会产生大量的有机卤化物（例如三卤甲烷），经常饮用带有有机卤化物的水，会对人体造成很大的伤害，在一定程度上可能增加癌症的致病率。由于生活用水中饮用水和烹调用水等只占到城市供水的不到百分之二，因此要求自来水厂提高净水质量是十分不划算的。所以，作为能够提供优质饮用水的家用净水器，就显得尤为重要了。现今，人们解决饮用水安全的方式大多是购买桶装水，然而大部分桶装水公司采用的净化工艺基本同自来水厂大同小异，很难保障饮用水质量。而且随着物价上涨的总体趋势影响，桶装水的价格也是一涨再涨。而家用净水器是一种通过对自来水进行深度净化处理的饮水装置，它不仅能够提高人们的饮用水质量，还能降低生活成本，免去一大笔桶装水的花费。 家用净水器的最早使用开始于20世纪50年代的美国。至20世纪70年代开始在欧美国家开始流行，持续至今。我国家用净水器的最早使用开始于20世纪90年代，一开始基本都是进口。本世纪初国产家用净水器开始大规模出现和使用。然而就目前而言，我国使用家用净水器的家庭主要分布在沿海地带和经济发达地区。中西部地区以及广大农村地区家用净水器的使用率很低，就市场发展而言中西部地区及广大农村地区的家用净水器的市场极为宽广。而中西部及广大农村地区对家用净水器缺乏认识是这些地区家用净水器使用率低的主要原因之一。 虽然家用净水器在沿海地区及经济发达地区使用较多，但是由于我国家用净水器发展时间较短，在相关国家卫生标准，净水器材料使用要求，出水水质等相关方面的法律规定不够完善，而且对于市场的监管不力，也使得家用净水器质量安全方面难以得到保证。很多家用净水器刚开始使用时，出水质量基本都能达标，但是时间一久就难以维持，出水的各项指标都会高度超标。1.3国内外设计研究现状 据不完全统计我国家用净水器生产商有3400多家，由于家用净水器进入我国市场的时间比较晚，在家用净水器技术和理论方面都不是很完善，所以在家用净水器的设计方面基本处于起步阶段，再加上在国家相关法律法规监管上不是很健全，除少数知名品牌外，大多数企业都属于中小企业，而这些企业对家用净水器的科研投入的不够，直接导致家用净水器生产规范化程度不高，在产品制作材料和外观设计上也缺乏足够的研究，处理工艺上也大同小异。设计重点多集中在消毒和过滤材料的使用上，这导致部分净水器产品对水的消毒和过滤过度，将水中的有利矿物质和微量元素也都一并去除，甚至由于对自来水过度追求消毒和过滤导致少数净水器产品会出现消毒过滤材料的泄露污染，造成净水器制水二次污染的情况，这严重危害到了人们的身体健康。 目前国内主要采用三种家用净水器水处理方式：活性炭技术，膜过滤技术，复合型过滤技术。现在市场上流行的家用净水器在造型设计上基本采用的都是柱形结构，造型过于单调，材料选择上主要以ABS板和亚克力等廉价材料为主，色彩上基本以家电白为主。国外家用净水器企业特别是欧美地区，大多都是以前的老牌家电企业，拥有雄厚的资金实力和技术水平，而且对家用净水器的技术和理论研究方面比较完善成熟，国家法律法规监管也比较严格。所以在设计时大多都把重点放在保障饮用健康和产品外观创意设计方面以及人机工程学研究。设计方案中对过滤材料和产品制作材料以及外形创意方面比较重视。特别是在新型过滤材料和方式上投入了大量人力物力和财力。这都是国内大多数家用净水器企业难以达到的。在家用净水器设计方面，也不得不提到日本，日本在家用净水器领域方面取得的成就早已引人注目；不仅在家用净水器外观造型设计和研究上取得了很大的成功，而且在家用净水器人性化设计领域也一直处于世界领先地位，特别是在家用净水器智能化设计上取得了不俗的成就。1.4 本课题研究的主要内容本课题重点解决家庭用水多样性和安全性，随着人们对饮用水安全的日益关注,家用净水器作为一种新兴的电器产品正逐步进入广大消费者的家中。目前家用净水器在我国的发展处于蓬勃发展时期，特别是在目前国家节能环保的全民意识下，对家用净水器的推广必将是十分有利的。家用净水器的设计与研究必将能够很好的解决部分地区的饮用水安全问题，特别是在农村地区和水污染严重地区。不仅能够提高人们的饮用水健康水平，还能节约水资源，缓解水资源污染的状况。在技术方面，现有的科学技术水平完全能够支持家用净水器的设计与发展。从家用净水器过滤材料和制造工艺以及造型设计方面都有很大的空间，这样一来对家用净水器的研究与设计的可行性也就很高了。2设计调研2.1家用净水器简介家用净水器是一种对自来水进行深度处理的净化过滤装置，目前市场上的家用净水器的产品种类主要有PP棉滤芯净水器、复合烧结活性炭净水器、RO反渗透纯水机、净饮机、超滤机、陶瓷过滤净水器和软水机7种。但是作为提供直饮水装置的家用净水器主要采用的还是PP棉滤芯、RO反渗透、复合型过滤和超滤膜的净化工艺。2.2市场调研通过实地市场调查和网络调查等方式，了解到，虽然我国家用净水器的产量年年递增，部分数据统计2014年我国净水器产量达到了8572万台，然而我国家用净水器的市场普及率不到百分之五，远远低于欧美国家百分之七十的普及率。造成这种现象的原因主要可以从三个方面来进行分析；(1) 企业方面，目前国内家用净水器品牌有十多种，采用的过滤技术主要是PP棉、活性炭、反渗透膜、超滤膜等技术，除了欧惠浦、格力、美的等少数大品牌大企业外，其余品牌基本都属于中小企业，而中小企业对于家用净水器的技术研发投入不够，导致家用净水器产品质量难以得到保证。(2) 市场方面，由于家用净水器进入国内市场比较晚，在市场监管方面有很大的不足，例如在针对超滤膜技术方面，对于滤膜额定的孔径要求在0.001至0.02微米之间，但是由于相关部分对于滤芯质量缺乏统一的国家标准，导致很多企业在滤芯质量方面都难以达标。而相关部门在市场监管方面也存在一定漏洞。这就使得家用净水器的质量更加难以得到保障。(3) 消费者方面，同样由于家用净水器进入国内市场较晚的原因，再加上消费者对家用净水器普遍缺乏认识，导致家用净水器的普及有一定的障碍，特别是在中西部经济不发达地区，一方面是由于消费者缺乏对于家用净水器的认识，另一方面是由于经济消费水平的限制。3 设计定位3.1概述家用净水器的设计，从总体上要满足人们对于饮用水安全方面的需求，无论是从人机工程学方面还是从产品本身功能方面，都需要结合人们的使用习惯和产品安全性来进行设计和研究。基于产品本身功能和目的，必须要解决家庭饮用水的安全性和环保性，在保障人们饮用健康的同时节约水资源，而要想达到保障人们饮用健康的同时节约水资源，除了升级家用净水器净化材料和方式外，还要解决好目前国内大部分家用净水器都共有的毛病，即家用净水器在过滤过程中会产生的大量废水。除此之外，家用净水器的设计初衷就是为了提高人类饮用健康水平，保障生命质量以及节约水资源，然而在今天市场经济的氛围下只靠产品本身功能是无法提升产品的市场占有率的。所以在保障家用净水器功能之外，还需要对其产品外形进行改良设计，以提高其市场占有率。3.2设计定位分析根据市场调查分析，家用净水器作为提供高质量饮用水的家电产品，能够极大地提升饮用水质量，对于水质差的地区，家用净水器的使用能够发挥极大的作用，具有很大的市场空间。现在市场上流行的家用净水器基本能够满足一家三口及以上的饮用水需求，所以在家庭净水器产品定位上，主要将重点放到小区家庭方面，特别是自来水水质偏差的地区。而根据家用净水器的过滤技术及使用情况了解到，目前市场主流的家用净水器过滤技术是采用超滤膜技术和其他过滤技术结合的混合过滤方式，超滤膜技术主要是以压力为推动力，通过中空纤维膜来分离大于膜孔的微粒从而使自来水得到净化，对于超滤膜膜孔的孔径要求一般要小于0.02微米，而自来水中最小的细菌体积都在0.02微米以上，所以自来水中的细菌和比细菌体积大很多的胶体、悬浮物、泥沙、铁锈和大分子有机物都能够有效地被滤膜拦截，超滤膜过滤技术的主要优点是可排污、使用寿命长、安装和使用方便；而在结合了其他过滤方式后，能够更加有效安全的提升直饮水的质量和口感。在家用净水器造型和色彩设计方面，目前主要是采用柱形和蛋形结构进行组合设计，在色彩设计方面，由于白色家电的传统色彩设计的影响，基本上现在市场上的家用净水器都是白色或者浅色为主。在家用净水器功能方面，目前大部分家用净水器对于过滤产生的废水采取的处理方式都是直接排放到下水管道中，然而根据实际检测，虽然家用净水器排出的废水含有大量细菌和杂质，但是这部分废水只要再稍微过滤处理一下，就可以作为洗涤用水，可以节约相当一部分的水资源，特别是部分产生废水比例较大的家用净水器。3.3产品设计理念根据市场调研分析和产品定位分析，家用净水器的设计必须要满足三个方面的要求，第一，家用净水器作为家电产品的一部分，必须要结合家用电器产品设计的几大原则，即创新性、易用性、美观性、耐用性、环保型和实用性。只有这样，才能将家用净水器设计好，不能只为了设计为设计，家用净水器的设计必须要回归其功能第一的设计原则。第二，家用净水器作为人操控的对象，必须要以人机工程学为基础，对人机环境三者之间的关系进行研究，将家用净水器的尺寸和操作方式以及功能结构方面的问题解决好。使家用净水器的设计符合人机工程学的标准，更好的服务于消费者。第三，家用净水器的设计要以现今市场上其他的同类产品为蓝本，吸取其好的设计，解决其他同类产品存在的一些问题。例如很多家用净水器产品的设计都忽视了过滤产生的废水。所以在进行家用净水器的设计时，要将其考虑在内。4产品设计过程4.1草图方案阶段在此过程中通过对市场调查和对部分家用净水器的结构进行研究，了解家用净水器的结构及净化过程，在结合实际之后开始草图设计（如图4.14.10)。在草图设计过程中，围绕家用净水器这一主题，结合自己对产品设计的认识，最后选择了经过不断优化设计的凹形结构家用净水器设计（如图4.11）。图4.1手绘草图方案一图4.2手绘草图方案二图4.3手绘草图方案三图4.4手绘草图方案四图4.5手绘草图方案五图4.6手绘草图方案六图4.7手绘草图方案八图4.8手绘草图方案九图4.9手绘草图十图4.10最后设计方案4.2设计方案选择通过不断地深化和修改，最后选择了如图4.10的设计方案。采用了凹形结构设计和柱式结构设计相结合的方案，根据之前的草图方案对最终草图方案的结构和外形进行了大量的改进，增加了家用净水器过滤产生的废水储存和排放装置；造型上优化结构，使其结构更加紧凑。5三维建模及渲染5.1建模三视图要完成最后的家用净水器设计图，需要运用到CAD和3DMAX等软件，通过在CAD绘图软件中绘制设计图尺寸，再导入到3DMAX软件中进行建模设计及渲染设计（如图5.15.3三视图及模型图），在建模阶段通过车削、倒角、挤出、布尔等方式进行软件建模；在此过程中需要结合实际不断修改模型细节和部分结构，使整个设计图更加精确和完善。在渲染阶段，通过调节灯光和材质以及载入场景等方式，完成最后的效果图。图5.1三维建模左视图图5.2三维建模前视图图5.3三维建模顶视图5.2三维模型图5.3材质选择及配色方案材质球材质球介绍应用材质球材质球介绍应用不锈钢材质家用净水器水龙头浅蓝色塑料家用净水器底座黑色塑料家用净水器电源插孔及水龙头开关按钮白色塑料家用净水器顶部和自来水进水口以及排放废水口银色塑料家用净水器中部结构和滤网5.4渲染效果图6设计说明及应用分析6.1设计说明结构上（如图6.1），采用凹形结构和柱式结构相结合的设计，并将过滤、储水和加热等功能结构进行紧凑性设计，使家用净水器的造形更加轻巧和紧凑，总体尺寸，抛弃原有家用净水器的大尺寸结构设计。同时结合同类产品忽视废水处理的问题，增加了废水储存和排放装置，在家用净水器自来水进水口的设计上，结合消防水管快速接口的设计，将家用净水器自来水进水口设计成可卸式接口，这样就能够使家用净水器的使用更加灵活，而不局限于一个空间内。功能上，结合饮水机和中央净水器的设计，在轻量化设计中，满足消费者对于净化过滤和加热的需求。改良了大部分家用净水器需要安装的复杂过程，通过设计的自来水接口，直接将接口通过软管接在水龙头初进行自来水输送，由于在此设计方案中，设计了储水区，所以可以做为移动式家用净水器使用。废水储存和排放装置的设计，能够将过滤和使用过程中产生的废水通过存储排放存储的方式将废水收集回收再利用，而这部分的废水可以作为洗涤用水和马桶用水使用，使产品更加环保。材质上，主要采用ABS塑料作为家用净水器外壳的制作材质，ABS塑料有着极强的抗冲击性和可加工性，且该材料比较耐热，表面光泽性也不错，非常适合家电产品的外壳材料。色彩方面，采用家电白的主体色调。整个设计充分考虑到了功能第一的设计原则，当然在在保障其净化功能的同时，还充分融入了一些设计元素。在尺寸上，通过人机工程学研究和设计（具体尺寸如图6.2）符合消费者的使用习惯。过滤方式采用超滤膜过滤和其他过滤材料结合的混合过滤方式，这样过滤出来的水质更好，口感更佳。在操作方面，操作按钮结合部分设计元素，是以黑色为主色的压力感应智能按钮，在接通电源后，右边会显示出蓝色环形光圈，左边的饮用水制热按钮会显示出红色环形光圈，按下之后等待环形光圈变为橙色即表示制热完成。图6.1家用净水器结构示意图图6.2家用净水器尺寸图6.2应用分析由于采用了轻量化设计，使得此家用净水器的设计在结构上变得紧凑和轻巧，在净化制水量上基本可以满足普通家庭饮用需求，所以主要以普通家庭为市场主体。通过自来水进水口接口可卸式设计，使得此家用净水器能够在不同环境中使用，如果需要大量净化制水，可以将其放在厨房，直接通过连接水龙头制水。如果制水需求较小，可以在储水后放到客厅里使用。7油泥模型制作7.1油泥模型制作工具基于油泥常温质地坚硬的特性，在使用油泥制作模型时需要准备的常用工具主要有：刮刀、工具刀、电锅或烤箱、砂纸等工具（如图7.1）。图7.1油泥制作工具7.2油泥模型制作过程（1) 胎架制作，主要使用PVC板，通过裁圆刀切圆之后按照比例制作胎架（如图7.2）。（2) 填敷油泥，在完成胎架结构后，将油泥软化，并填敷到胎架上，完成基本外形（如图7.3）。（3) 粗刮油泥，粗刮油泥时要严格按照设计方案进行塑形，要尽量避免油泥模型变形（如图7.4）。（4) 精刮油泥，精刮油泥阶段主要的目的是调整外形和打磨模型，使油泥模型整体保持光滑，并对细节进行处理（如图7.5）。图7.2胎架模型图7.3填敷油泥图7.4粗刮油泥图7.5精刮油泥7.3油泥模型制作总结 在油泥模型的制作过程中要提前准备好所需工具，特别是刮刀、砂纸等塑形打磨的工具。在胎架制作过程中要特别注意比例关系的设定，尽量精确尺寸比例，一般胎架模型要留出2厘米左右的空间，以保证油泥的填敷对尺寸比例关系的影响降到最小。在粗刮油泥模型时，要不断地修改外形，尽量接近设计方案的尺寸结构比例，保证外形完整。最后油泥精刮阶段，主要以细节调整和刻画为主，并加以打磨，使油泥模型尽量光滑。而在整个模型的制作过程中特别要注意的是油泥的软化，由于油泥冷却后质地会变硬，所以在塑形过程中要尽量快一点，并且要准备一些软化的油泥，以便对模型进行修补。8设计总结 通过毕业设计，不仅能够检验我们的设计能力，而且还能活跃我们的设计思维，在进行家用净水器设计时，需要累积大量相关知识，从家用净水器的功能结构到家用净水器的发展状况及趋势，从家用净水器的设计方法到家用净水器的设计风格，从家用净水器生产材料到家用净水器的生产工艺等等，都需要去了解。而在这个了解的过程中开拓了自己对于家电产品设计的视野，也使得自己的专业知识和设计能力得到了提高。毕业设计是一次检验我们大学四年所学知识的开端，是我们真走向社会的开始，在走向社会后还有无数次检验我们大学四年所学知识的机会，而通过毕业设计这一良好的开端，能够培养我们独立设计、独立分析和解决问题的能力。是我们大学四年的一次总结，也是我们走向社会的开始。在做毕业设计之前，觉得毕业设计是对自己大学四年所学知识的一个概括性总结，但是当开始做家用净水器毕业设计的课题时，才真正发现有很多相关的知识很欠缺，在家用净水器的过滤材料、外壳材料、制作工艺和实体模型的制作等方面，都是没有接触过的。然而通过家用净水器毕业设计的课题，才通过查阅资料等方式进行了解。这让我很大程度上改变了对做产品设计的认识，做设计不能只靠凭空想象，要结合实际情况，具体问题具体分析，具体设计具体对待。做好一个设计需要大量相关知识的积累和总结，设计的过程是一个缓慢的过程，之所以缓慢是为了让我们不断发现问题继而解决问题。9结论与展望9.1本文总结本文就家用净水器在实际使用过程中出现的一些问题，进行改良设计与研究；通过改良家用净水器的结构、外形等设计，提高家用净水器的市场普及率，最后提高提高消费者饮用健康指数。在本文的设计与研究之中基本上可以总结出以下几点： (1) 通过市场调研分析，调查出现今市场上家用净水器在使用过程中出现的安装和后期维护复杂的问题并加以改良；(2) 通过国内外家用净水器的设计风格分析，对家用净水器的设计风格进行研究；(3) 通过人机工程学研究，对家用净水器的造型和外观尺寸进行改良设计，使之符合消费者的使用习惯。9.2将来展望由于专业知识的有限，本文对家用净水器的设计与研究，并没有进行深层次的研究与设计，主要表现在以下几个方面：(1)由于对材料工程知识认识不足，本文基本只是研究了家用净水器的结构和造型风格以及使用过程中出现的问题，对于家用净水器的核心问题，即净化滤芯和净化方式的研究比较欠缺。(2)对于家用净水器智能化设计方面，由于条件技术有限，无法再智能化设计方面进行深入研究。(3)对于后期家用净水器模型制作缺乏经验。致 谢本文是在尊敬的刘敏老师的精心指导下才得以完成的，同时也要感谢大学四年来所有老师们的谆谆教诲，在你们的教导下我不仅学到了很多设计知识，最主要的是学到了学习的方法。这不仅提升了我的专业知识，还指引了我的设计思维和设计方向。 作者于2015年5月参考文献1美奥托（KevinN.Otto），美伍德（KristinL.Wood），产品设计，电子工业出版社，2011.2孙颖莹，设计的展开产品设计方法与程序，中国建筑工业出版社，2009.3王沂蓬，王选政，产品设计与开发，江西美术出版社，2010.4邬琦姝，产品设计，水利水电出版社，2012.5钟元，面向制造和装配的产品设计指南，机械工业出版社，2011.6（美）犹里齐，产品设计与开发，东北财经大学出版社，2009.7汤志强，谭嫄嫄，李晓卿，世界经典产品设计，湖南大学出版社，2010.8（美）加瑞特，用户体验要素：以用户为中心的产品设计，机械工业出版社，2014.9（美）诺曼，未来产品的设计，电子工业出版社，2009.10黎恢来，产品结构设计实例教程，电子工业出版社，2014.31