基于IOT思維的家庭廚余堆肥桶設計研究

韋鑫珠

中國的廚余垃圾污染日趨嚴峻。據統計，我國的廚余垃圾約占整個生活垃圾的50%--70%左右.因此廚余垃圾的資源化、無害化處理已成為人們日常生活中的重要內容。同時，可持續的生活方式驅動著產品創新并逐漸向科技化、智能化發展。本文基于IOT思維通過整合產品及服務，對傳統廚余垃圾處理進行結構改造和功能升級，滿足廚余有機垃圾儲存功能的同時，以構建可持續解決方案，并利用智能感應技術，實現廚余垃圾系統自動控制，為用戶構建一個綠色、健康、智能化生活環境。

1.家庭廚余垃圾處理現狀與用戶需求分析

以中餐為例，廚房炊事活動中廚余垃圾主要產生于菜品選揀與清洗、餐后處理、餐具清潔三個階段。當前家庭廚余垃圾大多通過垃圾袋收集的形式與生活垃圾混合在一起處理，但在垃圾收集與處理行為過程中存在很多問題。

1.1 廚余垃圾處理過程中存在的問題

a、含水率高。廚余垃圾含水量為70%—90%左右，垃圾中的滲濾液在處理過程中易發生滴漏現象，從而弄臟地板。同時也增加了垃圾集體收集、運輸、處理的成本。

c、分類意識不強。廚余垃圾構成成分中除了剩菜、剩飯可回收資源外，還有如塑料袋、塑料瓶、玻璃碎片等不可回收垃圾。而大部分公眾垃圾分類意識不強，分類知識欠缺，有機垃圾沒有資源化反而增加垃圾處理的難度。

d、處理方式被動。對于大部分人而言，廚余垃圾是失去使用價值的廢棄物，同時由于其易腐爛的特性，人們往往避而遠之。垃圾處理人們通常采用最原始的視覺和嗅覺感知，被動的、機械的處理方式。

表1 當前國內外處理廚余垃圾的方法

1.2 當前廚余垃圾處理方法

目前國內外對于廚余垃圾處理普遍重視，常用的處理技術（見表1）。

1.3 廚余垃圾處理過程中用戶需求分析

當前廚余垃圾處理方式與處理方法，大部分局限在技術、材料、結構等具象的有限范圍，忽視了人—機—環境的互動，在廚余垃圾處理過程中存在諸多不便，同時也導致大量資源的浪費。隨著科技發展，人們越來越重視生活的品質，成功的產品設計已不再只是高科技內容的附庸，而是更多關注產品強大功能對于使用者的實際有效性。[1]年輕消費者認知產品的方式正在從關注技術、功能、結構、造型、材料等轉向聚焦多次互動過程中全接觸點的服務體驗。[2]用戶不僅需要購買和使用產品，而且還需要具備數字化、智能化、網絡化的科技體驗，最終滿足用戶最本質的需求。

2.基于IOT思維的家庭廚余堆肥桶設計方案

設計的本質在某種程度上就是重塑人與物之間的關系，而這里的關系是多維的。[3]因此我們需要將設計作為重要支撐，滿足用戶工作效率以及互動體驗的需求同時盡可能地充分利用資源，改善人與環境的關系。當前城市中越來越多園藝愛好者倡導綠色生活，將陽臺園藝作為一種嶄新的家庭消費時尚，解決了食品安全擔憂，同時享受健康、綠色的生活方式。基于IOT思維的家庭廚余堆肥桶是將廚余有機垃圾轉化為資源，同時將傳統廚余垃圾處理技術與物聯網息通信技術結合，享受線上的輕松管理、線下真實體驗親自培育的樂趣。

2.1 設計目標

2.1.1 操作時空模糊性

物聯網同許多新技術一樣具有時間和空間屬性，而物聯網時代的產品自然而然地就在改變我們的時間和空間距離。[4]隨著物聯網技術發展，人與物被連接在一個相互交錯的信息通訊網絡之中，產品操作空間和時間距離變得模糊。在IOT思維中，廚余垃圾處理設計服務應達到以下操作目標：（1）人們可以隨時監控廚余垃圾處理的狀況不受時間的限制，（2）人們可以在工作、娛樂之余、同時操控廚余垃圾處理，不受空間的限制。不同時間和空間趨于重合，讓產品的操作時空界限變得模糊。

2.1.2 行為過程交互性

在物聯網時代，不再只是傳統意義上考慮產品功能、造型、材質、色彩使用感受來提升產品的使用體驗，而是從物聯網時代的設計模式出發，基于人的行為，將廚余垃圾收集、處理、回收利用視為一個相互聯系和相互依賴的動態系統，為用戶提供良好的互動體驗服務。

大量研究表明，協作是獲得群體智慧的重要途徑，但是目前關于產品創新設計領域的群體協作的相關研究還很少，也沒有統一的結論。本文基于第一手實驗數據研究了異步協作模式下的設計師創新行為特征以及團隊創新產出結果，并結合對照組進行了對比分析，得出以下結論：

在IOT思維中，廚余垃圾處理設計服務應達到以下行為目標：（1）操作自由，根據人日常行為、動作、已具備能力進行，盡量避免刻意學習、訓練，增加人們的操作負擔。保證使用舒適性。（2）通過人的聲音、動作來識別人們的行為意圖，從而理解并作出正確的反饋。

2.1.3 垃圾處理可持續性

當前處理廚余垃圾方式大多是不可持續的，從而導致大量資源的浪費。垃圾處理可持續設計是基于可持續消費觀而展開的，是將輸入流（資源）與輸出流（廢棄物）相連接形成一個封閉的環形系統，最有效利用資源，實現資源的自循環運轉。[5]在IOT思維中，設計服務應達到以下社會目標：（1）垃圾收集器設計應考慮環境需求，盡量節省空間、節省材料使用，做到一切均可回收利用。（2）收集的有機垃圾應得到資源化最大化處理，最終服務于人。

2.2 設計流程

設計與人、自然和社會有著相當的關聯性。[6]筆者通過當前廚余垃圾處理現狀及用戶需求出發，重新設計廚余垃圾處理方式。在滿足傳統形式、功能、操作流程上使用感受的同時，結合物聯網技術，將用戶體驗從以用戶為中心的設計向用戶參與式智能設計轉化。具體設計流程（如圖1）。

圖1 有機廚余垃圾處理流程

2.3 設計實例（如圖2）

圖2 整體效果圖

2.3.1 廚余垃圾收集

圖3 有機廚余垃圾收集籃設計

在進行烹飪活動過程中，廚余垃圾產生主要集中在選揀、洗滌、餐后處理、餐后清潔四個階段。廚余有機垃圾包括菜葉、米面殘渣、骨頭、瓜果皮、動物內臟、油脂廢料等。通過對用戶行為進行分析，發現在洗滌和餐后清潔兩個階段都需在清洗區完成。因此，廚余有機垃圾收集裝置可以進行伸縮，并放置在水槽上方。為了提高發酵質量，收集籃設計成網狀，有利于瀝干廚余有機垃圾中的水分、油脂等，從而提高堆肥的效果（如圖3）。

2.3.2 廚余垃圾處理

傳統廚余垃圾處理大部分采用垃圾袋收集，并定時與生活垃圾混合處理，這不僅給用戶生活帶來不便，同時還造成大量資源的浪費。此次設計對廚余垃圾處理方式進行重新整合，主要分為堆肥處理和智能監控兩部分（如圖4、圖5）。

圖4 堆肥桶堆肥處理結構圖

2.3.2.1 堆肥處理

a、碾碎裝置：有機廚余垃圾中的菜葉、果皮體積較大，骨頭、海鮮貝殼質地堅硬，作為堆肥需要很長的時間才能分解，因此，此次設計中堆肥桶的碾碎裝置，可將烹飪活動中產生的各種可回收垃圾快速碾碎，用戶投放廚余垃圾時無需手動切碎，只需按下操作面臺上按鈕，即可將廚余垃圾碾碎，易于用戶使用，同時提高發酵的速度。

b、厭氧發酵：在垃圾處理器下方設計肥料盒，粉碎后的有機物質進入肥料盒中進行厭氧發酵。肥料盒（300*500*300）容積為30L可容納普通家庭15天的廚余垃圾，用戶無需每天定時處理。肥料盒設計采用模塊化組合方式，當肥料盒盛滿后需要再經過15天發酵期，用戶只需更換肥料盒，并在肥料盒外面套上外盒放置一旁靜待發酵即可，無需購買兩個相同堆肥桶輪流使用。從而達到節省成本和保護環境的目的。

c、液態肥收集：廚余垃圾厭氧發酵會產生液態肥，因此在肥料盒底部設計內支撐濾網，廚余垃圾中的液態肥通過過濾網進入堆肥桶底部液態肥收集區域，方便用戶收集液態肥。

2.3.2.2 智能監控

a、智能感應:堆肥桶具有智能監控廚余垃圾容量及液態水位的功能，避免了用戶開蓋查看過程中空氣進入影響廚余垃圾分解的速度。同時堆肥桶溫度監控功能可以保證廚余垃圾在恒溫下分解，提高廚余發酵的質量。

b、云服務系統：將手機與堆肥桶設計相關聯，通過云計算、大數據、模式識別為用戶提供隨時、隨地、隨需的了解廚余垃圾處理情況。同時云服務系統可以對用戶特性進行搜集、整理與深度數據挖掘，形成清晰、明確、直觀的用戶需求數據。通過線上線下緊密協作與聯合，從而更好地管理、監控廚余垃圾堆肥的過程。

圖5 物聯網智能監控系統

2.3.3廚余垃圾回收利用

堆肥桶中的廚余垃圾經過4到6周的發酵，轉化為有機肥和液態肥。有機肥用于自家培植各種瓜果蔬菜。液態肥可用于清洗廚房或廁所水管、水道的污垢，也可作為植物根肥、葉面肥。從廚余垃圾收集到回收利用，形成一個自循環的系統，實現廚余廢棄物資源化利用的目的。

3.結語

家庭廚余堆肥桶設計是基于物聯網思維的可持續設計，將“互聯”“互動”“創新”源源不斷地輸入到傳統廚余垃圾處理過程中，并通過物聯網特性與廚余垃圾處理流程的有機融合，將這種技術特性持續不斷地轉換為優勢產能，形成推動傳統廚余垃圾處理技術全面而持久轉型、升級、發展的動力引摯。以創造和平衡使用功能與生態價值為目標，通過用戶與廚余堆肥桶互動驅動生態系統的自循環，最終實現廚余垃圾的的回收和再利用。這種設計不僅塑造人的生活品質觀和可持續消費觀，同時也為物聯網技術與廚余垃圾處理的運用提供全新的視角。

注釋：

[1]劉永翔.基于產品可用性的人機界面交互設計研究[J].包裝工程 ,2008（4）:81-82

[2]吳志軍，那成愛.“互聯網+”背景下廚房系統的設計服務模式[J].包裝工程, 2016（8）:12-15

[3]鄭源.“近在天邊，遠在眼前——網絡全球化背景下實體間距離變化的研究”[J].科學與財富，2011（7）:51

[4]陳炬,梁躍榮.基于互聯網下產品設計中人與產品距離的探討[J].裝飾，2015（1）:126-128

[5]謝卓夫.設計反思:可持續設計策略與實踐[M].劉新,覃京燕譯.北京:清華大學出版社, 2011

[6]范凱熹.互聯網時代的跨界設計[J].創意設計源，2014（6）：12-19