結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化在小家電中的應(yīng)用分析

王濤

（立達(dá)信物聯(lián)科技股份有限公司，福建 廈門 361006）

0 引言

小家電行業(yè)隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，行業(yè)面對(duì)的競爭也逐漸加劇，小家電企業(yè)必須不斷提高自身的競爭力，才能使自身實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。小家電企業(yè)應(yīng)該快速改變傳統(tǒng)運(yùn)營方式，以新穎的家電設(shè)計(jì)吸引產(chǎn)品用戶，小家電設(shè)計(jì)需要關(guān)注家庭結(jié)構(gòu)組合，同時(shí)應(yīng)該合理優(yōu)化串聯(lián)式、并聯(lián)式與其他種類的家電結(jié)構(gòu)。在小家電設(shè)計(jì)期間，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高企業(yè)的整體競爭能力，通過靈活性思路以及多樣化的設(shè)計(jì)方法，提高小家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

1 小家電概述

隨著生活水平的提高，家電種類越來越多，家庭電器除了一些大家電以外，還有一些除了大功率輸出的電器以外的家電，一般這些小家電都占用比較小的電力資源，使用功率比較小，或者機(jī)身體積也比較小，所以稱為小家電。小家電也可以被稱為軟家電，是提高人們生活質(zhì)量的家電產(chǎn)品，例如目前被市場認(rèn)可的豆?jié){機(jī)、電磁爐、加濕器、空氣清新器、消毒碗柜、榨汁機(jī)、多功能食品加工機(jī)、電子美容儀、電子按摩器等。

2 小家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方向

小家電設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)觀念下一般會(huì)選擇單一設(shè)計(jì)形式，在單一形式下會(huì)對(duì)家電的性能造成一定的影響，為了保證家電的功能滿足大眾需求，在單一形式下可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)占用的空間，導(dǎo)致小家電的體積難以更好地被用戶使用，所以單一的設(shè)計(jì)形式一直被眾人詬病。

采用單一式家電結(jié)構(gòu)很難提高家電設(shè)計(jì)整體效果，設(shè)計(jì)人員會(huì)選擇創(chuàng)新性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，以多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以提升結(jié)構(gòu)的功能性，豐富家電結(jié)構(gòu)功能同時(shí)，提升結(jié)構(gòu)的緊湊感。采用相應(yīng)的小家電設(shè)計(jì)思路，可以符合小家電整體構(gòu)架設(shè)計(jì)的目標(biāo)與宗旨，設(shè)計(jì)小家電參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該重視小家電結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇工作，提高相關(guān)參數(shù)內(nèi)容的合理性與科學(xué)性，同時(shí)必須提高小家電基本運(yùn)行效果，保證各結(jié)構(gòu)可以相互配合。根據(jù)目前小家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況，信息技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在各類小家電設(shè)計(jì)中，在家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)極為明顯。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式不同，新型設(shè)計(jì)模式建立在信息化手段下，可以深入地對(duì)家電結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，同時(shí)可以在保證家電功能滿足用戶需求同時(shí)，簡化家電設(shè)計(jì)內(nèi)容，縮減無用的流程，有效地減小電器的體積，還可以提升家電運(yùn)行功能的多樣性。在各類家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，選擇串聯(lián)、并聯(lián)等多種形式，并在因地制宜的家電設(shè)計(jì)思路下優(yōu)化設(shè)計(jì)方案內(nèi)容，從而可以滿足用戶的需求，更可以借助優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

3 現(xiàn)代小家電機(jī)械特性分析

3.1 提高工作效率

小家電設(shè)計(jì)工作結(jié)束后，為了保證小家電在應(yīng)用中中擁有良好的效果，需要進(jìn)行穩(wěn)定性測試，及時(shí)篩選出不合格的家電設(shè)備，只有合格的設(shè)備才可以流入生產(chǎn)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在設(shè)備性能測試方面，使用軟件程序便能完成測試任務(wù)，提高測試活動(dòng)的便捷性。使用計(jì)算機(jī)軟件測試設(shè)備，可以通過測試結(jié)果反映小家電在設(shè)計(jì)方面存在的問題。設(shè)計(jì)人員可以憑借測試結(jié)果鎖定設(shè)計(jì)不足的地方并進(jìn)行控制。使用軟件程序測試小家電性能，主要收集小家電的參數(shù)，以模擬的方式測試設(shè)備性能，因?yàn)椴恍枰獙?shí)體進(jìn)行生產(chǎn)、加工等動(dòng)作，可以有效地提高工作效率，縮短工作鏈運(yùn)行周期，還可以有效地削減工作整體成本。

3.2 豐富小家電功能

小家電設(shè)計(jì)模式在當(dāng)下已經(jīng)得到大規(guī)模推廣，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)關(guān)注的內(nèi)容較多，與以往設(shè)計(jì)工作相比有用先進(jìn)性較為明顯。小家電是家居常用的設(shè)備，為了更好地滿足個(gè)人需求，小家電必須提升自身性能，可以滿足用戶的實(shí)際需求。在小家電功能豐富的同時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)需要考量的內(nèi)容也逐漸增多，使用以往的加工方式難以提高工作效率，會(huì)降低小家電生產(chǎn)工作的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械設(shè)計(jì)在當(dāng)下按照實(shí)際情況融合多種技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)通訊技術(shù)的融合程度，可以解決機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜化帶來的問題。現(xiàn)代編程方式進(jìn)行優(yōu)化，可以提高小家電的智能程度，同時(shí)小家電的功能逐漸增多。設(shè)計(jì)人員在小家電功能調(diào)控方面，可以在不改動(dòng)硬件的基礎(chǔ)上，借助軟件程序控制小家電功能，讓其在應(yīng)用方面具備較強(qiáng)的靈活性。

3.3 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)用性

在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方式下，加裝部分裝置才可以優(yōu)化機(jī)械功能。比如，為了提高豆?jié){機(jī)研磨豆子的速度需要調(diào)整變速箱，此種方式會(huì)提高設(shè)計(jì)難度，在結(jié)構(gòu)變動(dòng)中還會(huì)花費(fèi)不少的成本。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中提高工作效率，按照功能需要改變機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律。此過程不需要增加裝置，在改變小家電功能同時(shí)，可以將成本控制在最低水平。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，為設(shè)計(jì)工作提供大量數(shù)據(jù)。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)可以監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況，以電壓力鍋為例，以往電壓力鍋可能受到外部因素的影響發(fā)生安全事故，使用智能設(shè)備監(jiān)控，可以自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備在不同環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況。隨著智能監(jiān)控工作的開展，判斷零件和各程序是否存在問題，如果提出故障可以快速進(jìn)行控制，規(guī)避安全事故。

4 并聯(lián)與串聯(lián)的小家電結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 并聯(lián)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

兩個(gè)或多個(gè)基本結(jié)構(gòu)并列布置，稱為結(jié)構(gòu)并聯(lián)式組合。每個(gè)基本結(jié)構(gòu)具有各自的輸入構(gòu)件，而共有一個(gè)輸出構(gòu)件，我們稱為A型關(guān)聯(lián)（如圖1a，所示），或者各個(gè)結(jié)構(gòu)有共同的輸入構(gòu)件，但卻有各自的輸出構(gòu)件，稱為B型并聯(lián)（如圖1b所示）。

圖1 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)組合

小家電結(jié)構(gòu)如果采用并聯(lián)的方式，應(yīng)該確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并聯(lián)是小家電結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，在相應(yīng)工作進(jìn)行期間應(yīng)該確定不同小家電結(jié)構(gòu)，需要選擇適應(yīng)的輸入構(gòu)件以及輸出構(gòu)件。在相應(yīng)工作進(jìn)行階段，應(yīng)該圍繞輸入與輸出構(gòu)件合理考量家電結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在保證家電功能不受影響的前提下盡可能提高設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性，輸出構(gòu)件的設(shè)計(jì)師便是在此原則下進(jìn)行，將其設(shè)置為共用性，而輸入構(gòu)件會(huì)帶有一定的差異性。

并聯(lián)式組合家電結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)期間考量家電應(yīng)用需求，將其布置為通用性輸入構(gòu)件、不同的家電輸出構(gòu)件。以破壁機(jī)為例，其集合了豆?jié){機(jī)、榨汁機(jī)、碎冰機(jī)、料理機(jī)、研磨機(jī)等產(chǎn)品功能，良好地體現(xiàn)設(shè)備一機(jī)多用的功能。攪拌機(jī)傳動(dòng)輪經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，將傳動(dòng)輪布置為行星輪系，開動(dòng)開關(guān)后在電機(jī)的帶動(dòng)下使攪拌機(jī)擁有兩種轉(zhuǎn)速。使用孔式聯(lián)軸器、軸式聯(lián)軸器固定攪拌機(jī)的行星架與中心軸，優(yōu)化攪拌機(jī)的性能。通過電機(jī)超高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，來帶動(dòng)不銹鋼刀片，使食材在杯體內(nèi)被刀片超高速切割和粉碎，從而打破食材中細(xì)胞的細(xì)胞壁，釋放食材中的營養(yǎng)物質(zhì)。

再比如曲奇機(jī)，對(duì)在該機(jī)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)該將工作重點(diǎn)投放在齒輪裝置與螺桿上，使兩者可以緊密配合，可以提高齒輪軸的連接效果。通過開槽的方式可以對(duì)螺桿設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，在并聯(lián)輸入方式下良好地處理輪翼與螺桿轉(zhuǎn)位連接[2]，如圖2所示。

圖2 曲奇機(jī)螺桿傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.2 串聯(lián)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

串聯(lián)式結(jié)構(gòu)組合是由兩個(gè)以上的基本結(jié)構(gòu)依次串聯(lián)而成的（如圖3所示），前一結(jié)構(gòu)的輸出構(gòu)件和輸出運(yùn)動(dòng)為后一結(jié)構(gòu)的輸入構(gòu)件和輸入運(yùn)動(dòng)，從而成為得到滿足工作要求的結(jié)構(gòu)。

圖3 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)組合

串聯(lián)式組合家電結(jié)構(gòu)在小家電設(shè)計(jì)期間，其與并聯(lián)式組合家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)不同，核心在按照特定次序完成兩個(gè)或更多家電結(jié)構(gòu)的串聯(lián)工作。選擇串聯(lián)式家電模式對(duì)家電進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要綜合優(yōu)化小家電中輸出構(gòu)件與輸入構(gòu)件，還應(yīng)該保證串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可以滿足其使用性能，選擇串聯(lián)式的設(shè)計(jì)優(yōu)化小家電設(shè)計(jì)，在因地制宜的原則下靈活設(shè)置小家電結(jié)構(gòu)。

比如，圍繞家用咖啡機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該關(guān)注螺桿下部位置，需要在設(shè)計(jì)期間確保相應(yīng)位置可以妥善地安放，同時(shí)應(yīng)保證家用咖啡機(jī)電動(dòng)軸與螺桿兩者可以同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)階段，需要考慮全面，因?yàn)榛钊乱剖孤菽缚梢栽诳Х葯C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間完成縮回動(dòng)作，在按下咖啡機(jī)旋鈕后使咖啡機(jī)迅速地收回刀片。選擇串聯(lián)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專用咖啡機(jī)，可以提高家用咖啡機(jī)的功能水平，使其輸出功能與刮平功能的工作效果大幅度提升[3]。

小家電設(shè)計(jì)需要擁有新穎的思路，同時(shí)應(yīng)保證家用電器的功能可以滿足用戶需求，在設(shè)計(jì)小家電結(jié)構(gòu)期間應(yīng)該在對(duì)偶原理下將其作為家電設(shè)計(jì)的思想，還應(yīng)該在齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，擬定傳遞功率、主軸速度和傳動(dòng)比相應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系，分析相關(guān)參數(shù)對(duì)小家電運(yùn)行效果產(chǎn)生的影響，顧慮相關(guān)參數(shù)進(jìn)行小家電設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員需要圍繞部分非線性設(shè)計(jì)問題，思考方案的優(yōu)化方向以及要點(diǎn)，從而可以靈活轉(zhuǎn)化線性約束。在家電設(shè)計(jì)期間有必要選擇家電結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)該關(guān)注家電結(jié)構(gòu)中對(duì)偶關(guān)系的簡化，通過相應(yīng)方式可以有效地提升小家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，讓經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的家電結(jié)構(gòu)可以擁有良好的運(yùn)行效果，同時(shí)還能簡化小家電結(jié)構(gòu)，控制小家電設(shè)計(jì)、制造所用的工作周期，提高相應(yīng)工作的整體效益。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用的要點(diǎn)

5.1 創(chuàng)新家電零件結(jié)構(gòu)

圍繞各類小家電產(chǎn)品進(jìn)行分析，需要在小家電優(yōu)化設(shè)計(jì)期間確定工作要點(diǎn)，關(guān)注家電零件設(shè)計(jì)，完成家電零件設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作，靈活地設(shè)置小家電零件的構(gòu)造方式。在此階段可以對(duì)家電零件設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新，并且改造家電結(jié)構(gòu)，優(yōu)化小家電內(nèi)部所用的零件，在整個(gè)過程中設(shè)計(jì)人員一方面需要深入地研究小家電的結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)該在保障小家電零件不會(huì)影響裝置功能效果的前提下，分析零件的優(yōu)化需求，對(duì)家電結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的改造，由此可以精簡家用電器內(nèi)部的零件結(jié)構(gòu)體系，小家電的內(nèi)部空間也可以相繼縮小，提高用戶使用家電的便捷性[4]。

比如，目前，對(duì)大部分小家電所用的螺桿與螺母零件進(jìn)行分析，優(yōu)化相應(yīng)構(gòu)架，將其設(shè)計(jì)為間歇性的螺母轉(zhuǎn)動(dòng)方式，在此過程中考慮到更改螺母轉(zhuǎn)動(dòng)方式可能對(duì)螺桿形成的影響，還需要防止因螺母轉(zhuǎn)動(dòng)方式更改，出現(xiàn)螺桿移動(dòng)的情況。應(yīng)在確定設(shè)計(jì)變更帶來的問題后，快速對(duì)相應(yīng)問題進(jìn)行處理，保證小家電原有性能不會(huì)受到影響，利用新穎的方式完成家電優(yōu)化設(shè)計(jì)。

再比如對(duì)空心桿螺母結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要保證螺母凸緣部位與活塞上部，兩者可以實(shí)現(xiàn)緊密的連接。設(shè)計(jì)人員在小家電設(shè)計(jì)期間應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，靈活地選擇設(shè)計(jì)方法，用戶使用的家用咖啡機(jī)便應(yīng)用半自動(dòng)的方式，由此可以優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)該家用咖啡機(jī)刀片槽與活塞部位，利用刀片完成刮粉工作。在咖啡機(jī)完成上述動(dòng)作后刀片可以及時(shí)退回活塞，可以快速壓實(shí)活塞下?lián)?，?duì)咖啡機(jī)原有的螺母結(jié)構(gòu)以及活塞進(jìn)行優(yōu)化處理，可以保證咖啡機(jī)正常運(yùn)行同時(shí)，優(yōu)化咖啡機(jī)的運(yùn)行性能[5]，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 半自動(dòng)咖啡機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)螺母結(jié)構(gòu)示意圖

5.2 運(yùn)用平行設(shè)計(jì)方式

所謂“平行設(shè)計(jì)”方式是多種輸入分別對(duì)應(yīng)多種輸出功能的創(chuàng)新思維方式。此種創(chuàng)新思維方法，有利于實(shí)現(xiàn)多功能，且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。小家電結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要確根據(jù)計(jì)形式，對(duì)部分小家電采用平行設(shè)計(jì)的方法，優(yōu)化家電結(jié)構(gòu)，在此種方式上讓輸入與輸出一一對(duì)應(yīng)。平行設(shè)計(jì)也是一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思想，在小家電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間平行設(shè)計(jì)在小型家電中應(yīng)用極為頻繁，對(duì)于體積小的家電，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)提高內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊湊感，其中包含凸輪結(jié)構(gòu)、齒條結(jié)構(gòu)與其他家電結(jié)構(gòu)，在平行設(shè)計(jì)方式下可以大幅度提升小型家電的功能作用效果。

圍繞小型家電進(jìn)行平行設(shè)計(jì)，圍繞凸輪連接小帶輪部位進(jìn)行合理的優(yōu)化，應(yīng)用平行設(shè)計(jì)思想提高家電的綜合性。以家用咖啡機(jī)為例，為了使咖啡粉平整期間可以在凸輪震動(dòng)作用下良好地完成相應(yīng)任務(wù)，需要借助大帶輪以及末端齒條帶動(dòng)相應(yīng)行為，完成咖啡粉整平操作。為實(shí)現(xiàn)咖啡粉整平處理工作并迅速壓式咖啡粉，需要在平行設(shè)計(jì)思想下分析小家電整體結(jié)構(gòu)，并通過平行設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使家用咖啡機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更為緊湊，在相應(yīng)方式下還可以使家用咖啡機(jī)的傳動(dòng)構(gòu)造得到優(yōu)化，讓小家電的綜合性能得到進(jìn)一步的提升。

6 小家電未來發(fā)展趨勢

在我國網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的背景下，未來智能家電將會(huì)成為人們生活中不可缺失的重要物件。隨著移動(dòng)智能技術(shù)的發(fā)展，家電將會(huì)是智能家居重要的構(gòu)成元素。為了進(jìn)一步提高家電應(yīng)用的便捷性，會(huì)讓小家電與其他家居、家電聯(lián)系在一起，構(gòu)成互聯(lián)系統(tǒng)，擁有智能家居功能。在未來人們可以用到的家電都將朝智能化方向發(fā)展，例如手環(huán)、手機(jī)、智能電視、電飯煲、手表、吸塵器、平板電腦、眼鏡等。而各種家電將會(huì)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，在互聯(lián)互通下達(dá)到互相控制的目的，為人們使用家電提供便利條件。

7 結(jié)語

小家電在優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，應(yīng)該從用戶實(shí)際需求進(jìn)行考量，還應(yīng)該了解小家電的功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)期間將重點(diǎn)集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施與途徑需要鎖定小家電設(shè)計(jì)方案，從源頭處實(shí)現(xiàn)對(duì)小家電優(yōu)化設(shè)計(jì)的全程定位，采用合理的方式提高小家電的運(yùn)行水平。在小家電優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，應(yīng)該確定小家電設(shè)計(jì)方式，不斷地總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，在家電結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)同時(shí)，保證小家電的綜合性能不會(huì)受到影響，還能按照大眾需求得以提升，由此通過小家電優(yōu)化設(shè)計(jì)為用戶帶來良好的家電使用體驗(yàn)感。