基于用户需求的产品概念设计与评价

高层建筑物窗户清洁工作通常比较繁重，手工清洁过程中，外窗更难以清洗，且有潜在的危险性。设计适用性好、方便有效的玻璃清洁工具有广泛的需求。

下面以窗户清洁工具的设计为例，说明科学效应在产品概念设计过程中的应用。

1）根据需求确定出产品的总功能，用“黑箱法”确定输入流、输出流，如图4-10所示。

2）将产品的总功能逐步分解，以功能基建立产品的功能分解树，如图4-11所示。每一层分解对应用户需求，确保子功能满足全部用户需求。

图4-10 产品的总功能

图4-11 产品的功能分解树

3）从功能树底层对物质、能量、信息流进行追踪，建立功能链。考虑输入流、输出流的转换关系，按照时间、逻辑关系排列、调整各个功能基，合并重复部分，连接功能链，得到产品的功能结构图，如图4-12所示。该过程也可能还要增加新的功能。

图4-12 产品的功能结构

4）按照功能元映射模式，寻求支持各个功能元实现的效应知识，并在此基础上寻求作用原理，并构建形态学矩阵，筛选合适的组合方案。部分过程如图4-13所示。

图4-13 基于效应的功能元映射

5）基于筛选的组合方案，经过调整，产生概念设计方案，主要组件如图4-14所示。通过脚踏板输入动力，经钢丝轴驱动刷头，手持手柄部位，实现对窗内、窗外的清洁。

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图4-14 产品的概念设计方案

1—钢丝轴 2—脚踏板 3—齿轮 4—齿条 5—基座 6—支架 7—转轴 8、9—锥齿轮 10—刷头 11—擦布 12—手柄

6）评价概念方案。该方案可以方便清洁位置较高或外窗等不易清洁的表面，具有便捷性。同时，也存在擦布干湿不能两用，不支持水喷洒等的问题。

7）进行功能分析，并改进方案，将喷水功能引入技术系统内部，确定实现方案。现有方案中组件的主要功能关系见表4-7。

表4-7 方案中组件的主要功能关系

喷水过程的实现需要应用特定的效应，利用超系统中的免费资源或技术系统内部已有的资源，可以提高技术系统的理想度，是重点考虑的方式。

根据表4-7中各作用过程涉及的流参量类型，作为输入流或输出流，查询相关的效应知识，如图4-15所示。

引入储水容器，利用脚踏板的运动与力的作用增大容器内部的气体压强，将水喷出。调整后的功能结构如图4-16所示。图4-17所示为改进后的产品概念设计方案。

图4-15 基于流参量的效应查询

图4-16 调整后的功能结构

图4-17 改进后的产品概念设计方案