陳勇 翟啟基 胡麗娟 吳輝

1. 合肥榮事達電子電器集團有限公司 安徽合肥 231131；

2. 合肥品冠科技有限公司 安徽合肥 231131

0 引言

“后洗衣時代”人們對衣物清潔類家電的關(guān)注點從“洗好衣”轉(zhuǎn)向“護好衣”，但衣服的打理存在很多“痛點”和“難點”：手工熨燙不便且損傷面料、干洗店送洗、打理麻煩......這些都成為當下人民日益增長的美好生活需要和不平衡發(fā)展之間的矛盾。智能衣物護理機在這種情況下應運而生，它是解決人們衣物除皺“痛點”的一種新興電器產(chǎn)品，有效解決了傳統(tǒng)手工熨燙不便、熨燙效率低、功能單一、占用房屋空間等多種問題，是“后洗衣時代”與“衣”相關(guān)的代表性產(chǎn)品，正越來越受到人們的喜愛，市場前景無限。

衣物護理機是新興家電產(chǎn)品，目前處于市場培育階段，產(chǎn)品形態(tài)及關(guān)鍵技術(shù)比較單一，成本較高。本文從系統(tǒng)集成的角度對衣物護理機進行分析，總結(jié)出衣物護理機的基礎功能和基礎組成部分，就關(guān)鍵的除皺功能總結(jié)出5種技術(shù)方法，并對其中2種進行了具體設計、開發(fā)和最終性能測試驗證，從而為推動衣物護理機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了參考和借鑒。

1 系統(tǒng)集成主要方法

1.1 產(chǎn)品系統(tǒng)集成定義

系統(tǒng)集成通常指的是為完成系統(tǒng)建設所采取的方法，常常用在大型工程或場景上，如公共建筑的信息化實施、大型裝備的研發(fā)制造、智能家居場景實施等。系統(tǒng)集成時，常常采用“分解法”和“模塊化”的方法，先將系統(tǒng)分解成若干子系統(tǒng)或模塊，通過分布實施后再集成在一起。單個智能家電產(chǎn)品相較于大型工程、裝備或場景體積小、結(jié)構(gòu)簡單，但仍然可以采用系統(tǒng)集成的思路完成開發(fā)，尤其對于新興智能家電產(chǎn)品的研制與開發(fā)，通過系統(tǒng)集成方法能快速形成產(chǎn)品。

1.2 智能家電產(chǎn)品的系統(tǒng)集成思路

智能家電產(chǎn)品屬性集中在智能與功能實現(xiàn)，與電路、結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡、控制等緊密相關(guān)，可以采取集成路徑完成開發(fā)。集成的前提是確定產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展方向。在做好市場分析、產(chǎn)品規(guī)劃和用戶“畫像”分析的前提下，基于現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)的“比較法”是實現(xiàn)產(chǎn)品和技術(shù)解決的關(guān)鍵方法之一，即通過現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)的信息采集、分析和比較，找出現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)存在的問題，在此基礎上進行優(yōu)化分析，以快速找到產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展方向。現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)的“比較”方向按重要程度排序為：安全、功能、性能、經(jīng)濟、人機協(xié)調(diào)、造型、色彩、材質(zhì)。確定完產(chǎn)品和技術(shù)的總體方向后依次在功能、性能等方面進行詳細開發(fā)。產(chǎn)品功能的詳細開發(fā)主要基于“模塊化”思想的“自頂向下分解”原則，即圍繞產(chǎn)品的功能實現(xiàn)將系統(tǒng)劃分為若干子功能系統(tǒng)，每個子功能系統(tǒng)對應相應的技術(shù)或零部件。每個子系統(tǒng)在功能上可能彼此孤立，也可能相互協(xié)同，通過方法的不斷優(yōu)化得到最終產(chǎn)品。

2 智能衣物護理機系統(tǒng)集成研究

2.1 傳統(tǒng)人工熨燙除皺分析

傳統(tǒng)人工熨燙有“平燙”和“掛燙”兩種方式，都需要借助外力與蒸汽的雙重作用對衣物實現(xiàn)接觸式熨燙除皺?！捌綘C”除皺由于支撐衣物的平板在水平方向尺寸較大，會占據(jù)較多家居空間，但由于在衣物上垂直施力，除皺效果較佳；“掛燙”除皺為立式操作，一定程度上節(jié)約了空間，但由于施力相對于“平燙”較小，除皺效果不及前者。此外，兩種傳統(tǒng)人工熨燙除皺方式均存在開放式蒸汽外溢傷人，以及手工操作不便等問題。

2.2 智能衣物護理機系統(tǒng)集成考慮因素

智能衣物護理機解決傳統(tǒng)手工熨燙所存在的問題是基于“點對點”的分析，即熨燙方式上采取“一鍵”智能的模式以代替人工操作，提高人們操作的便捷性；在熨燙效率提升方面采取一次性2件或以上衣服的熨燙，優(yōu)于人工一次1件衣服的熨燙；在安全方面通過密閉式腔體防止高溫蒸汽外泄噴濺，保障熨燙過程安全；在空間利用率方面采用“立燙”方式，空間利用率優(yōu)于傳統(tǒng)的人工“平燙”方式。因此，智能衣物護理機系統(tǒng)集成考慮的主要因素為：功能完整性、性能先進性、使用安全性、運行經(jīng)濟性及人機協(xié)調(diào)性。如表1所示為智能衣物護理機主要因素分析表，主要指標中的“*”代表其重要等級程度，“***”為最高等級，往下等級依次類推。

表1 智能衣物護理機主要因素分析

3 智能衣物護理機關(guān)鍵因素研究

3.1 智能衣物護理機除皺原理分析

智能衣物護理機技術(shù)關(guān)鍵因素應圍繞達到較好的“除皺”效果進行分析。衣服褶皺去除的傳統(tǒng)人工方式為蒸汽熨燙，即滿足高溫蒸汽與對衣服施加的按壓滑動力同時作用于衣服，從而達到效果。高溫蒸汽能“軟化”衣服纖維，因此，智能衣物護理機仍然采用“熱力+外力”的除皺方式。熱力來自于水路系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)的共同作用，加熱系統(tǒng)將液態(tài)水加熱成水蒸氣，分布在衣物護理機腔體內(nèi)，對衣物纖維進行軟化，常見的發(fā)熱系統(tǒng)有物理加熱和化學加熱兩種方式，而物理加熱包括電熱、光熱、燃熱等加熱方式，由于化學加熱方式應用于家電產(chǎn)品上其穩(wěn)定性及安全性不足，故采用物理加熱的方式。

3.2 衣服除皺關(guān)鍵因素分析

外力的產(chǎn)生是衣服除皺的關(guān)鍵因素，也是衣物護理機的重要技術(shù)指標。外力發(fā)生裝置須考慮多重因素：首先，外力發(fā)生裝置應與衣物護理機有效融合，形成一體化的、美觀的整體，而衣物護理機也應與家居環(huán)境有效融合，確保家居空間的合理利用；其次，外力應能有效作用于衣服，以起到較好的除皺效果。外力的產(chǎn)生分為非接觸式、接觸式和混合式三種形式，其中，非接觸式分為振動及鼓風兩種形式，振動式即通過凸輪機構(gòu)或其他往復擺動機構(gòu)等結(jié)構(gòu)形成一定頻率的往復擺動，通過擺動使衣服進行“抖動”，再在高溫蒸汽的“軟化”作用下對衣服進行除皺；鼓風式是通過風機對衣服的大力吹動達到除皺的效果。接觸式則將衣服固定在衣物護理機內(nèi)，通過熨頭的往復式運動達到除皺的效果?；旌鲜絼t兼具非接觸式與接觸式兩種形式，通過將衣服固定在衣物護理機內(nèi)，以振動或鼓風兩種形式達到除皺的效果。

通過組合能形成如下五種典型的除皺模式：如圖1所示，a)為非接觸懸掛振動式，衣物護理機頂部設置往復擺動機構(gòu)，其與機內(nèi)的懸架相連，懸架上固定衣服，通過機構(gòu)一定頻率的往復擺動能實現(xiàn)高溫蒸汽下的除皺；b)為非接觸懸掛鼓風式，在機內(nèi)頂、底部設置鼓風機，衣服固定在機頂?shù)膽壹苌希ㄟ^風力的作用實現(xiàn)高溫蒸汽下的除皺；c)為非接觸固定振動式，將衣服各角通過夾持機構(gòu)固定在機內(nèi)各點，通過往復擺動機構(gòu)一定頻率的振動并結(jié)合高溫蒸汽的作用實現(xiàn)除皺；d)為非接觸固定鼓風式，將衣服各角通過夾持機構(gòu)固定在機內(nèi)各點，通過頂、底部鼓風機的鼓風作用并結(jié)合高溫蒸汽的作用實現(xiàn)除皺；e)為接觸固定式，將衣服各角通過夾持機構(gòu)固定在機內(nèi)各點，通過傳動機構(gòu)使熨頭接觸衣服做上下、左右往復運動，并結(jié)合高溫蒸汽實現(xiàn)除皺。

3.3 衣服除皺控制方法分析

衣服實現(xiàn)智能化操作關(guān)鍵在于兩點，均與模式識別有關(guān)：一是衣服面料的識別，不同面料的衣服其除皺方式不一樣，如棉纖類相較于化纖類要求更高，而羊絨、羊毛類則相較于棉纖類要求更高，不同纖維、面料的衣服，其護理模式不一樣，否則易對衣服造成不可逆的損傷。因此，通過對衣服面料進行識別，選取相對應的護理模式，能延長衣服壽命。常用的衣服識別采用程序預設定、人工操作的方式，比較先進的方式為通過模式識別進行智能化設定，此種方法需在機內(nèi)設置紅外光譜相機；二是機內(nèi)溫度、濕度、蒸汽量及外力狀況（接觸式反映為中頻振動頻次或風力）的均衡調(diào)控，通過在機內(nèi)各關(guān)鍵點布置溫、濕度傳感器，并對電機轉(zhuǎn)速進行監(jiān)測（非接觸振動式）或?qū)︼L機轉(zhuǎn)速、風量大小進行監(jiān)測（非接觸鼓風式），構(gòu)建溫度-濕度-蒸汽量-外力的閉環(huán)監(jiān)測模型，采用PID或其他算法對機內(nèi)的環(huán)境進行自適應調(diào)控，確保不同面料的衣服采用相適宜的護理模式（環(huán)境），從而實現(xiàn)柔性護理。

3.4 衣服除皺驗證

針對3.2節(jié)中的5種除皺模式，本文選取了非接觸懸掛振動式和非接觸懸掛鼓風式兩種模式進行分析和驗證。根據(jù)大部分衣服所適應的環(huán)境，以及對除菌、除螨的溫度要求，設定機內(nèi)溫度在（56～80）℃，蒸汽濕度在（70～80）%。

3.4.1 非接觸懸掛振動式

可采用凸輪機構(gòu)，電機直聯(lián)凸輪使從動件做往復運動，從動件通過剛性連接懸架系統(tǒng)帶動衣服做高頻往復擺動，在高溫蒸汽的作用下達到除皺效果。通過給定電機（凸輪）的初速度、凸輪轉(zhuǎn)角范圍，確定從動件運動行程（范圍）；從節(jié)能的角度考慮，設定振動時間為（10～20）min，圖2 a)為非接觸懸掛振動式樣圖。根據(jù)QB/T 5661-2021《衣物護理機》標準中除皺測試方法驗證，選定標準負載布，根據(jù)標準附錄A中的測試方法，通過對除皺前和除皺后折痕的計數(shù)，兩者的差值再與除皺前的折痕數(shù)比值的平均值（測算3次）為92.7%，達到除皺等級Ⅰ，達到了標準規(guī)定的最高要求，測試前后對比如圖2 b)、圖2 c)所示；通過對比圖看出，采用非接觸懸掛振動式除皺效果較好，系統(tǒng)集成及除皺關(guān)鍵技術(shù)分析達到了預期的效果。

圖2 非接觸懸掛振動式衣物護理機除皺結(jié)構(gòu)及試驗驗證

3.4.2 非接觸懸掛鼓風式

如圖3所示，非接觸懸掛鼓風式依靠上下兩個風機通過鼓風的形式“推動”衣服在高溫蒸汽的作用下達到除皺的效果。懸架系統(tǒng)即為定制化衣架，衣架與機內(nèi)頂部固定過渡連接件形成互聯(lián)互通的風道系統(tǒng)，風機送風時通過兩者之間相通的風口及風道形成閉環(huán)流動，極大地提升了風效，保證了較好的除皺效果。圖3 a)為非接觸懸掛鼓風式三維立體剖面圖，給出了上、下風機的設置位置及出風口位置；圖3 b)為非接觸懸掛鼓風式整機實體局部圖。根據(jù)QB/T 5661-2021《衣物護理機》標準中除皺測試方法驗證，選定標準負載布，根據(jù)標準附錄A中的測試方法，通過對除皺前和除皺后折痕的計數(shù)，兩者的差值再與除皺前的折痕數(shù)比值的平均值（測算3次）為93.2%，達到除皺等級Ⅰ，達到了標準規(guī)定的最高要求，測試前后對比如圖3 c)、圖3 d) 所示；通過對比圖看出，采用非接觸懸掛鼓風式除皺效果較好，系統(tǒng)集成及除皺關(guān)鍵技術(shù)分析取得了預期的效果。

圖3 非接觸懸掛鼓風式衣物護理機除皺結(jié)構(gòu)及試驗驗證

4 結(jié)論

本文結(jié)合衣物護理機的需求進行了產(chǎn)品及技術(shù)實現(xiàn)的探索，借鑒集成化思想理念，采用“化整為零”的思想，將產(chǎn)品進行模塊化“拆解”，并找出各子系統(tǒng)之間彼此相關(guān)聯(lián)之處，從而建立了從需求拉動到功能分析再到模塊分解的技術(shù)路徑；同時在技術(shù)實現(xiàn)過程中圍繞關(guān)鍵除皺技術(shù)建立了5種技術(shù)模式。為驗證方法路徑的科學性與準確性，從5種除皺技術(shù)模式中選取了非接觸懸掛振動式和非接觸懸掛鼓風式2種模式進行開發(fā)及試驗驗證分析。試驗結(jié)果證明：2種除皺模式得到的除皺率幾乎接近，除皺效果達到標準規(guī)定的最高要求，總結(jié)出的關(guān)鍵技術(shù)模式是可行的、合理的，從而證明了本次系統(tǒng)集成的技術(shù)路徑是正確的，可為后續(xù)衣物護理機的發(fā)展提供借鑒和參考。