人机工程学课程设计便携式过滤水杯.docx

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人机工程学课程设计便携式过滤水杯

便携式过滤水杯

——安全人机工程学产品设计

院系：

华北科技学院安全工程学院

班级：

安全B113班

专业：

安全工程

指导老师：

姚建

设计学生：

王宇刘嵘郭亚军高昊

设计时间：

2013年12月2日

1技术背景

该技术灵感来自于家用过滤式纯水机，其中的过滤芯主要用来去除水中的杂质、泥砂、发出异味或其他不利于口感的物质，主要是自备井的供水净化不够（近年来在一些相对较远的小区有不少自备井供水）或是高位水箱、管道输入中的二次污染造成，也有些是水质硬度造成的水垢等（有时尽管我们用肉眼看不到任何颗粒状悬浮物，但是如果在家用水龙头的下方接上一个过滤器，很快就可以看到会有一些污物）。

在很多中小城市或乡镇，水质不够洁净，过滤处理是必要的；微孔滤膜对于已经很洁净的供水，如果要进行超滤、反渗透处理，过滤作为预处理也是很重要的。

1.1现有技术

1.1.1国内现有技术

我国国内纯水机厂家一般采用五级过滤（台湾采用八级过滤），滤芯分别是：

1，PP棉（聚丙烯喷融形成，孔径10mm）2、颗粒活性炭（活性炭的种类有很多，但是最能达到净水要求的是椰壳活性炭，张力大，吸附能力好，孔径10mm）3、椰壳活性炭棒（高压缩活性炭，孔径5mm）4，RO逆渗透膜（终极净水核心，孔径只有0.0001mm，必须要增压泵加压水才能通过，经RO膜过滤过的水可达到生饮效果）5，后置活性炭（孔径10mm改善水的口感）6、碱化滤芯（可要可不要，主要看自己的要求，要喝碱性水可以添加，要喝纯净水就不用）。

1.1.2国外现有技术

国际上主流产品技术大都是反渗透技术，即RO，原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。

它目前是最环保、卫生的，但发达国家自来水厂水处理要求比中国高的多，因此饮水机原理也和我国大不相同。

1.2产品现有状况

1.2.1产品国内现有状况

我国现已有类似产品，但体积较大，不方便携带，而且过滤过程繁琐，滤芯成本高昂，其公开（公告）号为CN201044693［1］

1.2.2产品国外现有状况

国外还没有类似可以将河水过滤成纯净水的装置，因此我们的产品很有市场前景。

1.3存在的问题

现有产品体积较大，不符合人体使用习惯，而且过滤过程繁琐，滤芯成本高昂，不适合野外生存使用。

2设计原理

我们设计该产品的灵感来自于家用过滤式纯水机，其中的过滤芯主要用来去除水中的杂质、泥砂、发出异味或其他不利于口感的物质。

家用过滤式纯水机的滤芯主要有以下几种：

第一级为5微米PP棉滤芯，第二级为颗粒活性炭，第三级为1微米PP棉，第四级为用于宇航技术的RO逆渗透膜（此为核心），第五级为精致活性炭，主要用于改善口感。

2.1设计方案

该设计针对于短时间野外生存和旅游使用，因此要求产品要具有轻便易携带、过滤基本达标的优点，因此综合各方面因素我们将传统滤芯修改为以下七层：

从上到下依次为纳米银离子、纳米KDF、优质椰壳、超滤滤芯、活性炭颗粒、离子交换树脂、陶瓮滤壳等。

2.2设计原理

我们小组将传统的五层滤芯修改为七层，主要是考虑到同传统家用纯水机的差别，即家用纯水机基本不用考虑滤芯体积和厚度的问题，而我们的产品要求特点为轻便易携带，因此使用七层滤芯以弥补厚度上的差异。

2.3产品特点

该产品体积小，携带方便且设计美观，采用淡绿为主色调，用以达到放松眼睛，身心愉悦的目的；杯身最小直径84mm，在人机工程学上符合人手正常握感，使用时可更好的握住杯身，不易滑落；杯体外部覆有塑胶，耐摔性良好，且专门设有安防入水管的凹槽，使之更加人性化；内部滤芯可以有效过滤野外水，设计合理，清理拆卸方便。

2.4创新点

此产品将家用纯水机的优点同水杯优点结合起来，同时积极运用人机工程学原理，达到使用和实用相结合的目的，在杯身设计、内部构造方面均有不小突破。

3产品功能

3.1产品结构

图3-1水杯的外观a

水杯杯身设计为淡绿色，具有愉悦和放松身心的作用，因为该产品在野外使用，因此为达到人同大自然更好的合为一体的目的，我们选择了淡绿色。

杯体外部覆有塑胶，耐摔性良好，且专门设有安防入水管的凹槽，使之更加人性化。

图3-2水杯的外观b

图3-3水杯的弧度

净化水杯的水壁具有的弧度满足人手拇指和食指之间的弧度，即84mm，在人机工程学上符合人手正常握感，使用时能更好的握住杯身，不易滑脱，满足人们的生活使用的需要。

3.2产品功能

图3-4水杯的内部构造

该产品功能是为野外旅游者提供简易过滤后的水，以满足他们野外饮水的需要，它采用七层滤芯结构，各层名称及作用展示自上而下依次为：

1、纳米银离子：

纳米银离子不带电荷，不会与人体内多种生物活性物质结合而沉积，在毛孔中吸附并杀灭细菌，并会从体内完全排出，不会产生毒副作用。

2、纳米KDF:

纳米金属簇（纳米KDF）滤料在使用过程中具有很好的抑菌性能，长期使用过程中没有细菌滋生污。

由于其优异的抑制病菌繁殖的性能，与活性炭配合使用，可以解决活性炭使用一段时间后滋生细菌导致二次污染的问题，可延长净水器的使用寿命，提高净水器的使用安全性。

3、优质椰壳：

吸附力好，强度高，粒度均匀。

表面微孔吸附率是烧结活性炭的5倍，外观为黑色，具有空隙发达，吸附率高，强度好，易再生，耐用等特点。

能够有效地去除水中的异味和异色，可以有效地帮助人们去除致癌物质，使得水质清澈，口感软绵。

4、超滤滤芯：

良好的化学稳定性，耐酸碱，耐细菌。

过滤精度高，过滤孔径为0.01微米，能确保饮水水质安全。

5、活性炭颗粒：

外观呈黑色不定型颗粒；具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点。

6、离子交换树脂：

主要用于分离和提纯，用于硬水软化和制取去离子水。

7、陶瓷滤层：

采用天然硅藻土烧制而成，其平均孔径仅为0.15微米，是人的头发丝的1／500直径大小，能有效地分离水中的细菌、病毒、重金属等，而且纯天然，不含化学合成材料，对人体无害。

可反复刷洗或用砂纸打磨，具有过滤精度高，长寿命等优点。

一般能使用12-14个月，具体更换时间根据当地水质而定。

3.3产品优缺点

3.3.1产品优点

该产品采用七层过滤，能有效的去除野外水源中的细菌、病毒、重金属等，能将野外水源过滤为饮用水，解决野外旅行者饮水问题，同时它的杯体设计符合人机工程原理，既美观又方便使用，顶部和杯体链接部拉杆杆身为细螺旋结构，可以有效防止由于吸力过大而造成的手部损伤，滤层清洗容易。

3.3.2产品缺点

本产品外部有一入水管，为了方便放入杯身凹槽内，我们决定使用软塑胶，但塑胶易老化易破损，因此该水管的材料还在考证中；该水杯盛水量小，无法一次为很多人提供饮水，若考虑增大容积则违背设计初衷；密封效果有待考证。

3.4使用方法

水杯内部分为两个圆筒部分，左边圆筒为过滤结构，内部设有七层滤层，从上到下依次为纳米银离子、纳米KDF、优质椰壳、超滤滤芯、活性炭颗粒、离子交换树脂、陶瓮滤壳等；右边圆筒为活塞结构，底部有一单相阀门，向上为开，当逆时针转动顶部拉手（拉杆为螺旋结构，防止吸力过大伤到手部）后，右侧结构和大气产生的压力差使得单项阀门向上移动，此时水便通过外部吸管和此单项阀门进入到右侧管中。

当吸满水后，顺时针转动顶部拉手，同时可以将外部吸管的中部对折，在同单向阀门的共同作用下进一步防止水露出，此时水经过左侧圆筒底部单项阀门自下而上被迫压入到左侧滤层中，至此，一个过滤过程完毕，之后按图中“OPEN”所示打开塞子，就可以喝到过滤后的清水了。

3.5使用注意事项

使用时注意先关闭喝水口；将外部水管放入野外水源前要目测水质，若水中有明显杂物或污物请不要使用此产品，防止堵塞水管及内部构造；使用达到一定次数后要及时清洗滤层和水管连接部位，如有需要请更换滤层。

4市场应用价值

本设计适用于野外旅行者或外出旅游人群，以解决暂时饮水问题，经调查发现，部分野外旅行者不愿携带大批量的饮用水，但又苦于寻找水源，因此我组萌生了设计此产品的念头，另外一个原因是目前国内市场上相关产品均不太符合他们的要求，此领域的空白是推动我们设计的源动力。

相信该产品会有不小的发展和销售空间，市场价值可观。

5展望

5.1结论

我们将该水杯的设计图纸和设计意图发给了几个有野外旅游经验的朋友，他们一致表示认可，并给我们提出了不少宝贵的经验，特此感谢！

便携式过滤水杯是个值得生产的产品，无论是在设计、使用和实用方面均有不俗表现，我们会在今后的改进工作中着重弥补上文提到的缺点，并继续开发它的优点，争取早日投入生产。

5.2不足

在此次设计过程中，我们忘记搜索这方面的专利产品，直到水杯模型定稿后才想到这个问题，之后不得不对我们的产品进行改进和升级。

在这方面我们欠缺相关经验，考虑不够周全，以至于增加了组员的工作量，特此向小组成员道歉，并且保证今后会吸取教训，绝不再出错；另外产品的诸多缺点也是我们今后改进的重点。

5.3展望

我们对这个产品有相当大的信心，相信通过我们后续的改进，它在不久的将来就会出现在超市、市场的货架上，在方便野外旅游者的同时为更多的人带来实际的利益。

5.4心得

在这4个星期的设计过程中，我们小组4人齐心协力，分工各不相同（按学号顺序）：

王宇：

搜集各大网站，寻找相关资料，并将文件转换为word文档格式，供讨论使用。

刘嵘：

将手绘稿扫描入电脑，并将各部分截图，以备后期整理使用；制作展示PPT。

高昊：

后期编写、整理资料，制作上交稿。

郭亚军：

调查市场前景，向有经验朋友取经，并将口述经验整理成稿。

在团队工作的这些日子里，我们每个人都体会到了合作的重要性，也更加明白了责任感的真正意义——努力将最好的设计展现到老师和同学面前。

在此要特别感谢我们的“外援”——南京农业大学的周跃溪，她根据我们的设计思路为这个设计制作了手绘稿，并且为我们联系有野外旅游经验的朋友，同时结合自身要求给我们提出了宝贵经验，再次感谢！

望老师和同学们积极提出高贵意见，我们会及时改正及改进，特此感谢！