洗衣机技术发展趋势简析

2016-03-21 10:15

随着全球经济发展，洗衣机全球年需求量已超过1亿台，保有量超过10亿台。自2007年以来，洗衣机等家电产品在中国市场，受包括家电下乡、以旧换新、节能惠民等多项刺激内需的政策影响，市场规模超常扩张。2012年，随着各项政策的陆续退出，国内洗衣机市场逐步恢复到常态，市场的发展趋向平稳。2015年，洗衣机全年产量在6500万台左右，与2014年相比，基本持平。
据了解，洗衣机作为耐用消费品，产品寿命通常为8~10年。自2012年开始，得益于五大技术元素的支撑，产品结构升级与制造创新成为洗衣机转变增长方式的亮点。第一，通过动力学平台优化设计技术使绿色低碳优化设计成为可能;第二，高效变频技术，使洗衣机产品能效大幅提升，滚筒洗衣机和波轮洗衣机(以下简称滚波产品)产品普遍能够达到能效1级，同时整机噪声大幅降低;第三，智能感知技术，使洗衣机单机智能得到空前的重视，利用各种经济型传感器，从洗涤之前、洗涤中、洗涤后，对洗衣过程实现全方位的感知、智能判断及控制，从而达到最佳的洗护效果;第四，通过偏心控制及减振降噪技术，实现滚波产品超静音，给消费者带来安静舒适的体验;第五，模块化、标准化及共用化技术，使智能柔性制造成为可能。
未来技术发展趋势预测
未来5~10年，国内外经济环境和社会环境将发生重大变化，中国经济与社会发展由高速进入企稳区间，创新驱动步伐加快, 家用洗衣机产业的发展将是机遇与挑战共存。一方面，产业将面临越来越严格的能源效率、化学品减排、资源可持续以及有害物质控制等技术法规和标准要求，另一方面，随着城市市场消费升级、农村市场快速普及等市场需求的变化，以及结合移动互联时代的特点，给产业带来新的市场机遇。
新的机遇可能会驱动洗衣机各技术领域朝着符合时代趋势的方向进行演进，表现为以下几个方面：节能静音技术是产品的基本性能需求;绿色健康技术是社会发展的方向;智能化是移动互联时代不可逆转的趋势;美是人类精神需求的高级层次。
技术发展瓶颈分析
根据未来社会和市场需求、产业发展目标的分析，影响我国家用电动洗衣机产业目标实现，需要优先解决、突破的关键技术问题和技术瓶颈主要集中于如下领域。
洗衣机电机技术
目前，随着各国对能耗的要求越来越高，如何最大限度地提高洗衣机电机的效率，尤其是低速洗涤时的效率是个难题。对单相电容运转电机和串激电机来说，目前的电磁设计和生产工艺都比较成熟，需要使用更好的原材料才能进一步提高电机的效率，但更好的原材料意味着成本的增加，需要生产商仔细平衡。
对永磁无刷电机来说，如何使控制器能够跟电机本体达到最佳匹配是个问题。虽然变频控制技术已经发展多年，但在控制软件特别是无感控制算法上还需要进一步提高。
排水泵技术
目前，三相变频感应电机及永磁无刷电机在上排水的洗衣机中应用越来越广，脱水时排水泵的噪声也越来越引起消费者的关注，尤其在排水最后阶段，洗衣机中有少量残水，将出现气液混合状态与离散噪声，包括旋转噪声、叶轮拍打水面的噪声以及水气干涉条件下产生的多极子噪声等。在排水的最后阶段，由于残余的水量较少，叶轮产生的离心力不能把残水排到洗衣机外部，水会循环的倒流回泵体，接着，叶轮会继续旋转排水，反复循环，产生周期性的“噗嗤”声，间隔约1秒左右。多个离散频率的噪声峰值复合起来，不但使洗衣机的声功率增大，声品质更会受到很大影响，声音的尖锐度和粗糙度明显增大，引起很多消费者的投诉。改善排水泵的声品质，特别是水汽混合时的声品质是一个迫切的问题。
感知算法技术
中国尽管是全球洗衣机制造大国，但不是洗衣机制造强国，产品参差不齐，档次相差较大，在感知算法相关的人才培养上非常欠缺，感知算法研究与其他专业领域不同，是一个跨学科、跨领域的技术，相关人才必须具备包括，结构、电气、软件和统计学等专业知识才能很好的开展感知算法的研究。目前，中国很少有和洗衣机相关的工程师专门进行感知算法的研究，相关团队更是少之又少，往往都是负责电气或者软件的工程师简单的通过一些功能需求完成感知算法设计或者通过国外的现有技术进行应用，算法在自有结构平台上的可靠性上没有得到充分的验证和有效的评价。另外，在感知算法多样化的情况下，能否全过程通过多个算法结合，实现更智能的感知过程，目前很少有公司研究。
整体结构优化技术
先进有效的系统结构动态优化技术对中国整个家电产业的技术软实力提升、产业竞争力提升和产业转型创新等方面将起重要作用。
多体动力学虚拟样机仿真优化技术，将在实物产品出来前就能够预判系统动力学性能和强健性，降低开发样机的数量和费用，缩短开发周期，开发过程中能够做到每一步的设计有理可依、有据可循，开发效率大大提升，并结合优化理论，寻求设计薄弱点，做到有的放矢，大大提高企业的技术水准，提高产品的品质。当前，这项技术的难点包括洗衣机门封非线性仿真的影响、悬挂系统的吊簧和减震器数学模型建立以及仿真的精确度方面，中国企业在该方面如能进一步突破，将大大提升整体的设计能力水准;流体动力学仿真方面，能够将试验所不能看见的内部运行状态数值化、可视化，对烘干系统的动态设计起到明确改善，降低设计失败发生率，优化系统运行效率，缩减开发样机数量，提升设计能力的重要作用;最后，先进的设计方法还需要科学的优化理论进一步提升设计效率和成功率，6sigma和DFSS的理论工具将是企业寻求产品价值最大化、运营效率最优化的强有力支持，在该方面应该继续保持投入，积累经验，并不断运用到产品设计改善中去，持续推进将为企业带来可观的技术力和经济效益的提升。
当前整个产业面临严峻的竞争形势，这将不断驱使企业在系统结构动态仿真优化技术瓶颈方面加大投入，掌握更科学和合理的设计优化方法理论，最终为企业由制造型向创新型转变、粗放型向节约型转变提供保障，促进行业向更高技术、更低消耗的科学环保方向不断推进。虽然互联网+的时代竞争节奏已日趋白热化，但科学的产品设计理念与流程，强健的产品品质始终是企业赢得竞争的永恒主题。
减振降噪与偏心技术
在产品上，小体积大容量的洗衣机一直被空间所限制，即如何在有限空间里控制悬挂系统平稳的运动。轻质量化的洗衣机系统设计，虽然可以降低振动部件的运动控制难度，但对强度需求的满足也需要在设计中有所考虑。开发高转速洗衣机，如何降低在高转速洗衣机产生的高噪声、高振动对各洗衣机厂家来说都是一个巨大的挑战。大容量，高滚筒由于独特的技术形势促使其相应的减振降噪方法也有所不同，目前，市场上都是基于现有技术手段来进行开发，但效果还有待市场进一步检验。
可靠性设计
在可靠性技术方面，国外对可靠性技术术的设计和管理，有着完整的体系和方法。例如美国有完备的可靠性工程服务流程，日本可靠性PDCA循环管理模式。中国白色家电领域急需结合FMEA和FTA等国际通用可靠性分析技术，根据应用领域，开发出适合中国企业的特有的可靠性分析技术。并将这种方法普遍推广应用到机械产品的设计和制造工艺中。白色家电产品是通过长期使用经验的积累，发现故障并经过不断设计改进而获得可靠性。以往设计采用以经验为主的设计规范，可靠性是通过这种设计规范的实施而得到保证的。这些规范包括材料的选定、结构形式和安全系数的确定等。同时，采用可靠性的概率设计方法以及与实物试验进行比较，总结经验并收集和积累可靠性数据。
智能化和模块化
如何建立能配置成多种最终产品和服务的模块化部件是智能化和模块化技术瓶颈，通过标准化的零部件模块实现规模经济，而模块化的零部件具备可互换性和通用性，可以满足用户的个性化和市场的多元化、细分化。
制造技术
在移动互联时代，随着消费群体及消费需求的变化，样化和定制化的产品对企业的生产制造能力提出了更高的要求。传统的生产线是专门为一种产品设计的，因此不能满足多样化和个性化的制造要求，把互联网技术和生产管理系统有机结合，搭建智能工厂体系，实现智能生产，以大规模生产的规模经济效益生产出定制产品，可有效提高企业的柔性制造能力。

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