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1、本科毕业设计论文 题 目： 咖啡机的设计 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 孙 浩 指导教师_侯伟_毕业时间_设计论文 毕业 任务书一、题目咖啡机的设计二、指导思想和目的要求 毕业设计是在理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验，是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是： 1、综合运用本专业所学课程的理论和实践知识，通过对一个现有成品进行分析，发现工艺方案中的缺陷，市场调研完成对旧工艺的改善，培养和提高学生独立工作的能力。 2、巩固和扩充机械制造与自动化专业课程所学内容，掌握机械制造的基本知识。 3、训练学生熟练查阅相关技术资料 如加工材料手册、机械加工设计手册等。
2、4、掌握机械制造与自动化专业的基本技能 如零件工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。三、主要技术指标1.根据消费者的兴趣爱好完成对产品外观的设计；2.根据零件图进行结构和工艺分析，寻找传统产品中的缺陷不足；3.运用Pro/E设计咖啡机的外型与内部结构；4.论文一篇。四、进度和要求1、收集资料，了解市场需求 2周2、确定设计方向，编写开题报告 1周3、利用pro/E进行咖啡机内部核心零件建模 4周4、进行咖啡机附加系统零件的建模及外观的设计 3周5、咖啡机的过程仿真及结果分析 3周6、编写说明书（论文） 2周五、主要参考书及参考
3、资料1王玉林.产品造型设计材料与工艺.天津:天津大学出版社，19942张宪荣.工业设计理念与方法.北京:北京理工大学出版社，19963黄良辅、段祥根.工业设计.北京:中国轻工业出版社，19954王继成.现代工业设计技术与艺术.上海:中国纺织大学出版社，19975汤重嘉、曹湍忻.产品设计理念与实务.合肥:安徽科学技术出版社，19986梅尔拜厄斯.设计与材料的革新.北京:中国轻工业出版社，20007刘森林.室内环境设计的材质.家具与室内装饰，19918吕豪文.工业设计务实概念.台北:三彩文化出版事业有限公司，19959许喜华编著.工业造型设计.杭州:浙江大学出版社，198610俞志豪，王祖铭主编.
4、机械产品造型设计.北京:机械工业出版社，199211裴文开，姚陈、钱志锋主编.工业设计基础.南京:东南大学出版社，199812王介民编著.工业造型设计北京:清华大学出版社，199613丁玉兰主编.人机工程学.北京:北京理工大学出版社，200114罗伯特.G.库伯.新产品开发流程管理。刘崇献、刘延.北京:机械工业出版社，200315韩晓建等.产品概念设计.北京:机械工业出版社，200216赵江洪编著.设计心理学.北京:北京理工大学出版社，200417植润华编著.创新设计.北京:机械工业出版社，200218江湘芸编著.设计材料及加工工艺.北京:北京理工大学出版社，200419设计管理欧美经典案例.
5、设计管理协会.北京:北京理工大学出版社，2004学生 孙 浩 指导教师 侯伟 系主任 魏生民 摘 要 在国内，咖啡机作为一种时尚实用的家电，在许多城市家庭中被广泛使用。如今咖啡机市场的份额在不断地增加，同时用户对咖啡机的功能也不断提出新的要求，而许多企业在市场的竞争过程中，由于一些技术上的原因，咖啡机存在多年的一些问题没有得到有效地解决，像清洗机件困难、烧糊电加热管、口感和营养的不如意、外观设计不到位等问题都制约了企业的发展。 本文主要从咖啡机的历史与现状出发，通过运用产品生命周期理论，对咖啡机产品进行分析，得出咖啡机目前所处的生命周期阶段，从而推断出咖啡机的发展趋势;从咖啡机的基本原理出发，
6、分析咖啡机现有的缺陷，运用工业设计理和创新设计的理念，同时引入消费心理学理论，在市场调研和数据统计的基础上，对咖啡机的结构、选材、外形等做了改进，同时为了有效地解决烧糊电加热管和营养损失等问题，创新设计了新式冲泡器，并在此基础上对磨豆转刀和冲泡方式进行了改进。通过这些开发设计，将会有效地解决当前咖啡机普遍存在的不足。在进行结构改进设计中，使用了PRO/E软件。 研究结果表明，采用相关的设计理论，通过PRO/E软件对咖啡机相关部件进行改进，可以有效地解决目前市场上咖啡机存在的几个问题，对提高企业产品质量，提高消费者的满意度，提升企业在市场中的竞争力，都有着一定的积极意义。关键词: 生命周期；传统
7、改进；创新设计；ABSTRACTIn the country, the coffee machine as a stylish and practical appliances, in many urban families are widely used . Today, the coffee machine market share continues to increase , while users of the coffee machine functions are constantly made newdemands , and many enterprises in the c
8、ompetitive market process , due to some technical reasons, the coffee machine did not exist some problems for years been effectively addressed, like cleaning parts difficulties burnt electric heating pipe , taste and nutrition of disappointments , design is not in place and other issues have hampere
9、d the development of enterprises. This article from the history and current situation of starting a coffee machine , through the use of the product life cycle theory , the analysis of the coffee machine , coffee maker finds itself drawn life cycle stages , thus infer trends coffee machine ; from cof
10、fee machines the basic principle, analyze the existing flaws coffee machine , the use of industrial design management and innovative design concept, while the introduction of consumer psychology theory, market research and statistics on the basis of the structure of the coffee machine , material , s
11、hape , and so do improved , and in order to effectively address the burnt electric heating tubes and nutrient loss and other issues, the innovative design of the new brew , and on this basis, the grinding and brewing methods rotary cutter has been improved . Through these development and design, wil
12、l effectively address the current widespread lack of coffee . Making structural improvements in design , the use of PRO / E software. The results show that the relevant design theory, through PRO / E software to improve coffee related components can effectively solve several problems exist coffee ma
13、chine on the market today , to improve product quality , enhance customer satisfaction enhance enterprise competitiveness in the market , have a positive effect.Keywords : life cycle ; tradition improvements ; innovative design ;目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1研究背景11.2 咖啡机的历史和现状21.3本文研究的重点21.4研究的意义31.5本章
14、小结3第二章 iDrink咖啡机创新设计方案42.1咖啡机的分类42.1.1全自动咖啡机42.1.2半自动咖啡机52.1.3经典的滴漏式咖啡机52.1.4高压蒸汽咖啡机52.2咖啡机的基本原理52.2.1 咖啡机的工作原理52.2.2咖啡机的工作流程62.3咖啡机的基本结构72.4咖啡机的操作流程82.5咖啡机的萃取82.6咖啡机的缺陷92.7设计方案102.8本章小结11第三章 iDrink咖啡机创新设计123.1 Pro/E参数化设计在工业设计中应用123.2 iDrink咖啡机总体思路133.3 iDrink咖啡机外观设计133.4 iDrink咖啡机磨豆系统的设计163.4.1 iDr
15、ink咖啡机磨豆转刀设计163.4.2 iDrink咖啡机磨豆转刀实体建模173.5 iDrink咖啡机冲泡系统的设计193.5.1 iDrink咖啡机冲泡系统简介193.5.2 iDrink咖啡机冲泡过滤网213.5.3 iDrink咖啡机冲泡器自动蒸汽开关阀213.6 iDrink咖啡机其他部件的开发设计223.6.1 iDrink咖啡机水箱及其净水系统223.6.2 iDrink咖啡机锅炉233.6.3 iDrink咖啡机水泵233.6.4 iDrink咖啡机温杯器243.7 本章小结25第四章 iDrink咖啡机运动仿真及有限元分析284.1 Pro/E进行仿真的设计过程284.2 i
16、Drink咖啡机运动仿真294.1 iDrink咖啡机有限元分析30第五章 iDrink咖啡机可行性分析325.1 产品的创新设计分析325.1.1产品创新的意义325.1.2产品创新的策略325.2 产品的生命周期分析335.2.1测定产品所处生命周期的方法335.2.2咖啡机的生命周期判断345.3 消费心理学分析345.3.1消费心理的动机分析345.3.2企业采取的应对策略355.4产品的形态造型分析355.4.1产品形态的基本要素355.4.2形态观塑造的必要性365.5本章小结36结论与展望37致 谢38参考文献39毕业设计小结40附 录41第一章 绪论1.1研究背景伴随着人类社会
17、的进步发展，人们对生活质量的要求也越来越高，各种家电产品作为与人们生活息息相关的必需品，每年的市场需求量不断壮大，在大家电市场几乎达到饱和的状态下，近几年小家电市场更是发展迅猛，各种产品如雨后春笋般的进入市场，高端大气的咖啡机就是其中的一员。在中国,咖啡作为低调奢华有内涵饮品的象征，近年来赢得了越来越多的消费者的喜爱，咖啡无论从色泽，还是口感上，都能激发消费者的购买欲，同时咖啡还具有提神醒脑、开胃助食、利尿除湿、活血化瘀、定肺喘、除异味、咖啡可减肥抗衰老等功效，提到咖啡与健康，人们便会联想到咖啡因，咖啡因是咖啡中的一种较为柔和的兴奋剂，它可以提高人体的灵敏度、注意力、加速人体的新陈代谢，改善人
18、体的精神状态和体能。目前，人类在大约60种植物种发现了咖啡因，其中最为人知的便是茶和咖啡。市场上公开销售的咖啡，卫生状况掺水比例新鲜指数煮熟程度等问题，颇令消费者顾虑。为此喝上新鲜香浓营养的咖啡，是很多家庭开始购买咖啡机的信心所在。咖啡机在国内算是刚刚起步，其发展道路并不平坦，从原始的手摇咖啡机，到半自动咖啡机，再到现在流行的全自动咖啡机，然而国内生产咖啡机的厂家寥寥无几，国内咖啡机高端市场几乎被国外德龙飞利浦大厂家垄断，由于技术的落后，国内大的家电厂商无一敢从事咖啡机的生产，这就导致咖啡机在中国价格高居不下，老百姓只能在咖啡机前望而却步。咖啡机将是未来家庭必备的生活电器。随着人们生活水平的提
19、高，对水的质量要求越来越高，可环境污染加剧，城市自来水更让人担心，漂白粉过量，碱性过高等问题一直困扰着大家。本文iDrink咖啡机的设计，在市面原有咖啡机的基础上进行改良，通过工业设计理论，优化咖啡机结构，把净水与制浆完美的结合，大胆创新，攻克难题，为消费者所想。设计是一种信号，是对生活的传达，产品的出现是对生活的理解和对未来的期待，扎根于生活，让产品更具有价值。1.2 咖啡机的历史和现状近几年来，全球咖啡机产量迅速增长，主要来自于中国咖啡机产量的拉动。根据金安明邦调研中心的估计，目前全球咖啡机的产量大致在21000万台左右。 其中，有80%以上的产量来自于中国。 基于成本低廉的原因，大多欧美
20、企业把生产基地转移至中国，中国作为全球咖啡机制造中心的地位进一步巩固。随着咖啡机市场的日渐成熟，其增长速度趋于平缓。中国大陆咖啡机产量约占全球的80%以上，在这些产量中有近42.3%是合资企业，67%是贴牌生产。 咖啡机的高额的利润空间和巨大的潜在市场容量吸引了国内各路家电企业把产品线延伸到咖啡机领域，其中包括了国内大家电巨头，专业中外咖啡机制造商和拼命攥取咖啡机市场“余羹”的杂牌“螺丝刀工厂”。他们正瞄准“最后一桶金”开展着不同方位的激烈争夺。与此同时，外资品牌也加大了在咖啡机领域的话语权，通过收购合资等方式，利用已有的渠道加快步伐，进一步在中国跑马圈地。外资小家电企业本地化的进程，还有助于
21、国内企业分享国外先进技术、专利资源和管理经验，从而缩小国内外品牌之间的差距，更好地开拓海外市场。现在，很多家庭使用的全自动咖啡机，是用微电脑控制，集水位检测粉碎过滤防溢报警等功能为一体，实现冲制自动化，制作咖啡的过程只要13-15分钟，耗电0.2度，使用方便经济，可是咖啡作为外来食品，消费市场并不是足够大，留给咖啡机的份额更小；其次，对于咖啡机这个产品，消费者的认知还存在问题。因此，作为一个产品的创新，咖啡机市场还有一个培育和引导发展的问题。从某种意义上说，谁能解决这个问题，谁才是真正赢家，而市场的培育，最重要的是产品的完善及功能的不断提升，为此我们运用相关的理论，对咖啡机现有的缺陷进行改进，
22、以提高人们对咖啡机的认识了解，以求更好地开拓市场。1.3本文研究的重点本文的研究内容是基于现代工业设计理论和创新设计理论，对咖啡机现有的缺陷进行改进，咖啡机在多年的发展过程中，有几个问题始终没有得到很好地解决，而创新设计的方法会给我们带来新的思路，从而解决了困扰咖啡机十几年的问题，同时为了提升企业的市场竞争力，我们引入了消费心理学，对消费心理的分析，主要是为了从市场的角度出发，综合考虑消费者的消费意识消费行为消费方法等一系列的问题，从而为企业成功的开拓市场打下良好的基础。在改进咖啡机的缺陷时，我们又对咖啡机所处的生命周期加以分析，避免其快速进入衰退期。本文对咖啡机的粉碎刀冲泡方法等进行了改进，
23、在咖啡机的外观和内部结构的创新设计过程中，充分利用Pro/E强大的建模功能，让产品更直观美观。1.4研究的意义企业的生存与发展是与其产品的功效市场和未来市场的走向密不可分的，咖啡机从诞生的那一天起，有许多的问题一直影响着市场的推广，所以对产品的创新改进设计是本文的重点，通过我们对用户的调研资料的反馈分析，我们分别对一些重要的部件进行改进，并对一些工艺做了一些必要的修改，目的只有一个，迎合消费者的消费心理，使产品更有活力，从而使企业克服现有的困难，重新打开咖啡机的消费市场。总之，本文的最终目的是设计出别具一格的新产品，进一步满足消费者的需求，使产品在市场上拥有竞争力，使企业更有效地占领市场，从而
24、达到企业可持续发展的目的。1.5本章小结本章介绍课题的中心，分析了课题的背景，介绍了咖啡机的历史与现状，提出了研究的内容意义以及研究方法。第二章 iDrink咖啡机创新设计方案2.1咖啡机的分类图2-1 咖啡机的分类2.1.1全自动咖啡机全自动咖啡机是一种免除了手的操作的全自动酿制咖啡的咖啡机，此类咖啡机既能磨粉、填充咖啡和制作咖啡有些甚至还能添加热牛奶，制作牛奶咖啡。因为随着咖啡机市场的发展，所谓的“全自动咖啡机”已经不再局限于研磨、填粉、压粉、滤煮、清洗一键完成的咖啡机了，其根据用户的需求开发出许多新的功能，如磨豆粗细的调节、制ESPRESSO和CAPPUCINNO咖啡等。全自动咖啡机结构
25、比较复杂，但是方便、快捷、品质一致、高效率，而且品种繁多，不过需要良好的保养，维护费用较高。目前，全自动咖啡机的品牌有DelongHi德龙咖啡机、Seaco咖啡机、飞利浦喜客咖啡机等几种常见的家用或办公室用品牌;此外，当前流行的咖啡包机和胶囊咖啡机，也可称作全自动咖啡机。不过这两者与传统咖啡机的不同点在于其所用原料为咖啡包和咖啡胶囊这样的咖啡半成品而非咖啡豆。2.1.2半自动咖啡机半自动咖啡机，是相对于全自动咖啡机而言的，它才是专业的咖啡机，因为半自动咖啡机不能磨豆，只能用咖啡粉，需要操作者自己填粉和压粉，这就涉及到咖啡制作的工艺了，故称之为真正专业的咖啡机。它的特点有：1、水温恒定;2、泵压
26、稳定;3、蒸汽恒压且干燥，操作方便等;半自动咖啡机主要是意大利生产，其结构简单、维护保养容易，按照正确的使用方法可以制作出高品质意大利咖啡;其著名品牌主要有：FAEMA、RANCILIO、SYNESSO、La Pavoni、la Cimbali、Nuova Simonelli等。2.1.3经典的滴漏式咖啡机滴漏式咖啡机是一种经典的滴式过滤器。简单，高效，可靠，适合大众使用。滴漏式咖啡机的工作原理也比较简单，它包含有一个漏斗，用来垫放滤纸和咖啡粉，当中必不可少的要有一个过滤咖啡的装置，如果您选择使用滴漏式咖啡机，就少不了要购买滤纸。上面一个V型漏斗，下面一只可拿取的咖啡壶，这就是滴漏式咖啡机的经
27、典样式。2.1.4高压蒸汽咖啡机 顾名思义，高压蒸汽式咖啡机是泵压式和蒸汽式的结合体。前面所讲的滴漏式咖啡机在冲泡咖啡时使用的是一个大气压，也就是在常压状态下冲泡的，而泵压式咖啡机是通过压力的原理，冲泡咖啡时水的压力大于一个大气压，一般为5-19个大气压，快速将咖啡精华萃取出来，煮出来的咖啡比较香浓，而且会有一层油脂沫。2.2咖啡机的基本原理2.2.1 咖啡机的工作原理人们把电子技术应用到咖啡机上，实现了预热、清洗、磨粉、压粉、冲泡、泻粉等酿制咖啡全过程的自动控制，创造全自动咖啡机。全自动咖啡机指的是，只需按下按钮便可以制作出一杯咖啡的机器其实现了从咖啡豆磨粉到热水冲煮出咖啡的全过程自动化。全
28、自动咖啡机是整个咖啡机行业里发展最快的。咖啡机用20帕的压力，迫使90左右的热水穿过10克左右的幼细的经过挤压的咖啡粉，汲取咖啡粉中的咖啡脂等芳香物质，并与热水达到充分溶合后流入杯中，整个过程是一个物理化学变化的综合过程，而且要在18-28秒的时间内完成，以便有效地避免过份提取所造成的不良味道。用咖啡机产生的高压蒸汽把牛奶乳化后制造出芳香的奶沫，在意大利特浓咖啡上面加一层厚厚的奶沫就成了一杯美味的卡布奇诺咖啡。显然，一杯高品质的意大利特浓咖啡或卡布奇诺咖啡的生成，咖啡机起的作用是决定性的。 从1999年GAGGIA发布了第一台能制作Espresso（意式浓缩咖啡）的全自动咖啡机，各个不同的咖啡
29、机厂商都在致力于研究开发，使得其功能不断的完善，已经有能加热牛奶并把它按比例配在咖啡里实现一键拿铁、一键卡布奇诺等功能的高端机器。2.2.2咖啡机的工作流程全自动咖啡机的工作流程如下:1.接受加料:通过加料口加入原料咖啡豆，同时杯体内加入适量的水2.加热:接通电源后，电加热管开始对杯体内的水进行加热，同时测温电极开始启动对水温进行检测，当水温达到一定温度时，(一般在70-80度)开始启动打磨程序。3.打磨:打磨电机带动打磨刀快速旋转，对加料口加入的咖啡豆在网罩里进行快速打磨，打磨后的豆粉在打磨刀的快速旋转下，逐渐通过网罩流入杯体内。4.滤煮：磨制完毕的咖啡粉会被引入一个类似于“微型锅炉”的地方
30、煮，收纳了定量的咖啡粉后，冲泡器会自动成为全封闭的结构，对咖啡粉进行迅速滤煮，其过程类似于我们冲泡茶叶，充分煮沸后，这个封闭的器皿会将混合的咖啡进行萃取，将精华咖啡液和油脂萃取出来分流到咖啡机最终的出饮口。萃取的过程是考验咖啡机品质的另外一个标准，好的咖啡机可以彻底萃取，将杂志和纯咖啡完全分离，而且同时充分保留住具有咖啡醇香的油脂和泡沫，所以打磨、冲泡这两个步骤掌控了全自动现磨咖啡机的工作流程的关键部分。5.压粉：萃取剩下的咖啡杂质留在冲泡器内，并通过自动收缩、内压，将杂质迅速压制成一个标准的扁圆形状的饼，俗称“粉饼”，最终通过一个固定的通道，将粉饼倒向内置的垃圾器皿，这个器皿需使用者定期清理
31、，咖啡杂质饼有除异味的作用，所以对于新装修的房间还是能起到除异味的功效。6.声音报警:熬煮完毕后，启动声音报警装置，发出音响，通知用户咖啡熬煮完毕。2.3咖啡机的基本结构咖啡机的结构如图3-1所示。整机由温杯器、磨豆机、冲泡器、水箱、蒸汽发生器、伸缩出水口、残渣盒、锅炉、水泵。图2-2 咖啡机的结构磨豆系统：磨豆机是咖啡机的核心部分。研磨的细致与粗糙也可以作为评判一台咖啡机的品质高低标准之一，磨豆机采用分体式结构。其外壳用耐热工程塑料注塑而成。机头面上有加料口，豆子从加料口进人网罩，机头面板上装有功能按键和指示灯。发热器、测温电极和防溢电极安装在机头下方。发热器采用不锈钢管状发热元件弯制而成，
32、由于发热器直接浸在水中加热，故其热效率较高。电动粉碎部件由单相交流串激式电机和粉碎刀组成。冲泡系统：全自动咖啡机冲泡器，其包括有机壳，在机壳中布置了用来冲泡咖啡的缸体、能够在缸体中升降地活动的活塞体，其特征在于活塞体下部与导向柱连接成一体，对应地，机壳上部里面设置成为缸体，而机壳下部里面设置成为与导向柱配合的导向腔，使活塞体和导向柱可升降地布置在机壳中，导向柱直接或间接地与动力驱动部分连接，采用活塞体与导向柱连体结构，使结构更加简洁实用，部件少，容易生产组装，工作稳定可靠，也能实现压粉、冲泡、推渣效果。过滤系统：浆渣分离，市面上的咖啡机过滤后，渣中还可能还有大量的咖啡造成出浆率降低，咖啡浓度低
33、，采用离心浆渣分离技术，可大大提高咖啡的纯度。净水系统：免除繁琐的加水环节，自动控制加入水量，同时可以去除城市自来水中的杂质，也可单独用来净化自来水饮用。清洗系统：自动清洗功能，解决繁琐的后期清理工作，利用刀头的旋转，使水流循环，将机体内壁冲洗干净。附加系统：自动出咖啡，手动触屏启动，智能人性化工作。2.4咖啡机的操作流程1.把机器里面不新鲜的水顶出来。2.清洗锅炉及煮制系统各管道。3.清洗咖啡煮制漏斗。4.开电源、让咖啡机自动开始加热并烧水。5.等水压气压达到一定阶段可以使用了、然后磨咖啡粉6.压咖啡粉备用。7.预热咖啡壶。8.暖杯、用咖啡机制作浓缩咖啡。9.打奶泡。2.5咖啡机的萃取得到咖
34、啡溶液万古不变的方法便是萃取。一颗咖啡熟豆中除木质纤维和其他大量复杂成分外，能够在水中溶解的成分只占豆子质量的很少一部分，而这一部分物质却集中包含了绝大多数的咖啡芳香物。将这些芳香物溶于水并将溶液与废渣分离的过程便是咖啡萃取。 影响萃取的要素：粉量，研磨度，水温，萃取时间。粉量，决定咖啡溶液中溶质的多少，也就是浓度。在相同研磨度的前提下，粉量越大势必浓度越高。研磨度，研磨越细，咖啡粉与水的接触面越大，就越能萃取咖啡粉中的物质，从而提高溶液浓度。相对于咖啡粉或者咖啡豆，就是失重比例，即所谓萃取率。 水温，对于萃取来说，水温这一因素并没有非黑即白的原则。不过是水温高低影响的是萃取效率，随着水在混合
35、液中停留的时间长短溶液浓度随着时间成正相关。相对于咖啡粉来说，溶液浓度越高表示咖啡粉中的水溶性物质被萃出的越多，咖啡粉的失重比例越高，也就是萃取率越高。之前讲过咖啡熟豆中能够表现出香味的物质只占总质量的很少一部分，而咖啡中能够溶解于水的物质却远不止这些，除了芳香物质以外就剩下些碍口难喝的恶味物质。因此，依照水温与萃取率的线型模型，我们在冲泡咖啡时应当将水温控制在一定范围内。 萃取率应当在某一个区间范围内，以保证不会萃取过度，也不会萃取不足。 要达到均匀适度的萃取就要从萃取的三个阶段入手。通过调整各阶段中影响萃取的不同因素最终达到适当萃取。 1.排气：二氧化碳在通常的冲泡条件（温度、压强）下难溶
36、于水，因此过多的二氧化碳会阻断咖啡滋味分子与水分子结合。这种影响在通过式萃取过程中尤其明显。热水通过咖啡粉时有二氧化碳隔离，单位时间内没有接触到更多的滋味分子就随着重力过压力通过过滤器与咖啡粉分离，这样冲泡的咖啡势必萃取不足寡淡无味。可见充分排气在咖啡萃取中举足轻重。 2.溶解：在咖啡粉与热水有了充分的接触的前提下，滋味分子在热水中溶解越快溶液浓度越高。此时在无法改变研磨度与水温，水压的情况下，通常加速溶解的方法就是搅拌。 3.过滤：在过滤的过程中要明白的是，该过程没有完全结束前溶解还在继续，因而过滤的快慢也影响着萃取率的高低。 因此，萃取要恰到好处，控制好萃取时间，在咖啡机萃取的过程中，如果
37、处理不当，程序设计不合理，就会出现以上提到的糊壁，挂浆进等问题，使清洗困难，同时咖啡的营养成分也很难保证。2.6咖啡机的缺陷市场现有的豆浆机大部分与我们以上所介绍的设计相似，其控制程序也比较相近，在实际使用过程中，我们发现豆浆机存在着以下几个缺陷:1.杯体的设计。现在市场上比较流行的杯体有两种，一是不锈钢材料，其特点是美观耐用，易清洗，但设计上因为是单层结构，而不锈钢的导热快，容易造成热量的快速散失，所以在保温方面存在缺陷，同时在豆浆煮开后杯体的外壁温度较高，容易引发烫伤等不安全因素。另一种材料为耐高温聚脂材料，其优点是导热慢，保温效果较好，但清洗麻烦，同时使用时间一长，颜色会发生变化，影响美
38、观。2.磨豆环节的控制。传统的打浆过程所使用的是平面S刀或者是一字刀，这种刀在打磨豆浆时，接触点少，打磨后出渣率高，浆体的颗粒大，煮熟后口感较差，并且营养释放的不够充分。3.冲泡熬煮的方式。加热过程中，咖啡粉不同于普通的水，其沸点较低，同时因为冲泡器内壁是一个高温的区域，而咖啡粉在高温区附近极易快速缩水，及易附着在电加热开关和测温防溢电极上，从而造成粘连等情况的发生，情况严重时会造成电加热管糊管，给清洗造成更大的困难。4.外观设计。许多厂家设计的杯体仅仅是一个不锈钢容器，没有考虑到顾客的消费心理，产品的造型陈旧，色彩暗淡，不能有效的激发顾客的消费欲望。5.结构比较复杂，需要良好保养，维护费用较
39、高是这种机器的缺点。通过调研我们发现消费者对咖啡的口感和咖啡机机的清洗非常在意。咖啡机之所以难清洗是因为在加热的过程中会糊管，消费者对豆浆口感营养的不满意，其原因就在与萃取的方式。2.7设计方案外观是消费者选购时的首要任务，好看的外观可以作为家庭内部一道漂亮的风景线，根据市场调查，圆滑的曲面设计更赢得消费者的青睐，同时产品的特立独行，可以吸引消费者的目光，因此，iDrink咖啡机脱离传统咖啡机古板的设计，外观新颖，内部空间大，但占有的外部空间小，方便运输摆放，这样才能在第一印象中脱颖而出。采用全新磨豆系统，打磨刀决定着咖啡豆研磨的粗细，为使咖啡豆均匀受力，可抛弃原始咖啡机打磨原理，采用内外刀一
40、起工作，同时内外转刀的转向相反，相对速度提高，速度越高，咖啡豆研磨的越精细，在此基础上，内刀分成两个部分，先粗磨，在重力作用下咖啡豆下沉，进而内刀下部的刀片进行细磨，使研磨更充分，只有研磨充分，才能为接下来的萃取奠定基础。 萃取咖啡液的核心就是冲泡器，咖啡粉来到冲泡器中，在原有基础上，冲泡器加入了蒸汽萃取、热水冲煮、热水压力萃取多种功能，在程序的控制下，时间水温均可以调控，依个人口味而定，带有防溢出电极、温度传感器完全实现自动化，防止冲泡器内壁挂糊，方便过滤清洗。2.8本章小结本章主要介绍了咖啡机的基本结构和基本工作原理，分析目前市场上咖啡机产品存在的缺陷，针对这些缺陷提出了新的设计方案，最终
41、采用iDrink咖啡机的方案思路进行创新设计。第三章 iDrink咖啡机创新设计3.1 Pro/E参数化设计在工业设计中应用Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。参数化设计(Parametric)是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设
42、计速度，并减少信息的存储量。参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以及参数化几何模型的构造。1988年，美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation,PTC)首先推出参数化设计CAD系统Pro/Engineer(简称Pro/E)，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。它的主要特点就是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。Pro/E通
43、过一种独特的、参数化的以及面向零件的3D实体制作技术，彻底改变了传统的设计理念，为工程师们提供了一条革命性的途径。完成了由二维到三维的转换，真正实现了CAD/CAM系统。尽管Pro/E在通用件、零部件设计上存在很大的优势，但是要想直接在Pro/E中完成曲面繁多的产品造型是非常困难的事情。不是不能完成，是要耗费大量的精力和时间，这样就又增加了设计的周期。这样我们可以采用PTC公司的工业设计软件Pro/Designer(简称Pro/D)进行曲面设计，由于Pro/D与Pro/E采用的是同一数据库，两者之间是无缝连接的，因而在设计中造型设计师和结构工程师可以更好的协作。3.2 iDrink咖啡机总体思
44、路现在市场上最流行的杯体材料有两种，聚脂材料为一种，不锈钢的为第二种，聚脂材料有耐高温，不变形、实耐用等特点，但使用时间太长容易发生变色，同时清洗也较麻烦，而不锈钢则没有这个问题，不锈钢是一种耐腐蚀、耐磨擦、耐湿、热、能弯曲可拉伸的金属材料，原有杯体材料选用的不锈钢，有着美观耐用，易清洗等特点，但不锈钢作为金属，散热速度较快，热量散失较快，造成能量的浪费，在创新设计的理论框架下，iDrink咖啡机采用不锈钢与聚酯材料相结合设计，冲泡器采用复合材料，而咖啡机外壳采用不锈钢材料散热快，按键细微处采用聚酯材料，使外观搭配协调，本文着重对咖啡机核心部分设计，其中包括外观设计、磨豆机的设计、冲泡器的设计
45、、水箱、水泵、净水器、锅炉等零部件设计。3.3 iDrink咖啡机外观设计使用Pro/E软件绘制的零件的实体三维造型，如图3-1所示。图3-1 iDrink咖啡机外观效果实体建模（1）打开Pro/E4.0，打开“文件”选项，在弹出对话框中选择“零件”，创建文件名为“kafeijiwaike.prt”，点击“确定”进入建模界面。（2）在【插入】工具中单击【混合】按钮中的曲面，程序将弹出【混合】对话框，在【混合】卷展栏中属性选择光滑的封闭段，草绘截面如图3-2所示，按住鼠标右键继续画第二个截面如图3-3，打钩确定选择任意方向。 图3-2草绘第一截面 图3-3草绘第二截面深度选择盲孔150mm，完成设置如图3-4，单击确定完成混合设置。图3-4 混合曲面设置完成（3）在【插入】工具条中单击【扫描】后的曲面，程序将弹出【扫描曲面】对话框，在对话框中设置草绘轨迹，绘制如图3-5所示轨迹和图3-6所示截面。属性定义为开放端，单击确定成功插入曲面。（4）在工具中单击【合并】图标，选择一个曲面，按住Ctrl选择另一个曲面，单击【合并】，选择合并方向，打钩完成合并，如图3-7。（5）将曲面实体化，新建平行于TOP平面的面DTM1，在面DTM1和FRONT面的交线上建轴A-1，过轴新
