摘要華南地區(qū)冬天寒冷潮濕，但沒有統(tǒng)一供暖。華南人習(xí)慣濕潤的空氣，不少人寧愿在家穿衣扛冷也不愿意開暖氣?！昂褚聠窝澆淮┮m”是該地區(qū)很多人冬天在家的經(jīng)典搭配。但是長期腳部受冷不但難受，而且對健康有嚴(yán)重危害。當(dāng)下，很多人即使在家也會長時間坐在辦公桌或電腦前，和坐沙發(fā)不一樣，活動空間更少，保持同一姿勢的時間更長，腳部保暖難度高。此外，通過調(diào)研還發(fā)現(xiàn)，華南地區(qū)冬季部分人群受腳部易出腳汗困擾，從而拒絕使用市面上多數(shù)暖腳設(shè)備。本課題以用戶為中心，從智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，探究華南地區(qū)人群冬季腳部保暖的解決方法，設(shè)計(jì)出新型的腳部保暖設(shè)備。在前期調(diào)研部分，對課題背景、市面產(chǎn)品、國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查分析。采用工業(yè)設(shè)計(jì)的研究方法對市場進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，對現(xiàn)有類型代表產(chǎn)品進(jìn)行了搜集，并分析其功能、技術(shù)以及售后反饋。在對售后反饋的搜集分析中，總結(jié)出用戶基本需求及現(xiàn)有產(chǎn)品的不足之處。根據(jù)前期調(diào)研所得進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，通過對人體熱舒適度概念、人機(jī)工程以及市售發(fā)熱技術(shù)進(jìn)行調(diào)查分析，得出產(chǎn)品滿足用戶基本需求的切入點(diǎn)，針對用戶基本需求以及現(xiàn)有產(chǎn)品不足之處進(jìn)行功能概念構(gòu)想，從而使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品符合實(shí)際。由于取暖設(shè)備的設(shè)計(jì)涉及結(jié)構(gòu)、空氣動力學(xué)、傳熱學(xué)的理論，本項(xiàng)目以SolidworksFlowSimulation為分析工具，通過不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及使用不同的風(fēng)機(jī)，輔助進(jìn)行腳部保暖設(shè)備的風(fēng)道設(shè)計(jì)，使該腳部保暖設(shè)備能夠滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：冬季；腳部保暖；智能調(diào)節(jié)；工業(yè)設(shè)計(jì)；電器AbstractThewinterinSouthChinaiscoldandhumid,butthereisnouniformheating.SouthChinapeopleareusedtothehumidair.Manypeopleprefertowearclothesathomeandarenotwillingtoturnontheheating.“Warsandpantsarenotwearingsocks”isaclassicmatchformanypeopleintheareainwinter.However,long-termcoldnessofthefeetisnotonlyuncomfortable,butalsohasserioushealthhazards.Nowadays,manypeoplesitattheirdesksorcomputersforalongtimeathome,unlikesofas,withlessspaceforactivities,longertimeinthesameposition,andmoredifficultfootwarming.Inaddition,throughinvestigations,itwasfoundthatsomepeopleinwinterinsouthernChinaweretroubledbysweatontheirfeet,thusrefusingtousemostofthewarmfootequipmentonthemarket.Thistopicisuser-centered,fromtheperspectiveofintelligentproductdesign,toexplorethesolutiontothewinterfootwarmthofpeopleinSouthChina,andtodesignanewtypeoffootwarmingequipment.Inthepreliminaryresearchsection,thesubjectbackground,marketproducts,anddomesticandforeigntechnologieswereinvestigatedandanalyzed.Theindustrialdesignresearchmethodisusedtoconductdetailedresearchonthemarket,collecttheexistingtypesofrepresentativeproducts,andanalyzetheirfunctions,technologiesandafter-salesfeedback.Inthecollectionandanalysisofafter-salesfeedback,thebasicneedsofusersandtheinadequaciesofexistingproductsaresummarized.Accordingtothepreviousresearchresults,theconceptdesign,throughtheinvestigationandanalysisofhumanthermalcomfortconcept,ergonomicsandcommercialheatingtechnology,theentrypointoftheproducttomeetthebasicneedsofusers,thebasicneedsofusersandtheinadequacyofexistingproductsThefunctionalconceptisconceptualizedsothatthedesignedproductisrealistic.Sincethedesignoftheheatingequipmentinvolvesthetheoryofstructure,aerodynamicsandheattransfer,theprojectusesSolidworksFlowSimulationasananalysistooltoassistinthedesignoftheairductofthefootwarmingequipmentthroughdifferentstructuraldesignandtheuseofdifferentfans.Thefootwarmingdevicecanmeetthedesignrequirements.Keywords:Winter;footwarmth;intelligentadjustment;industrialdesign;electricalheater目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 61.1.背景 61.1.1.華南地區(qū)冬季氣候概況 61.1.2.（沒有腳部保暖-危害/不良影響） 71.1.3.冬季暖腳設(shè)備需求情況 81.2.國內(nèi)外取暖電器發(fā)熱技術(shù)研究現(xiàn)狀 101.3.研究內(nèi)容、思路及意義 121.4.本章小結(jié) 12第二章市場調(diào)研與前期分析 132.1.用戶人群 132.2.現(xiàn)有產(chǎn)品調(diào)研 132.2.1.暖腳器代表產(chǎn)品 132.2.2.暖腳器的發(fā)展趨勢（刪？） 142.2.3.市售產(chǎn)品用戶使用情況反饋 142.2.4.市售產(chǎn)品實(shí)際使用測試 152.3.現(xiàn)有市售產(chǎn)品問題分析總結(jié) 162.4.本章小結(jié) 18第三章智能暖腳器整體設(shè)計(jì) 183.1.人體熱舒適度概念 183.1.1.影響人體熱舒適度的因素 183.1.2.溫度、濕度、風(fēng)速與皮膚溫度的關(guān)系 193.2.目標(biāo)功能設(shè)計(jì) 203.2.1.功能闡述（如何實(shí)現(xiàn)功能）（以及具體有什么場景/不同情況下實(shí)現(xiàn)什么功能/為什么要智能） 203.2.2.硬件平臺 203.2.3.軟件平臺 213.3.人機(jī)工程應(yīng)用 213.3.1.人體尺寸數(shù)據(jù) 213.3.2.草模制作驗(yàn)證及分析 213.4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 223.4.1.SolidworksFlowSimulation簡介 223.4.2.暖腳器熱場分析模型的建立及分析 233.5.硬件選用 263.6.程序設(shè)計(jì) 273.7.技術(shù)原型制作及測試 273.7.1.制作 273.7.2.測試 273.8.概念草圖設(shè)計(jì) 27第四章智能暖腳器樣機(jī)制作 284.1.制作前的準(zhǔn)備 284.1.1.智能暖腳器三維模型建立 284.1.2.智能暖腳器材質(zhì)渲染效果圖展示 284.1.3.元器件連接調(diào)試 284.2.實(shí)物樣機(jī)制作 284.2.1. 284.3.本章小結(jié) 28第五章智能暖腳器樣機(jī)測試 295.1.樣機(jī)測試 295.1.1.溫度測試 295.1.2.風(fēng)速測試 295.1.3.用戶使用體驗(yàn) 295.2.優(yōu)缺點(diǎn)比較 295.2.1.較市售產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn) 295.2.2.較市售產(chǎn)品缺點(diǎn) 295.3.本章小結(jié) 29第六章結(jié)論 29第七章參考文獻(xiàn) 29第八章致謝 29緒論背景華南地區(qū)冬季氣候概況華南地區(qū)位于中國最南部。北與\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"華中地區(qū)，\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"華東地區(qū)相接，南面包括遼闊的\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"南海和\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"南海諸島，與\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"菲律賓、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"馬來西亞、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"印度尼西亞、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"文萊等國相望，華南地區(qū)邊界的\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"武夷山、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"南嶺也大致是人類學(xué)的分界線，\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"廣東、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"福建有\(zhòng)t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"華南虎。西南界線是中國與\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"越南、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"老撾、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"緬甸等國家的邊界。在行政區(qū)上，華南地區(qū)包括\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"臺灣省、\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"海南省全部，\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"福建省中南部，\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"廣東省和\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"廣西壯族自治區(qū)的中南部，\t"/item/%E5%8D%8E%E5%8D%97%E5%9C%B0%E5%8C%BA/_blank"云南省南部和西南部。冷月平均氣溫≥10℃，極端最低氣溫≥-4℃，日平均氣溫≥10℃的天數(shù)在300天以上。多數(shù)地方年降水量為1400—2000毫米，具有夏季悶熱、冬季濕冷的特點(diǎn)。降水的季節(jié)分配，以夏雨最多，春雨次之，秋雨更次，冬雨最少，但冬季的雨量亦可占全年降水量的10%以上。（沒有腳部保暖-危害/不良影響）華南地區(qū)具有夏季悶熱、冬季濕冷的特點(diǎn)，地處中國南方，不在采暖區(qū)范圍內(nèi)，因此大部分地區(qū)沒有集中采暖，當(dāng)?shù)鼐用褚话阆募静捎每照{(diào)降溫、冬季采用電暖器御寒。在冬季，人們因?yàn)樯眢w散失熱量而感到寒冷。當(dāng)溫度降低時，流經(jīng)皮膚表面的血液流量隨之減少，以此減少皮膚表面的熱量損失；當(dāng)溫度進(jìn)一步降低時，血液就變得粘稠、肌肉變得僵硬、反應(yīng)變得緩慢、行動變得遲緩笨拙。在寒冷環(huán)境中，由于足部相比身體其他部位離心臟最遠(yuǎn)，處于人體的末端，流經(jīng)血液較少，且腳的表面脂肪層較薄，保暖御寒能力較差，因此足部溫度易受外界影響，從而影響人體的整體舒適度。再加上冬天地面的溫度變低，吸熱性比較強(qiáng)，當(dāng)人的腳接觸地面時會散發(fā)大量的熱量，使腳的溫度進(jìn)而降低。據(jù)研究表明，人感覺不舒適時大多數(shù)起始于足部的不舒適。足部舒適溫度的要求是，皮膚溫度大于33℃，濕度在60%左右。一般情況下腳部的皮膚在25℃時，人開始感覺到有點(diǎn)冷時，溫度降到21℃，就會明顯感覺到冷，并且伴有不舒適的感覺REF_Ref15326\r[1]。對于需要伏案工作的辦公族來說，長時間維持雙腳靜止不動的坐姿使得流經(jīng)足部的血液更少，在寒冷環(huán)境中足部的皮膚溫度下降的更多，不僅嚴(yán)重影響人體舒適度，而且容易影響工作情緒與狀態(tài)。另外，足部分布有大量神經(jīng)和穴位，人體各器官和部位都在足部反射區(qū)有相對應(yīng)的區(qū)域，足部受寒會使人體抗力降低，易造成疾病REF_Ref20352\r[2]。冬季暖腳設(shè)備需求情況圖1.1“暖腳器”詞條百度搜索指數(shù)圖1.2全國不同省份“暖腳器”詞條百度搜索指數(shù)排行圖1.3阿里巴巴“暖腳器設(shè)備”的采購及供應(yīng)指數(shù)百度指數(shù)（BaiduIndex）是以百度海量\t"/item/%E7%99%BE%E5%BA%A6%E6%8C%87%E6%95%B0/_blank"網(wǎng)民行為數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析平臺，是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)乃至整個數(shù)據(jù)時代最重要的統(tǒng)計(jì)分析平臺之一，自發(fā)布之日便成為眾多企業(yè)營銷決策的重要依據(jù)。如圖1.1所示，通過檢索2011年至2019年關(guān)于“暖腳器”這一詞條的百度搜索指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，每年冬季全國范圍內(nèi)對于暖腳器的搜索量激增，且在冬季前后搜索量逐漸降低，說明目前冬季寒冷時暖腳器仍是人們足部御寒取暖的重要手段之一，并且從側(cè)面反映出冬季仍有不少人被足部保暖的問題困擾。如圖1.2所示，“暖腳器”詞條搜索熱度最高的省份集中在華南、華東、西南、華東等冬冷夏熱且缺少集中供暖的地區(qū)，進(jìn)一步說明冬季足部保暖問題對于居住在缺少集中供暖地區(qū)的居民的重要性。阿里指數(shù)是以阿里電商數(shù)據(jù)為核心，面向媒體、市場研究員以及社會大眾提供的社會化大數(shù)據(jù)展示平臺；提供地域、行業(yè)等角度指數(shù)化的數(shù)據(jù)分析，作為市場及行業(yè)研究的參考、社會熱點(diǎn)的洞察工具。如圖1.3所示，2018年4月至2019年4月中，阿里巴巴網(wǎng)站上暖腳器設(shè)備的采購指數(shù)在冬季到來前激增，供應(yīng)指數(shù)在冬季時增加，說明目前市場對暖腳器的需求量大。國內(nèi)外取暖電器發(fā)熱技術(shù)研究現(xiàn)狀我國是采暖大國，國內(nèi)的技術(shù)人員一直在研發(fā)新的采暖技術(shù)，隨著技術(shù)和材料不斷推陳出新，散熱器的種類和樣式都不停發(fā)生著變化，給了人們更多的選擇空間。20世紀(jì)七十年代以來，各類新型的散熱器給我國行業(yè)帶來勃勃生機(jī)REF_Ref9960\r[3]。圖1.4電熱絲發(fā)熱體電暖器圖1.5石英管發(fā)熱體電暖器圖1.6鹵素管發(fā)熱體電暖器圖1.7電熱油汀電暖器圖1.8電熱油汀電暖器電熱絲發(fā)熱體：以電熱絲發(fā)熱體為發(fā)熱材料的取暖器多見于市面上傳統(tǒng)的暖風(fēng)機(jī)，通過電熱絲消耗氧氣產(chǎn)生熱量，利用風(fēng)扇將熱量吹出去。電熱絲作為發(fā)熱元件，結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但是存在嚴(yán)重安全隱患，長期使用容易發(fā)生斷裂，在80年代使用更安全但壽命較短的遠(yuǎn)紅外石英管發(fā)熱體代替，后來逐步演變?yōu)辂u素管發(fā)熱體。石英管發(fā)熱體：此類電暖器主要由石英輻射管為電熱元件，利用遠(yuǎn)紅外線加熱技術(shù)，使遠(yuǎn)紅外輻射元件發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線被物體吸收，直接變?yōu)闊崮苓_(dá)到取暖目的。特點(diǎn)是升溫快，但供熱范圍小，易產(chǎn)生明火，且消耗氧氣。鹵素管發(fā)熱體：鹵素管是一種密封式的發(fā)光發(fā)熱管，內(nèi)充鹵族元素惰性氣體。鹵素管具有熱效率高、加熱不氧化、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，依靠發(fā)光散熱，清潔無污染。廣泛運(yùn)用到各種小家電，如：電暖器、雅樂爐、電火爐、咖啡壺、美容器、烘箱等。導(dǎo)熱油制熱源：90年代市面上出現(xiàn)了電油汀取暖器。電熱油汀采用導(dǎo)熱油作為制熱源，可根據(jù)需要隨意設(shè)定溫度，無噪音，無異味，使用壽命長，無光亮，不耗氧，使用時空氣不易變干燥，并且停機(jī)后熱源還可持續(xù)2小時左右。制暖量往往和其頁片的多少有直接關(guān)系。與其他取暖產(chǎn)品相比，散熱慢，耗電多。PTC電熱元件：到90年代中后期，出現(xiàn)了PTC陶瓷電暖器。PTC是一種陶瓷電熱元件的簡稱。PTC加熱器又叫PTC發(fā)熱體，采用PTC陶瓷發(fā)熱元件與鋁管組成。是一種自動恒溫、省電的電加熱器，具有恒溫發(fā)熱、無明火、熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響極小、自然壽命長。突出特點(diǎn)在于安全性能上，任何應(yīng)用情況下均不會產(chǎn)生如電熱管類加熱器的表面“發(fā)紅”現(xiàn)象，從而引起燙傷，火災(zāi)等安全隱患，因此現(xiàn)在廣泛使用在電暖器中。研究內(nèi)容、思路及意義本項(xiàng)目的研究內(nèi)容是以用戶為核心的智能暖腳器的設(shè)計(jì)及其研究，由于華南地區(qū)地處中國南方，沒有集中供暖，具有夏季悶熱、冬季濕冷的氣候特點(diǎn)，因此，在寒冷的冬季，家用電暖器成為了華南地區(qū)人群防寒保暖的重要手段。其中，對于需要伏案工作的都市辦公人群來說，冬季長時間靜止不動使得足部皮膚溫度更低，腳冷的不適感不僅容易影響工作精神與情緒，還會降低人體抵抗力，這使得足部的保暖工作顯得尤為重要。而通過調(diào)研市面上所售的暖腳器，目前還存在各種各樣的體驗(yàn)問題。本項(xiàng)目希望通過分析市售競品的不足之處，從用戶角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出一款智能化的、適合用戶的冬季暖腳設(shè)備，從而解決現(xiàn)有產(chǎn)品的不足之處，提升用戶體驗(yàn)。本章小結(jié)本章分析了當(dāng)前華南地區(qū)冬季氣候濕冷和當(dāng)?shù)厝巳鹤悴勘Ｅ瘑栴}的現(xiàn)狀，指出了目前華南地區(qū)由于沒有集中供暖且冬季濕冷導(dǎo)致當(dāng)?shù)厝巳簩﹄娕鞯男枨罅看?，并對國?nèi)外現(xiàn)有電暖發(fā)熱技術(shù)研究現(xiàn)狀和足部長時間寒冷對于工作與身體的危害，確定了本課題的研究內(nèi)容，說明了課題的研究意義。市場調(diào)研與前期分析用戶人群圖2.1用戶人群我國南方地區(qū)沒有集中供暖，而暖腳器操控方便，老少皆宜，對大多數(shù)家庭來說價格也能夠承受，尤其對于辦公人群來說也是不錯的選擇。通過百度指數(shù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，搜索暖腳器的相關(guān)人群年齡基本分布在中青年（20-49歲），以男性居多，占總?cè)藬?shù)的四分之三?，F(xiàn)有產(chǎn)品調(diào)研本課題研究重點(diǎn)是智能暖腳器的設(shè)計(jì)研究，首先對市面現(xiàn)有暖腳器競品進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，通過調(diào)查競品的功能、賣點(diǎn)、售后反饋，總結(jié)現(xiàn)有產(chǎn)品不足之處，并通過針對性的創(chuàng)新改良，設(shè)計(jì)出更加符合用戶需求的產(chǎn)品。暖腳器代表產(chǎn)品通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市面上銷量最高的不同種類的暖腳器代表產(chǎn)品，其中這6類暖腳器的種類、主要功能、賣點(diǎn)、使用優(yōu)缺點(diǎn)、規(guī)格、價格，如下表2.3表2.3通過表2.3，我們可以得知當(dāng)前暖腳器競品主要分為6類，對上述代表產(chǎn)品做了功能、賣點(diǎn)、規(guī)格、價格等方面的調(diào)研之后，可以看出市面上暖腳產(chǎn)品在功能設(shè)計(jì)與造型方面差強(qiáng)人意，大部分暖腳器只有單一的發(fā)熱功能，缺乏對用戶使用場景及使用需求的詳細(xì)考慮。暖腳器的發(fā)展趨勢工業(yè)設(shè)計(jì)以工業(yè)產(chǎn)品為對象，致力于改善人們的生活，為人類而服務(wù)，暖腳器的誕生正是源于人們改變天氣寒冷現(xiàn)狀的述求。八十年代初，國民經(jīng)濟(jì)水平較低，人們普遍比較貧困，在寒冷的冬季，雖然北方居民使用集中供暖的方式進(jìn)行取暖，但受限于緊張的能源與不完善的基礎(chǔ)供暖設(shè)施，只能忍受供暖前后的寒冷日子。南方居民沒有集中的供暖設(shè)施，加上南方空氣濕潤，寒潮天氣更是讓人寒冷難耐。到了八十年代中期，人民生活質(zhì)量提升，電暖電器開始走入千家萬戶。八十年代中期電暖電器主要以電阻絲作為發(fā)熱元件，八十年代末又演變?yōu)檫h(yuǎn)紅石英管與鹵素管作為發(fā)熱元件，到九十年代初期，市面上出現(xiàn)了電油汀取暖器，隨后九十年代中后期，出現(xiàn)了PTC陶瓷電暖器，以其獨(dú)特的眾多的優(yōu)勢，逐漸成為市場的新寵REF_Ref13820\r[4]。如今，電暖電器的發(fā)展越來越多元化，出現(xiàn)了如陶瓷鋼、碳纖維等新型發(fā)熱元件，取暖電器種類根據(jù)不同使用場景，也被細(xì)分成許多不同類型，如暖手寶、暖腳器、充電的便攜保暖設(shè)備等，暖腳器也已在冬季電器中占有重要位置，暖腳器以其低廉的價格與低功耗，為用戶的冬季生活帶來實(shí)際的提升。隨著消費(fèi)水平與技術(shù)的發(fā)展，暖腳器也逐漸擺脫質(zhì)量無保障、小作坊制作的局面，從前期只具有簡單功能粗糙設(shè)計(jì)的產(chǎn)品逐步向以用戶為核心、著重實(shí)際體驗(yàn)的產(chǎn)品演變，并且未來有向多功能與智能化發(fā)展的趨勢。市售產(chǎn)品用戶使用情況反饋隨著電子商務(wù)的快速發(fā)展，越來越多的人通過電商網(wǎng)站來了解產(chǎn)品信息、購買商品并通過評價表達(dá)自己購買商品過程的感受、對購買商品的滿意程度和對所購買商品的建議和要求等。電商網(wǎng)站商品評價輿情是客戶了解商品和店家服務(wù)的一種重要渠道和表達(dá)方式。在淘寶、京東等電商中，用戶對于產(chǎn)品做出的評價能夠直觀反映出用戶對于產(chǎn)品的滿意度，通過搜集淘寶、京東上關(guān)于銷量最高的6類暖腳器使用情況反饋XXXX條用戶評論，使用人工閱讀方法對其進(jìn)行處理，篩選出出現(xiàn)頻率最高的7種問題類型，即當(dāng)前市面產(chǎn)品普遍存在的不足之處。如圖2.4圖2.4市售產(chǎn)品實(shí)際使用測試圖2.5穿襪測試使用溫度圖2.6光腳測試使用溫度電商評論能夠直觀反映出用戶對于產(chǎn)品的滿意度，但是對于全面了解市面上的暖腳器競品，仍需進(jìn)行實(shí)際的體驗(yàn)測評，才能夠準(zhǔn)確地了解競品的優(yōu)缺點(diǎn)，從而更加客觀全面地洞察使用痛點(diǎn)，設(shè)計(jì)出符合用戶體驗(yàn)的暖腳器。本次體驗(yàn)測評使用了三臺不同類型的暖腳器產(chǎn)品，分別是XXXXX、XXXXX、XXXX暖腳器，分別從加熱速度、加熱時間、加熱溫度與舒適度進(jìn)行測試。通過測試發(fā)現(xiàn)先鋒與暖腳墊兩款直接接觸皮膚的暖腳器，開機(jī)X分鐘低檔位狀態(tài)下溫度會升至XX攝氏度，而高檔狀態(tài)下則會升高至XX攝氏度，長時間工作狀態(tài)下會使腳底與設(shè)備接觸部分過熱產(chǎn)生灼燙感，用戶需要不時變換雙腳姿勢或?qū)㈦p腳移出加熱區(qū)域進(jìn)行降溫，由此降低了用戶體驗(yàn)。網(wǎng)易暖腳器采用非接觸式采暖，由PTC陶瓷加熱片進(jìn)行空氣加熱，再用風(fēng)扇將熱氣向下吹出，設(shè)備沒有檔位設(shè)置，測試發(fā)現(xiàn)，在腔體內(nèi)熱風(fēng)實(shí)際溫度過高，且熱風(fēng)偏向右邊，導(dǎo)致腳部溫度不均勻，足背部分溫度過高，隨著使用時間的增加而產(chǎn)生灼燙、灼痛感，空氣濕度迅速下降導(dǎo)致皮膚干燥。而足跟及足底部位熱感不明顯。同樣嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)，甚至危害用戶健康。見圖2.7圖2.7網(wǎng)易暖腳器加熱溫濕度隨時間變化圖現(xiàn)有市售產(chǎn)品問題分析總結(jié)通過結(jié)合用戶評論以及實(shí)際使用體驗(yàn)，可以得出：雖然暖腳器作為冬季電器需求量巨大，但從工業(yè)設(shè)計(jì)以及用戶體驗(yàn)角度出發(fā)，目前產(chǎn)品依然不夠完善，仍然面臨和存在著許多問題。下面將具體分析溫度需要頻繁調(diào)節(jié)市面上的暖腳器多數(shù)功能單一、實(shí)現(xiàn)簡單，核心依靠發(fā)熱元件與溫控元件在一個固定的溫度點(diǎn)以上工作，溫度過高則斷電降溫，等待降溫后升溫工作，導(dǎo)致用戶認(rèn)為使用時溫度不穩(wěn)定，并頻繁地對暖腳器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)?；蚴怯捎谂_器不同檔位間溫度相差過大，低檔溫度過低或高檔溫度過高，都無法滿足用戶舒適的要求，從而迫使用戶頻繁地調(diào)節(jié)暖腳器的溫度?？臻g太小市面上的暖腳器雖然款式多種多樣，但是受限于發(fā)熱元件的功率、尺寸以及便于收納的要求，會將暖腳器小巧化、迷你化，此時產(chǎn)品可供雙腳放置的空間也變小，用戶只能勉強(qiáng)自己長期保持一種姿勢使用暖腳器，為用戶增加不必要的額外疲勞。腳臭出汗通過用戶評論發(fā)現(xiàn)，部分用戶在冬天腳底容易出汗，而目前市面上的產(chǎn)品由于封閉保暖的功能設(shè)計(jì)，會加劇用戶出腳汗的情況，所以用戶希望能夠在保持雙腳干爽的情況下溫暖雙腳。熱氣流失對于開放式或半開放式的暖腳墊、暖腳板，用戶反饋設(shè)備產(chǎn)生的熱氣容易流失，與周圍冷空氣產(chǎn)生對流，從而降低暖腳墊、暖腳板的保暖效果，通常店家的解決方法是附贈一條毛毯，用于覆蓋在暖腳墊、暖腳板上，保持熱氣不流失。此舉可以明顯說明暖腳墊、暖腳板的設(shè)計(jì)缺陷。熱度不均勻?qū)τ陂_放式或半開放式的暖腳墊、暖腳板，受產(chǎn)品使用方式限制，用戶只能在靠近發(fā)熱面板的足底感受到熱量，而腳背及腳踝部位由于遠(yuǎn)離發(fā)熱面板，無法獲得足夠的熱量進(jìn)行保暖。若提高設(shè)備檔位即提高發(fā)熱量，靠近發(fā)熱面板的足底則會由于溫度過高從而感到不適。同質(zhì)化嚴(yán)重對于同種類型的暖腳設(shè)備，目前不同品牌的設(shè)計(jì)同質(zhì)化和模式化嚴(yán)重，特色產(chǎn)品很少，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品更是無處可尋，影響用戶的購買欲望。因此從設(shè)計(jì)用戶角度去審視暖腳器的功能與外觀，滿足用戶對于優(yōu)質(zhì)暖腳體驗(yàn)的需求，解決目前暖腳設(shè)備市場設(shè)計(jì)低下而影響購買的問題，并定位明確地進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有功能與使用對象明確，分析和解決現(xiàn)在的一些問題，產(chǎn)品才能有更好的前景，才能更好地服務(wù)使用者。本章小結(jié)本章主要通過對市場現(xiàn)有的暖腳器的發(fā)展趨勢、代表產(chǎn)品類型、產(chǎn)品功能以及產(chǎn)品體驗(yàn)進(jìn)行調(diào)研分析，確定了市面現(xiàn)有產(chǎn)品的共通問題，將暖腳器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)明確化，在設(shè)計(jì)過程中本章內(nèi)容具有指導(dǎo)意義。智能暖腳器整體設(shè)計(jì)人體熱舒適度概念熱舒適是人類最基本的生理需求之一，人體通過自身的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，依靠改變皮膚表層的血流量、排汗量和產(chǎn)熱量等方式，使自身保持在熱舒適狀態(tài)REF_Ref26373\r\h[5]。研究熱舒適最重要的理由是為滿足人們感到舒適的愿望，同時也是為滿足人們在其它方面的愿望。熱的或冷的不舒適可以降低人們的行為活動能力。而當(dāng)人們處于熱舒適環(huán)境中時，一般來說，人們的智力、體力手工或感覺方面的表現(xiàn)，都是處于高水平狀態(tài)REF_Ref28378\r\h[6]。影響人體熱舒適度的因素在ASHRAEStandard55—1992中熱舒適被定義為“人們對熱環(huán)境表示滿意的意識狀態(tài)”。Fanger教授指出影響熱舒適性的最重要的幾個參數(shù)是人體的活動量、衣服熱阻、空氣溫度、平均輻射溫度、室內(nèi)空氣相對濕度和空氣流速REF_Ref28378\r\h[6]。皮膚溫度從兩方面影響人體環(huán)境之間的熱交換：改變由對流和輻射引起的干熱交換以及受不同環(huán)境下水蒸氣壓力與風(fēng)速影響的皮膚蒸發(fā)力。表皮組織可在15-42℃范圍內(nèi)進(jìn)行變動，臨界出汗溫度為33℃，在此范圍內(nèi)當(dāng)皮膚溫度超過33℃時能夠通過出汗使皮膚溫度保持穩(wěn)定。足部存在熱覺與冷覺敏感程度不同的部位，局部熱感覺會在很大程度上影響全身熱舒適狀態(tài)，足部皮膚溫度在冷環(huán)境下大幅降低，會對人體熱舒適感產(chǎn)生負(fù)面影響。在冷覺敏感程度高的區(qū)域，溫度稍有降低便會對熱舒適產(chǎn)生負(fù)面影響，在熱感覺敏感程度高的區(qū)域，可通過較小的發(fā)熱程度顯著提高穿著者的熱舒適感受。在28℃環(huán)境下，足部皮膚各個部位溫度覺不存在顯著差異。REF_Ref26373\r\h[5]通過上述表述能夠發(fā)現(xiàn)，對于產(chǎn)品而言，能夠作用于皮膚對皮膚溫度起調(diào)控作用的因素有：空氣溫度、空氣相對濕度以及空氣流速，對應(yīng)產(chǎn)品的加熱、加濕以及送風(fēng)功能。且人體足部舒適度有一最佳溫濕度、風(fēng)速的邊界條件，溫度低于28℃，足部冷覺敏感部位開始感受到冷覺，溫度超過33℃，足部皮膚則開始出汗，以保持皮膚溫度不再升高。因此，28-33℃應(yīng)為足部保暖最佳溫度。溫度、濕度、風(fēng)速與皮膚溫度的關(guān)系人體舒適度受到多種熱的或非熱因素的影響，這個問題延續(xù)到現(xiàn)在，己從大量的測試與實(shí)驗(yàn)中取得了許多很有價值的結(jié)果以作為進(jìn)一步研究的參照點(diǎn)。有關(guān)室內(nèi)熱環(huán)境空氣溫、濕度及氣流速度等對人體舒適度的影響已有一些重要的結(jié)論REF_Ref4531\r\h[7]。環(huán)境溫度：空氣溫度和平均輻射溫度影響著人體通過對流及輻射的干熱交換。在氣流速度及水蒸氣壓力不變的條件下，環(huán)境溫度升高，則人體皮膚溫度升高、排汗率增加。相對濕度：空氣濕度影響空氣的蒸發(fā)力，因此影響著人體皮膚排汗的效率，間接影響著人體舒適度。濕度越低，皮膚蒸發(fā)散熱越強(qiáng)，濕度越高，則相反。氣流速度：氣流速度從兩個方面影響人體。一方面，氣流速度影響著人體的對流換熱。當(dāng)空氣溫度高于皮膚溫度，氣流速度越大，皮膚從環(huán)境得到的熱量越大。另一方面，氣流速度影響著空氣蒸發(fā)力，從而影響人體的排汗散熱效率，氣流速度越大，空氣蒸發(fā)力越大，皮膚由于蒸發(fā)散熱損失的熱量越快。因此，在高氣溫下，影響人體熱舒適的氣流速度有一個最佳流速值，高于此值，對流得熱量高于蒸發(fā)散熱量，從而增熱；低于此值，蒸發(fā)散熱降低，排汗率降低，從而產(chǎn)生不適感。目標(biāo)功能設(shè)計(jì)功能闡述（如何實(shí)現(xiàn)功能）（以及具體有什么場景/不同情況下實(shí)現(xiàn)什么功能/為什么要智能）通過上述調(diào)研，總結(jié)出產(chǎn)品對功能的要求：人來即開、人走暫停：減少用戶開關(guān)設(shè)備的不便操作，防止用戶忘記關(guān)閉設(shè)備而耗費(fèi)電能的問題?？焖偕郎兀罕ＷC用戶雙腳快速升至舒適溫度，提高用戶體驗(yàn)。自動循環(huán)控制溫度：通過檢測、控制設(shè)備的溫度，維持人體最佳熱舒適感。免去用戶頻繁調(diào)節(jié)溫度的困擾。充分覆蓋雙腳：通過風(fēng)路設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使設(shè)備吹出氣流充分覆蓋雙腳，包括腳底，保持雙腳干爽舒適。溫度維持：當(dāng)人離開后，繼續(xù)保持工作一段時間后設(shè)備才會自動關(guān)閉，避免用戶只是短暫離開，回來后機(jī)器內(nèi)溫度已經(jīng)下降的問題。硬件平臺暖腳器需要完成的任務(wù)所對應(yīng)的硬件平臺如下：為了完成人來即開的交互功能，暖腳設(shè)備需要利用人體紅外探測元件或壓力傳感器作為信號輸入元件，實(shí)時監(jiān)測用戶使用狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)加熱升溫功能，暖腳設(shè)備采用PTC陶瓷發(fā)熱片作為發(fā)熱元件，具有安全、穩(wěn)定、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，通過電路通斷控制加熱溫度。同時發(fā)熱片元件風(fēng)阻小，結(jié)合風(fēng)扇可送風(fēng)。為了實(shí)現(xiàn)送風(fēng)功能，暖腳設(shè)備使用軸流風(fēng)扇進(jìn)行送風(fēng)，通過PWM可調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，結(jié)合PTC發(fā)熱元件，可以針對用戶的不同使用階段進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了監(jiān)測暖腳設(shè)備的工作狀態(tài)，將溫、濕度控制在人體最佳熱舒適度中，暖腳設(shè)備需要溫、濕度傳感器進(jìn)行監(jiān)測。為了控制PTC發(fā)熱元件電路通斷，從而調(diào)整送風(fēng)溫度，暖腳設(shè)備需要繼電器進(jìn)行電路控制。軟件平臺Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。ArduinoIDE基于processingIDE開發(fā)。對于初學(xué)者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性。Arduino語言基于wiring語言開發(fā)，是對AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，Arduino簡單的開發(fā)方式使得開發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實(shí)現(xiàn)，更快的完成自己的項(xiàng)目開發(fā)，大大節(jié)約學(xué)習(xí)的成本，縮短開發(fā)的周期。人機(jī)工程應(yīng)用人體尺寸數(shù)據(jù)國標(biāo)GB/T14779-1993中規(guī)定了不用身高等級的成年人坐姿模板的功能設(shè)計(jì)基本條件、功能尺寸、關(guān)節(jié)功能活動角度、設(shè)計(jì)圖和使用要求。為了使暖腳設(shè)備符合多數(shù)用戶，選用身高等級百分位數(shù)P95的男性人體模板進(jìn)行查閱，與暖腳設(shè)備使用相關(guān)的人體尺寸如下表3.1項(xiàng)目尺寸（mm）內(nèi)踝點(diǎn)高103足長259坐姿臀寬336表3.1草模制作驗(yàn)證及分析如圖3.2，通過上述人體尺寸數(shù)據(jù)的調(diào)查，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)制作尺寸模型，驗(yàn)證雙腳放置的舒適性。尺寸模型為400mm*280mm*260mm，頂部向內(nèi)凹陷開口100mm，以增強(qiáng)暖腳器的包裹性。同時暖腳器內(nèi)部做7°的傾斜角，以抬高腳底，使熱風(fēng)同時能夠吹向足背與足底。實(shí)際體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，左右寬度應(yīng)略微加長，以提高雙腳的左右移動空間，減小因空間小帶來的束縛感。圖3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)SolidworksFlowSimulation簡介由于暖腳器設(shè)計(jì)涉及風(fēng)道結(jié)構(gòu)、空氣動力學(xué)、傳熱學(xué)的理論，若根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在一定的盲目性和主觀性。因此本項(xiàng)目將以SOLIDWORKSFlowSimulation為分析工具，研究暖腳器的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，尋找符合功能需求的最佳結(jié)構(gòu)。直觀的SOLIDWORKSFlowSimulationCFD（計(jì)算流體力學(xué)）工具可使設(shè)計(jì)人員模擬真實(shí)條件下的液體和氣體流動，運(yùn)用“假設(shè)”情形，有效分析浸入零部件內(nèi)部或零部件周圍的液體流動、熱傳遞和相關(guān)作用力的效果。在設(shè)計(jì)過程的早期階段，設(shè)計(jì)人員即可輕松模擬流體流動、熱傳遞和流體作用力，提高設(shè)計(jì)的合理性。FlowSimulation的主要功能有：分析2D和3D流動，可壓縮和不可壓縮流體，層流，湍流和瞬態(tài)流動和傳熱分析，多相流，各種類型的傳熱問題，模擬空穴現(xiàn)象，多孔介質(zhì)，顆粒軌跡，旋轉(zhuǎn)區(qū)域和真實(shí)壁面等物理屬性。暖腳器熱場分析模型的建立及分析暖腳器熱場分析過程需要建立分析模型，確定分析參數(shù)、設(shè)定流體分析網(wǎng)格、計(jì)算目標(biāo)設(shè)定以及計(jì)算分析五個步驟。建立分析模型：由于本項(xiàng)目主要目的是分析暖腳器的溫度分布情況和氣體流動情況，所以重點(diǎn)建模對象是暖腳器的外殼與內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及不同類型的發(fā)熱元件，按照真實(shí)尺寸模型建立不同結(jié)構(gòu)、不同發(fā)熱元件的分析模型，并且放置人體雙腳模型，用作計(jì)算后直觀觀察分析。在SOLIDWORKS中建立暖腳器的分析模型如圖3.3所示。圖3.3確定分析參數(shù)：影響暖腳器熱場的因素有很多，為了真實(shí)模擬實(shí)際環(huán)境，仿真應(yīng)當(dāng)進(jìn)行準(zhǔn)確的邊界條件設(shè)置。發(fā)熱體：140W外殼材料：絕緣體環(huán)境溫度：293.2K大氣壓力：101325Pa風(fēng)扇轉(zhuǎn)速：38.35CFM對于暖腳器來說，需要考慮內(nèi)部氣流加熱、流動過程。同時也需要考慮氣流與外部的熱量交替，外部環(huán)境通過熱傳導(dǎo)、對流、熱輻射與內(nèi)部進(jìn)行熱量傳遞。對于本項(xiàng)目，需要采用外部分析類型進(jìn)行分析。Flowsimulation是利用有限體積法進(jìn)行流體動力學(xué)（CFD）計(jì)算的軟件。網(wǎng)格是有限體積法計(jì)算的基礎(chǔ)，F(xiàn)lowSimulation網(wǎng)格的特點(diǎn)：在計(jì)算域中