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產品結構設計的十大原則

由 天外飛仚 發表于 攝影2021-11-02
簡介還要充分考慮各種意外情形帶來對人體的傷害,特別是兒童傷害,比如小孩有好奇心裡,可能會把手指伸進某個縫隙裡,這就要求不能割傷,不能碰到裡面的運動、帶電、發熱部件,或者把這個間隙設計小孩手指不能插入

防呆設計是什麼意思

做為產品結構工程師,在結構設計中要注意的事項太多了,我把多年的經驗總結一下(這裡的產品適用於大批次、流水線生產),不一定對每個行業產品都適用,每個人也有不同的經驗,僅在此拋磚引玉。

產品結構設計的十大原則

一、外觀嚴格按照工業設計。

工業設計的是外觀,是面對消費者的一面,好比IT的前端,結構設計是後端,前端務必保證使用者的吸引力,也就是按照工業設計,不能隨意改變任何線條,圓角。

如果因結構問題必須要改外觀,也要和工業設計人員溝通確認,確定其整體影響,以便工業設計人員相應調整。

產品結構設計的十大原則

二、使用者安全高於一切。

要避免一切可能引發起火、觸電、傷人等對使用者造成危害的問題。

比如爬電距離要起3毫米以上,那麼設計至少要保證這個距離, 有時還要充分考慮加工誤差和裝配誤差,留足餘量。

還要充分考慮各種意外情形帶來對人體的傷害,特別是兒童傷害,比如小孩有好奇心裡,可能會把手指伸進某個縫隙裡,這就要求不能割傷,不能碰到裡面的運動、帶電、發熱部件,或者把這個間隙設計小孩手指不能插入。

當然安全專案在安全認證中是要檢查的,比如國內的CCC,美國UL,歐洲的VDE等,即使通過了這些認證,也不能保證就是安全的,必須要充分產品使用的考慮特殊情形。

確保使用者的人身安全,是產品設計的底限。

三、防呆設計

防呆設計的定義:是一種預防矯正的行為約束手段,運用避免產生錯誤的限制方法,讓操作者不需要花費注意力、也不需要經驗與專業知識即可直接無誤地完成正確的操作。

通俗的說,就是讓員工閉著眼也不會裝錯。防呆最常見的分類是主動防呆和被動防呆,主動防呆就是把不同的零件介面設計的不一樣,裝錯是裝不上的。而被動防呆還需要員工進行分辨,所以不太可靠。建議都用主動防呆。

產品結構設計的十大原則

防呆設計主要有10大原則:

斷根、保險、自動、相符、順序

隔離、複製、標示、警告、緩和

例如USB介面,插反了是插不上的,所以就可以防止插反。但這用帶來另外一個問題,操作效率可能會降低,如何解決這個問題:一是把介面可視,比如usb的兩個面不一樣,能直接看出應該哪個面向上。二是設計成對稱的,反正插都能用,比如type-c介面。

產品結構設計的十大原則

產品結構設計的十大原則

四、裝配止位可視、可聽、可感

這主要是為了生產考慮,員工在操作世如何保證安裝到位,最好的辦法是給員工一個明顯的反饋,比如卡扣到位會發出“咔嗒”聲,同時繼續按下去會止住按不動,員工能夠知道我安裝好了。

五、安全係數

包括強度安全係數,距離安全係數等。

一般設計大家都會想到強度要留餘量,強度係數一般1。5~2倍以上餘量,根據不同的用途和環境,餘量甚至更大。因為不能保證批次生產的材料,工藝等完全符合理論。

但我要提一下容易忽視的距離餘量,部件在受力時會變形,會導致距離變近,這時要考慮距離的變化是否會導致摩擦,碰撞,甚至失效。

舉個例子,兩個運動的部件,其中一個會受力,那麼受力後可能變形2mm,如果兩者間隙只有1mm,那麼就會發生干涉。

六、運動過程全模擬

運動的部件一定要用運動模擬,不能只看起點和終點兩個位置,對於一些非持續性運動部件,容易忽視運動模擬。

七、極限和意外情形的評估

這一點也可以歸類為安全係數,但是有一點區別,安全係數是每個部件正常需要預留的,但對個別部件,除了正常的安全係數,還有極限狀態。

舉個例子,產品上有個把手,拉開門最大需要100N,那麼我可以按照這200N做強度模擬。但考慮一個意外情況:使用者會不會透過把手把整個產品提起來?假設產品重50kg,那麼需要的力大約500N,這時把手強度就要按照至少500N來設計。

八、模具結構儘可能簡單

作為結構設計人員,一定要懂得一定的模具知識,模具越簡單,其出模效率越高,部件質量容易控制,模具壽命長,其實這些都會隱形的降低成本,自然受老闆歡迎。

設計上儘量避免模具斜頂和滑塊的,儘量採用插穿或碰穿。實際上有很多的結構可以最佳化來減少模具的複雜度的,除非結構無法避免的地方。

九、減少螺釘使用

很多的固定都用螺釘,但對於強度要求較小的部件裝配,儘可能不用螺釘,比如各種家電、數碼、電子產品,採用卡扣結構即可滿足。

使用卡扣的好處是:一是節省成本,雖說螺釘便宜,一個只要幾分錢,但如果幾百萬甚至幾萬萬臺呢。二是提高裝配效率,螺釘的固定一般都需要人工操作,其效率遠低於卡扣。

十、可維修,易維修

這是設計中容易忽視的問題,任何產品都有一定的故障率,特別是大批次的產品。設計時要注意以下三點:

1。根據部件不良的情況進行評估,確定易損件,可能損壞件(不良較低),幾乎無損件。對於易損件要求方便更換,不能對產品大卸八塊。對於可能損壞件,要設計上能更換即可。獨有幾乎無損件,可以不用考慮更換。

2。要考慮用什麼工具拆卸,為拆卸工具留出放置和運動的空間,比如需要用扳手,那麼要留出扳手的選裝空間。

3。要留出能夠識別拆卸位置的標記,對於在外觀上無法留出拆卸標記和拆卸位置的件,可以考慮用吸盤拆卸。

上面三、四、九條其實都歸結為DFA(Design for Assembly),現在的產品設計都要求符合DFA,不同的製造商,裝置和工藝是不一樣的,所以在不同的公司,設計的策略也是不一樣的。

產品的結構設計需要綜合的知識和經驗,不僅單純考慮結構的實現,需要在實際中不斷地總結積累。