玩具設計中的模擬測試

吳剛 趙晏

玩具設計除了要考慮滿足產品功能要求及必須符合相關安全標準外，在開發及設計過程中，還要進行相關的測試，并根據測試結果完善及改進產品，制造出合格的玩具產品。

相關測試主要考慮模擬運輸過程中的震動及箱體跌落，車船運輸及倉儲過程中集裝箱內的高溫、陰雨天氣的濕度、寒冷天氣下的低溫，兒童玩用過程中無意或偶然的跌落、扭力/拉力、壓力，靜電干擾，產品壽命等。

一．運輸震動測試：

這是模擬包裝后的成品經歷車輛運輸過程及搬運過程。所用測試設備是利用偏心輪機構形成偏心直徑為25.4毫米往復運動的震動臺。 轉動速度會因卡通箱尺寸不同而調整，一般情況下為200轉/分鐘。震動總次數為14200次。震動之后要進行跌箱測試，跌箱的高度，依卡通箱的重量不同而不同。箱重小于20磅重量的跌箱高度為76厘米。跌箱的方位是一角，三邊(一角相接的邊)，六面，角位的選擇是有接合邊（最弱）的位置。

運輸測試過程會經常出現包裝設計缺陷,常見的缺陷及解決方式如下:

1〉卡通箱內的彩盒擦花或爆裂。

解決方法主要為：

a)控制卡通箱內部彩盒的間隙。彩盒間隙過大易造成震箱時擦花；間隙過小易造成裝箱及拆箱過程彩盒破裂。

b)通知供貨商，改善彩盒。

c)在彩盒發生破裂的位置內側增加膠紙，可增強彩盒，防止爆裂。

d)彩盒間用雪梨紙分隔，也可有效減少擦花。

e)卡通箱尺寸合理，折邊平整，防止封箱膠紙破裂及箱蓋彈起。

2〉產品開關或按鈕移位,震動及跌箱時,觸發玩具功能有聲音發出。

產品的開關很多有3個檔位： 一個檔位是正常玩用(Normal Play)；一個檔位是演示模式（TRY ME MODE）；一個檔位是關閉(OFF)。

演示模式是在不拆除包裝的條件下，用簡單的操作，給消費者演示產品的功能。帶演示模式的產品，包裝時都裝有電池（有些沒有演示模式的電玩具，包裝時也帶電池，這由客戶的需求而定）。當包裝運輸過程中，按鈕被觸發，玩具會進入演示功能，消耗電能。開關發生移位時，會造成功能錯亂，無法演示功能，同時,玩具電池電量也會在玩具售出前耗盡。

解決此類問題，一般是：

A)結構上盡可能在開關/按鈕位預留多的空位，減少按鈕預壓，使開關/按鈕不易發生位置變化。

b)選擇作用力大的開關/按鈕。

c)包裝設計上，合理設計內卡及吸塑等結構，在按鈕及開關位產生避空，防止震箱及跌箱時，觸發開關/按鈕。

d)部分產品可以在電池箱內加電池分隔片，防止正常使用前電池工作。

e)改變裝箱方位，對解決開關移位或按鈕觸發，有時會產生意想不到的效果。

二．環境測試：

是模擬運輸和儲存過程中所遇到的各類溫濕環境。環境測試是在恒溫恒濕爐中進行。環境測試分為如下幾項：

1〉高溫老化測試

測試條件：60oC，時間為48小時，使用包裝好的成品。

高溫老化測試容易出現的問題及解決處理方法主要有：

a)玩具表面的噴油或移印油漆與相接觸的產品或包裝材料粘貼，產生產品外觀缺陷：此時應盡可能避免與產品噴油或移印面有接觸；在有接觸的內卡或彩盒內側加貼透明膠紙；通知油漆廠商改善油漆質量；避免扎帶類材料通過有油漆表面包扎。

B)玩具產品（非噴油或移印表面）與包裝彩卡上的油漆粘貼：此類問題可以與印刷廠商溝通，在不影響包裝外觀的前提下，減除與產品接觸位置的彩色，或在接觸位加貼膠紙；同時要避免產品上的PVC類材質與彩卡直接接觸。

c)產品貼紙翹起：貼紙位用清潔劑清理潔凈，同時保證貼紙本身潔凈，也可以選用粘貼力強的貼紙。

d)彩卡變形：這與彩卡的制造工藝有關，通知彩卡供應商改善；另外，盡量不把彩卡放在機內，避免受力不均。

E)若玩具結構是透明罩下面有活動件，透明罩內部易與活動件產生痕跡：此時透明罩多數會選PC料，PC料耐高溫及具高硬度，可防止活動件在內部粘合或震動時碰傷內側。

2〉溫度預處理：

測試條件：-17.7oC，4小時；22.3oC，7 0%相 對 濕 度 ， 4小 時 ；54oC， 4小 時 ； 22.3oC，70%相 對 濕度，4小時。以上為1個循環，共需做2個循環。使用包裝好的產品。

溫度預處理時，高溫老化測試容易出現的問題及解決處理方法主要有：

a)溫度預處理易出現與高溫老化相同的問題。解決方式也相同。

b)對有LCD(液晶顯示)的產品，溫度預處理后LCD易出現水紋，這主要是斑馬條預壓過緊，LCD背后支架過高，或LCD框架打螺絲后變形，造成LCD受力不均勻引致的，這在設計時應避免此類現象的發生。

3〉濕度測試：

測試條件： 37.7oC,90%相對濕度，非電子產品48小時，電子產品72小時。

濕度測試過程易出現的問題主要是電池門螺絲及機殼螺絲生銹。一般解決方法是通過改善螺絲電鍍質量提高螺絲頭部硬度，及調整電批頭形狀，使電批頭與螺絲槽良好配合，減少螺絲沉槽部位的劃傷。

4〉溫度熱沖擊:

測試條件：60oC，90%相對濕度，4小時；60oC，4小時；-20oC，16小時。 以上為一個循環，共需做3個循環。

溫度熱沖擊測試易出現的問題及處理方法如下：

a)有LCD的產品，在溫度熱沖擊后，液晶顯示片四周會出現白邊或顯示片內部液晶體流淌，造成顯示不良。此類問題需液晶顯示片廠商改善液晶質量；同時也需控制裝配時液晶顯示片的壓緊力度合適。

b)由于測試過程濕度大，也會像濕度測試時，出現螺絲生銹問題。

c)溫度熱沖擊測試也會出現高溫測試中出現的貼紙翹起或彩卡變形等問題。

三．濫用測試：

這是模擬兒童在不正常玩用，并帶有破壞性的一種測試方法。它主要包括跌落測試、扭力/拉力測試、壓力測試等。

1〉跌落測試：是模擬兒童將玩具摔到地上的測試。

跌落高度和跌落次數根據玩具的使用年齡段而定。以美國ASTMF963標準，要求如下：

18個月以下，跌機高度138厘米，跌機次數 10次；

18 ～ 3 6個月，跌機高度93厘米，跌機次數 4次；

36 ～ 96個月，跌機高度93厘米，跌機次數 4次。

一般是年齡越小，跌機高度越高，測試越嚴格。

跌落測試過程容易出現的問題較多，主要問題及解決方法為：

a)機殼邊角位爆裂，邊角柱位斷裂，易產生銳邊及銳角，螺絲滑牙脫出。

解決方法：

·盡量增加爆裂位膠件厚度；

·外殼邊角增加 U型加強骨位；

·必要時，邊角位與加強骨間增加支撐件（俗稱朱古力）；

·螺絲柱位增加立筋（俗稱火箭腳）；

·選用大直徑螺絲，加長螺絲；

·用圓角/圓弧代替尖角；

·更改入水位，避免夾水位留在尖角或圓角位；

·使用抗沖擊強度大的塑膠材料；

·膠件邊緣包圓角。

b)產品無功能，喇叭無聲/沙聲。解決方法：

· P CB（印刷電路板）布線時，焊盤位要足夠大，走線位要盡可能寬；

·對員工加強培訓，選用合適的電烙鐵等工具，控制焊接時間，預防假焊；

·PCB不可過窄，并增加圓角，預防爆裂；

·零件盡可能貼到PCB焊接，防止受震動/沖擊開路；

·易受震動損壞的零件,如晶振等,下端加墊海綿；

·固定PCB板的柱位須平整，PCB盡可能遠離受沖擊的殼體；

·導線長度要合適，過長的電線要有夾線柱固定，線端頭位加膠水固定。

·玩具喇叭在跌機過程,是易損壞零件，玩具結構需考慮喇叭的保護及固定。多數玩具使用的動圈式喇叭有內磁及外磁之分，從成本考慮，很多玩具使用外磁喇叭。喇叭一般用喇叭蓋固定在殼體上，考慮到外磁體尺寸偏差，還需增加海綿輔助壓在磁鐵上，以便改善定位及音質；薄膜喇叭跌機時，喇叭膜會向前沖，產生壞機，此時在喇叭前面加骨位，但骨位不能影響到音質。

2〉扭力/拉力測試：這是模擬兒童用手指或牙齒咬住玩具的突出部位而產生的破壞性。

以GB6675為例，扭力要求：0.45Nm/±180°；拉力要求：70N。測試時，對同一部位，先做扭力，再做拉力。

扭力/拉力測試，常見問題及解決方式如下；

a)車輪、天線帽等小零件脫落：改善車輪軸搓花及車輪孔直徑，對只承受拉力為主的部位，軸上的竹節花可以增加拉力；天線螺紋金屬絲外徑與天線帽配合緊密，單條金屬絲結構須有收尾，加膠水粘接。

b)膠件斷裂：增厚膠件；增加加強筋；增加圓角；選用強度及韌性好的材料。

3〉壓力測試：這是模擬兒童對于次表面（跌機時跌不到的面）用力壓而造成的破壞。

壓力測試是通過一個直徑2.86厘米的圓盤將壓力施加到所測試的部位。以歐洲EN-71為例，壓力值：110N(牛頓)。壓力測試也可以說是跌機測試的補充，在結構設計時要考慮對壓力的承受能力。

一般在LCD產品上，受壓時易出現爆裂問題。合理設計LCD背面的支架結構，可避免問題的發生。

四．靜電測試：

這是模擬玩具在使用過程中受到玩家自身的靜電，或玩具與接觸物品間所產生的靜電沖擊影響。以HASBRO STI-110為例，空氣放電：±15KV；接觸放電：±8KV。空氣放電是對機殼間隙，按制周邊，LCD周邊進行測試。接觸放電是對機殼上的螺絲，電池門螺絲，電鍍件/金屬件等進行的測試。

靜電對玩具的影響可使游戲中斷，產品自己重置或IC（芯片）損壞。靜電缺陷分為3類：

a)Soft Failure<軟失敗〉：產品無反應，聲音中斷，自動重啟動等，操作功能受到影響。重新開動開關或重新復位，產品功能恢復正常操作。

b)Medium Failure<中等失敗〉：產品失去功能，需重新安裝電池或者需取下電池，短接正負極電池片，使電容放電。重新啟動后，產品恢復正常操作。

c)Hard Failure<硬失敗〉：電子產品受到靜電影響，IC/電路被永久損壞，無法恢復電子或游戲功能。防止靜電測試損壞的方式有：

·減小或消除機殼及零件間的配合間隙；

·PCB板與外殼間隙位加骨位，防止PCB直接面對間隙位；

·PCB板上加FIBER紙，阻止靜電直接打到PCB；

·外觀電鍍件及金屬件遠離 P CB，電鍍按鈕底部需有絕緣層；

·電子元件選用也需配合靜電測試需要；

·電池門螺絲位于 P CB上方時，要用封口的絲母蓋。

五．壽命測試：

這是模擬兒童依據說明書操作玩具，并對玩具進行耐用性和可靠性的驗證。

壽命測試主要針對裝拆件、活動件、電池、電子零件等進行測試。各玩具均有特定壽命標準。一款頭盔壽命要求如下：

電池門及電池裝拆：50次； 按鈕操作：1萬次； 面罩開合：4000次；

電池壽命：按說明書操作，工作25秒，休息25秒，循環進行，總工作時間最少10小時；

電子零件：工作25秒，休息25秒，循環進行，總工作時間最少100小時。

壽命測試易出現的問題及處理方法：

1〉電池快速裝拆，易出現HANG機<停頓>,或無反應:增加重置鈕,或按說明，重開開關。

2〉葉片開關鈕失靈：減少開關行程，并增加限位骨，防止開關過變形。

3〉拉力/扭力彈簧斷：增加彈簧圈數，改善材質；防止彈簧過變形。

4〉彈片失靈：增加彈片長度，改善受力，防止彈片過變形。

5〉活動件滑動不良，易出刮痕及易卡住：避免面接觸，滑動面加骨位或加圓形凸點。

6〉電池壽命短：降低工作電流，運動部件降低阻力。

7〉喇叭無聲：降低工作電流，選用合適的喇叭零件。

8〉IC燒壞：降低工作電流，并要求IC廠商協助解決。

趙晏，女，1985年畢業于齊齊哈爾大學輕工機械專業，機械工程師。九 十年代初開始從事玩具的設計、測試工作。