基于Pro/E的手機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)

欒 陽

（遼寧對外經(jīng)貿(mào)學(xué)院 信息技術(shù)系，大連 116025）

0 引言

我國移動(dòng)通信技術(shù)從2010年4月已經(jīng)開始邁向3G時(shí)代。從模擬電話到2G數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，從GSM、CDMA 再到TD-SCDMA，移動(dòng)通信經(jīng)歷了二十年的發(fā)展。作為終端產(chǎn)品的手機(jī)與我們關(guān)系最為密切。手機(jī)發(fā)展到今天由最開始的直板造型到折疊造型，再到后來的變種旋蓋、滑蓋等經(jīng)歷了二十余年不斷創(chuàng)新的歷程；手機(jī)功能已從簡單的通話發(fā)展到集通話、短信、多媒體等一體的智能手機(jī)，整體來看，“智、樂、綠”是手機(jī)發(fā)展的總體趨勢。作為通信的載體——手機(jī)在滿足人們的通話要求之時(shí)，還要滿足人們娛樂要求及個(gè)性化要求。手機(jī)的更新?lián)Q代速度也隨著人們的追求變得越來越快，因此對手機(jī)設(shè)計(jì)者的要求也越來越高。本文就基于Pro/E軟件的手機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單論述。

1 手機(jī)設(shè)計(jì)與制造過程

在論述手機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前首先簡單了解手機(jī)的設(shè)計(jì)及制作過程（如圖1所示）。

手機(jī)設(shè)計(jì)公司通常分為市場部、工業(yè)設(shè)計(jì)部和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部。一個(gè)手機(jī)項(xiàng)目是從客戶指定的一塊主板開始的，客戶根據(jù)市場的需求選擇合適的主板是第一步。

結(jié)構(gòu)工程師拿到主板的3D圖后把主板的3D圖轉(zhuǎn)成六視圖的線框圖以1比1的形式導(dǎo)出成圖片，并且計(jì)算出整機(jī)的基本尺寸，這一步稱為指引圖設(shè)計(jì)。

圖1 手機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)基本流程

工業(yè)設(shè)計(jì)包括手機(jī)的外觀、材質(zhì)、手感、顏色配搭，主要界面的實(shí)現(xiàn)與及色彩等方面的設(shè)計(jì)。工業(yè)設(shè)計(jì)工程師拿到設(shè)計(jì)指引，先會(huì)畫草圖進(jìn)行構(gòu)思，接下來集中評選方案，確定兩三款草圖，既要滿足客戶要求的創(chuàng)意，這兩三款草圖之間又要在風(fēng)格上有所差異，然后進(jìn)行細(xì)化，繪制完整的整機(jī)效果圖。ID完成的整機(jī)效果圖經(jīng)客戶調(diào)整和篩選后確定，然后根據(jù)最終的草圖方案進(jìn)行二維效果圖制作。

結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)ID提供的線框圖開始建模,MD要把不同視角的線框在CAD軟件中按六視圖的方位擺好，以便調(diào)入Pro/E 中描線。MD在描線之前要先想好手機(jī)怎樣拆件，爭取找出最佳拆件方案。

設(shè)計(jì)方案要變成產(chǎn)品，有很多問題需要思考和預(yù)防,如主板與殼體之間怎樣配合；殼體怎樣增加強(qiáng)度；殼體怎樣改善方便模具制作等。設(shè)計(jì)師總有自己發(fā)現(xiàn)不了的問題，此時(shí)需要?jiǎng)e的工程師再把把關(guān)。評審發(fā)現(xiàn)問題后要及時(shí)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

理論設(shè)計(jì)搞好后就做手板進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，手板不僅讓你能夠看到手機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)，還能讓你進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的隱患，減少以后設(shè)變的次數(shù)。手板外觀和尺寸都要求和圖紙一致，這樣比較貼近最終的樣機(jī)，仔細(xì)地檢查零件尺寸，看看整機(jī)的裝配有沒問題，還有沒有什么改善可以讓生產(chǎn)更方便快捷。

模具廠則對模具制作可能發(fā)生的問題提出改善意見,并將意見反饋給設(shè)計(jì)公司。供應(yīng)商完成模具制作后即可進(jìn)行塑膠件試做和模具修整，以滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過改善后的樣品要對重復(fù)試模的程序進(jìn)行檢驗(yàn)，此時(shí)上、下殼等外觀配件可以做表面處理再進(jìn)行實(shí)裝，實(shí)裝確認(rèn)無誤后，即可以安排試產(chǎn)。試產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師記錄下來并加以改進(jìn)，改模完成后即可進(jìn)入正式生產(chǎn)。

2 基于Pro/E的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

手機(jī)產(chǎn)品零件眾多，利用軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可以利用自底向上和自頂向下兩種設(shè)計(jì)方法。但是采取自底向上設(shè)計(jì)方法時(shí)由于零件多會(huì)出現(xiàn)裝配困難特別是修改的工作量大的問題。因此一般采取自頂向下的設(shè)計(jì)方法，在時(shí)間緊急時(shí)還可以利用Pro/Intralink數(shù)據(jù)管理工具進(jìn)行自頂向下的協(xié)同設(shè)計(jì)，既可以保證設(shè)計(jì)的參數(shù)化又能夠提高設(shè)計(jì)效率。

基于Pro/E軟件的手機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括主控零件設(shè)計(jì)、零件拆分、零部件設(shè)計(jì)、干涉檢查等步驟（如圖2所示）。整體設(shè)計(jì)采取自頂向下的設(shè)計(jì)方法，采用TOP-DOWN設(shè)計(jì)思想建立骨架主控文件，各零件間可以盡量避免出現(xiàn)相互參考的情況。

圖2 手機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

首先設(shè)計(jì)一個(gè)主控件作為其它元件的參照件，結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)ID提供的資料先設(shè)計(jì)一個(gè)主控件MASTER，MASTER是其它元件的基礎(chǔ)參照件，所有的表面元件都要以MASTER的曲面作為參考依據(jù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不但要在MASTER里做出拔模角度，還要清楚各個(gè)零件的裝配關(guān)系。設(shè)計(jì)主控件時(shí)先導(dǎo)入Pro/E后描線，描線的時(shí)候務(wù)必貼近ID 的線框,同時(shí)線條還要盡量光順，曲率變化盡量均勻，描線的目的在于方便測量和修改。手機(jī)的外形多是對稱的，外觀面只需要做好一半，另一半到后面做拆件時(shí)再鏡像過去，做完外觀面先自己檢查一下拔模和光順情況，然后建立裝配圖，把大面和主板放在一起，看看基本尺寸是否足夠。

然后在MASTER件的基礎(chǔ)上取面，拆畫出各個(gè)零部件，拆分方式以ID的外形圖為依據(jù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師首先要熟悉平面工藝圖，分析各零件及拆件后的工藝可行性，或者用怎樣的工藝才能達(dá)到ID 的效果?？梢詫κ謾C(jī)外形進(jìn)行上組件,下組件等的拆分。拆分時(shí)要注意ID的美工線，有美工線的兩個(gè)相鄰部件一般不要做在一起，特別是上組件和下組件之間，上蓋一般是用來與下蓋固定在一起形成整個(gè)手機(jī)的外殼，也是用來固定其他零部件的最好的基座。

結(jié)構(gòu)的細(xì)化應(yīng)該先從整體布局入手，一般先做好結(jié)構(gòu)的整體規(guī)劃，即先做好上下殼的止口線，螺絲柱和主扣的結(jié)構(gòu)，上述結(jié)構(gòu)定下來后手機(jī)的框架就搭建起來了。再遵循由上到下，自頂向下的順序依此完成細(xì)部的結(jié)構(gòu)。

圖3 翻蓋手機(jī)零部件拆分

第三步是進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，將拆分出的各個(gè)零部件按裝配順序分別在裝配環(huán)境下創(chuàng)建，選擇參考中心重合的對齊方式；然后裝入電子部件，如LCD，LED，BATTERY等。如設(shè)計(jì)做翻蓋手機(jī)時(shí)，總裝配又分多個(gè)組件，如上蓋組件，下蓋組件、LCD組件、主板組件、電池組件等。（圖3為翻蓋手機(jī)的零件拆分狀況）

具體到某個(gè)殼體零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需按照一定順序進(jìn)行，手機(jī)殼體零件中有按鍵、側(cè)鍵、IO塞等特征。一般情況下第一先是抽殼；第二是長唇；第三設(shè)計(jì)卡扣和boss；第四固定按鍵和塞子等零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；緊接著就是主板的固定，最后硬件的避讓修改。

干涉檢查是設(shè)計(jì)的最后階段，在裝配圖中不管是借助軟件的功能還是人工手動(dòng)的方式都不能少了干涉檢測。因?yàn)椴还苣愣嘧屑?xì)都有看不到的地方或者是遺漏的地方。干涉檢查分靜態(tài)干涉檢查和動(dòng)態(tài)干涉檢查，靜態(tài)干涉檢查是指在組裝好的情況下進(jìn)行檢查，動(dòng)態(tài)干涉檢查是指零件在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候或是零件在組裝過程中的干涉檢查。靜態(tài)干涉檢查進(jìn)行比較容易，動(dòng)態(tài)干涉檢查進(jìn)行起來就比較麻煩，動(dòng)態(tài)干涉檢查可以用運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，這樣不但可以看到運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀況還能發(fā)現(xiàn)干涉的地方。翻蓋手機(jī)要注意預(yù)壓角的方向，以及打開和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中翻蓋件和主體件之間的干涉。如果轉(zhuǎn)軸處外觀為弧形，需注意分件后翻蓋轉(zhuǎn)軸處過渡自然，以免與上蓋干涉。

3 結(jié)論

通過利用Pro/E軟件進(jìn)行手機(jī)結(jié)構(gòu)自頂向下的設(shè)計(jì)，可以非常方便的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)化，提高了設(shè)計(jì)速度、保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。在利用其他設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行手機(jī)及其他電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)也可以用類似的方法達(dá)到縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的目的，從而為產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場贏得寶貴時(shí)間。

[1] 馬寧偉,祖景平.手機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社. 2010.