殼體結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)方法

劉 玲，劉 偉

（武漢盛帆電子股份有限公司，湖北武漢 430020）

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人類的物質(zhì)文明得到了極大豐富。以人為本的、“有用的、好用的和希望擁有的”設(shè)計(jì)理念在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生，要求設(shè)計(jì)賦予產(chǎn)品以人性化和情感化猶為重要。本文重點(diǎn)分析了殼體結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)方法。

1 殼體結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)的意義

殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于工業(yè)化設(shè)計(jì)中的一種，模塊化設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)時(shí)將其劃分為不同的結(jié)構(gòu)和模塊，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行劃分，然后再統(tǒng)一組合成一個(gè)整體，這種設(shè)計(jì)方法更加集約化，同時(shí)能夠減少企業(yè)成本，降低設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中也更加符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)的規(guī)律，通過(guò)各部分之間的獨(dú)立設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)整體化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊在組合成一個(gè)整體設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮各個(gè)模塊之間的功能性聯(lián)系，以更好的起到結(jié)構(gòu)合理性的效果。殼體模塊化在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的升級(jí)和優(yōu)化，以更好的針對(duì)用戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如水表殼體的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)不同功能的計(jì)量，其殼體進(jìn)行了改造和升級(jí)，從最開(kāi)始的機(jī)械式水表到普通智能水表，到現(xiàn)在的全密封智能水表，都反應(yīng)了社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)，在滿足精確的計(jì)量功能的同時(shí)，其殼體也更好的保護(hù)了環(huán)境對(duì)電子部分的影響。

模塊化設(shè)計(jì)除了從產(chǎn)品外觀等進(jìn)行了改進(jìn)，還豐富了產(chǎn)品的性能。如通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)使產(chǎn)品具有了可折疊性能，使產(chǎn)品更加方便易于攜帶，縮小了占地面積和運(yùn)輸面積，因此對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)降低了運(yùn)輸成本，這種設(shè)計(jì)也更加系統(tǒng)化，通過(guò)產(chǎn)品殼體的折疊和設(shè)計(jì)使產(chǎn)品擁有良好的性能，便于拆卸，節(jié)省空間，因此性能更加良好。

模塊化的設(shè)計(jì)也使產(chǎn)品等更加簡(jiǎn)潔，外形更加符合用戶需求，如插排的簡(jiǎn)約化設(shè)計(jì)，其外型殼體的設(shè)計(jì)融合了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展形勢(shì)，同時(shí)也能滿足當(dāng)前用戶需求，如插排上除了常規(guī)的接地設(shè)計(jì)外，還加入了手機(jī)充電器的接頭設(shè)計(jì)，使其功能更加強(qiáng)大，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，提高了用戶滿意度，所以模塊化設(shè)計(jì)有利于為用戶設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品，促使用戶提升產(chǎn)品滿意度，同時(shí)也滿足了廣大用戶的需求。

2 殼體模塊化設(shè)計(jì)的方法

2.1 常用模塊化設(shè)計(jì)的方法

鑒于模塊化產(chǎn)品通常由基型模塊（不變部分）加變型模塊（變動(dòng)部分）組成，在設(shè)計(jì)過(guò)程中二者都要兼顧，使其通過(guò)連接形成一個(gè)完整的整體。因此，在設(shè)計(jì)中要將其拆分為各個(gè)部分，各個(gè)部分都要使其相搭配和適宜，以使其各個(gè)部分更加完整，功能也更加強(qiáng)大。在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使設(shè)計(jì)更加符合現(xiàn)在設(shè)計(jì)發(fā)展形勢(shì)。常用的模塊化設(shè)計(jì)方法有4 種，因此需要更好的運(yùn)用這些設(shè)計(jì)方法，使其設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品功能更加完整。

2.2 殼體模塊的劃分

在殼體的設(shè)計(jì)中，要使其功能更加系統(tǒng)化，在設(shè)計(jì)中除了考慮產(chǎn)品特點(diǎn)外，還要考慮用戶需求，除了設(shè)計(jì)中的基本功能外，還需要添加一些輔助功能的設(shè)計(jì)，使殼體設(shè)計(jì)跟更加能滿足用戶的需求，在設(shè)計(jì)中，將殼體中的各個(gè)組成部分等連接起來(lái)，以形成一個(gè)系統(tǒng)化完整化的功能整體，形成一個(gè)完整的功能設(shè)計(jì)。

2.3 殼體模塊的接口設(shè)計(jì)

在運(yùn)用模塊化方法時(shí)，要考慮整個(gè)設(shè)計(jì)中的協(xié)調(diào)性，特別是其部分設(shè)計(jì)是否合理，是否能將各個(gè)部分連接起來(lái)形成一個(gè)完整的整體，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，也要考慮設(shè)計(jì)中的接口設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)的各個(gè)部分通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)順利銜接，通過(guò)接口設(shè)計(jì)可以組合或拆卸產(chǎn)品，以能更好的滿足用戶的需求，可以通過(guò)拆卸更換或升級(jí)產(chǎn)品，也可以縮小產(chǎn)品占地面積，從而提高產(chǎn)品的實(shí)用性。在設(shè)計(jì)中，使用了不同的連接結(jié)構(gòu)也會(huì)造成不同的影響，特別是產(chǎn)品性能的改變，具體分析見(jiàn)表1。

2.4 殼體結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)

殼體對(duì)于產(chǎn)品來(lái)說(shuō)起到了一定的保護(hù)作用，也可以起到一定的裝飾作用，如保溫杯、筆記本的設(shè)計(jì)等，這些殼體設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單化，在此不再一一概述，下面分析結(jié)構(gòu)和組成稍微復(fù)雜的殼體設(shè)計(jì)，如電子產(chǎn)品的殼體，電子產(chǎn)品現(xiàn)在在人們的生活中發(fā)揮著重要作用，其設(shè)計(jì)是否精簡(jiǎn)、實(shí)用、美觀等關(guān)系到產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)，同時(shí)電子產(chǎn)品的殼體設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)更加復(fù)雜，它與電子產(chǎn)品內(nèi)部的各個(gè)線路的聯(lián)系也存在一定的關(guān)系，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也要考慮殼體與電子產(chǎn)品內(nèi)部之間各個(gè)結(jié)構(gòu)等的聯(lián)系，使其形成一個(gè)完整的整體。如手機(jī)外殼的設(shè)計(jì)，除了考慮其美觀性外，還要考慮到是否方便攜帶、方便使用，為了達(dá)到這一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)上總體是以扁平化為主，與電視機(jī)相比更加扁平化，其立體化設(shè)計(jì)則是參照電視機(jī)設(shè)計(jì)，豆?jié){機(jī)等一些小型機(jī)器則是在結(jié)合機(jī)器的設(shè)計(jì)上對(duì)外型殼體做出的改進(jìn)，在設(shè)計(jì)上更加立體化，而電冰箱、空調(diào)等這些電子產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)則更加復(fù)雜，其外殼設(shè)計(jì)也更加龐大，這與其體積有關(guān)，也與其內(nèi)部各個(gè)裝置有關(guān)。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中要結(jié)合不同的產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，殼體的設(shè)計(jì)要結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)以及用戶需求，同時(shí)要結(jié)合其使用情況等進(jìn)行模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。

表1 常用靜連接結(jié)構(gòu)綠色性比較

3 下一代多芯模組化電能表設(shè)計(jì)分析

3.1 模塊劃分

下一代電能表要求與國(guó)際接軌，具有一定的特色，能夠帶來(lái)良好的用戶體驗(yàn)，可以很好的解決目前電能表在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，國(guó)家電網(wǎng)希望芯模組化電能表在雙芯電能表的基礎(chǔ)上形成以計(jì)量芯、管理芯、通信芯、計(jì)算芯等獨(dú)立模塊組成的模組化電能表，并能兼顧現(xiàn)電網(wǎng)公司自動(dòng)化檢表設(shè)備，圖1 為實(shí)現(xiàn)以上功能而設(shè)計(jì)的新的表殼結(jié)構(gòu)，相對(duì)于現(xiàn)有電能表，設(shè)計(jì)更加立體化，真正實(shí)現(xiàn)多模可插拔，同時(shí)充分利用產(chǎn)品內(nèi)部空間，進(jìn)行了集約化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)思路都是在結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)首先做出簡(jiǎn)要分析，將其分為不同的模塊，同時(shí)將各個(gè)模塊之間組合起來(lái)，形成一個(gè)完整的架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)功能，解決各種難題，并方便用戶使用。

3.2 模塊組合

圖1 新一代電能表的模塊組成

設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行分布，液晶模塊及按鍵設(shè)計(jì)，方便了用戶觀察和使用。上行模塊、下行模塊設(shè)計(jì)在面蓋之上，可以實(shí)行多種模塊更換組合使用；獨(dú)立電源模塊設(shè)計(jì)，方便在電池電量不足后進(jìn)行更換，解決了目前電能表的電池不可換的缺點(diǎn)；藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)，是為了實(shí)現(xiàn)在基表中采用藍(lán)牙替代485，光脈沖實(shí)現(xiàn)計(jì)量脈沖、多功能脈沖的檢測(cè)輸出，藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)外置斷路器的控制。上蓋一定程度上起到了保護(hù)作用，同時(shí)也起到了隔離作用，防止觸電危險(xiǎn)，且防盜電。因?yàn)闅んw內(nèi)部是主板、電源板、互感器等電子部分，所以關(guān)系到電氣產(chǎn)品的使用和用戶的人身安全，該部分在設(shè)計(jì)中也屬于不可變?cè)O(shè)計(jì)，因?yàn)槠鋬?nèi)部裝置是穩(wěn)定不變的，除非維修的情況出現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)也更加合理。

3.3 接口設(shè)計(jì)

接口設(shè)計(jì)是否合理影響到產(chǎn)品的使用，也影響到產(chǎn)品的功能。通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)殼體的各個(gè)部分的連接，例如電能表需接入電網(wǎng)內(nèi)，是通過(guò)端子將外部線路與主板進(jìn)行連接，端子的可靠性固定非常重要，因?yàn)槠溆绊懟ジ衅鞯墓δ堋Ａ硗猓?dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題需要維修時(shí)也需要打開(kāi)殼體，以進(jìn)行維修和更新，保證產(chǎn)品的使用。例如，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要考慮產(chǎn)品的生命周期，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題需要維修時(shí)需要打開(kāi)殼體進(jìn)行維修，所以其接口設(shè)計(jì)以及殼體設(shè)計(jì)是否合理直接影響到其維修。在接口設(shè)計(jì)中，也可以選用各種接口，以方便進(jìn)行維修。設(shè)計(jì)時(shí)要將插口設(shè)計(jì)的更加合理，方便維修人員操作。

3.4 設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

3.4.1 量體裁衣設(shè)計(jì)法在殼體上的應(yīng)用

模組化電能表設(shè)計(jì)的過(guò)程中運(yùn)用量體裁衣設(shè)計(jì)法，能夠給予模塊“成長(zhǎng)”的特性，極大地增加了模塊適應(yīng)性，這種方法也能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能的多樣化。在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的模塊的尺寸問(wèn)題，使同一功能的模塊達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以更好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的統(tǒng)一化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮安裝孔的位置，可以兼容目前已有的電表箱，同時(shí)也要使其更加規(guī)范化，不論是什么產(chǎn)品，都可以統(tǒng)一應(yīng)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以更好的進(jìn)行后期維修等。在設(shè)計(jì)中考慮到多方面的因素，使殼體設(shè)計(jì)的更加合理，使其適應(yīng)性更強(qiáng)。

3.4.2 總線型設(shè)計(jì)法的應(yīng)用

由上述分析可知，在同一范圍或領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)械產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)固定，特別是設(shè)計(jì)中的一些尺寸或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到統(tǒng)一規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，這更利于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)也為模塊組合提供了基礎(chǔ)。以電能表為例，在設(shè)計(jì)中考慮到其安裝的統(tǒng)一性，殼體上的掛鉤留兩處長(zhǎng)安裝孔，這個(gè)安裝孔在多種工業(yè)設(shè)計(jì)中其尺寸和標(biāo)注都是完全統(tǒng)一的，因此也為其模塊化和統(tǒng)一化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。模塊化設(shè)計(jì)使產(chǎn)品更加能滿足市場(chǎng)需求，也能根據(jù)用戶需求等進(jìn)行后期調(diào)整。模塊化設(shè)計(jì)也可以實(shí)現(xiàn)批量化加工和生產(chǎn)，因此也幫助企業(yè)降低了成本。由以上案例可以看出，設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮產(chǎn)品需求、實(shí)用性，還要考慮設(shè)計(jì)的整體性和部分性。

4 總結(jié)

模塊化設(shè)計(jì)思想被廣泛應(yīng)用于殼體設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)方法更加符合市場(chǎng)需求，能提高用戶滿意度，同時(shí)也能降低企業(yè)成本，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)，也使殼體更趨向于功能性設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)功能也能得到更好的發(fā)揮。