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壳体结构的模块化设计方法

2017/9/22    来源:互联网    作者:罗家莉      
关键字:壳体结构  模块化  连接  设计  
利用模块化设计的思想,能够实现产品人性化、简洁化、多样化的设计目标。通过研究以功能为核心的壳体模块划分方法,将模块化设计的方法与壳体结构设计相结合进行对比研究,对壳体各部分结构的功能进行划分和接口设计,分析模块化设计方法在壳体结构设计中运用需解决的关键问题,归纳出壳体结构的模块化设计程序以及不同设计方法对壳体结构设计的意义,从而实现产品的人性化、简洁化、多样化设计,并结合实例分析。

    随着世界经济飞速发展,人类的物质文明得到了极大丰富。以人为本的“有用的、好用的和希望拥有的”设计理念在这一背景下应运而生,要求设计赋予产品以人性化和情感化犹为重要。

    一、壳体结构模块化设计的意义

    (一)有助于产品实现多样性

    壳体模块化有助于实现产品的多样化,可以更好地满足用户的个性化需求。如时尚手表品牌Swatch发明了全新的制表工艺,将手表只分为表壳和石英机芯两部分,塑料表采用相同的底座,这样标准化的机芯并没有多大的改变,而由塑胶制成的表壳则可以有许多缤纷鲜艳的颜色供选择,从而抓住了喜爱新鲜感受的个性化消费者。

    (二)有助于产品实现人性化

    对于功能与结构类似的产品,在外观结构的设计上具有可借鉴性。如:“胰岛素注射笔”将钢笔外形与胰岛素注射器两者巧妙结合,非常方便糖尿病人携带和使用,并避免了使用玻璃注射器注射胰岛素时不小心打碎针筒的危险,故一上市就受到众多糖尿病患者的热烈欢迎。

    (三)有助于产品实现多功能

    单一功能的产品不仅使用率低,还会过多占用存储空间。若运用产品外观模块化的概念,将单一功能对应不同的模块。使用时,各产品外观模块与主机模块的连接方式相同,以此实现各模块的互换性,不仅提高了主机的使用效率,在进行功能转换时还保证了方便、安全。

    (四)有助于复杂产品的简化

    由于产品外观设计须借助具体结构实现,对设计师而言,稍微复杂的产品把握起来有一定的难度。模块化恰恰是将复杂问题简单化的有效手段。如由BUG Labs自制的数码产品通过一个公用的底座将不同的模块拼凑在一起,需要什么就将什么插上去,无论是数码相机、手机、音乐播放器还是GPS,只要你将不同的模块分别插在上面即可。

    二、壳体模块化设计的方法

    (一)常用模块化设计的方法

    鉴于模块化产品通常由基型模块(不变部分)加变型模块(变动部分)组成,因此,通过选用需要的功能模块,进行少量的模块改型或设计新模块,最后设计接口,就可以组装成全新的产品[3]。一般综合不同组合的模块化设计方法,可以归纳出常用的有四种[1],分别是构件置换设计法、量体裁衣设计法、总线型设计法和组合设计法。

    (二)壳体模块的划分

    按功能分析方法可以将壳体分为若干单元,这些单元则称为具有某种功能的结构模块。由这些模块系统,实现壳体的总功能。因此,本文采用以功能为核心的系统分解法进行模块划分,见图1。

    (三)壳体模块的接口设计

    对于壳体结构的模块化设计,模块组合主要通过连接结构来实现。根据模块化设计的要求,此接口应具有可拆卸性。壳体模块的可拆卸和易拆卸连接结构,方便产品的安装、拆卸、维修、更换、升级和回收,从而有利于实现产品的人性化、多样化、系列化和多功能。不同的连接结构对拆卸性、装配性、回收性和更换性的影响是有很大不同的,表1对常见静连接结构的上述特性作了详细分析。

    表1 常用静连接结构绿色性比较

    1

    2

    图1 基于功能的壳体模块划分流程

    (四)壳体结构的模块化设计

    所有壳体均具有包容功能,只是有些主要用于盛装其他产品兼顾美化,如器皿类。但此类壳体较为简单,在此不予讨论。有些用于支撑、定位产品自身的内部组件以及人机的交流,使壳体结构更加复杂。对于此类壳体,壳体功能模块的确定与内部组件的复杂程度、布置情况有很大关系。例如:手机、遥控器等手持电子类产品,由于其内部组件高度集成,且基本都安装在电路板上,层次清楚,没有固定的工作位置,壳体形状以扁平为主;吸尘器、料理机等小家电,多由分别包容、支撑驱动装置和执行装置的单元壳体组合而成;而电脑机箱、仪器仪表机箱(柜)等机箱设备,其内部组件大小各异、布置主要在空间上发展;液晶电视、液晶显示屏和数码相框等主要由显示屏和支架组成的平板类产品等。

    从不同类型产品的特点出发,确定运用模块化设计的主要目标后,再选择合适的设计方法,就可以有针对性地实现产品的多样化、人性化、简洁化和多功能,见表2。

    表2 四类产品模块化设计法的应用

    3

    通过上述分析,可以确定壳体结构的模块化设计程序,见图2。

    1 以功能分析法对壳体系统进行分解;

    2 依据产品类型确定基型和变型模块;

    3 设计合适的接口形式;

    4 依据产品类型,利用合适的模块化设计方法,分别实现产品的多样化、人性化、系列化和多功能。

    4

    图2 壳体结构模块化设计程序

责任编辑:张纯子
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