一个完整产品的结构设计过程
一个完整产品的设计过程
一.ID造型;
二.MD设计;
一个完整产品的设计过程,是从ID造型开始的，收到客户的原始资料（可以是草图，也可以是文字说明），ID即开始外形的设计；
ID绘制满足客户要求的外形图方案，交客户确认，逐步修改直至客户认同；
也有的公司是ID绘制几种草案，由客户选定一种，ID再在此草案基础上绘制外形图；
外形图的类型，可以是2D的工程图，含必要的投影视图；也可以是JPG彩图；不管是哪一种，一般需注名整体尺寸，至于表面工艺的要求则根据实际情况，尽量完整；（附图为转帖）
外形图确定以后，接下来的工作就是结构设计工程师（以下简称MD）的了；
顺便提一下，如果客户的创意比较完整，有的公司就不用ID直接用MD做外形图；
如果产品对内部结构有明确的要求，有的公司在ID绘制外形图同时MD就要参与进来协助外形的调整；（附图为MD做的外形图）
MD开始启动，先是资料核对，ID给MD的资料可以是JPG彩图，MD将彩图导入PROE后描线；
ID给MD的资料还可以是IGES线画图，MD将IGES线画图导入PROE后描线，这种方法精度较高；
此外，如果是手机设计，还需要客户提供完整的电子方案，甚至实物；（附图为将IGES线画图导入PROE）
2。建摸阶段，以我的工作方法为例，MD根据ID提供的资料，先绘制一个基本形状（我习惯用BASE作为文件名）；
BASE就象大楼的基石，所有的表面元件都要以BASE的曲面作为参考依据；
所以MD做3D的BASE和ID做的有所不同，ID侧重造型，不必理会拔模角度，而MD不但要在BASE里做出拔模角度，还要清楚各个零件的装配关系，建议结构部的同事之间做一下小范围的沟通，交换一下意见，以免走弯路；
具体做法是先导入ID提供的文件，要尊重ID的设计意图，不能随意更改；
描线，PROE是参数化的设计工具，描线的目的在于方便测量和修改；
绘制曲面，曲面要和实体尽量一致，也是后续拆图的依据，可以的话尽量整合成封闭曲面；
局部不顺畅的曲面还可以用曲面造型来修补；
BASE完成，请ID确认一下，我觉得这一步不要省略；（附图是一个完成的BASE）
建摸阶段第二步，在BASE的基础上取面，拆画出各个零部件，拆分方式以ID的外形图为依据；
面/底壳，电池门只需做初步外形，里面掏完薄壳即可；
我做MP3，MP4的面/底壳壁厚取1.50mm，手机面/底壳壁厚取2.00mm，挂墙钟面/底壳壁厚取2.50mm，防水产品面/底壳壁厚可以取3.00mm；
另外面/底壳壁厚4.00mm的医疗器械我也做过，是客人担心强度一再坚持的，其实3.00mm已经非常保险了，壁厚太厚很容易缩水，也容易产生内应力引起变形，担心强度不足完全可以通过在内部拉加强筋解决，效果远好过单一的增加壁厚；
（附图为简单拆画的零部件）
建摸阶段第三步，制作装配图，将拆画出各个零部件按装配顺序分别引入，选择参考中心重合的对齐方式；
放入电子方案，如LCD，LED，BATTERY，COB。。。
有经验的朋友在将各个零部件引入装配图时，会根据需要将有些零部件先做成一个组件，然后再把组件引入装配图时。
例如做翻盖手机时，总装配图里只有两个组件，上盖是一个组件，下盖是一个组件。上盖组件里面又分为A壳组件，B壳组件和LCD组件。下盖组件里面又分为C壳组件，D壳组件，主板组件和电池组件等。还可以再往下分。。。（附图为翻盖手机的零件树）
建摸阶段第四步，位置检查，一般元件的摆放是有位置要求的。
例如：LCD的位置可以这样思考，镜片厚度1.50mm,双面帖厚度0.20mm，面壳局部掏薄厚度0.60mm，则LCD到最外面的距离就是2.30mm；
元件之间不能干涉，且有距离要求。如电波钟设计时,为保障接收效果，接收天线到电池之间的距离要求大于20mm;
为了设计方便，装配图内的元件最好设置为不同颜色，以便区分；
所有大元件摆放妥当之后，我还是建议，为保险起见，请ID再确认一次外形效果；（附图为简易的装配图）
接第10楼，建模完成，就象大楼的框架已经构建好了，现在可以依托框架由下而上，完善每一个楼层了；
我就以一款电子产品为例，介绍一下一个完整产品的结构设计过程；
这款电子产品的设计，我的做法是从LENS结构（第27楼）开始的;
接下来依次是LCD结构（第28楼）;
夜光结构（第29楼）;
通关柱结构（第30楼）;
防水结构（第31楼）;
按键结构（第32楼）;
PCB结构（第33楼）;
电池结构（第34楼）;
辅助结构（第35楼）;
尺寸检查（第36楼）;
手板跟进（第37楼）;
最后是模具跟进（第38楼）;
先说LENS结构，一般镜片要求1.5mm，条件不足也可以是1.0mm，手机镜片还可以再薄点；
注意：如果要丝印尽量把丝印面做成平面；
手机镜片受外形影响，两侧都是曲面的，可以用模内转印；
镜片要固定，通常用双面胶，双面胶需预留0.15-0.20mm的空间，也有镜片做扣固定的；
如果有防水要求，镜片还可以用超声波焊接，不过结构上要预留超声波线；
对电子产品来说，LCD（液晶显示屏）就象她的眼睛，结构的好坏直接影响到显示的效果；
LCD通常做成方形，必要时可以切角，做成多边形；
LCD厚度通常是2.70mm，超薄的也有1.70mm；
单块的LCD需和主板（以下称COB）相连才能显示，常用连接方式有导电胶条和热压斑马纸；
其中导电胶条要有预压量，通常预压量为10%-15%，预压量太少LCD容易缺画，预压量太多LCD容易被顶绿；
热压斑马纸不需预压，但成本较高，连接时要用到热压啤机，PITCH脚位密的还要用到精密热压啤机；
LCD与LENS不能直接贴合，贴合容易产生水纹.也有LCD直接固定在LENS上的情况,我在LENS的VA显示区开了一个方形凹槽,间隙留足0.30mm；
通常LENS外装，LCD内装，中间用面壳隔开，面壳局部掏胶至少0.50mm；
谁的眼里也容不下半粒沙子,LENS到LCD之间也要保持洁净,通常做成封闭结构,如果小强都可以跑进去安家,那可就是结构设计师的天大笑话了!
数码产品中LCD常做成组件，用铁框或塑料框包成一个整体，内有PCB，IC，信号由一片软性PCB输出，末端有插头，装拆方便.数码产品中LCD组件与面壳之间留0.30mm的间隙,用0.50mm的海绵隔开,也可以防尘；
昨天说了，对电子产品来说，LCD就象她的眼睛，但眼睛亮不亮就要看LCD后面的夜光结构了；
常用的夜光光源有LAMP（灯），LED（发光二极管），EL片，常用的夜光结构有反光罩，反光片，EL支架等；
LAMP光较散，通常配合反光罩使用，反光罩成锅状，内喷白油，LAMP套上不同颜色的灯套，可得到红绿蓝等彩色效果．LAMP也可配合反光片使用；
LED 光路较为集中，通常配合反光片使用，为有效提高亮度,反光片厚度最好大于2.0.反光片可做成楔型(横截面),背面喷白油,光线从侧面进入,可均匀反射到前面,如果想提高亮度,可在侧面也喷上白油(入光口除外),以减少光线流失.LED本身有红,橙,绿,蓝,紫等彩色供选择;
EL片的发光效果比较均匀,配合EL支架和EL导电胶条使用,有绿色,蓝色可供选择,通常做成与LCD显示区域一样形状,一样大小,EL片使用时,需用火牛升压供电,故成本较高;
笔记本电脑的反光结构较特殊,我见过一款笔记本的反光结构,是用圆形的LED射入一根长的玻璃棒,玻璃棒均匀发亮再从反光片侧边均匀进入,得到相当不错的背光效果.反光片的背面还有一些圆形结构的小凸点,光线在小凸点位置发生漫射,就象一个小光源一样亮,在靠近玻璃棒位置小凸点比较疏,而远离玻璃棒位置小凸点比较密,这样整个反光片的亮度都比较均匀了.
手机和MP3的夜光结构直接做到OLED组件里面了,设计时省事不少;
另外,投影钟把时间直接投影到墙上,其结构是用高亮的红色LED圆灯,照射反白的LCD,得到时间的显示,然后通过两个凸透镜放大射到墙上,至于清晰度则是调节两个凸透镜间的距离实现的;
最后提一点,要用到夜光结构的LCD通常是半透明的或超透明的,如果谁用不透明的LCD做夜光结构,那今天晚上橘子我可就白说了.
通关柱是连接面壳和底壳的螺丝柱，其结构直接影响到整机的装配效果和可靠性；
通关柱可以在结构设计的最后再做，但规划应该在建模的时候就考虑清楚，我要举例的这款产品因为接下来要做防水结构，防水圈是围绕通关柱设置的，所以先把通关柱位置定下来；
通关柱的设计先要考虑整机受力情况，一般要求吃牙深度至少在3圈以上，孔内要留容屑空间0.30mm以上；
有通关柱的地方外壁较厚，易导致缩水影响外观，通常在螺丝孔底部减薄壁厚至1.00mm；
挂墙钟通关柱通常用2.60mm的螺丝，螺丝内径2.20mm，螺丝外径5.00mm，螺丝间距拉得较宽；
小电子产品通关柱通常用2.00mm的螺丝，螺丝内径1.60mm，螺丝外径4.00mm，螺丝间距视需要而定，外观上尽量看不到螺丝，必要时可以做到电池门内或藏在易拆件的下面，也可以做扣取代某一侧的螺丝。电波钟在天线轴线方向上要尽量避免螺丝，手机天线附近也要尽量避免螺丝；
我举例的这款防水钟用1.70mm的螺丝，螺丝内径1.40mm，螺丝外径3.60mm，因为要防水，故采用不锈钢螺丝；
我做过一款MP3整机只用一颗1.40mm的螺丝，螺丝内径1.10mm，螺丝外径2.60mm，另一侧做扣，螺丝藏在镜片下面；
另外一款翻盖手机的A壳B壳在转轴位置下两颗1.40mm的螺丝，配合铜螺母使用，铜螺母外径2.50mm，加热后压入2.30mm的孔内。另一端做两个深1.00mm的死扣，A壳B壳两侧则用0.50mm的活扣，方便拆卸；
空间允许的话，长螺丝周围可以拉些火箭脚，除了改善受力，还能使注塑时走胶顺畅；
9月22日
这款产品要求防水，整机防水可以用防水圈，按键防水怎么办呢？还是用防水圈，做成活塞结构，既可以防水，有可以移动。用一根金属针，开一圈凹槽单边固定防水圈。金属针一头顶按键帽，另一头顶PCB板上的窝仔片，按下按键窝仔片就被按下，功能实现。为保证防水效果，金属针与针孔间隙0.05-0.10mm，配合防水油使用，针孔要求光滑（图后补）；
这款产品主防水圈横截面为直径1.20mm的正圆，预压量要大于30%，我压缩0.40mm，所以防水槽设计宽度为1.20mm，深度为0.80mm，0.80mm大于防水圈横截面直径，配合防水油使用，放入防水槽后翻转也不会掉出来；另外为保证防水效果，通关柱螺丝在防水圈外侧，通关柱之间的距离不要超过20.00mm；
我见过有的防水产品电池门一侧做扣，一侧用一颗螺丝压紧，压缩量0.40mm显然不够，至少0.60怎么办？人家有高招，横截面做成速效丸子形状，上下两个半圆，中间一端直升位，这样就可以增加压缩量了；
顺便提一下，如果防水要求不高的话，这款机的镜片还可以直接用双面胶粘接，粘接面光滑，粘接时吹干净异物即可；
9月23日
常用按键有窝仔片，橡胶按键，机械按键，可根据空间大小，行程要求，手感要求来选择；
窝仔片行程短，一般为0.20mm~0.50mm，金属材质，可靠性好，占用空间小，带脚的窝仔片可以配合PCB上的通孔定位安装，这一款产品上用的就是带脚的窝仔片。手机键盘也是用窝仔片，但不带脚，粘接时需精确定位；
橡胶按键行程长，一般为1.00mm，也有0.50mm的，橡胶材质，可靠性不如窝仔片好，占用空间大，优点是按键手感好。电话机里常用橡胶按键，而且橡胶按键连成一片，方便安装；
机械按键，其实里面还是金属窝仔片性能和窝仔片差不多，但有辅助机构，按键手感比窝仔片容易调整到最佳状态，MP3，MP4通常采用机械按键，而且还可以作成五位键；
顺便提一下机械推制，可以加推制帽使用，档位感不容易控制，装配间隙不足都有可能影响档位感。我比较倾向于用塑胶推制，档位感容易控制，一般2.00mm一档，最小可以做到1.50mm一档；
按键结构有一点要特别注意，按下去不能被卡住，应该可以顺利回弹，这种不良情况多出现在行程较长的橡胶按键上，对策是加高按键深度，如行程为1.00mm的橡胶按键，上面的塑胶按键帽要高出面壳表面1.00mm以上，如果塑胶按键帽高出面壳表面不许超过1.00mm的，也可以在面壳表面以下起围骨加深，效果一样；
我做的MP3，MP4通常会让按键高出面壳表面0.30mm；
数码产品操作时用户会把注意力更多的放在按键表面，所以设计师会在按键表面效果上极尽奢华之能事。常用的按键表面处理工艺有电镀，在模具上做文章可以做成雾面面效果，边缘处做成高亮效果，还可以做刀刻纹效果；
9月24日
PCB结构
PCB是电子元件附着的载体，一般小电子产品的推制板厚度选用0.80mm,主控制板（以下简称COB）厚度选用1.00mm；
一般大电子产品（如挂墙钟）的推制板厚度选用1.00mm,COB厚度选用1.20~1.60mm；
如果PCB面积有限不足以满足布线要求，可以采用增加跳线，单面板改双面板，双面板改多层板（如电脑的主板）；
PCB上的电子元件按大小可分为普通元件和贴片元件，普通元件如线圈，火牛，大电容等；贴片元件如贴片电阻，贴片电容，贴片IC；
小电子产品（如电子钟）的反光片和COB之间的间隙是要留给IC的，因为IC最好靠近LCD的PITCH位置以方便走线。IC经过邦定封胶，至少需要1.50mm的高度，前面说过反光片截面作成楔形，也有利于摆放IC；
如果LCD和COB之间是用导电胶条连接的，压紧导电胶条的螺丝之间的间距不要超过15.00mm，以免出现缺画；
PCB上的按键位置是需要受力的，可以的话应尽量离螺丝柱和卡槽近点，必要时反面加支撑点；
数码产品常用到的电源插座和耳机插座也是要受力的，可以在PCB上插座对应的另一侧加支撑骨；
在 PCB上布线是需要条件和时间的，我的做法是建模时就提供初步裁板图给电子工程师试LAY，以确定PCB面积离需要不要相差太多；结构设计的中间过程中，大元件，敏感元件的摆放也要和电子工程师进行沟通和协调（如做蓝牙耳机时通常把天线放在靠近嘴的一端）；做完所有结构后再出正式的裁板图，电子工程师 LAY板的时候，结构这边在做手板，做完手板，PCB打板也差不多回来了，正好装功能样板。把问题解决在前面，这样会节约许多时间；
9月25日
就这一个小电子产品的结构设计过程而言，做完PCB就差完成一半了，接下来是电池结构；
电池通常通常摆在PCB的背面或侧边，按照形状可分为纽扣电池，干电池，锂电池等；
电池箱体是根据电池形状和在机身内放置的方式而设计的，一般壁厚1.00mm,里面大包围做箱体，箱体内侧底部做电池放置指示的雕字，外面加盖做电池门。电池在PCB的背面，箱体通常做在底壳上。电池在PCB的侧边，箱体可以做在底壳上也可以做在面壳上；
接下来放置电池片，纽扣电池和干电池常用的电池片有五金片的，也有弹簧的；
电池片通常跟箱体做在一起，在箱体外起螺丝柱固定电池片，在箱体上开缺口，电池片伸进去和电池导通；
电池片到PCB的连接可以飞线，也可以直接焊在PCB上，直接焊在PCB上需要在PCB上开孔，电池片插在PCB的孔内定位后再焊接；
电池门的一般壁厚1.50mm,装配通常靠扣位，常用主扣的有弹弓扣或按扣（另一侧配合内插扣），倒勾扣（另一侧配合龙门扣）；
注意：不管是电池片还是扣位在箱体上开缺口，打开电池门从机身外面能看到PCB，走线和电子元件都不雅，建议大家起围骨遮一遮，这也是选择电池片位置的参考依据，尽可能的不让内部结构外露；
蓝牙耳机的电池为可充电的锂电池，内置，无须做电池箱，电池到PCB的连接直接飞线，但要在锂电池侧边起骨定位，厚度方向要预留间隙（一般为0.50mm），防止锂电池充电后膨胀；
手机电池结构先从功能的需要开始进行，先根据功能的需要确定电池容量的规格，再根据容量的规格计算出电池芯合适的厚度长度和宽度，再在电池芯外侧做电池框；
9月26日
辅助结构
除了前面提到的常见步骤外，结构设计中还有一些结构也是重要的，种类较多，要靠平时的经验积累，我只能简单谈一下：
挂勾结构，这款电子产品有挂钩，可以方便的挂在旅行袋上，里面用到转轴和弹簧，转轴为塑料材质直径2.50mm，单边间隙0.10mm，塑料转轴太细强度不够，太粗根部容易缩水；设计时我选用的弹簧为0.20mm，但找供应商打板时，我同时要了0.15mm，0.20mm和0.25mm三种规格，试装第一次就对比出了合适的规格，搞定；
翻盖结构，有的产品有一面盖，不用时合上，用时打开，有的电子钟翻盖从机身下翻过后面，还可以当脚仔起支撑作用，因为要受力，建议壁厚取1.50mm，也可以只在面盖边缘起骨加强；
大家可能更多想到的是手机翻盖结构，其实手机的翻盖结构的档位感多是靠机械转轴来实现的，有现成的直径5.00mm或5.80mm的机械转轴可供选择；一头套机械转轴，另一头做空芯轴过软性PCB（简称FPC），以翻开角度150度为例，因为翻开角度在0度和150度时，我们要求有一定的预压，不能够刚刚好，否则使用一段时间后可能会出现开合不到位的情况，怎么办？我选用180度的机械转轴，多出的30度，在闭合时多转过20度（相当于预压了20度），在打开时多转过10度（相当于预压了10度），这样问题就解决了。另外，根据回弹力的变化，机械转轴又左右之分，选用时需注意；
挂墙孔结构，挂墙钟的挂墙孔设计成葫芦形状，螺钉头既可以塞进去又能卡住，但注意螺钉头伸进去太深有可能顶伤PCB，此处的技巧是从底壳起围骨，包住螺钉头，但又不要做行位，做碰穿位，挂墙的电话也是采用这种结构，虽然简单，却是一个很好的思路，这种碰穿的技巧在底壳上做配电池门的扣位时非常有用，倒勾扣，弹弓扣，龙门扣，反插扣都可以用到；
9月27日
尺寸检查
结构设计初步完成，要进行一系列检查：
干涉检查，这是一个看似简单，却又必不可少的步骤，即使是有经验的工程师，即使在拆图过程中用到过截面进行过检查的，也难免出现疏漏。在没有PRO-E之前，大家用2D软件做结构，装配图上所有结构零件都要求能在三个方向上看到，复杂零件进行干涉检查还要求绘制剖视图剖面图，相当烦琐。引入PRO-E之后，干涉检查完全交给电脑进行了，快捷而又准确；
最小壁厚检查，做扣位的过程中，摆放元件的时候，难免要掏胶减胶，这就会出现局部壁厚过薄，最薄壁厚不要低于0.50mm，特别是受力的位置；
扣位强度检查，做扣位不难，但问题往往出在强度上，如果够空间，加点支撑骨，哪怕支撑骨厚度只有0.30mm，都可以使强度增加不少；
运动检查，弹弓扣的电池门在开合的过程中弹弓位不得撞到电池箱。摄像头在翻转过程中头部不会碰到支架。翻盖手机在开合的全过程都要保证A壳B壳不会撞到C壳转轴；
9月28日
手板跟进
结构设计完成后,一般要求做手板进行试装,因为很多装配问题在电脑上是表现不出来的,需要借助于实物;
手板材料一般采用和结构零件相对应的材料,塑胶件手板一般用ABS板材,厚度选用比零件略厚一点的,采用机械加工制作,高级一点的用CNC加工成型,多用于高精度的复杂零件,如手机壳的手板;
塑胶件手板也有用面粉(或石膏粉)为材料制做的,这种工艺在美国早就有了,面粉一层一层刷上来,每层约0.10mm厚,
再高级一点的就不用面粉而用塑胶,喷胶水也改为激光扫描,特点也是成型极快,但成本较高;
深圳的手板厂已经形成了较完善的产业链,手板厂提供全套的手板制做服务,一般的如表面喷油丝印雕刻字,手板厂都自己做,再高级一点的如手机壳上的电镀,镭雕,刀刻纹,UV处理,金属片冲网格(需要电铸的雾面效果除外),
由于手板是机械加工出来的,硬度强度上不要做太多苛求,扣位,螺丝柱也较弱,试装时要小心,按键手感也会较差,没关系,这些是小问题,可以在开模后再去配;
我建议手板试装完成后,请结构部的同事集体检讨一下,耽误一点时间,后面的工作会顺畅很多;
9月29日
模具跟进
在开模前最好和模厂有些沟通:有哪些件要开模,几套模,如何分布,入水方式怎样,哪些地方要做行位,
经过多次反复仔细认真检查的结构,开模出来还是会有一些问题,主要出现在一些公差尺寸的配合上,这也是经常碰到的,只要前期工作做到位,后面的问题会相对少很多;
结构设计师把尺寸设计到位,但模厂总喜欢保守一点,因为加胶远比减胶来得容易,镜片和面壳间隙留大了,要加回来很容易,叫自己模厂配间隙都可以,如果镜片做大了装不下去,要减胶减回来,可就有点头疼了;
做数码产品特别是手机,我一般都不留间隙,面壳底壳在侧边间隙配到零对零,
打螺丝时要检查螺丝柱有无滑丝,发白,打穿;
电子元件是否顶塑胶壳,走线有没有什么问题,是否影响合面底壳;
整机装配完成,接下来就是一系列品质测试:跌落测试,防水测试,防静电测试,声压测试,温湿度测试,灵敏度测试,按键可靠性测试,推制可靠性测试,脚仔站立测试等,装配封箱后还有震荡测试,堆高测试等;在这些测试中出现的问题都属于模具跟进要解决的,也有一些问题是设计之初就可以预防的,这就要看结构工程师的经验和责任心了!
好了,我的一个完整产品的结构设计过程就到这里了,请大家批评指正!
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