【IoT】 产品设计：硬件产品设计流程ID与MD设计详解（二）

1、ID、MD设计是产品设计流程中的两大块内容

1）ID设计

ID草绘、ID外形图、ID外形图

2）md设计

3D建模、资料核对、绘制一个基本形状.、初步拆画零部件

2、启动ID设计

产品的设计过程是从ID设计开始。

1）资料

原始资料(可以是草图或文字说明)；

2）绘制外形图

ID绘制满足要求的外形图方案，确认评审，逐步修改至满意为止; 

或者绘制几种草案，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。

外形图确定以后,接下来的工作就是结构设计工程师MD的;

如果公司创意比较完整，就不需要ID设计，MD直接做外形图即可; 

如果产品对内部结构有明确的要求,有的公司在ID绘制外形图的同时，MD就要参与进来协助外形的调整;

3、启动MD设计

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,还需要HW提供完整的电子方案,甚至实物;

4、建摸

1）第一步：绘制基本形状base

MD根据ID提供的资料,先绘制一个基本形状，base是大楼的基石,所有的表面元件都要以base 的曲面作为参考依据;

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;

基本形状base完成,请ID确认一下。

2）第二步：取面

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;

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;

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; 

3）第三步：装配图

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...，在将各个零部件引入装配图时,根据需要将某些零部件先做成一个组件,然后再把组件引入装配图。

例如做翻盖手机：

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。

4）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,保险起见,请ID再确认一次外形效果；

5）建模完成

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;

以一款电子产品为例：

这款电子产品的设计：

从lens结构开始; 
接下来依次是lcd结构；
夜光结构;
通关柱结构;
防水结构;
按键结构; 
pcb结构； 
电池结构;
辅助结构;
尺寸检查;
手板跟进;
最后是模具跟进;

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;lens 到lcd 之间也要保持洁净,通常做成封闭结构, 

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;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;

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。

5、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
一侧加支撑骨; 

在pcb上布线是需要条件和时间的，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;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。

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;

6、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;

7、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;

8、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, 哪些地方要做斜顶,哪些地方可以做碰穿位,哪些地方要配合好, 哪些地方要预留间隙,都要说清楚,这样比较保险;

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;

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。

refer：

https://wenku.baidu.com/view/19a39ee2a0c7aa00b52acfc789eb172dec63995b.html

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