兒童智能手環(huán)的工業(yè)設(shè)計(jì)

葉奕風(fēng)

(天津工業(yè)大學(xué) 天津300387)

0 引 言

我國(guó)每年兒童的走失率和找回率都存在一定差距，兒童走失事件可以說(shuō)是全社會(huì)需要面對(duì)的一個(gè)重大問(wèn)題。與此同時(shí)，為解決中國(guó)未來(lái)的人口問(wèn)題，國(guó)家開(kāi)始施行二孩政策，未來(lái)兒童用品市場(chǎng)將越來(lái)越龐大。因此，市面上各種各樣的兒童用可穿戴產(chǎn)品不斷出現(xiàn)。隨著科技的日新月異，有關(guān)“兒童可穿戴設(shè)備”也展現(xiàn)出一種雨后春筍的態(tài)勢(shì)，有望對(duì)解決兒童走失問(wèn)題產(chǎn)生一定幫助。

1 設(shè)計(jì)原則

兒童智能手環(huán)的用戶是兒童群體，考慮到兒童群體的特殊性，設(shè)計(jì)時(shí)首先需要使產(chǎn)品盡量精簡(jiǎn)化，即在保留必要功能的前提下盡量減少其他功能，將產(chǎn)品的利用率提升到最大。其次，設(shè)計(jì)時(shí)也需要考慮產(chǎn)品的可持續(xù)性，提升產(chǎn)品的耐用性。再次，由于該智能手環(huán)的用戶量較大，如何批量生產(chǎn)自然成為需要考慮的設(shè)計(jì)原則之一，將生產(chǎn)成本壓縮到最低，可以更好地拓展用戶。具體設(shè)計(jì)原則如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)原則示意圖Fig.1 Schematic diagram of design principles

由于該產(chǎn)品的用戶大多是兒童，所以在設(shè)計(jì)之初就需要考慮到兒童群體的生理?xiàng)l件和心理?xiàng)l件。因此在設(shè)計(jì)時(shí)就需要將手環(huán)尺寸盡量減小，防止意外脫落。其次在材料上也需要一種既有一定強(qiáng)度和柔韌性，又有良好手感的材料。CYE-TC系列的TPE材料的硬度范圍較廣，擁有優(yōu)良的彈性、拉伸強(qiáng)度和較為舒適的手感，便于上色，方便加工。表 1為該材料的一些物性測(cè)試結(jié)果。

表1 CYE-TC系列TPE材料物性測(cè)試Tab.1 CYE-TC series TPE material properties test

除生理?xiàng)l件之外，心理?xiàng)l件也是在設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的因素。將產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)成以卡通形象為藍(lán)本的形態(tài)，可以增加兒童的親近感，避免因太過(guò)單調(diào)死板的內(nèi)容而導(dǎo)致兒童產(chǎn)生排斥心理。

2 精簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的智能手環(huán)是以大型公共場(chǎng)所的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的終端設(shè)備，其中包含有實(shí)時(shí)定位、實(shí)時(shí)通信、超過(guò)預(yù)定距離開(kāi)始報(bào)警這 3個(gè)主要功能。為實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的目的，需盡量減少不必要功能的出現(xiàn)，如表2所示。本手環(huán)在實(shí)現(xiàn)這3個(gè)主要功能的同時(shí)，根據(jù)使用場(chǎng)地的不同(如大型室內(nèi)商場(chǎng)、超市、室內(nèi)游樂(lè)場(chǎng)、醫(yī)院等)，額外搭載可以適應(yīng)不同場(chǎng)合的1～2個(gè)附加功能，以求更好適應(yīng)所處環(huán)境。

表2 手環(huán)構(gòu)成Tab.2 Bracelet composition

3 可持續(xù)方案

手環(huán)可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)作的條件是要有支撐其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作的電量以及足夠耐用的核心部件。電源方面考慮到各模塊的基本用電量，本文采用兩個(gè)可充電紐扣鋰電池作為基本供電電源。表 3為本設(shè)計(jì)所采用的聚鑫源ML2032電池的基本參數(shù)。

表3 電池參數(shù)Tab.3 Battery parameters

另一方面，為保證該電源可以較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，使用在手環(huán)上同時(shí)裝備小型無(wú)線充電部件的方法可以達(dá)到此目的。

可以使手環(huán)增加耐用性的另一條件是使用合適的核心部件外殼。因?yàn)楹诵牟考酒膹?qiáng)度是有限的，需要使用合適的外殼將其有效保護(hù)起來(lái)。除此之外，合適的外殼還可以保證內(nèi)部芯片更有效運(yùn)轉(zhuǎn)，工作效率得到進(jìn)一步提升。鎂鋁合金(見(jiàn)圖 2)作為一種合金，具有較輕的重量，較小的密度，較高的吸震性能和散熱性，一方面適合兒童腕關(guān)節(jié)普遍較小的支撐力量，另一方面能有效減少設(shè)備整體遭受到的外部震動(dòng)和熱損傷，為芯片運(yùn)行提供了一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境。

圖2 鎂鋁合金板Fig.2 Magnesium alloy plate

綜上所述，本文所設(shè)計(jì)的手環(huán)在電力持續(xù)使用和核心部件保護(hù)這兩個(gè)方面都做了一定的改善，使產(chǎn)品整體的耐用性得到了較為明顯的提升。

4 量產(chǎn)化研究

本手環(huán)的用戶是廣大兒童體，因此必須考慮產(chǎn)品量產(chǎn)化的問(wèn)題，以增加用戶量。上文提到的鎂鋁合金是本產(chǎn)品所采用的核心部件保護(hù)材料，鎂鋁合金不僅在物理性質(zhì)上適合于該產(chǎn)品，還具有較好的加工特性，其良好的鑄造性能、切削性能和較高的模鑄生產(chǎn)率能夠大大減少工人和機(jī)器的操作時(shí)間，從而提高總體生產(chǎn)率。手環(huán)腕帶上的CYE-TC系列的TPE材料由于適用范圍較廣，工廠用量較大，因此生產(chǎn)成本也較低，可以用于批量生產(chǎn)。核心芯片的成本需要按照產(chǎn)品的功能來(lái)進(jìn)行劃分。

綜上所述，本產(chǎn)品使用的大部分材料都可以減少生產(chǎn)成本，可以達(dá)到通過(guò)批量生產(chǎn)的方法進(jìn)而增加用戶量的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)科技力量的不斷強(qiáng)大，智能手環(huán)的發(fā)展水平也在日益提升。但無(wú)論其如何發(fā)展，適合用戶和使用地點(diǎn)、提升產(chǎn)品的使用效率和耐性以及早日量產(chǎn)化這幾個(gè)因素都是必不可少的。本文所設(shè)計(jì)的兒童智能手環(huán)產(chǎn)品在一定程度上改善了這些問(wèn)題，同時(shí)更加適于兒童群體的使用，有望守護(hù)兒童安全成長(zhǎng)。

［1］ 楊婷，黃韜，謝亮. 基于 STM32微控制器的智能手環(huán)的設(shè)計(jì)[J]. 科技廣場(chǎng)，2016(8)：190-192.

［2］ 鄧瀟. 兒童可穿戴智能看護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 上海：東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2016.

［3］ 賈一暉. 基于慣性傳感器的智能手環(huán)設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2016(34)：515-516.

［4］ 李永斌. 可穿戴式智能血氧運(yùn)動(dòng)指環(huán)設(shè)計(jì)與研究[D].廣州：華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院，2015.