桌面試劑成像儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計

甄麗坤，白仁飛（通訊作者）（.天津工藝美術(shù)職業(yè)學(xué)院，天津 30050；.天津科技大學(xué)，天津 300）

引言

桌面試劑成像儀用于家庭中的醫(yī)療自測，通過對試劑卡中試劑測試樣品進(jìn)行圖像拍攝后分析數(shù)據(jù)，以此來判斷被試對象的身體狀況。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，創(chuàng)意與造型設(shè)計的完成并不是設(shè)計的終點(diǎn)，設(shè)計若想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化并推向市場，還需經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具設(shè)計、表面處理等多個程序。這其中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計是其中至關(guān)重要的一環(huán)。

一、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

結(jié)構(gòu)設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中占據(jù)重要的地位，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能創(chuàng)新、交互方式創(chuàng)新和造型創(chuàng)新的重要途徑。在實(shí)際的設(shè)計流程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計往往是一種“被動”式的設(shè)計，即要在已經(jīng)成型的造型設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計，這就需要在進(jìn)行設(shè)計的過程中既不能破壞產(chǎn)品的造型美感，又要尊重產(chǎn)品的造型細(xì)節(jié)，如某些裝飾嵌件、分型線的位置和形態(tài)、按鈕的效果等。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計大致可分為如下幾個方面，即功能性結(jié)構(gòu)設(shè)計、交互性結(jié)構(gòu)設(shè)計和造型性結(jié)構(gòu)設(shè)計，下面分別加以分析。

（一）功能性結(jié)構(gòu)設(shè)計

功能性結(jié)構(gòu)設(shè)計是指為了滿足產(chǎn)品的功能而進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)固定、限位以及對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和材料特性的把握等。功能性結(jié)構(gòu)的設(shè)計是產(chǎn)品順利實(shí)現(xiàn)其功能的重要保證。如圖1所示為可租賃自行車的鎖具結(jié)構(gòu)設(shè)計，該設(shè)計主要針對產(chǎn)品各部件的位置固定和限位，以及針對鈑金材料進(jìn)行功能部件的劃分。

（二）交互性結(jié)構(gòu)設(shè)計

交互性結(jié)構(gòu)設(shè)計是指為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的操作方式和交互方式而進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如產(chǎn)品部件的展開方式，產(chǎn)品按鈕的響應(yīng)方式，產(chǎn)品各功能的組合方式等。交互性結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠保證產(chǎn)品在操作方式和交互方面的創(chuàng)新性。圖2所示為不同時期的手機(jī)開蓋方式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不同的開啟方式給用戶帶來的操作感覺不同，從而造成了產(chǎn)品交互方式的變遷。

（三）造型性結(jié)構(gòu)設(shè)計

造型性結(jié)構(gòu)設(shè)計是指為了保證產(chǎn)品的造型細(xì)節(jié)而進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計中最難進(jìn)行的環(huán)節(jié)，由于受到了造型的限制，結(jié)構(gòu)要最大限度保證造型的完整性，這往往要犧牲結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。在整個過程中應(yīng)該保證造型設(shè)計師和結(jié)構(gòu)設(shè)計師之間溝通的順暢，在某些細(xì)節(jié)問題上雙方做出取舍和讓步，有必要的話還要進(jìn)行方案的修改。

> 圖1 可租賃自行車的鎖具結(jié)構(gòu)設(shè)計

> 圖2 手機(jī)的不同開蓋方式

> 圖3 桌面試劑成像儀效果圖

> 圖4 結(jié)構(gòu)爆炸圖

> 圖5 試劑卡槽與滑軌之間的連接

> 圖6 上殼與卡件之間的連接

> 圖7 下殼與卡件之間的連接

> 圖8 電池倉的設(shè)計

二、桌面試劑成像儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)分析

該產(chǎn)品的造型設(shè)計由甲方委托相關(guān)工業(yè)設(shè)計公司完成，效果圖如圖3所示。該設(shè)計主要由三部分組成：上殼、中間裝飾性嵌件、下殼。三部分應(yīng)能主要通過卡扣進(jìn)行自然的連接，且方便拆裝與維護(hù)；產(chǎn)品內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)為一個結(jié)構(gòu)支架，可用來支撐攝像頭、電路板等內(nèi)部元件以及試劑卡的滑軌和卡槽設(shè)計；產(chǎn)品細(xì)部結(jié)構(gòu)還包括底部的電池倉設(shè)計和電源開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中，電池倉要能容納四節(jié)5號電池，而電源開關(guān)要實(shí)現(xiàn)能夠透光的LED燈效果，以彰顯科技感。

該設(shè)計的難點(diǎn)在于造型中間裝飾性嵌件的設(shè)計。由于整體尺寸的原因，嵌件的寬度會很細(xì)?。ǎ?.5mm），這就必然對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有著嚴(yán)格的要求，既要保證該細(xì)節(jié)的造型特點(diǎn)，又要保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時還要兼顧模具設(shè)計的難度。

而由于造型設(shè)計已確定，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時不能以損害造型的細(xì)節(jié)設(shè)計為代價，所以只能從結(jié)構(gòu)的功能性設(shè)計出發(fā)，以保證產(chǎn)品造型性結(jié)構(gòu)的完整性。這也是此次結(jié)構(gòu)設(shè)計的總原則。

經(jīng)過初步的結(jié)構(gòu)分析，決定在產(chǎn)品的內(nèi)部設(shè)置支撐構(gòu)件，該構(gòu)件用來作為連接上下殼和支撐裝飾嵌件，同時還能對試劑卡槽起到限制的作用。產(chǎn)品的總體爆炸圖如圖4所示。下面分別就結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要部件進(jìn)行分析：

（二）試劑卡槽與滑軌之間的連接

之所以將卡槽與滑軌之間的連接作為首先要分析的結(jié)構(gòu)，是因?yàn)閷τ谡麄€結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，這部分的結(jié)構(gòu)處于整個結(jié)構(gòu)設(shè)計布局的核心位置。其裝配關(guān)系如圖5所示。

重點(diǎn)要說的是圖中綠色的構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)主要有兩個功能：一是為產(chǎn)品裝飾嵌件起到支撐的作用，二是為試劑卡槽和滑軌起到支撐和限位作用。先說前者，由于產(chǎn)品的要求是要做到上殼、嵌件和下殼三部分的卡接結(jié)構(gòu)，如果三者直接連接的話，連接部位的殼體厚度會比較小，影響了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而通過圖中綠色部分的構(gòu)件設(shè)計，可以將結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求轉(zhuǎn)化到該構(gòu)件部分，從外部看絲毫不影響外觀；對于后者來說，該結(jié)構(gòu)的存在則是必須的，因?yàn)榭ú叟c滑軌屬于整個結(jié)構(gòu)中最易損的部件，不斷插拔試劑卡的過程也要求該部分能夠有較為穩(wěn)定的位置和結(jié)構(gòu)，所以該部分與卡槽之間的配合方式選擇較為牢固的螺紋連接。

（三）上殼與嵌件之間的連接

嚴(yán)格來說，上殼與嵌件之間沒有直接連接，而是靠上文中提到的綠色構(gòu)件作為橋梁進(jìn)行連接的。具體的裝配關(guān)系如下：上殼通過卡扣與綠色構(gòu)建進(jìn)行連接，嵌件通過卡槽與綠色構(gòu)建進(jìn)行連接。其中，上殼與綠色構(gòu)件之間的連接較為牢固，而嵌件的連接部分則為接觸連接，并不牢固，綠色的構(gòu)件只是在不同的方向上對嵌件進(jìn)行了限位，防止產(chǎn)品在使用的時候出現(xiàn)偏移或錯位。因?yàn)榫托Ч麍D來看，嵌件的設(shè)計較為輕薄，很容易在裝配的時候把握不好位置精度。所以，對其進(jìn)行限位設(shè)計是必要的。但嵌件還需要與下殼之間進(jìn)行連接，以增加它的連接強(qiáng)度，該結(jié)構(gòu)將在下文中進(jìn)行講解。具體的裝配關(guān)系如圖6（剖視圖）所示。

（四）嵌件與下殼之間的連接

嵌件與下殼之間的連接同樣是一個插接結(jié)構(gòu)，而下殼與綠色構(gòu)件的連接則為螺紋連接，這樣就形成了一個以綠色構(gòu)件為中心的較高強(qiáng)度的裝配整體。而嵌件在上下殼都有牢固結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，被上下擠住，由于有嚴(yán)格的限位結(jié)構(gòu)做支撐，它也獲得了較為穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這樣，就完成了該結(jié)構(gòu)設(shè)計中最核心的部分?？梢?，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要有清晰的設(shè)計思路，需要在保證產(chǎn)品造型設(shè)計不被改變的基礎(chǔ)上，巧妙運(yùn)用符合產(chǎn)品特征的結(jié)構(gòu)連接方式，保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和位置關(guān)系。該部分的具體裝配關(guān)系如圖7所示。

（五）其他部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先說電池倉的設(shè)計，由于產(chǎn)品尺寸的限制，底部空間有限，所以，將四節(jié)電池分為兩組，分別以立式和臥式兩種方式放置，具體的結(jié)構(gòu)如圖8所示。

再說一下前面提到的產(chǎn)品開關(guān)設(shè)計，若想實(shí)現(xiàn)LED燈的透光效果，有如下方法：

1.可以購買自發(fā)光開關(guān)，即開關(guān)頂部自帶led燈的開關(guān)。

2.選擇輕薄的開關(guān)，在開關(guān)的側(cè)面放置貼片led，視貼片放置的數(shù)量，可能會出現(xiàn)發(fā)光效果不均勻的現(xiàn)象。

3.如果按鍵與開關(guān)的位置可以錯開，可以在按鍵正下方放置LED燈。

三、設(shè)計分析與總結(jié)

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，造型設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計是其中很重要的兩個環(huán)節(jié)。為了減少不必要的麻煩，整個方案的設(shè)計、評價和修改等各個環(huán)節(jié)的把控最好由兩方的設(shè)計師共同參與完成，這樣就可以在保證產(chǎn)品效果的同時實(shí)現(xiàn)簡潔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，否則就會對設(shè)計的某一方造成較大的困擾。該設(shè)計就是在造型設(shè)計已經(jīng)完成的前提下進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于造型不能做大的變動，在空間配置和裝配設(shè)計上，就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計要嚴(yán)格遵守產(chǎn)品的造型設(shè)計細(xì)節(jié)，不能做出較大的改動。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要在嚴(yán)格遵循不同材質(zhì)產(chǎn)品的加工工藝特點(diǎn)的前提下進(jìn)行設(shè)計，同時還要考慮產(chǎn)品的裝配順序與拆裝難度，以及產(chǎn)品的成本控制等?！?/p>

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