殼體結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計方法

劉 玲，劉 偉

（武漢盛帆電子股份有限公司，湖北武漢 430020）

0 引言

隨著世界經(jīng)濟飛速發(fā)展，人類的物質(zhì)文明得到了極大豐富。以人為本的、“有用的、好用的和希望擁有的”設(shè)計理念在這一背景下應(yīng)運而生，要求設(shè)計賦予產(chǎn)品以人性化和情感化猶為重要。本文重點分析了殼體結(jié)構(gòu)中的設(shè)計方法。

1 殼體結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計的意義

殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于工業(yè)化設(shè)計中的一種，模塊化設(shè)計是指在設(shè)計時將其劃分為不同的結(jié)構(gòu)和模塊，在設(shè)計過程中對每個模塊的設(shè)計進行劃分，然后再統(tǒng)一組合成一個整體，這種設(shè)計方法更加集約化，同時能夠減少企業(yè)成本，降低設(shè)計成本，實現(xiàn)一體化設(shè)計。模塊化設(shè)計在設(shè)計過程中也更加符合現(xiàn)代設(shè)計的規(guī)律，通過各部分之間的獨立設(shè)計最終實現(xiàn)整體化設(shè)計，各個模塊在組合成一個整體設(shè)計時，需要考慮各個模塊之間的功能性聯(lián)系，以更好的起到結(jié)構(gòu)合理性的效果。殼體模塊化在一定程度上可以實現(xiàn)對產(chǎn)品的升級和優(yōu)化，以更好的針對用戶需求進行設(shè)計，如水表殼體的設(shè)計，為了實現(xiàn)不同功能的計量，其殼體進行了改造和升級，從最開始的機械式水表到普通智能水表，到現(xiàn)在的全密封智能水表，都反應(yīng)了社會發(fā)展趨勢，在滿足精確的計量功能的同時，其殼體也更好的保護了環(huán)境對電子部分的影響。

模塊化設(shè)計除了從產(chǎn)品外觀等進行了改進，還豐富了產(chǎn)品的性能。如通過模塊化設(shè)計使產(chǎn)品具有了可折疊性能，使產(chǎn)品更加方便易于攜帶，縮小了占地面積和運輸面積，因此對于企業(yè)來說降低了運輸成本，這種設(shè)計也更加系統(tǒng)化，通過產(chǎn)品殼體的折疊和設(shè)計使產(chǎn)品擁有良好的性能，便于拆卸，節(jié)省空間，因此性能更加良好。

模塊化的設(shè)計也使產(chǎn)品等更加簡潔，外形更加符合用戶需求，如插排的簡約化設(shè)計，其外型殼體的設(shè)計融合了當前社會發(fā)展形勢，同時也能滿足當前用戶需求，如插排上除了常規(guī)的接地設(shè)計外，還加入了手機充電器的接頭設(shè)計，使其功能更加強大，增強了用戶體驗，提高了用戶滿意度，所以模塊化設(shè)計有利于為用戶設(shè)計出更好的產(chǎn)品，促使用戶提升產(chǎn)品滿意度，同時也滿足了廣大用戶的需求。

2 殼體模塊化設(shè)計的方法

2.1 常用模塊化設(shè)計的方法

鑒于模塊化產(chǎn)品通常由基型模塊（不變部分）加變型模塊（變動部分）組成，在設(shè)計過程中二者都要兼顧，使其通過連接形成一個完整的整體。因此，在設(shè)計中要將其拆分為各個部分，各個部分都要使其相搭配和適宜，以使其各個部分更加完整，功能也更加強大。在原設(shè)計基礎(chǔ)上進行改進，使設(shè)計更加符合現(xiàn)在設(shè)計發(fā)展形勢。常用的模塊化設(shè)計方法有4 種，因此需要更好的運用這些設(shè)計方法，使其設(shè)計出的產(chǎn)品功能更加完整。

2.2 殼體模塊的劃分

在殼體的設(shè)計中，要使其功能更加系統(tǒng)化，在設(shè)計中除了考慮產(chǎn)品特點外，還要考慮用戶需求，除了設(shè)計中的基本功能外，還需要添加一些輔助功能的設(shè)計，使殼體設(shè)計跟更加能滿足用戶的需求，在設(shè)計中，將殼體中的各個組成部分等連接起來，以形成一個系統(tǒng)化完整化的功能整體，形成一個完整的功能設(shè)計。

2.3 殼體模塊的接口設(shè)計

在運用模塊化方法時，要考慮整個設(shè)計中的協(xié)調(diào)性，特別是其部分設(shè)計是否合理，是否能將各個部分連接起來形成一個完整的整體，根據(jù)設(shè)計要求，也要考慮設(shè)計中的接口設(shè)計，使設(shè)計的各個部分通過接口實現(xiàn)順利銜接，通過接口設(shè)計可以組合或拆卸產(chǎn)品，以能更好的滿足用戶的需求，可以通過拆卸更換或升級產(chǎn)品，也可以縮小產(chǎn)品占地面積，從而提高產(chǎn)品的實用性。在設(shè)計中，使用了不同的連接結(jié)構(gòu)也會造成不同的影響，特別是產(chǎn)品性能的改變，具體分析見表1。

2.4 殼體結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計

殼體對于產(chǎn)品來說起到了一定的保護作用，也可以起到一定的裝飾作用，如保溫杯、筆記本的設(shè)計等，這些殼體設(shè)計都比較簡單化，在此不再一一概述，下面分析結(jié)構(gòu)和組成稍微復(fù)雜的殼體設(shè)計，如電子產(chǎn)品的殼體，電子產(chǎn)品現(xiàn)在在人們的生活中發(fā)揮著重要作用，其設(shè)計是否精簡、實用、美觀等關(guān)系到產(chǎn)品的用戶體驗，同時電子產(chǎn)品的殼體設(shè)計相對來說更加復(fù)雜，它與電子產(chǎn)品內(nèi)部的各個線路的聯(lián)系也存在一定的關(guān)系，因此在設(shè)計過程中，也要考慮殼體與電子產(chǎn)品內(nèi)部之間各個結(jié)構(gòu)等的聯(lián)系，使其形成一個完整的整體。如手機外殼的設(shè)計，除了考慮其美觀性外，還要考慮到是否方便攜帶、方便使用，為了達到這一設(shè)計標準，其設(shè)計上總體是以扁平化為主，與電視機相比更加扁平化，其立體化設(shè)計則是參照電視機設(shè)計，豆?jié){機等一些小型機器則是在結(jié)合機器的設(shè)計上對外型殼體做出的改進，在設(shè)計上更加立體化，而電冰箱、空調(diào)等這些電子產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)則更加復(fù)雜，其外殼設(shè)計也更加龐大，這與其體積有關(guān)，也與其內(nèi)部各個裝置有關(guān)。所以在設(shè)計過程中要結(jié)合不同的產(chǎn)品特點進行設(shè)計，殼體的設(shè)計要結(jié)合產(chǎn)品特點以及用戶需求，同時要結(jié)合其使用情況等進行模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計。

表1 常用靜連接結(jié)構(gòu)綠色性比較

3 下一代多芯模組化電能表設(shè)計分析

3.1 模塊劃分

下一代電能表要求與國際接軌，具有一定的特色，能夠帶來良好的用戶體驗，可以很好的解決目前電能表在運行過程中存在的問題，國家電網(wǎng)希望芯模組化電能表在雙芯電能表的基礎(chǔ)上形成以計量芯、管理芯、通信芯、計算芯等獨立模塊組成的模組化電能表，并能兼顧現(xiàn)電網(wǎng)公司自動化檢表設(shè)備，圖1 為實現(xiàn)以上功能而設(shè)計的新的表殼結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有電能表，設(shè)計更加立體化，真正實現(xiàn)多?？刹灏?，同時充分利用產(chǎn)品內(nèi)部空間，進行了集約化設(shè)計，這種設(shè)計思路都是在結(jié)合產(chǎn)品特點的基礎(chǔ)上進行的改進，根據(jù)產(chǎn)品特點首先做出簡要分析，將其分為不同的模塊，同時將各個模塊之間組合起來，形成一個完整的架構(gòu)，以實現(xiàn)功能，解決各種難題，并方便用戶使用。

3.2 模塊組合

圖1 新一代電能表的模塊組成

設(shè)計過程中結(jié)合產(chǎn)品特點進行分布，液晶模塊及按鍵設(shè)計，方便了用戶觀察和使用。上行模塊、下行模塊設(shè)計在面蓋之上，可以實行多種模塊更換組合使用；獨立電源模塊設(shè)計，方便在電池電量不足后進行更換，解決了目前電能表的電池不可換的缺點；藍牙模塊的設(shè)計，是為了實現(xiàn)在基表中采用藍牙替代485，光脈沖實現(xiàn)計量脈沖、多功能脈沖的檢測輸出，藍牙實現(xiàn)外置斷路器的控制。上蓋一定程度上起到了保護作用，同時也起到了隔離作用，防止觸電危險，且防盜電。因為殼體內(nèi)部是主板、電源板、互感器等電子部分，所以關(guān)系到電氣產(chǎn)品的使用和用戶的人身安全，該部分在設(shè)計中也屬于不可變設(shè)計，因為其內(nèi)部裝置是穩(wěn)定不變的，除非維修的情況出現(xiàn)，這種設(shè)計也更加合理。

3.3 接口設(shè)計

接口設(shè)計是否合理影響到產(chǎn)品的使用，也影響到產(chǎn)品的功能。通過接口實現(xiàn)殼體的各個部分的連接，例如電能表需接入電網(wǎng)內(nèi)，是通過端子將外部線路與主板進行連接，端子的可靠性固定非常重要，因為其影響互感器的功能。另外，當產(chǎn)品出現(xiàn)問題需要維修時也需要打開殼體，以進行維修和更新，保證產(chǎn)品的使用。例如，在產(chǎn)品設(shè)計中要考慮產(chǎn)品的生命周期，當產(chǎn)品出現(xiàn)問題需要維修時需要打開殼體進行維修，所以其接口設(shè)計以及殼體設(shè)計是否合理直接影響到其維修。在接口設(shè)計中，也可以選用各種接口，以方便進行維修。設(shè)計時要將插口設(shè)計的更加合理，方便維修人員操作。

3.4 設(shè)計方法的應(yīng)用

3.4.1 量體裁衣設(shè)計法在殼體上的應(yīng)用

模組化電能表設(shè)計的過程中運用量體裁衣設(shè)計法，能夠給予模塊“成長”的特性，極大地增加了模塊適應(yīng)性，這種方法也能實現(xiàn)產(chǎn)品的功能的多樣化。在設(shè)計時，要考慮實際生產(chǎn)時的模塊的尺寸問題，使同一功能的模塊達到統(tǒng)一標準，以更好的實現(xiàn)產(chǎn)品的統(tǒng)一化設(shè)計。在設(shè)計過程中，必須考慮安裝孔的位置，可以兼容目前已有的電表箱，同時也要使其更加規(guī)范化，不論是什么產(chǎn)品，都可以統(tǒng)一應(yīng)用設(shè)計標準，以更好的進行后期維修等。在設(shè)計中考慮到多方面的因素，使殼體設(shè)計的更加合理，使其適應(yīng)性更強。

3.4.2 總線型設(shè)計法的應(yīng)用

由上述分析可知，在同一范圍或領(lǐng)域內(nèi)的機械產(chǎn)品標準已經(jīng)固定，特別是設(shè)計中的一些尺寸或設(shè)計標準已經(jīng)達到統(tǒng)一規(guī)范化的標準，這更利于提高產(chǎn)品設(shè)計的合理性，同時也為模塊組合提供了基礎(chǔ)。以電能表為例，在設(shè)計中考慮到其安裝的統(tǒng)一性，殼體上的掛鉤留兩處長安裝孔，這個安裝孔在多種工業(yè)設(shè)計中其尺寸和標注都是完全統(tǒng)一的，因此也為其模塊化和統(tǒng)一化設(shè)計提供了基礎(chǔ)。模塊化設(shè)計使產(chǎn)品更加能滿足市場需求，也能根據(jù)用戶需求等進行后期調(diào)整。模塊化設(shè)計也可以實現(xiàn)批量化加工和生產(chǎn)，因此也幫助企業(yè)降低了成本。由以上案例可以看出，設(shè)計過程中要考慮產(chǎn)品需求、實用性，還要考慮設(shè)計的整體性和部分性。

4 總結(jié)

模塊化設(shè)計思想被廣泛應(yīng)用于殼體設(shè)計中，該設(shè)計方法更加符合市場需求，能提高用戶滿意度，同時也能降低企業(yè)成本，通過模塊化的設(shè)計，也使殼體更趨向于功能性設(shè)計，其設(shè)計功能也能得到更好的發(fā)揮。