多功能充電工具箱的改良設(shè)計(jì)

文/楊柳 朱舒鋒（昆明理工大學(xué) 藝術(shù)與傳媒學(xué)院）

一、引言

在專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行維修工作和家庭日常使用中，電動(dòng)工具的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，使用者對(duì)電動(dòng)工具會(huì)進(jìn)行定期或不定期地使用、檢修與維護(hù)工作。在電動(dòng)工具使用或者進(jìn)行其他修理作業(yè)時(shí)，使用者需要用到多種工具，如扳手、鉗子、螺絲刀、手電筒、絕緣膠等。因此，相對(duì)于電動(dòng)工具，具有收納、充電、堆疊的多功能工具箱是使用者必須用到的工具。

目前，以室內(nèi)裝修行業(yè)為例，工作人員所用的工具箱多為手提式工具箱或工具包，在實(shí)際使用時(shí)，工具通常雜亂無(wú)章地?cái)[放在工具箱或工具包內(nèi)，使用時(shí)需要翻找，耗費(fèi)了大量不必要的時(shí)間，且工具容易磨損，大量工具的胡亂擺放甚至?xí)绊懝ぞ呦涞膶?shí)際收納空間；遇到雨雪天氣時(shí)，工具箱或工具包易進(jìn)水；功能單一的工具箱或工具包也無(wú)法滿(mǎn)足工作人員對(duì)于攜帶、儲(chǔ)物、緊急用電等多種需求。

傳統(tǒng)工具箱的結(jié)構(gòu)只能保證主體工具用完以后可以放到原位，而隨便放在某一個(gè)地方的小工具或者相關(guān)配件，一旦丟失也無(wú)法立即發(fā)現(xiàn)，再次需要使用的時(shí)候才能發(fā)現(xiàn)遺失，直接影響到室內(nèi)裝修人員的現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)度，電動(dòng)工具在外使用如若遇到電源供應(yīng)不足的情況將無(wú)法正常運(yùn)行，細(xì)小場(chǎng)景作業(yè)時(shí)，如果工地照明條件有限，手機(jī)手電筒和傳統(tǒng)手電筒因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間操作電量不足無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充電源，在某種程度上講也降低了裝修現(xiàn)場(chǎng)在光照條件不足情況下的工作效率。室內(nèi)裝修行業(yè)的工作性質(zhì)較為普通，在工地工作時(shí)無(wú)法攜帶過(guò)多設(shè)備[1]，如移動(dòng)電源、照明工具等，工作人員在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的過(guò)程中時(shí)常遇到測(cè)量設(shè)備電量無(wú)法補(bǔ)充、照明設(shè)備不足等問(wèn)題。因此，當(dāng)前使用的工具箱或工具包已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足當(dāng)下裝修工人日常工作的需求[2]，需要開(kāi)發(fā)一種模塊化的、可堆疊組合的多功能工具箱，在承載裝修現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)所需工具的基礎(chǔ)上，既能單個(gè)攜帶少量必備工具，又可方便多個(gè)工具箱組合攜帶，同時(shí)能滿(mǎn)足運(yùn)維人員對(duì)移動(dòng)電源的需求。

二、設(shè)計(jì)思路

（一）總體思路

根據(jù)之前的工具箱存在的設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，要制定一個(gè)總體設(shè)計(jì)方案：首先要在原本工具箱的基礎(chǔ)上做改良，就要最大限度保證在不破壞原本內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)，添加結(jié)構(gòu)后，依舊保證各種工具的擺放合理、便于使用；其次，改良部分要考慮實(shí)際使用場(chǎng)景，盡可能滿(mǎn)足工作人員對(duì)工具箱的不同需求。

多功能工具箱由主箱體、標(biāo)準(zhǔn)工具存放區(qū)、充電設(shè)備電源儲(chǔ)備裝置、太陽(yáng)能發(fā)電裝置、模塊化堆疊裝置等部分組成。除具備存放維修工具、配件的基本功能外，還特別增加了移動(dòng)電源和堆疊的功能。

（二）主箱體

從宏觀(guān)上講，箱體是外殼與各部分之間的排布，應(yīng)該具備一定秩序性和合理性。主箱體采用具備輕便、耐磨、耐沖撞、防火、防塵等幾大特性的PE材料組成工具箱主體，主體部分是尺寸為45cm×30cm×12cm 的立體箱體（如圖1）。通過(guò)合理設(shè)置箱蓋和箱背等零部件結(jié)構(gòu)以及使用時(shí)的操作流程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工具的保護(hù)及收納功能。該工具箱具備耐磨、耐壓、耐沖撞的三重防護(hù)功能，在現(xiàn)有工具箱的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品外在造型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互依存，實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)改良來(lái)實(shí)現(xiàn)“手段與目的”的協(xié)調(diào)，在具備基本功能的同時(shí)提供了工具箱堆疊方式的多種選擇。

圖1 主箱體三視圖

（三）標(biāo)準(zhǔn)工具存放區(qū)

存放區(qū)設(shè)置在主箱體的內(nèi)部，采用固定模具材料構(gòu)成，將工具使用內(nèi)嵌形式進(jìn)行放置，同時(shí)將箱內(nèi)工具按照使用頻次和用途進(jìn)行分區(qū)收納。[3]改良后工具箱的優(yōu)點(diǎn)是取用工器具一目了然，且工具和各類(lèi)裝置按照使用習(xí)慣合理配合，以避免放置混亂、拿取不便等情況出現(xiàn)（如圖2）。

圖2 工具箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（四）充電及電源儲(chǔ)備裝置

充電設(shè)備電源儲(chǔ)備裝置的主要由一塊位于工具箱外側(cè)表面的柔性太陽(yáng)能板和與太陽(yáng)能板同側(cè)的主箱體內(nèi)部、位置緊貼箱體外側(cè)的蓄電池構(gòu)成，具備防水、防塵等特性。

充電口設(shè)在箱體上殼頂部位置，并設(shè)有USB 接口、LED 電量指示燈以及工具箱電源開(kāi)關(guān)。[4]工作人員可以根據(jù)LED 燈亮燈的數(shù)量判斷箱內(nèi)電源儲(chǔ)備裝置的剩余電量（如圖3）。

圖3 充電及電源儲(chǔ)備裝置

太陽(yáng)能發(fā)電裝置附著在主箱體外部，由可拆卸型柔性太陽(yáng)能板構(gòu)成，可視情況拆除，是在充電設(shè)備電源儲(chǔ)備均無(wú)固定電源支持時(shí)的輔助電源補(bǔ)充裝置（如圖4），閑置時(shí)將太陽(yáng)能電池板放置在陽(yáng)光下，吸收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，給蓄電池充電，除了太陽(yáng)能充電，蓄電池還可以使用USB 數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)行充電，主要用于電動(dòng)工具應(yīng)急充電和手機(jī)臨時(shí)充電。該結(jié)構(gòu)位于與太陽(yáng)能板同側(cè)的箱體內(nèi)部（如圖5）。

圖4 柔性太陽(yáng)能板示意

圖5 蓄電池位置示意

（五）堆疊裝置

在模塊化設(shè)計(jì)理念的不斷深入的背景下，屬于自然規(guī)律設(shè)計(jì)理念下的“堆疊式”設(shè)計(jì)也逐漸進(jìn)入了我們的視線(xiàn)。模塊化設(shè)計(jì)的主要有兩種形式，即模塊式與組合式，具體呈現(xiàn)方式是：兩個(gè)及以上的模塊化單元可以自由搭配。這種設(shè)計(jì)方法能夠?qū)⒏鱾€(gè)模塊進(jìn)行有機(jī)整合，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠自由、靈活的運(yùn)用生產(chǎn)材料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，使得堆疊式的設(shè)計(jì)手法更快、更好地生產(chǎn)、加工和安裝，在不改變產(chǎn)品原本的物理屬性的情況下，方便多個(gè)產(chǎn)品組合使用。[5]改良工具箱的堆疊裝置設(shè)置于箱體外部。長(zhǎng)、寬一致、深度或一致或不同的同系列工具箱可以通過(guò)前側(cè)凸點(diǎn)和后側(cè)凹槽相互扣合（如圖6），防止多個(gè)工具箱在堆疊或者搬運(yùn)過(guò)程中發(fā)生位移（如圖7）。

圖6 工具箱堆疊結(jié)構(gòu)示意

圖7 兩個(gè)工具箱的堆疊示意

三、實(shí)際設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題難度大，而創(chuàng)造性地解決問(wèn)題也決非易事。

我們通常使用的建模軟件，其功能更傾向于外觀(guān)，參數(shù)化方面比薄弱，尺寸設(shè)定很容易出問(wèn)題，過(guò)去的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路只側(cè)重漂亮圓滑的曲線(xiàn)，所以在本次改良設(shè)計(jì)時(shí)，也就忽略了很多實(shí)際生產(chǎn)中不可缺少的注意點(diǎn)。例如，在構(gòu)建箱子整體外觀(guān)的時(shí)候，每一個(gè)曲面都必不可少的拔模角被忽略了很多次，受到所使用建模軟件功能的影響，已經(jīng)導(dǎo)角的曲面無(wú)法改變曲面的斜度，于是建模過(guò)程也推翻并重新開(kāi)始了很多次。此外，除了軟件功能和建模思路，在建模過(guò)程中也不斷發(fā)現(xiàn)并改正了很多實(shí)際使用中存在的問(wèn)題。

起初以為，只需要把移動(dòng)電源放在工具箱內(nèi)、柔性太陽(yáng)能板附著在表面即可，本次改良設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何在不變箱體主體結(jié)構(gòu)的情況下對(duì)原有箱體進(jìn)行功能改進(jìn)。當(dāng)時(shí)設(shè)想了一些在箱子表面開(kāi)充電孔的方法，并繪制了一些草圖，但考慮到到開(kāi)口過(guò)大，使用者在裝修工地使用容易進(jìn)灰，且不夠美觀(guān)，所以否決了這一想法。這時(shí)腦海中又閃現(xiàn)出我們外出常用的移動(dòng)電源，于是將箱體上的電源出入口改為了USB 口，通過(guò)轉(zhuǎn)換線(xiàn)實(shí)現(xiàn)給箱子充電的電源輸入和給工具或手機(jī)充電的電源輸出，同時(shí)在USB 口外添加了硅膠防塵塞（如圖8），用簡(jiǎn)單的方式避免了充電口進(jìn)灰導(dǎo)致工具箱電路老化、電源虛接等影響使用的情況。

在參考博世（BOSCH）、得偉（Dewalt）、威克士（Worx）、原日立（Hikoki）等品牌工具箱的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，最初的設(shè)想是在箱體兩邊加卡扣，采用模塊化的方式改良工具箱，便與不同深度、相同長(zhǎng)度和寬度的箱子組合在一起搬運(yùn)或者統(tǒng)一堆疊管理，但卻不盡人意，卡扣形式的堆疊結(jié)構(gòu)主要存在兩個(gè)問(wèn)題：首先是因?yàn)樵鞠潴w結(jié)構(gòu)和表面工藝較多，再次疊加結(jié)構(gòu)容易破壞工具箱原本內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其次是相對(duì)復(fù)雜的卡扣結(jié)構(gòu)會(huì)增加箱體的制作成本，且容易在使用過(guò)程中損壞。幾經(jīng)周折后，設(shè)計(jì)者得出一個(gè)結(jié)論：要解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于堆疊結(jié)構(gòu)的重新界定，在定量分析了大量現(xiàn)有工具箱的堆疊結(jié)構(gòu)造型后，設(shè)計(jì)者最終將堆疊部分再設(shè)計(jì)為附著于工具箱殼體上的凸起和凹陷結(jié)構(gòu)。[6]

四、結(jié)語(yǔ)

文章中設(shè)計(jì)的多功能充電工具箱，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的工具箱進(jìn)行再設(shè)計(jì)，工具箱內(nèi)根據(jù)電動(dòng)工具形狀和大小設(shè)置容納凹槽放置工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)工具的定置管理，避免了以往工具箱凌亂、查找工具時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題；利用對(duì)工具箱表面的簡(jiǎn)單改良實(shí)現(xiàn)了多個(gè)工具箱的堆疊；利用防塵塞解決了充電孔在工地使用進(jìn)灰的問(wèn)題，最后采用電源直充和太陽(yáng)能充電兩種充電方式，既能滿(mǎn)足室內(nèi)裝修行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求，又能滿(mǎn)足工作人員對(duì)于儲(chǔ)物、充電的緊急需求，一定程度上保障了電力的供應(yīng)，極大地提升了室內(nèi)裝修工作的效率和質(zhì)量，也提高了工具箱的使用頻率、使用效率，模塊化設(shè)計(jì)手法也為工具箱的設(shè)計(jì)發(fā)展提供了很好的范例。

通過(guò)這次多功能工具箱的改良設(shè)計(jì)，我意識(shí)到了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，其次提出要求，然后進(jìn)行社會(huì)調(diào)查并進(jìn)行實(shí)施。在一個(gè)產(chǎn)品實(shí)際落地投產(chǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師和產(chǎn)品設(shè)計(jì)師多數(shù)情況是兩個(gè)不同的崗位，做設(shè)計(jì)有時(shí)候需要設(shè)計(jì)師的自我表達(dá)但也不能太過(guò)理想化，不能只考慮外觀(guān)的美觀(guān)，還要考慮裝配、脫模等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，建模時(shí)，軟件功能傾向于外觀(guān)造型還是參數(shù)化設(shè)置不是最重要的，重要的是設(shè)計(jì)者在提出設(shè)計(jì)方案時(shí)需要具備現(xiàn)實(shí)性的設(shè)計(jì)思路。