智能家居中控的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝優(yōu)化

黃志斌，王琦凡，羅宏洲，李梅海

（深圳市中易騰達科技股份有限公司，廣東深圳 518100）

0 引言

家居智能化是智能生活的大趨勢，智能空調(diào)、智能燈、智能窗簾、智能掃地機、智能電視、智能馬桶等等智能設(shè)備逐漸進入普通家庭，而這些智能家電品種和功能復(fù)雜，需要一個智能管家去管理和控制，這就是智能家居中控，讓用戶能夠通過簡單的命令統(tǒng)一控制所有的設(shè)備，也能單獨喚醒某一個設(shè)備，進行語音或遠程控制，或者對家中的設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通，可以說，智能家居中控，就是這些智能設(shè)備的大腦，其作用特別重要。

現(xiàn)在市場上的中控產(chǎn)品存在使用不方便、不夠美觀、價格高等問題。由于該產(chǎn)品屬于高新技術(shù)產(chǎn)品，其研發(fā)起步不久，技術(shù)還處于發(fā)展之中。本文以實際開發(fā)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合用戶使用中存在的問題和痛點，分析對比現(xiàn)有產(chǎn)品的特點，運用分析軟件，探索智能家居中控在開發(fā)中的一些注意點和創(chuàng)新點，為從事該相關(guān)產(chǎn)品和行業(yè)的人員提供開發(fā)參考和創(chuàng)意思考點，共同提高智能家居產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)水平和產(chǎn)品的品質(zhì)水平。

本文從智能家居中控的結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新及工藝的優(yōu)化兩方面出發(fā)，既考慮到產(chǎn)品設(shè)計的環(huán)節(jié)，也考慮到產(chǎn)品批量制造的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了產(chǎn)品由概念到實際投產(chǎn)上市，實用性強，對高端智能產(chǎn)品的研發(fā)制造有較高的參考作用。

1 智能家居中控的結(jié)構(gòu)方案

為了使中控能無縫利用現(xiàn)有家居的電路，一般可以在最常用的86 盒的底殼上面開發(fā)智能家居中控［1］，不需要另外鋪設(shè)電路和開墻孔。區(qū)別于普通86 盒中控開關(guān)等固定式結(jié)構(gòu)，本智能家居中控結(jié)構(gòu)可分為電源部分和主控部分兩大部分，具體如圖1 所示，電源部分主要提供電源與信號連接；主控部分包括主控板組件以及各種人、機器與環(huán)境交互的元器件。本智能中控的結(jié)構(gòu)從3 方面論述。

圖1 中控結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 電源部分與主控部分的組合

傳統(tǒng)開關(guān)中控是電源部分安裝在86 盒底盒后，主控部分通過上下卡扣，扣合在電源部分，電源和控制信息通過插針連接，如圖2（a）所示。這樣的結(jié)構(gòu)，限制了主控部分的使用位置，用戶每次使用時都要走近安裝位置，非常不便利。而智能中控需要可移動性，這就要求主控部分可方便拆取和安裝。

現(xiàn)市面上有一種中控結(jié)構(gòu)，通過上面滑塊和下面卡扣的方式安裝主控部分，需要取下主控部分時，手動撥動滑塊，拆出主控部分［2］，如圖2（b）所示。但這種結(jié)構(gòu)存在如下問題：（1）滑塊結(jié)構(gòu)比較弱，容易疲勞和損壞［3］，而且滑塊尺寸較小，拆卸不方便；（2）主控部分外觀有卡扣，不夠美觀；（3）插針不適合多次裝拆，容易損壞，而且在拆除主控部分后，插針較尖銳，存在傷人的隱患。

圖2 主控部分與電源部分安裝示意圖

本文針對現(xiàn)在智能中控的使用情況和研發(fā)經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求［4］，提出主控部分可與電源部分采用如圖2（c）所示的磁吸式組合，主控部分和電源部分相對的一側(cè)均安裝有磁鐵陳列，位置相互成南北極對應(yīng)。當(dāng)主控部分靠近電源部分時，即可通過磁力吸附在一起，并可通過磁鐵陳列自動對位，不用用戶像對卡扣和滑塊那樣仔細(xì)對位才能安裝。用戶需要取下主控部分時，輕輕一掰即可取下。電源部分設(shè)置有定位凸臺，當(dāng)主控部分與電源部分吸合后，主控部分就不會因為重力而掉下來。

同時將插針連接的方式升級為POGOPIN 連接的方式，由于POGOPIN是一種彈簧頂針形式，能經(jīng)受多次拆裝連接而不損壞［5］，適合多次裝拆的結(jié)構(gòu)。同時POGOPIN受力會內(nèi)縮，相對插針，用在掛墻產(chǎn)品上不會對用戶產(chǎn)生傷害，比較安全。

1.2 主控部分的放置結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在一般主控部分取出后，只能拿在手上，或者平放在桌子上，不利于用戶的使用，用戶要單獨放置主控組件并瀏覽其內(nèi)容時，需要另外找一個放置架子，而如果需要一邊充電一邊使用時，就更加麻煩。

圖3 主控部分放置結(jié)構(gòu)示意圖

本文針對上面的問題，對中控進行了優(yōu)化，如圖3所示，在主控部分背面設(shè)計一個可轉(zhuǎn)動支架，支架可繞在主控下部的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并通過轉(zhuǎn)軸的阻尼力，實現(xiàn)主控部分多角度放置，方便用戶使用，同時解放了用戶的雙手。同時參考手機等產(chǎn)品的無線充電方式［6］，直接使用主控部分的磁鐵陣列與磁吸充電部吸合，電源線從下部或側(cè)邊出線（圖3），即可實現(xiàn)中控屏邊充邊用，方便人機交互［7］。

當(dāng)需要將主控部分安裝到電源部分時，可將轉(zhuǎn)動支架通過轉(zhuǎn)軸收起來，藏進主控部分內(nèi)部，這樣就不影響安裝在墻壁時的使用，也保證了產(chǎn)品的美觀性［8］。

1.3 電源部分的安裝結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在一些電源部分的安裝受到家居裝修時86 盒墻體凹槽開得不規(guī)則的影響，或者是貼墻紙，墻面上漆的影響，電源部分有時會安裝不到位，出現(xiàn)松動情況，有時又會安裝的太進去凹槽內(nèi)部，導(dǎo)致主控部分扣合或吸合不到位，容易掉下來的情況。

在用戶安裝的現(xiàn)場客觀情況不可調(diào)整的情況下，從產(chǎn)品上分析，可發(fā)現(xiàn)安裝孔普遍是和主控部分后支架做成完全一體，如圖4 所示，當(dāng)用安裝螺釘通過安裝孔安裝時，螺釘打得太淺則容易松動，螺釘打得太深時，后支架會隨安裝孔一起嵌入墻體凹槽。

針對這個問題，可對安裝孔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)優(yōu)化，在安裝孔一側(cè)切出一個C 形工藝槽，該槽切穿所在的塑料壁，這樣安裝孔靠近工藝槽一側(cè)，就會形成一個安裝孔耳，該結(jié)構(gòu)在打螺釘時，由于安裝孔只有一部分連接在后支架上，就會出現(xiàn)安裝孔耳由于鎖螺釘?shù)牧Χa(chǎn)生變形，孔耳位置往下凹，但是后支架并不會整體過度嵌入墻體凹槽，這樣就利用了變形的彈力調(diào)整了電源部分能夠剛好安裝到合適位置，保證了松緊度的同時也能讓主控部件能夠有效吸附安裝，也能方便地拿取。左右兩個安裝孔需做同樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

圖4 電源部分的安裝結(jié)構(gòu)示意圖

2 智能家居中控的工藝優(yōu)化

產(chǎn)品外殼主要由塑膠零部件組成，需要考慮塑膠零部件的注塑加工工藝與模具工藝，這會影響到產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，包括間隙、臺階等等，決定產(chǎn)品是否是一個高端的產(chǎn)品，也會影響到產(chǎn)品的成本，決定產(chǎn)品的利潤。

2.1 考慮塑料注塑的入膠口位置選擇

塑膠產(chǎn)品為了保證外觀美觀，考慮模具的模腔布局和控制成本，有時入膠口必須放在塑膠零件的一側(cè)，這樣會出現(xiàn)塑膠產(chǎn)品在注塑時，靠近入膠口端，由于注塑壓力較大，注塑出來的塑料產(chǎn)品的尺寸會偏大；遠離入膠口端，注塑壓力較小，塑料產(chǎn)品的尺寸會偏小。該規(guī)律已經(jīng)過實際到工廠跟進相關(guān)產(chǎn)品注塑，得以驗證，也得到相關(guān)研究人員的論證［9］。

入膠口位置選擇對比如圖5 所示。零件A 和零件B是相互配合的零件，安裝后在陰影區(qū)會產(chǎn)生間隙。如果零件A是在上端注塑入膠，其會形成上大下小的倒梯形的外形（圖示為了說明，上下端相差較大，實際產(chǎn)品不會有這樣明顯差別），而如果零件B 是在下端入膠，則會形成上小下大的正梯形的外形。當(dāng)零件B安裝進去零件A時，就會產(chǎn)生如圖陰影間隙上大下小的間隙不均勻的情況。而表1 的水口同側(cè)圖，零件A′和零件B′的入膠口都在上端同一側(cè)，產(chǎn)品都是呈上大下小的倒梯形外形，這樣，形成的陰影的間隙的寬度就均勻。

圖5 入膠口位置選擇對比

按此要點安排產(chǎn)品零件后支架和蓋板的入膠口，發(fā)現(xiàn)如上規(guī)律，若入膠口分別設(shè)置在上下兩端，則兩者左右間隙不均勻，外觀較差；若入膠口均設(shè)置在一側(cè)，如圖5 中實例圖，則間隙均勻，并可以控制在0.1 mm 以內(nèi)，產(chǎn)品相對美觀，符合產(chǎn)品外觀要求，產(chǎn)品的檔次得以提高。

2.2 考慮塑料壁厚的過渡

由于智能中控的功能較多，其主控部分的塑料件的側(cè)壁需要開各種槽，如圖6 所示，圈出位置是安裝麥克風(fēng)矩陣的槽孔，這樣就會造成開槽的地方壁厚比較薄，根據(jù)塑料件注塑工藝，在料厚薄不均勻的地方往往會有縮水產(chǎn)生，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀。可以使用塑料注塑模流仿真分析軟件例如Moldflow 對產(chǎn)品的縮水痕跡的位置和縮水程度分析［10］，圖中左邊是主控部分塑料件的三維圖，中間色帶是收縮參考色帶，右側(cè)是產(chǎn)品收縮顏色顯示圖，圈出位置是側(cè)壁安裝麥克風(fēng)矩陣的位置，圖的上方的設(shè)計方案是優(yōu)化前的方案，通過色圖與參考色帶的對比，可以看出其縮痕會超過0.043 mm，在其表面（即槽的背面，產(chǎn)品的外觀側(cè)面圈出的位置）有明顯的縮水不良現(xiàn)象。這是因為注塑后塑料件都會因為冷卻而產(chǎn)生收縮，在厚度不同的位置，收縮的程度不同而產(chǎn)生了明顯縮水內(nèi)凹的現(xiàn)象。

為了減少或消除縮水不良現(xiàn)象，對此凹槽的各種設(shè)計處理方式進行嘗試和模流仿真分析軟件分析驗證，解決方法是，對凹槽凹進去的側(cè)面調(diào)整為大斜面，使產(chǎn)品的厚度逐漸變小。調(diào)整后再使用模流仿真分析軟件分析，其產(chǎn)品槽位背面縮痕減少為0.015 mm左右，非常輕微。再經(jīng)過具體產(chǎn)品上機進行最終的注塑驗證，實際產(chǎn)品的縮水痕在優(yōu)化后幾乎看不出來。在采用仿真分析尋找方案，以及實際產(chǎn)品驗證后，產(chǎn)品的外觀得到了很好的保證。

圖6 壁厚的過渡設(shè)計對比示意圖

2.3 產(chǎn)品零件的互換性與成本的控制

高端智能中控采用POGOPIN 進行電源與信號連接，對于不同信號交互的需求，POGOPIN 的數(shù)量從2 個到多個不等，POGOPIN價格較貴，批量生產(chǎn)就需盡量控制數(shù)量，這就需要在蓋板上開不同數(shù)量的POGOPIN孔。對于一般模具，每一個不同孔的蓋板就需要開一套模具，這樣產(chǎn)品制造成本就會明顯增加。

有鑒于此，結(jié)合現(xiàn)有注塑模具技術(shù)［11］，本產(chǎn)品蓋板零件設(shè)計成不同的POGOPIN 孔數(shù)量，模具則采用圖7 所示方案，蓋板的模具主要部分由型芯和型腔構(gòu)成，其合模注塑后即可注塑出蓋板零件，該方案將蓋板的模具型芯拆分出一個型芯鑲件，當(dāng)注塑兩孔蓋板時，采用型芯鑲件1；當(dāng)注塑四孔蓋板時，則把型芯鑲件1 從模具型芯卸下，安裝型芯鑲件2，而模具型腔等模具部件則可以通用。這樣既可滿足產(chǎn)品零件的互換，也極大節(jié)約了模具成本［12］。

圖7 零件的互換性模具生產(chǎn)示意圖

3 結(jié)束語

本文通過對比電源部分與主控部分的組合，提出了智能中控更便利地在墻壁上安裝與拿取的自動磁吸的結(jié)構(gòu)方案，擺脫了使用空間的限制。通過對智能中控移動使用的需求分析，提出了可調(diào)整角度擺放和充電的結(jié)構(gòu)方案，提高了使用便利性。并通過分析實際安裝的痛點，提出了彈性安裝耳的C形孔耳安裝方案。進一步地，通過對智能中控結(jié)構(gòu)的塑膠件的入膠口優(yōu)化布局，控制了產(chǎn)品的間隙，同時通過仿真分析工具對產(chǎn)品的壁厚等優(yōu)化，有效提高了產(chǎn)品的美觀性。也從模具的角度出發(fā)，從產(chǎn)品零件的互換性考慮，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，有利于產(chǎn)品的進一步推廣。

本文所開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)批量生產(chǎn)和上市，所提出的方案均得到實際生產(chǎn)和市場的驗證。為智能家居產(chǎn)品的高端化、實用化、美觀化等提出了切合實際的方案，是智能產(chǎn)品特別是智能家居中控的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化的非常有益的探討。