基于Pro/E的手機結構數字化設計

欒 陽

（遼寧對外經貿學院 信息技術系，大連 116025）

0 引言

我國移動通信技術從2010年4月已經開始邁向3G時代。從模擬電話到2G數字網絡，從GSM、CDMA 再到TD-SCDMA，移動通信經歷了二十年的發展。作為終端產品的手機與我們關系最為密切。手機發展到今天由最開始的直板造型到折疊造型，再到后來的變種旋蓋、滑蓋等經歷了二十余年不斷創新的歷程；手機功能已從簡單的通話發展到集通話、短信、多媒體等一體的智能手機，整體來看，“智、樂、綠”是手機發展的總體趨勢。作為通信的載體——手機在滿足人們的通話要求之時，還要滿足人們娛樂要求及個性化要求。手機的更新換代速度也隨著人們的追求變得越來越快，因此對手機設計者的要求也越來越高。本文就基于Pro/E軟件的手機機構設計進行簡單論述。

1 手機設計與制造過程

在論述手機結構設計之前首先簡單了解手機的設計及制作過程（如圖1所示）。

手機設計公司通常分為市場部、工業設計部和結構設計部。一個手機項目是從客戶指定的一塊主板開始的，客戶根據市場的需求選擇合適的主板是第一步。

結構工程師拿到主板的3D圖后把主板的3D圖轉成六視圖的線框圖以1比1的形式導出成圖片，并且計算出整機的基本尺寸，這一步稱為指引圖設計。

圖1 手機設計與生產基本流程

工業設計包括手機的外觀、材質、手感、顏色配搭，主要界面的實現與及色彩等方面的設計。工業設計工程師拿到設計指引，先會畫草圖進行構思，接下來集中評選方案，確定兩三款草圖，既要滿足客戶要求的創意，這兩三款草圖之間又要在風格上有所差異，然后進行細化，繪制完整的整機效果圖。ID完成的整機效果圖經客戶調整和篩選后確定，然后根據最終的草圖方案進行二維效果圖制作。

結構工程師根據ID提供的線框圖開始建模,MD要把不同視角的線框在CAD軟件中按六視圖的方位擺好，以便調入Pro/E 中描線。MD在描線之前要先想好手機怎樣拆件，爭取找出最佳拆件方案。

設計方案要變成產品，有很多問題需要思考和預防,如主板與殼體之間怎樣配合；殼體怎樣增加強度；殼體怎樣改善方便模具制作等。設計師總有自己發現不了的問題，此時需要別的工程師再把把關。評審發現問題后要及時對結構進行優化。

理論設計搞好后就做手板進行進一步的設計驗證，手板不僅讓你能夠看到手機功能的實現，還能讓你進一步發現設計中存在的隱患，減少以后設變的次數。手板外觀和尺寸都要求和圖紙一致，這樣比較貼近最終的樣機，仔細地檢查零件尺寸，看看整機的裝配有沒問題，還有沒有什么改善可以讓生產更方便快捷。

模具廠則對模具制作可能發生的問題提出改善意見,并將意見反饋給設計公司。供應商完成模具制作后即可進行塑膠件試做和模具修整，以滿足設計要求。

經過改善后的樣品要對重復試模的程序進行檢驗，此時上、下殼等外觀配件可以做表面處理再進行實裝，實裝確認無誤后，即可以安排試產。試產時發現的問題由結構設計工程師記錄下來并加以改進，改模完成后即可進入正式生產。

2 基于Pro/E的結構設計

手機產品零件眾多，利用軟件進行產品設計時可以利用自底向上和自頂向下兩種設計方法。但是采取自底向上設計方法時由于零件多會出現裝配困難特別是修改的工作量大的問題。因此一般采取自頂向下的設計方法，在時間緊急時還可以利用Pro/Intralink數據管理工具進行自頂向下的協同設計，既可以保證設計的參數化又能夠提高設計效率。

基于Pro/E軟件的手機機構設計主要包括主控零件設計、零件拆分、零部件設計、干涉檢查等步驟（如圖2所示）。整體設計采取自頂向下的設計方法，采用TOP-DOWN設計思想建立骨架主控文件，各零件間可以盡量避免出現相互參考的情況。

圖2 手機結構設計步驟

首先設計一個主控件作為其它元件的參照件，結構工程師根據ID提供的資料先設計一個主控件MASTER，MASTER是其它元件的基礎參照件，所有的表面元件都要以MASTER的曲面作為參考依據；結構設計時不但要在MASTER里做出拔模角度，還要清楚各個零件的裝配關系。設計主控件時先導入Pro/E后描線，描線的時候務必貼近ID 的線框,同時線條還要盡量光順，曲率變化盡量均勻，描線的目的在于方便測量和修改。手機的外形多是對稱的，外觀面只需要做好一半，另一半到后面做拆件時再鏡像過去，做完外觀面先自己檢查一下拔模和光順情況，然后建立裝配圖，把大面和主板放在一起，看看基本尺寸是否足夠。

然后在MASTER件的基礎上取面，拆畫出各個零部件，拆分方式以ID的外形圖為依據，結構設計師首先要熟悉平面工藝圖，分析各零件及拆件后的工藝可行性，或者用怎樣的工藝才能達到ID 的效果。可以對手機外形進行上組件,下組件等的拆分。拆分時要注意ID的美工線，有美工線的兩個相鄰部件一般不要做在一起，特別是上組件和下組件之間，上蓋一般是用來與下蓋固定在一起形成整個手機的外殼，也是用來固定其他零部件的最好的基座。

結構的細化應該先從整體布局入手，一般先做好結構的整體規劃，即先做好上下殼的止口線，螺絲柱和主扣的結構，上述結構定下來后手機的框架就搭建起來了。再遵循由上到下，自頂向下的順序依此完成細部的結構。

圖3 翻蓋手機零部件拆分

第三步是進行裝配設計，將拆分出的各個零部件按裝配順序分別在裝配環境下創建，選擇參考中心重合的對齊方式；然后裝入電子部件，如LCD，LED，BATTERY等。如設計做翻蓋手機時，總裝配又分多個組件，如上蓋組件，下蓋組件、LCD組件、主板組件、電池組件等。（圖3為翻蓋手機的零件拆分狀況）

具體到某個殼體零件的結構設計需按照一定順序進行，手機殼體零件中有按鍵、側鍵、IO塞等特征。一般情況下第一先是抽殼；第二是長唇；第三設計卡扣和boss；第四固定按鍵和塞子等零件的結構設計；緊接著就是主板的固定，最后硬件的避讓修改。

干涉檢查是設計的最后階段，在裝配圖中不管是借助軟件的功能還是人工手動的方式都不能少了干涉檢測。因為不管你多仔細都有看不到的地方或者是遺漏的地方。干涉檢查分靜態干涉檢查和動態干涉檢查，靜態干涉檢查是指在組裝好的情況下進行檢查，動態干涉檢查是指零件在運動的時候或是零件在組裝過程中的干涉檢查。靜態干涉檢查進行比較容易，動態干涉檢查進行起來就比較麻煩，動態干涉檢查可以用運動仿真模塊進行運動仿真，這樣不但可以看到運動時的狀況還能發現干涉的地方。翻蓋手機要注意預壓角的方向，以及打開和運轉過程中翻蓋件和主體件之間的干涉。如果轉軸處外觀為弧形，需注意分件后翻蓋轉軸處過渡自然，以免與上蓋干涉。

3 結論

通過利用Pro/E軟件進行手機結構自頂向下的設計，可以非常方便的實現設計參數化，提高了設計速度、保證設計質量。在利用其他設計軟件進行手機及其他電子產品設計時也可以用類似的方法達到縮短產品設計周期的目的，從而為產品迅速占領市場贏得寶貴時間。

[1] 馬寧偉,祖景平.手機結構設計[M].人民郵電出版社. 2010.