兒童智能手環的工業設計

葉奕風

(天津工業大學 天津300387)

0 引 言

我國每年兒童的走失率和找回率都存在一定差距，兒童走失事件可以說是全社會需要面對的一個重大問題。與此同時，為解決中國未來的人口問題，國家開始施行二孩政策，未來兒童用品市場將越來越龐大。因此，市面上各種各樣的兒童用可穿戴產品不斷出現。隨著科技的日新月異，有關“兒童可穿戴設備”也展現出一種雨后春筍的態勢，有望對解決兒童走失問題產生一定幫助。

1 設計原則

兒童智能手環的用戶是兒童群體，考慮到兒童群體的特殊性，設計時首先需要使產品盡量精簡化，即在保留必要功能的前提下盡量減少其他功能，將產品的利用率提升到最大。其次，設計時也需要考慮產品的可持續性，提升產品的耐用性。再次，由于該智能手環的用戶量較大，如何批量生產自然成為需要考慮的設計原則之一，將生產成本壓縮到最低，可以更好地拓展用戶。具體設計原則如圖1所示。

圖1 設計原則示意圖Fig.1 Schematic diagram of design principles

由于該產品的用戶大多是兒童，所以在設計之初就需要考慮到兒童群體的生理條件和心理條件。因此在設計時就需要將手環尺寸盡量減小，防止意外脫落。其次在材料上也需要一種既有一定強度和柔韌性，又有良好手感的材料。CYE-TC系列的TPE材料的硬度范圍較廣，擁有優良的彈性、拉伸強度和較為舒適的手感，便于上色，方便加工。表 1為該材料的一些物性測試結果。

表1 CYE-TC系列TPE材料物性測試Tab.1 CYE-TC series TPE material properties test

除生理條件之外，心理條件也是在設計時必須要考慮的因素。將產品外觀設計成以卡通形象為藍本的形態，可以增加兒童的親近感，避免因太過單調死板的內容而導致兒童產生排斥心理。

2 精簡化設計

本文所設計的智能手環是以大型公共場所的異構網絡為基礎的終端設備，其中包含有實時定位、實時通信、超過預定距離開始報警這 3個主要功能。為實現精簡化設計的目的，需盡量減少不必要功能的出現，如表2所示。本手環在實現這3個主要功能的同時，根據使用場地的不同(如大型室內商場、超市、室內游樂場、醫院等)，額外搭載可以適應不同場合的1～2個附加功能，以求更好適應所處環境。

表2 手環構成Tab.2 Bracelet composition

3 可持續方案

手環可以長時間持續運作的條件是要有支撐其長時間運作的電量以及足夠耐用的核心部件。電源方面考慮到各模塊的基本用電量，本文采用兩個可充電紐扣鋰電池作為基本供電電源。表 3為本設計所采用的聚鑫源ML2032電池的基本參數。

表3 電池參數Tab.3 Battery parameters

另一方面，為保證該電源可以較長時間運行，使用在手環上同時裝備小型無線充電部件的方法可以達到此目的。

可以使手環增加耐用性的另一條件是使用合適的核心部件外殼。因為核心部件芯片的強度是有限的，需要使用合適的外殼將其有效保護起來。除此之外，合適的外殼還可以保證內部芯片更有效運轉，工作效率得到進一步提升。鎂鋁合金(見圖 2)作為一種合金，具有較輕的重量，較小的密度，較高的吸震性能和散熱性，一方面適合兒童腕關節普遍較小的支撐力量，另一方面能有效減少設備整體遭受到的外部震動和熱損傷，為芯片運行提供了一個穩定的環境。

圖2 鎂鋁合金板Fig.2 Magnesium alloy plate

綜上所述，本文所設計的手環在電力持續使用和核心部件保護這兩個方面都做了一定的改善，使產品整體的耐用性得到了較為明顯的提升。

4 量產化研究

本手環的用戶是廣大兒童體，因此必須考慮產品量產化的問題，以增加用戶量。上文提到的鎂鋁合金是本產品所采用的核心部件保護材料，鎂鋁合金不僅在物理性質上適合于該產品，還具有較好的加工特性，其良好的鑄造性能、切削性能和較高的模鑄生產率能夠大大減少工人和機器的操作時間，從而提高總體生產率。手環腕帶上的CYE-TC系列的TPE材料由于適用范圍較廣，工廠用量較大，因此生產成本也較低，可以用于批量生產。核心芯片的成本需要按照產品的功能來進行劃分。

綜上所述，本產品使用的大部分材料都可以減少生產成本，可以達到通過批量生產的方法進而增加用戶量的要求。

5 結 語

隨著我國科技力量的不斷強大，智能手環的發展水平也在日益提升。但無論其如何發展，適合用戶和使用地點、提升產品的使用效率和耐性以及早日量產化這幾個因素都是必不可少的。本文所設計的兒童智能手環產品在一定程度上改善了這些問題，同時更加適于兒童群體的使用，有望守護兒童安全成長。

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