桌面試劑成像儀的結構設計

甄麗坤，白仁飛（通訊作者）（.天津工藝美術職業學院，天津 30050；.天津科技大學，天津 300）

引言

桌面試劑成像儀用于家庭中的醫療自測，通過對試劑卡中試劑測試樣品進行圖像拍攝后分析數據，以此來判斷被試對象的身體狀況。在產品設計過程中，創意與造型設計的完成并不是設計的終點，設計若想實現產品化并推向市場，還需經過結構設計、模具設計、表面處理等多個程序。這其中，產品結構設計是其中至關重要的一環。

一、產品的結構設計原則

結構設計在產品設計中占據重要的地位，是實現產品功能創新、交互方式創新和造型創新的重要途徑。在實際的設計流程中，產品結構設計往往是一種“被動”式的設計，即要在已經成型的造型設計的基礎上進行設計，這就需要在進行設計的過程中既不能破壞產品的造型美感，又要尊重產品的造型細節，如某些裝飾嵌件、分型線的位置和形態、按鈕的效果等。

產品結構設計大致可分為如下幾個方面，即功能性結構設計、交互性結構設計和造型性結構設計，下面分別加以分析。

（一）功能性結構設計

功能性結構設計是指為了滿足產品的功能而進行的結構設計。包括產品的結構固定、限位以及對產品結構強度和材料特性的把握等。功能性結構的設計是產品順利實現其功能的重要保證。如圖1所示為可租賃自行車的鎖具結構設計，該設計主要針對產品各部件的位置固定和限位，以及針對鈑金材料進行功能部件的劃分。

（二）交互性結構設計

交互性結構設計是指為了實現產品的操作方式和交互方式而進行的結構設計。如產品部件的展開方式，產品按鈕的響應方式，產品各功能的組合方式等。交互性結構設計能夠保證產品在操作方式和交互方面的創新性。圖2所示為不同時期的手機開蓋方式的結構設計，不同的開啟方式給用戶帶來的操作感覺不同，從而造成了產品交互方式的變遷。

（三）造型性結構設計

造型性結構設計是指為了保證產品的造型細節而進行的結構設計。這是結構設計中最難進行的環節，由于受到了造型的限制，結構要最大限度保證造型的完整性，這往往要犧牲結構設計的合理性。在整個過程中應該保證造型設計師和結構設計師之間溝通的順暢，在某些細節問題上雙方做出取舍和讓步，有必要的話還要進行方案的修改。

> 圖1 可租賃自行車的鎖具結構設計

> 圖2 手機的不同開蓋方式

> 圖3 桌面試劑成像儀效果圖

> 圖4 結構爆炸圖

> 圖5 試劑卡槽與滑軌之間的連接

> 圖6 上殼與卡件之間的連接

> 圖7 下殼與卡件之間的連接

> 圖8 電池倉的設計

二、桌面試劑成像儀的結構設計

（一）產品裝配結構分析

該產品的造型設計由甲方委托相關工業設計公司完成，效果圖如圖3所示。該設計主要由三部分組成：上殼、中間裝飾性嵌件、下殼。三部分應能主要通過卡扣進行自然的連接，且方便拆裝與維護；產品內部主要結構為一個結構支架，可用來支撐攝像頭、電路板等內部元件以及試劑卡的滑軌和卡槽設計；產品細部結構還包括底部的電池倉設計和電源開關結構設計，其中，電池倉要能容納四節5號電池，而電源開關要實現能夠透光的LED燈效果，以彰顯科技感。

該設計的難點在于造型中間裝飾性嵌件的設計。由于整體尺寸的原因，嵌件的寬度會很細?。ǎ?.5mm），這就必然對其結構強度有著嚴格的要求，既要保證該細節的造型特點，又要保證其結構強度，同時還要兼顧模具設計的難度。

而由于造型設計已確定，在進行結構設計時不能以損害造型的細節設計為代價，所以只能從結構的功能性設計出發，以保證產品造型性結構的完整性。這也是此次結構設計的總原則。

經過初步的結構分析，決定在產品的內部設置支撐構件，該構件用來作為連接上下殼和支撐裝飾嵌件，同時還能對試劑卡槽起到限制的作用。產品的總體爆炸圖如圖4所示。下面分別就結構設計的重要部件進行分析：

（二）試劑卡槽與滑軌之間的連接

之所以將卡槽與滑軌之間的連接作為首先要分析的結構，是因為對于整個結構設計來說，這部分的結構處于整個結構設計布局的核心位置。其裝配關系如圖5所示。

重點要說的是圖中綠色的構件，該結構主要有兩個功能：一是為產品裝飾嵌件起到支撐的作用，二是為試劑卡槽和滑軌起到支撐和限位作用。先說前者，由于產品的要求是要做到上殼、嵌件和下殼三部分的卡接結構，如果三者直接連接的話，連接部位的殼體厚度會比較小，影響了產品結構的強度，而通過圖中綠色部分的構件設計，可以將結構強度的要求轉化到該構件部分，從外部看絲毫不影響外觀；對于后者來說，該結構的存在則是必須的，因為卡槽與滑軌屬于整個結構中最易損的部件，不斷插拔試劑卡的過程也要求該部分能夠有較為穩定的位置和結構，所以該部分與卡槽之間的配合方式選擇較為牢固的螺紋連接。

（三）上殼與嵌件之間的連接

嚴格來說，上殼與嵌件之間沒有直接連接，而是靠上文中提到的綠色構件作為橋梁進行連接的。具體的裝配關系如下：上殼通過卡扣與綠色構建進行連接，嵌件通過卡槽與綠色構建進行連接。其中，上殼與綠色構件之間的連接較為牢固，而嵌件的連接部分則為接觸連接，并不牢固，綠色的構件只是在不同的方向上對嵌件進行了限位，防止產品在使用的時候出現偏移或錯位。因為就效果圖來看，嵌件的設計較為輕薄，很容易在裝配的時候把握不好位置精度。所以，對其進行限位設計是必要的。但嵌件還需要與下殼之間進行連接，以增加它的連接強度，該結構將在下文中進行講解。具體的裝配關系如圖6（剖視圖）所示。

（四）嵌件與下殼之間的連接

嵌件與下殼之間的連接同樣是一個插接結構，而下殼與綠色構件的連接則為螺紋連接，這樣就形成了一個以綠色構件為中心的較高強度的裝配整體。而嵌件在上下殼都有牢固結構的基礎上，被上下擠住，由于有嚴格的限位結構做支撐，它也獲得了較為穩固的結構強度。這樣，就完成了該結構設計中最核心的部分?？梢?，在結構設計過程中，要有清晰的設計思路，需要在保證產品造型設計不被改變的基礎上，巧妙運用符合產品特征的結構連接方式，保證產品的結構強度和位置關系。該部分的具體裝配關系如圖7所示。

（五）其他部分的結構設計

首先說電池倉的設計，由于產品尺寸的限制，底部空間有限，所以，將四節電池分為兩組，分別以立式和臥式兩種方式放置，具體的結構如圖8所示。

再說一下前面提到的產品開關設計，若想實現LED燈的透光效果，有如下方法：

1.可以購買自發光開關，即開關頂部自帶led燈的開關。

2.選擇輕薄的開關，在開關的側面放置貼片led，視貼片放置的數量，可能會出現發光效果不均勻的現象。

3.如果按鍵與開關的位置可以錯開，可以在按鍵正下方放置LED燈。

三、設計分析與總結

在產品設計過程中，造型設計與結構設計是其中很重要的兩個環節。為了減少不必要的麻煩，整個方案的設計、評價和修改等各個環節的把控最好由兩方的設計師共同參與完成，這樣就可以在保證產品效果的同時實現簡潔的結構設計，否則就會對設計的某一方造成較大的困擾。該設計就是在造型設計已經完成的前提下進行的結構設計，由于造型不能做大的變動，在空間配置和裝配設計上，就要求結構設計要嚴格遵守產品的造型設計細節，不能做出較大的改動。

在結構設計過程中，要在嚴格遵循不同材質產品的加工工藝特點的前提下進行設計，同時還要考慮產品的裝配順序與拆裝難度，以及產品的成本控制等。■

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