多功能充電工具箱的改良設計

文/楊柳 朱舒鋒（昆明理工大學 藝術與傳媒學院）

一、引言

在專業人員進行維修工作和家庭日常使用中，電動工具的應用范圍越來越廣，使用者對電動工具會進行定期或不定期地使用、檢修與維護工作。在電動工具使用或者進行其他修理作業時，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，相對于電動工具，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，以室內裝修行業為例，工作人員所用的工具箱多為手提式工具箱或工具包，在實際使用時，工具通常雜亂無章地擺放在工具箱或工具包內，使用時需要翻找，耗費了大量不必要的時間，且工具容易磨損，大量工具的胡亂擺放甚至會影響工具箱的實際收納空間；遇到雨雪天氣時，工具箱或工具包易進水；功能單一的工具箱或工具包也無法滿足工作人員對于攜帶、儲物、緊急用電等多種需求。

傳統工具箱的結構只能保證主體工具用完以后可以放到原位，而隨便放在某一個地方的小工具或者相關配件，一旦丟失也無法立即發現，再次需要使用的時候才能發現遺失，直接影響到室內裝修人員的現場工作進度，電動工具在外使用如若遇到電源供應不足的情況將無法正常運行，細小場景作業時，如果工地照明條件有限，手機手電筒和傳統手電筒因為長時間操作電量不足無法及時補充電源，在某種程度上講也降低了裝修現場在光照條件不足情況下的工作效率。室內裝修行業的工作性質較為普通，在工地工作時無法攜帶過多設備[1]，如移動電源、照明工具等，工作人員在現場測量的過程中時常遇到測量設備電量無法補充、照明設備不足等問題。因此，當前使用的工具箱或工具包已經不能完全滿足當下裝修工人日常工作的需求[2]，需要開發一種模塊化的、可堆疊組合的多功能工具箱，在承載裝修現場作業所需工具的基礎上，既能單個攜帶少量必備工具，又可方便多個工具箱組合攜帶，同時能滿足運維人員對移動電源的需求。

二、設計思路

（一）總體思路

根據之前的工具箱存在的設計不合理的問題，要制定一個總體設計方案：首先要在原本工具箱的基礎上做改良，就要最大限度保證在不破壞原本內部結構的基礎上進行改動，添加結構后，依舊保證各種工具的擺放合理、便于使用；其次，改良部分要考慮實際使用場景，盡可能滿足工作人員對工具箱的不同需求。

多功能工具箱由主箱體、標準工具存放區、充電設備電源儲備裝置、太陽能發電裝置、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，還特別增加了移動電源和堆疊的功能。

（二）主箱體

從宏觀上講，箱體是外殼與各部分之間的排布，應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）。通過合理設置箱蓋和箱背等零部件結構以及使用時的操作流程來實現對工具的保護及收納功能。該工具箱具備耐磨、耐壓、耐沖撞的三重防護功能，在現有工具箱的基礎上使產品外在造型和內部結構相互依存，實質上就是通過改良來實現“手段與目的”的協調，在具備基本功能的同時提供了工具箱堆疊方式的多種選擇。

圖1 主箱體三視圖

（三）標準工具存放區

存放區設置在主箱體的內部，采用固定模具材料構成，將工具使用內嵌形式進行放置，同時將箱內工具按照使用頻次和用途進行分區收納。[3]改良后工具箱的優點是取用工器具一目了然，且工具和各類裝置按照使用習慣合理配合，以避免放置混亂、拿取不便等情況出現（如圖2）。

圖2 工具箱內部結構

（四）充電及電源儲備裝置

充電設備電源儲備裝置的主要由一塊位于工具箱外側表面的柔性太陽能板和與太陽能板同側的主箱體內部、位置緊貼箱體外側的蓄電池構成，具備防水、防塵等特性。

充電口設在箱體上殼頂部位置，并設有USB 接口、LED 電量指示燈以及工具箱電源開關。[4]工作人員可以根據LED 燈亮燈的數量判斷箱內電源儲備裝置的剩余電量（如圖3）。

圖3 充電及電源儲備裝置

太陽能發電裝置附著在主箱體外部，由可拆卸型柔性太陽能板構成，可視情況拆除，是在充電設備電源儲備均無固定電源支持時的輔助電源補充裝置（如圖4），閑置時將太陽能電池板放置在陽光下，吸收太陽能轉化成電能，給蓄電池充電，除了太陽能充電，蓄電池還可以使用USB 數據線進行充電，主要用于電動工具應急充電和手機臨時充電。該結構位于與太陽能板同側的箱體內部（如圖5）。

圖4 柔性太陽能板示意

圖5 蓄電池位置示意

（五）堆疊裝置

在模塊化設計理念的不斷深入的背景下，屬于自然規律設計理念下的“堆疊式”設計也逐漸進入了我們的視線。模塊化設計的主要有兩種形式，即模塊式與組合式，具體呈現方式是：兩個及以上的模塊化單元可以自由搭配。這種設計方法能夠將各個模塊進行有機整合，形成一個整體結構，其優點是能夠自由、靈活的運用生產材料與產品之間的關系，使得堆疊式的設計手法更快、更好地生產、加工和安裝，在不改變產品原本的物理屬性的情況下，方便多個產品組合使用。[5]改良工具箱的堆疊裝置設置于箱體外部。長、寬一致、深度或一致或不同的同系列工具箱可以通過前側凸點和后側凹槽相互扣合（如圖6），防止多個工具箱在堆疊或者搬運過程中發生位移（如圖7）。

圖6 工具箱堆疊結構示意

圖7 兩個工具箱的堆疊示意

三、實際設計中的問題

創造性地發現和提出問題難度大，而創造性地解決問題也決非易事。

我們通常使用的建模軟件，其功能更傾向于外觀，參數化方面比薄弱，尺寸設定很容易出問題，過去的產品設計思路只側重漂亮圓滑的曲線，所以在本次改良設計時，也就忽略了很多實際生產中不可缺少的注意點。例如，在構建箱子整體外觀的時候，每一個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，已經導角的曲面無法改變曲面的斜度，于是建模過程也推翻并重新開始了很多次。此外，除了軟件功能和建模思路，在建模過程中也不斷發現并改正了很多實際使用中存在的問題。

起初以為，只需要把移動電源放在工具箱內、柔性太陽能板附著在表面即可，本次改良設計的關鍵在于如何在不變箱體主體結構的情況下對原有箱體進行功能改進。當時設想了一些在箱子表面開充電孔的方法，并繪制了一些草圖，但考慮到到開口過大，使用者在裝修工地使用容易進灰，且不夠美觀，所以否決了這一想法。這時腦海中又閃現出我們外出常用的移動電源，于是將箱體上的電源出入口改為了USB 口，通過轉換線實現給箱子充電的電源輸入和給工具或手機充電的電源輸出，同時在USB 口外添加了硅膠防塵塞（如圖8），用簡單的方式避免了充電口進灰導致工具箱電路老化、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）等品牌工具箱的結構的基礎上，最初的設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、相同長度和寬度的箱子組合在一起搬運或者統一堆疊管理，但卻不盡人意，卡扣形式的堆疊結構主要存在兩個問題：首先是因為原本箱體結構和表面工藝較多，再次疊加結構容易破壞工具箱原本內部結構，其次是相對復雜的卡扣結構會增加箱體的制作成本，且容易在使用過程中損壞。幾經周折后，設計者得出一個結論：要解決這一問題的關鍵在于堆疊結構的重新界定，在定量分析了大量現有工具箱的堆疊結構造型后，設計者最終將堆疊部分再設計為附著于工具箱殼體上的凸起和凹陷結構。[6]

四、結語

文章中設計的多功能充電工具箱，通過對傳統的工具箱進行再設計，工具箱內根據電動工具形狀和大小設置容納凹槽放置工具，實現對工具的定置管理，避免了以往工具箱凌亂、查找工具時間長等問題；利用對工具箱表面的簡單改良實現了多個工具箱的堆疊；利用防塵塞解決了充電孔在工地使用進灰的問題，最后采用電源直充和太陽能充電兩種充電方式，既能滿足室內裝修行業現場作業需求，又能滿足工作人員對于儲物、充電的緊急需求，一定程度上保障了電力的供應，極大地提升了室內裝修工作的效率和質量，也提高了工具箱的使用頻率、使用效率，模塊化設計手法也為工具箱的設計發展提供了很好的范例。

通過這次多功能工具箱的改良設計，我意識到了在產品設計的過程中，首先要發現問題，其次提出要求，然后進行社會調查并進行實施。在一個產品實際落地投產時，結構工程師和產品設計師多數情況是兩個不同的崗位，做設計有時候需要設計師的自我表達但也不能太過理想化，不能只考慮外觀的美觀，還要考慮裝配、脫模等現實問題，建模時，軟件功能傾向于外觀造型還是參數化設置不是最重要的，重要的是設計者在提出設計方案時需要具備現實性的設計思路。