电子产品结构设计范文

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中图分类号：TH156文献标识码：A文章编号：1672-545X（2015）11-0258-02

作者简介：郑海航（1987-），男，广东汕尾人，学士，准备评中级机械工程师，研究方向：产品结构开发

电子产品的功效不仅需要通过原理性设计来实现，同样也需要进行电子产品结构设计优化来实现。电子产品的结构性设计与原理性设计相辅相成、不可分割，在电子产品设计时要综合考虑。但是一些电子产品设计人员在产品设计时只侧重于功能性原理设计，忽略了结构性设计。在对电子产品结构设计时要充分考虑到电子产品的功能，综合考虑电子产品生产和维修、产品设计零件材料、产品功效实现、产品用户使用、产品使用寿命、产品经济效益等影响因素。

1电子产品结构设计的要求与原则

1.1电子产品的结构设计要求

电子产品结构设计的要求一般体现在以下几个方面：第一是功能要求，电子产品作为一种商品，要在结构设计中体现自身的使用价值；第二是产品质量要求，产品美观、实用、环保等质量要求决定了产品的价值，有助于实现电子企业的经济效益；第三是产品结构优化，电子产品结构设计涉及到工艺、材料、联接方式、形状、位置、尺寸等结构设计元素，找到结构优化的最佳方案；第四实现结构设计创新，现代电子产品与信息技术同步发展，在高速发展的现代社会，电子产品更新升级速度相当的快速，所以在对电子产品结构设计时要运用创造性思维，运用最先进的电子技术和设备，实现电子产品的盈利。

1.2电子产品结构设计的基本原则

第一，实现各个部件的预期功能的原则，立足结构设计的整体，协调各个结构之间的关系，简化电子产品结构，实现一个结构多种功能；第二，遵循强度与刚度的要求，通过结构设计、减小应力集中、改善受力情况来增加强度，对外壳材料进行综合的检测，满足所需要的强度和刚度；第三，满足制造工艺和装配要求的原则，在结构设计中，要简化电子产品零部件的配置、提升产品装配性能、合理划分装配单元等来实现零部件的合理安装；第四，满足用户审美的原则，电子产品不仅要有实用功能，更不可以忽视电子产品的外在美感[1]。

2结构设计阶段应考虑的主要因素

2.1产品的生产和维修方面的因素

做好电子产品结构设计生产和维修环节，笔者建议从以下几个方面做起：一是增强元器件布局的安全性、高效性、方便性。做到电路清晰识别，避免波峰焊出现隐蔽效应。产品的生产是做好电子产品的基础，因此在产品生产阶段就应当做好结构设计，设计好的产品才能投入生产中。电子产品的设计一定要结合其实用性考虑，将实用性纳入到电子产品结构设计工作中，做到产品的美观设计和实用设计相结合。其次，注重组件部件的连接。组件部件的连接要综合考虑连接线的方式和种类，其对组装效率和产品检修有很大的影响，一般来讲，排线连接生产效率要高，插拔连接较方便，同时，在维修方面的设计也非常重要，电子产品要做到维修便捷，因此在维修方面的设计要易于打开相应设备，维修的线路和主板能够直观地被维修人员看到，及时检查故障点，快速维护产品性能。产品生产和维修是结构设计阶段应当考虑的首要因素。

2.2产品设计零件材料方面的的因素

对产品设计零件材料的选择，也将极大的影响到电子产品设计的效果。在零件材料的选择上，要考虑零件材料是否环保、可回收再利用、安全等因素。在对电子产品设计零件材料的选择上，要选择信誉较好、价格较合适的厂家，不能贪图低价的便宜，缩减生产成本，采购前要选定产品设计所需要的材料，采购时尽量选择材料优质，价格合适的厂家，采购来的零件材料要送到相关的检测部门，经过一系列的检测程序后，安全合格后方可投入到正式的电子产品设计环节中；电子产品的种类不断增多，电子产品的使用人群增多，电子产品的普及产生了较多的电子污染，对土地资源、水资源等都造成了不可修复性的威胁。可是相关电子技术设计人员却忽视了对电子产品的后期处理，造成许多电子产品在被使用后没有得到科学的处理方法，电子设计人员要牢牢树立环保意识，要实现电子产品设计各个环节的无污染。另外，还要考虑电子产品的可回收利用。

2.3产品功效实现方面的因素

电子产品的功效能否实现很大程度上取决于产品内部布局的合理性，因此要想实现电子产品预先设计的功能，就必须要考虑元器件布局、电路板布线、组件部件布局、以及三者之间的相互影响。在元器件布局上要克服电路之间相互干扰的问题，考虑电路板承重限度，避免过重导致电路板的变形甚至是断裂，对于怕热的元器件要远离物源；在电路板布线方面，要考虑公共、高频线路阻抗、信号、接地等因素对信号的影响，避免分布电容对布线带来的干扰；在组件部件布局方面，应该考虑到与相关因素的地理位置距离。

2.4产品在用户使用方面的因素

电子产品设计是为了服务广大用户，因此，要考虑到用户使用方面的因素。电子产品贴近人们生活，所以务必要保证其安全性，完善安全保护接地措施，安装电子安全设备，比如安全接地、防雷接地等，消除触电的隐患；杜绝外界因素对电子产品机械零部件损害，延长电子产品机械零部件的寿命；电子产品对外辐射较大，久而久之，对设计人员、用户等都形成了无形的生命威胁；对电子产品结构的设计要有可靠的防过热高温、防火、防爆措施；同时，不可忽视对电子产品运输、存储时的安全，防止引起意外爆炸。

2.5产品使用寿命方面的因素

产品的结构好坏，对产品使用寿命有着很大的影响。综合考虑散热、热保护、热机械固定、太阳辐射等温度对产品使用寿命的影响因素，及时为元器件散热，对功率性发热的元器件实施热保护，避免长时间的太阳直射，保护元器件，避免电子产品的过早报废，延长产品使用寿命；保证电气连接、机械连接的可靠，进行防振动设计，防止连接松动和噪音产生；在结构设计时既要避免内部电路的误操作，又要避免外部电路的误操作，避免误操作对元器件的损害。避免印制线路由于电路板变形过量而断裂，提高产品的耐用性，提高产品的使用性能[2]。

3结束语

实现电子产品结构设计需要综合考虑很多因素，只要电子设计人员准确把握电子产品结构设计的影响因素，才能实现电子产品的预期功效，使电子产品更加符合人们的需求，满足人们日益增长的使用需要，使电子企业在激烈的市场竞争中处于不败之地，获得长足发展。

参考文献：

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中图分类号：TN602 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0015-01

按键是电子产品中极其重要的结构件，常用按键按材质分为：塑料按键（Plastic key）、橡胶按键（Rubber key）、塑料+橡胶按键（P+R key）。随着塑料制造工艺的提高，塑料按键（Plastic key）尤其连体塑料按键以它整体造型好、后处理方便、组装简单等特点受到设计者欢迎。连体塑料按键结构要素主要包括按键的悬臂、定位及间隙。连体塑料按键在试装和使用中常出现按键手感僵硬、按键联动、卡键等问题，主要是由于上述结构要素的设计缺陷造成。本文结合作者多年的设计和注塑加工实践，给出连体塑料按键主要结构要素的设计经验，旨在为结构设计工作者提供设计经验。

一、悬臂

（一）悬臂尺寸。一般电子产品的按键悬臂厚度0.8-1mm，宽度1.2-2.5mm，长度10-20mm较合适。悬臂厚度小于0.8mm注塑时冲胶慢导致悬臂强度降低，厚度大于1mm悬臂弹性较差。根据悬臂的设计空间、弹性和强度要求，悬臂宽度可以设计等宽的，如图1；也可以设计渐变宽度的，如图3。悬臂长度大于10mm弹性较好，小于10mm会感觉按键手感僵硬。为提高短悬臂弹性，在悬臂与按键体连接处进行变壁厚处理，局部最薄壁厚0.5～0.6mm，变壁厚悬臂连接处一定采用圆角过渡，注塑浇口宜设计在悬臂附近，否则容易出现注塑不全缺陷。当然悬臂越薄，长度越长弹力越好，但长度超过20mm会给注塑走胶带来困难，同时出模、包装、运输极易变形，因此设计时要综合考虑上述因素。

（二）悬臂形状。以直臂设计最简单，如图1，如果悬臂不能伸的很长，可以做成S形或弧形悬臂，以增加悬臂长度，如图2、3。悬臂转弯和受力处须采用圆角过渡，避免注塑时材料在直角处受到剪切而产生应力集中，造成悬臂先天强度不良。如果做S形空间不够，可以做成上文提到的变壁厚悬臂，这样也能达到较好的手感效果。（三）悬臂数量。最好采用双悬臂结构，这样按键不易变形。如果只能采用单臂，单臂最好靠近按键长轴方向，按键上触动开关的柱子设计在长轴另一边，即使悬臂较短，但整个活动臂依然较长，按动也会很轻松，如图2。由于长单悬臂按键在注塑、后处理、运输等过程极易变形，因此尽量设计辅助悬臂，在装配前剪掉，这可以有效保护按键不变形，如图2。悬臂在短轴方向时，宜做成双悬臂，双悬臂的间距尽量宽一点，这样与按键触点柱子成三角形分布，能避免按键按动时偏斜，如图1。

二、连体按键定位

连体按键和壳体采用定位套和定位柱定位，两者配合间隙单边0.1-0.25mm，如图3。为防止按键串动，从理论上此处设计应为紧配合，但是按键和壳体一般有两个以上定位结构，加工时很难做到完全对中，这样很容易导致按键装配不上或歪斜而影响按键手感，因此此处一定设计成间隙配合，并根据加工精度和定位柱数量调整间隙大小。

连体按键的定位结构一般设计在容易产生联动的两按键悬臂交汇点，同时按键定位套分别顶在PCB和壳体上，如图3，这样既防止按键联动又防止因壳体变形而引起的按键被夹紧使手感僵硬的问题。设计中尽量不采用螺钉或热熔方式把按键和壳体固定成一体，否则容易导致按键歪斜而影响按键手感和外观。外壳与PCB之间的固定柱尽量远离按键悬臂，如果无法避免，此处螺钉不能固定过紧，否则将会造成死键或手感僵硬。

三、按键与周边件的设计间隙

（一）按键触点柱与触动开关设计间隙。小B键和锅仔片是电子产品常用的轻触开关。实际生产中小B键通常不能完全落地，与PCB板间通常存在0-0.2mm间隙，为保证较好的手感按动效果，按键触点柱距小B键顶面间隙设计为0.5-0.8mm。锅仔片采用透明双面胶粘在PCB板上，底面与PCB板贴平，顶面与按键触点柱间隙设计为0.3-0.5mm。（二）按键与壳体设计间隙。不进行表面后处理的按键与壳体，单边间隙0.15-0.25mm，后续或有喷油或电镀，单边间隙0.2-0.4mm，在外观要求不严格情况下，间隙值尽量靠上限，这样按键稍有变形或歪斜也不容易卡键，按键最高处露出壳体约1-1.2mm，壳体的按键孔碰穿面宜设计在孔内，不能设计在外表面，否则后续容易出现飞边造成卡键，按键孔碰穿面距上端面大于按键行程，这样既保证按键正常使用，又避免按键周圈间隙过大而影响美观。

四、结束语

看起来简单的连体按键结构设计，隐藏着诸多微妙，只有仔细体会和耐心设计，才能减少后续模具、注塑、组装工艺的控制难度，才能使产品具有竞争力。

参考文献：

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一、前言

随着我国科学技术的不断发展，对于电子产品的安全性和可靠性要求也越来越高。而电子产品结构的外部破坏力的不断降低可以让电子产品更加耐用，可靠性，安全性以及使用精度更好。本文从电子产品结构设计的重要性出发，分析了电子产品的特点，并重点探讨了减少电子产品结构外部破坏力的有效方法：做好密封工作，保障结构完整，避免过多的受环境影响；做好减震缓冲工作，避免机械因素对电子产品结构外部造成破坏；做好屏蔽工作，避免外界电磁信号的干扰；加装保险装置，确保安全性和可靠性；合理的结构设计，方便后续维修；尽量做好检测装备，有助于及时的发出警报。

二、子产品的特点分析

1、电子产品的组成相当复杂，密度非常大。电子产品比较精密，其结构组成复杂，密度大是其主要的特点。由于电子产品结构复杂密度大，所以在结构设计上要求更合理。2、工作环境变化多样，外部影响大。电子产品工作的环境大都为环境比较复杂，温度湿度要求比较高，电磁干扰等影响比较大等等。3、可靠性要求非常严格。电子产品的主要目的是提高各种精确的数据，所以对于可靠性要求比较高，准确度要求比较精准。4、功能要求和精度要求都非常高。电子产品对操作控制的要求更高。将精密机械应用当中，也是其发展当中的一个显著的特征。

三、减小电子产品结构外部破坏力的方法

1、做好密封工作，保障结构完整，避免过多的受环境影响。电子产品容易受到外部环境的影响，比如温度和湿度对电子产品的影响都比较大。通过复杂的外部环境，容易影响电子产品的外部结构，对电子产品的使用产生非常大的影响。为此，为了减少电子产品结构外部破坏力必须做好电子产品的密封工作。通过良好的密封工作，保障结构的完整性，这样让电子产品在受到温度和湿度影响时，受损情况不会太严重，对外部环境会有一定的抵抗力。所以，做好电子产品结构的密封工作非常关键。

2、做好减震缓冲工作，避免机械因素对电子产品结构外部造成破坏。电子产品除了容易受外部环境影响外，还容易受机械因素的影响。通过外部机械因素的影响，会对电子产品结构外部造成一定的破坏。因此，要想降低机械因素的影响，减少电子产品结构外部破坏力，必须做好电子产品的减震缓冲工作。通过做好减震缓冲工作，对外部机械因素影响产生一定的抵抗，可以保障电子产品的有效使用，提升其结构完整性，保障其良好的使用寿命。

3、做好屏蔽工作，避免外界电磁信号的干扰。外部电磁信号的干扰也会对电子产品产生非常大的影响。会容易造成电子产品精度不准。为此，做好电子产品的屏蔽工作，是减小电子产品结构外部破坏力的一个重要措施。这就要求电子产品的设计人员，在其设计上，将屏蔽工作考虑进去。首先考虑设计的电子产品的使用环境，在使用环境下，会经常出现哪些电磁干扰信号，根据电磁干扰的特点，来加装屏蔽。在做好屏蔽工作后，尽量在实际环境下进行试运行，根据使用的具体情况，来加以改进和完善。

4、加装保险装置，确保安全性和可靠性。保险装置的合理使用，也可以有效的减小电子产品结构外部破坏力。在拥有保险装置后，在超负荷下，保险装置就会起到作用，对电子产品的整个部件起到保护，保障了电子产品整体结构的安全性和可靠性。后续正常环境下，只需要更换保险装置就可以再次使用，使用成本降低，使用寿命提升。

5、合理的结构设计，方便后续维修。整体结构便于维修，比如可以使用快速装拆结构，折叠式结构等。

6、尽量做好检测装备，有助于及时的发出警报。电子产品结构设计要想更加合理，必须加装检测装置，这样在拥有检测装置后，一旦遇到异常情况，可以及时的发出警报，给操作人员警示，提前做好安全操作。尽可能的避免电子产品损坏。

总结：在以后的电子产品设计中，必须不断的完善其结构设计方案，优化其结构设计方案，规范生产步骤，尽量保障电子产品少受外部环境和气候等的影响，保障电子产品的使用寿命更长，保障电子产品的使用精度更灵敏。只有这样，才能不断的减少电子产品结构外部破坏力，才能让电子产品的安全性和可靠性更加让用户满意。

参 考 文 献

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1.1本课程的知识模块包括：①产品材料与表面处理工艺常识；②塑料件结构设计的基本原则；③钣金类产品结构设计基本原则；④模具基础知识；⑤产品结构布局设计；⑥产品典型结构。其目的是使学生掌握结构设计的基础知识，培养学生的三维空间想象能力，在实际应用中养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力。

1.2课程的重点内容包括：①常用塑胶材料基本知识；②常用金属材料基本知识；③常用表面处理知识；④产品结构设计总原则；⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求。

2《产品结构设计》课程的教学思路

2.1选用教材。目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材，所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材，暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》。该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成，系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程，明确了产品结构设计的概念和岗位职责，并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程，帮助学生融会贯通，更加高效地学习和掌握实用技巧。

2.2教学内容。依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求，将《产品结构设计》分为六大模块，每个模块里面包括若干的章节，各章节之间既自成体系，又互相有衔接，条理清晰，通俗易懂。

①“产品材料与表面处理工艺常识”模块，主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识，以及注塑件、钣金件表面处理方法。塑胶的定义及分类方面，介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性，重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决，比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等。金属材料方面，介绍一些金属的特性和应用范围，比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金。常用表面处理知识方面，主要涉及塑料二次加工的基本知识，学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺。

②“塑料件结构设计规范”模块，重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范，比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计，能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围。在细节部分，应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计。

③“钣金件结构设计规范”模块，介绍钣金类产品设计的工艺要求，包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺，并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求。在此模块的教学中，应引入企业实际产品案例进行讲解，以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范。

④“塑料模和钣金模基础知识”模块，介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构，包括模具概述，模具的分类、注塑机介绍等，重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶，以及二板模和三板模之间的区别和应用，以“实用、够用”为度，学生只需了解典型的模具结构，不需要进行后期的模具设计。

⑤“产品结构布局设计”模块，主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识，以及各个特征的定义、作用和设计原则，特别是特征在使用时的相互配合关系。拓展知识方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则，以及模具设计与产品结构设计之间的联系。

⑥“典型产品结构”模块，重点介绍目前国内普遍使用的三大产品（电子产品、家电产品和电动产品）的典型结构设计知识。每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本，深入解剖结构知识在产品设计的运用。比如电子产品选手机为代表产品，讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计，以及内藏摄像头结构设计。家电产品则以电吹风为例，学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等，了解CAD软件在电吹风设计中的应用，能对产品塑料件进行结构分析。在此过程中，还要掌握项目管理方面的知识。

2.3教学方法。在教学中，提倡基于工作过程为导向的项目化教学，理论教学与实践练习相结合，增加实践课时的比例，培养产品设计的实践能力。教师引导学生建立实用合理的知识结构，强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力，淡化理论和实践的界限。在基础知识够用的前提下，采用任务驱动教学法、项目教学法，通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作，使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程，提高学生的综合应用能力和实际应用能力。

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1视觉体验的含义

视觉体验既是一种普遍的体验又是一种特定的体验，在眼睛看的过程中通过一系列抽象过程形成的体验过程我们通常说的看，是一种生理能力作为最简单的感知活动，是客观的对事物的记忆，是外在的一种扫描。视觉体验是人们接触社会感受世界的最直接的一种方式，儿童的视觉体验，例如对事物的认知都是先以判断事物的颜色、形状、大小等进行感知，在通过其他的例如重量，体积等进行认知活动，当然全面的了解事物还有坚硬、美丽、柔软、丑陋等一些心理上的感觉，这些都可以依托视觉进行感官上的体验，视觉的体验相对其他感官占得比重最高。

2分析现代儿童的电子产品中体验学习的视觉要素分类

2.1儿童电子产品中的色彩视觉

色彩对人的感官冲击很大，也直接影响人的精神和认知取向，在儿童探索世界的阶段，色彩是认识世界的重要因素，对儿童的心理健康起到重要的作用，儿童电子产品在设计时期一定要考虑产品色彩的要素，颜色对产品设计具有强大的艺术魅力，对儿童的教育以及成长起到直接作用。所以，儿童电子产品在设计时一定要根据儿童心理体验的需要为基准进行研发。一般我们印象中电子产品都是感觉比较冰冷的印象，所以在设计儿童电子产品的时候，考虑儿童发展阶段的特征必须打破这种成规，儿童电子产品在颜色搭配和色彩组合上一定要体现出使孩童感受的新鲜，通过接触电子产品产生喜爱、好奇等情感，所以设计电子产品的色彩的时候一定要考虑孩童视觉的体验，单纯且明快、完整且鲜明，进行合理的配色。既要能够使儿童身心健康又要赏心悦目，效果和谐统一。结合现代心理学孩子的视觉体验的相关理论，在设计中传达美的享受，爱的体验。将色彩运用到和谐能够让儿童健康成长，在使用产品的过程中得到快乐愉悦的感受。

2.2儿童电子产品中的形态视觉

产品的外观吸引力强是消费者购买的重要因素之一，通过外观形态也建立了较好的情感认知，对孩子来说，电子产品的设计在外观上一定有足以吸引的能力让儿童感到好奇和引起兴趣，拉近距离并且设计产品要充分考虑孩子身心发展特征，产品设计既要满足儿童心理需要又要满足市场的双重需求。所以根据儿童形态视觉的特点，电子产品在设计时优先考虑儿童的感受和体验，让孩子在使用电子产品时得以满足和感受愉悦。电子产品设计外形上要选择适合儿童身心发展的样子，符合孩童的形象思维和逻辑思维，因为孩童时期的思维发展与成人不同，所以在产品形象要求上更为敏感，一般年龄较小的孩子对圆润的外形，简单的形象，活泼可爱的风格更为偏好，这也符合孩子当时的视觉体验的心理，在孩子身心发展的阶段，满足其强烈好奇心的电子产品或者满足求知欲的产品加上特殊或心理感受的造型都能收到儿童的喜爱。产品设计的形态在吸引孩子视线的同时也建立了与孩子联系的一种方式，充满趣味性的电子产品能够让孩子身心得到满足，设计产品的形态来满足孩子的趣味心理不是单纯地盲目的而是要建立在能够吸引孩子产生对产品具有强烈认知的基础上，通过趣味性强的设计来建立，从而引导孩子喜欢和享受产品。外形美观且大方的造型，结构新颖别出新意，对孩子的审美和艺术培养都起到较好的作用，儿童接触较好外形的电子产品还能锻炼其形象和创造性思维。

2.3儿童电子产品中的结构视觉

产品设计是按照一定的结构方式进行的，儿童电子产品在设计的时候一定要结构简单不失童趣，对孩子的体验式要求进行合理的满足，儿童电子产品通常含有多种电子零件而进行装配，一定要体现出结构设计的合理性。在产品设计过程中，根据孩子自身阶段特点，产品设计要容易操作，不要因为操作不当或者零件太多太复杂而造成产品结构损坏，或者根据孩子注意力时间短的特点，产品结构设计要皮实耐用，设计紧凑，保证使用安全。尤其是结构的安全性，在设计产品中这一点显得尤为重要，尽量将外观机身部分进行电子零件的围封，避免自行打开产品外壳，不要接触带电零件。

2.4儿童电子产品中的材料视觉

产品形态的关键是材料，不同的材料拥有不同的特性，在设计中会展现出不同的魅力和品质，带给人丰富多彩的视觉和触觉体验。因此，材料的选择，要合理而巧妙，更好的获得人们的喜爱。材质的变化对带来视觉体验上的变化或者提升，这种体验与触觉和行为相结合，能够在感知的过程中获得多样的感官体验。儿童在经过一定阶段的触觉积累之后，很多触觉上的感触会抓化为视觉上的间接感受，在大脑中唤起对此种产品材料的感性记忆。儿童独特的身心发展特点，要求在材料选择和外在处理方面要严格谨慎，避免对儿童产生不良影响或损害。伴随着低碳、绿色、环保等设计理念的出现，儿童电子产品的设计也要遵循这些原则，多使用健康环保材料，开发出性能更为优越，且兼具时尚潮流等诸多元素的产品。根据产品概念、儿童心理特征，设计师应通过对不同质感绝缘材料的合理选用，增强产品的亲和力，调动儿童的视觉体验特点，提升其兴趣，让其能够更加充满乐趣和好奇心，在与电子产品的互动之间获得优质的享受与体验。

3结论

电子产品的设计既要考虑儿童视觉体验，又要满足儿童健康身心发展的要求，产品设计得到孩子的认可和喜爱才能长久的生存和发展。对于产品的形态，结构，材质和色彩都要进行研究，充分迎合孩子生长规律，体现出产品设计的优越性能，通过多种元素相辅相成进而成功的将视觉理论运用到产品研发中。

作者:金煦阳 单位:河北省唐山市第一中学

参考文献:

[1]况燧媛.基于儿童认知特点的玩具包装视觉体验及设计[J].人民论坛.2015(33)

[2]彭国华,陈红娟,杨君顺.视觉体验与日用产品设计[J].包装工程.2015(02)

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个人信息

姓名：

目前所在：天河区年 龄：39 岁

户口所在：广西国 籍：中国

婚姻状况：未婚民 族：壮族

培训认证：未参加 身 高：168 cm

诚信徽章：未申请 体 重：65 kg

求职意向

人才类型：普通求职

应聘职位：工业/产品设计：产品结构设计，工业/产品设计：产品外观设计，平面设计师：设计师/管理

工作年限：15职 称：无职称

求职类型：全职可到职日期：随时

月薪要求：3500--5000希望工作地区：广东省,广东省,

工作经历

广东尊创科技实业公司 起止年月：2009-09-22 ～ 2010-07-20

公司性质：民营企业 所属行业：家具/家电/工艺品/玩具/珠宝

担任职位：产品外观和结构设计

工作描述：家居套房：实木，软体床/衣柜/床头柜

离职原因：上班路程远

广州云峰企业科达电器公司 起止年月：2007-09-20 ～ 2009-07-20

公司性质：民营企业 所属行业：家具/家电/工艺品/玩具/珠宝

担任职位：产品外观兼结构设计

工作描述：舞台音箱/多媒体音箱/功放机/调音台，主要客户：PHILIPS(飞利浦)

离职原因：订单量少

广东中山南歌电子公司 起止年月：2005-02-21 ～ 2007-08-20

公司性质：私营企业 所属行业：计算机硬件

担任职位：产品外观兼结构设计

工作描述：鼠标/键盘等电脑周边产品

离职原因：个人发展

广东台湾优可企业电器公司 起止年月：2002-02-20 ～ 2005-01-20

公司性质：外商独资 所属行业：家具/家电/工艺品/玩具/珠宝

担任职位：产品外观设计

工作描述：电烤箱/刨冰机/加湿机等小家电外销产品

离职原因：个人发展

广东佛山南海哈比科技公司 起止年月：1999-02-22 ～ 2002-01-22

公司性质：私营企业 所属行业：家具/家电/工艺品/玩具/珠宝

担任职位：产品外观和结构设计

工作描述：家具产品外观和结构设计

离职原因：个人发展

台湾龙昌塑胶工业(南宁)公司 起止年月：1995-08-21 ～ 1999-01-20

公司性质：外商独资 所属行业：贸易/消费/制造/营运

担任职位：平面设计

工作描述：产品外观造型，产品外箱，彩盒设计

离职原因：离住地远

教育背景

毕业院校：西南大学

最高学历：本科 获得学位: 学士学位毕业日期：2009-04-01

专 业 一：美术学专 业 二：

起始年月终止年月学校(机构)所学专业获得证书证书编号

1993-09-011995-07-01广西柳州教育学院美术系美术教育大专1900133

2007-03-012009-05-01西南大学网络教育学院美术教育学士106357200905003298

语言能力

外语：英语 良好粤语水平：精通

其它外语能力：

国语水平：良好

工作能力及其他专长

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《电子产品结构工艺》教材由高等教育出版社出版，现在通常用于中高职电子与信息专业的学生学习。要求学生掌握的知识点有：具有环境条件对电子产品性能影响的概念；初步建立产品可靠性的概念；具有电子设备的三防、热设计、减振、屏蔽的基本知识；具有元器件布局、走线的知识；具有按结构工艺要求设计印制线路板的能力；掌握工艺文件的编制原则、要求，并初步具备典型电子产品生产工艺文件的编制能力；能对典型电子产品进行结构工艺分析；具备组装、调试中等复杂程度电子整机的基本能力。

在教学该课程时，应注意以下几个方面：

一、注意与专业整体培养目标一致

该专业培养的是与我国社会主义现代化建设要求相适应，在德、智、体、美等方面全面发展，具有综合职业能力，在电子整机生产、服务、技术和管理第一线工作的电子产品与设备装配、调试及维修技术人员。

《电子产品结构工艺》虽然是主干课程，但是课时也有一定限制。故在安排教学内容时，要根据培养目标进行取舍，为此，我确定了以下这样几个方面作为课程目标，即了解环境条件对电子产品性能的影响；了解电子设备可靠性的特点；了解电子设备的三防、热设计、减振、屏蔽的基本知识；掌握电子设备元器件布局、走线的基本要求；掌握工艺文件的编制原则、要求；具有按结构工艺要求设计印制线路板的能力；初步具有典型电子产品生产工艺文件的编制能力；能对典型电子产品进行结构工艺分析；具有中等复杂程度电子整机组装、调试的基本能力。全部内容确定为64课时。

在各个章节，又确立了各自的重点内容。例如：第七章，是学习印制电路板的结构设计及制造工艺。我确立了教学重点为“印制电路板的制造工艺流程”，即1.照相底图。2.图形照相制版。3.丝网漏印法制作网版和印制图形。4.化学蚀刻。5.剥离有机抗蚀剂或洗孔。6.涂（印）阻焊图形。7.固化。8.印刷标记图形。9.孔和外形加工。10.电路电气检测。11.表面涂（镀）覆。每一步都讲得清清楚楚，而对于印制电路板的结构布局设计及电路板的检测则处理为略讲，使有限的课时发挥了最大效能，提高了课堂的有效教学效率。

二、注意因材施教，运用分层次课堂教学策略

因材施教思想是我国教育的优良传统，产生于个别教育的土壤。但是从班级授课制问世以来，因材施教一直受到限制。班级授课制的前提条件是学生的学业基础相差不大，教师上课主要是根据中等程度的学生可接受的能力组织教学。优点是教学效率高，教师备一次课，基本上对所有学生都适用。但缺点是不能够照顾学生的个别差异，基础好的学生可能吃不饱，基础较差的学生跟不上。实施分层教学，即符合因材施教的传统，又有现代的教育理念，符合时代的要求。分层教学，分类指导，使不同水平的每位学生尽可能的同时得到发展，这样做，有利于创新课堂教学模式，有利于培养学生鲜明个性化品质。

在教学中，一些教学难度大的内容采用分层教学的方法，可以收到很好的效果。

例如，在教授第9章“电子产品的整机装配与调试”时，可以采用分层次教学的课堂教学策略。

我在教授这个章节的课时，首先向学生提出了若干问题：1.什么是整机和整机装配？2.整机装配要有哪些准备？3.哪些情况要设质量管理点？4.什么是静态测试？先进自动测试设备软件系统有哪些？5.电子整机产品环境试验有哪些内容？在学生自学教材内容回答之后，我就能知道哪些学生哪些内容掌握了，哪些内容没有掌握。这时候根据掌握情况分成若干个学习小组。问题基本掌握的要求其进入测试环节，并尝试运用先进的自动测试设备软件系统来掌握测试方法。电子产品的整机调试实际上包括调整和测试两方面的工作。测试是指利用手工或自动设各对系统或部件进行测量或评定，以证实其是否满足规定要求。测试又可分为自动测试和手工测试、外部测试和机内测试。

对于一般基础的学习小组我则不厌其烦地详细介绍调试设备、方法及步骤、测试条件及有关注意事项、调试安全操作规程、调试所需要的工时定额、数据资料及记录表格、测试责任者的签署及交接手续等，调试内容和测试步骤尽可能具体，可操作性强。测试条件和安全操作规程仔细清楚。测试数据尽可能表格化，便于综合分析，使其以后走上工作岗位时能胜任岗位要求。

对于动态测试，我更是详尽介绍并实验。动态测试主要有三种方法，即波形测试法：用示波器观测各级电路的输人、输出或基本测试点的信号波形，测试波形的幅度、周期、相位、脉冲宽度及前、后沿时间等，确定其是否正常工作；扫描观测法：用扫频信号发生器对被测电路进行连续扫描，以实现对电路频率特性的自动或半自动测试；瞬态观测法：给电路输入一个前沿很陡的阶跃或矩形脉冲，用脉冲示波器观察电路输出波形的变化，判断产生变化的原因，确定调整方法。

各类层次的学习小组成员动脑、动嘴、动手相结合，使学生对该章节内容掌握得全面而扎实。

三、重视实践环节，与考工结合

本专业学生对于能力结构的要求是：具备收集和处理本专业相关信息的能力；能借助工具书阅读与专业相关的英文资料，并具备一定的英语语言及文字表达能力；能熟练操作和使用常见电子仪器、仪表；具备电子整机装配、调试、维修及电子产品检验能力；具备系统安装、调试及使用管理能力；初步学会通信网络安装、管理、使用与维护的技术和方法；学会阅读电子整机线路图和工艺文件；具备简单电子产品设计与开发能力；具备一定的电子与信息技术方面生产组织管理和市场营销能力。技能目标是并获得国家职业技能鉴定无线电装接工中级工、高级工证书。

为达成这一能力目标和技能目标，《电子产品结构工艺》课程是一门必不可少的课程。在教学中，我们的能力培养目标就是要使学生具有按结构工艺要求设计印制线路板的能力；初步具有典型电子产品生产工艺文件的编制能力；能对典型电子产品进行结构工艺分析；具有中等复杂程度电子整机组装、调试的基本能力。

为达成此能力、技能目标，实践环节必不可少。我们的实践训练项目有，典型电子设备的解剖：即能正确拆装简单电子设备，了解散热、屏蔽及电磁兼容设计方法；印制线路板设计：即能根据结构工艺要求绘制印制线路板导电图，能绘制印制线路板装配图；工艺文件编制：即能按规范要求填写电子产品装配、调试、检测等工艺文件；观察自动焊接及表面安装过程：了解工厂流水线生产过程及自动焊接工艺的实现。

在实践环节展开之前，一定要做好相应的知识准备和材料准备，使学生能够完整全面的掌握该项能力。以“工艺文件编制”这项实践活动为例，在开展实践前，学生必须了解技术文件的含义以及它包括哪些文件；熟悉设计文件的种类及产品的设计程序；能列举电子整机中常用的设计文件的名称；熟悉工艺文件并能简述它在生产中的作用；明确产品定型阶段的工艺文件工作内容。由于做好了这些准备，学生的实践效果事半功倍。

由于各个实践节点都落实到位了，教学的知识目标、能力目标、技能目标都得到了真正的落实。从2000年以来，我校电子专业的中级工合格率达到99%以上，高级工合格率也达到了90%以上。

参考文献

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关键词： 工业设计；结构设计；产品外观造型设计

Key words： industrial design；structure design；product appearance design

中图分类号：G640.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）34-0247-02

0 引言

“产品结构设计”是计算机辅助设计与制造专业的一门重要的必修课，同时也是计算机辅助设计与制造专业的核心课程，利用三维设计软件进行家电产品或电子产品的结构设计，有较强的专业性和实践性。目前，国内高职院校随着时代的发展相续开设计算机辅助设计与制造专业的课程，高职工科类工业设计与结构设计属于年轻的专业。专业建设需要时间的沉淀，产品设计类专业有很多问题急待解决，其中首要问题就是确立课程内容和改进教学方法。而核心课程《工业产品结构设计》就是必须解决的问题。

1 课程开发的思路

以工作过程为导向构建课程体系的开发设计思路是：依据地区经济规划大力发展先进制造业的要求和确定的职业岗位群，高职计算机辅助设计与制造专业学生的就业为导向，经过专业人才培养论证会的辩证，提取企业资深工程师和行业专家的宝贵意见，先分析其典型工作任务，得出完成典型工作任务对应的职业能力，并对专业所涵盖的产品设计能力进行研究分析，综合考量学生的知识接受能力，最终确定课程的工作任务和课程的项目模块。

2 教学目标

结构设计课程的开发要解决的最关键问题是培养结构设计人才需掌握哪些知识和技能，而当今社会企业对一个合格的产品结构设计人员有下列要求：①熟练一门三维设计软件和一门二维平面CAD软件。②对塑料模具和五金模具有一定的了解，包括模具各组成部分，以及塑料件和钣金件的设计规范。③塑料性能的认识。比如塑料的分类，注塑成型工艺的影响因素等。④塑料表面工艺了解，其中内容有磨砂、抛光、喷涂、烫印、电镀和覆膜等。⑤机械相关知识、机械制图，需掌握凸轮、曲柄摇杆等各种机构，熟悉绘图国家标准。⑥相应产品的生产装配工艺。⑦国内和国际在品质方面的安规相关知识，以及相应试验标准。

本课程的目标是使学生通过以工作过程为导向的项目实训，掌握结构设计所需的各种知识，具备分析和解决实际问题的能力。

3 教学方法

目前社会上的企业招聘时，用人单位往往优先挑选有工作经验的人才，而刚毕业的大学生由于缺乏工作经验，常常受到冷漠地对待，就业压力大。因此，提高学生的工作经验已经成为各大院校的当务之急。

以往本课程的授课内容与学习三维绘图软件的课程很类似，学生跟着老师一个零件接着一个零件地绘制，偏于注重学生“技”的训练，特别是仅强调计算机辅助软件的应用训练，而没有让学生具体地做一个项目，即从产品输入、结构设计与评审、模具评审与改模，直至项目结题的完整过程，使学生无法对产品设计有深刻的理解。因此，本课程将采用基于工作过程的项目教学法，选用一些典型的企业产品作为项目来源，立足于加强培养学生的实际动手操作能力，学生不仅需要掌握产品设计的能力，还要具体地管理项目，在实践中运用产品设计相关的各方面知识和必要的项目管理知识，使学生对产品结构设计有深刻的理解，掌握相应的产品设计经验，着重培养学生“先模仿，后创新”的能力。选取产品的绘制难度由易到难，所用的知识由浅到深。

本课程分两个阶段教学：第一阶段采用项目教学法，边讲边学边练。强调“教、学、做”相结合，灵活运用理论讲授、实践操作（演示）、讨论等多种教学形式。教师可以参考企业设计部门，把学生分成几个项目组，选出组长，并人为地设置一些障碍，使各组员互相帮忙，共同克服困难，推进项目的进程，培养学生的创新意识、职业能力和团队协作能力，使之养成良好的个人品格和行为习惯，从而提升职业道德和修养。第二阶段安排实训专周采用实训教学方式，让学生到合作企业的校外CAD实训室实践，并引用企业的产品案例作为实训的题目，在企业工程师的指导下，按企业的产品设计开发流程和方法进行实训，在实训过程中既将所学相关课程的知识应用到实际中，又进一步提高学生的工作能力、实践能力和专业技能，提高教学效果。

4 课程内容

为了体现基于工作过程为导向的课程思想，本课程根据产品结构设计的工作岗位、工作任务和实际运用中所应具备的各方面技能，从学习各类型设计特征到把握总体产品绘制，将总体项目进度分解为各个时间节点，确定各种具有代表性的产品为单元组织项目化课程内容。

本课程的前导课程主要是机械制图与测绘、机械工程材料、三维造型与工程图、模具设计、电器产品强制认证基础等，培养学生初步具备读图、计算机辅助二维和三维绘图、工业产品设计的能力，为本课程的学习奠定基础。

课程的主体内容包括：①钣金结构件可加工性设计规范；②注塑件材料特性、成型方法以及设计技巧；③连接结构：a.固定连接结构；b.活动连接结构；④电路板安装结构；⑤编写项目进度表和项目任务书；⑥结构设计方案评审；⑦编写改模方案表；⑧绘制工程图；等等。

5 教学评价

本课程采用过程评价与结果评价相结合的方法，以及企业对学生能力的评价来综合评价学生的成绩。总成绩由三部分组成：平时成绩占总成绩的比例为10%，期末考试成绩占50%，实训成绩占40%。

注重考核学生在项目进程中动手能力和分析问题、解决问题的能力，对于在设计中有创新意识的学生，尤其是在创新设计大赛获奖或其设计作品被企业采纳的学生予以特别的鼓励，可考虑折合成相应的学分，做到全面综合评价学生的能力。

6 课程资源的开发

身为产品结构设计师，不仅必须掌握至少一种三维造型软件，而且需要具有广泛的专业背景和理论基础，包括工程材料的知识、机构设计、塑料件和钣金件的设计要点，相关模具的特点，以及国内外产品行业安全标准等等。虽然国内有多所高职院校开设了《工业产品结构设计》课程，但都是各自为营，教学内容和使用教材常常大相径庭。综观国内关于产品结构设计的教材，大概分为两个极端，要么是大而泛，即牵涉的范围太广，而没有侧重点，看似内容挺多，其实真正实用的很少；要么就是讲解的内容偏窄，比如仅提到了塑料件和塑料模具，而没有提及钣金件、新材料的运用，更没有材料表面处理的说明。由此可见，目前在产品结构设计课程领域，专业针对性强的教材稀缺。

本课程从实战出发，整理产品结构设计相关的各种材料，融入企业的实际工作经验，充分考量学生的实际能力，制作出实用课件、实训指导书和整个产品绘制过程的教学视频，创建学生作品数据库，汇集国内外优秀结构设计作品，并经过两个学年的不断修订，最终开发出符合当前企业需求和学校情况的教材。

7 总结

本课程适用于工科类计算机辅助设计与制造专业，亦可作为所有与产品结构设计相关专业的课程内容选用，相信本课程的探索与实践必将有利于高职院校计算机辅助设计与制造专业的人才培养。

参考文献：

[1]虞凯，路海萍.中国高职教育课程模式现状及其发展走向[J].学理论，2011（35）.

[2]陈青云.高职院校工业设计人才的培养模式探讨[J].技术与市场，2009（10）.

[3]许弢.高职院校课程改革的主体探析[J].武汉商业服务学院学报，2011（1）.

[4]盖海红，秦学武.浅谈高职院校的改革创新[J].教育与职业，2005（2）.

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随着三网融合的推进，在广电传媒领域，数字化的新媒体带来了一场深刻的革命[1]。有线电视网络双向化数字化改造是广电业占领新的信息产业版图的重要实施举措。有线带宽的提高、高清视频、IP数据业务、语音业务、数据点播等的开展，对有线电视传输设备提出了更高的要求，热问题在产品的研发过程中越来越突出，特别是传输干路和支路上的野外型和室外型设备的设计研发。这类设备以自然散热为主要散热途径，使用环境复杂多变，所在的网络平台历史较长，各地运营商对设备的要求和标准也参差不齐，产品结构方面可变的设计条件也有限，所有这些限制因素都增加了结构设计的难度，提出了更高的要求。本文以有线电视网络传输数据监控模块（简称DOCSIS 模块）的设计为例，探讨了以自然散热为主的设备的外壳热设计要素和方法。

1.挑战和机遇

DOCSIS模块是配合DOCSIS网络而产生的新模块，是代替现有HMS应答器的产品。该模块普遍应用于CATV传输网络的光站和放大器设备中，这些设备基本都是野外型或是室外型。由于HMS模块已经应用在诸多的光站和放大器平台中，因此，DOCSIS模块的外形尺寸和连接器位置都不能改变。但由于DOCSIS模块功能的极大提升、新的集成芯片的使用，模块的功耗有成倍的增长。在有限的空间范围内，模块热设计遇到了极大的挑战。

近十年，传统的锌、镁、铝合金的加工技术有较快的发展，导热材料的热导率有很大的提升，有限元热设计分析工具更是被广泛应用，这给外壳热设计提供了强有力的技术支持。

2.热设计理论分析

为了达到理想的散热效率，将主要发热芯片与产品外壳通过导热材料相连，从而有效降低从芯片结到外部空气的传热热阻。将产品的导热简化成下图，在此仅讨论稳态场产品的散热：

其中t_j为芯片的结温，t_c为芯片的表面温度，γ是导热材料的厚度，t_TIM是导热材料的温度，δ是外壳设计厚度，t_h是外壳的温度，t_a是模块工作的外部环境温度，h是机壳表面自然对流换热系数。

稳态场指产品达到热平衡时，各部件的温度几乎不变的热场分布。稳态场性能反应了电子产品正常工作情况下的热学性能。

t_a为恒定外界温度，自然散热条件下表面换热系数h为小于10的某一数值。由（2.4）式，芯片的选型，外壳材料的特性、厚度和表面积的设计，导热介质的材料选型、厚度和接触面设计都决定了t_j的值。因此，选用耐温高、内部热阻低的芯片，选用热导率高的金属做外壳，增大外壳有效散热面积，选用热导率高、厚度薄的导热材料做介质，设计合理的接触面，能有效避免产品过热问题。

辐射换热效率与自然散热产品效率相当[6]，可以增加表面处理（如喷漆、氧化）来强化辐射效果，增强自然散热能力。

3.DOCSIS模块结构设计比较

模块的外形尺寸限制为 长×宽×高=78mm ×38mm ×12mm，FPGA芯片大小为长×宽=23mm ×23mm 。

下表为模块结构设计选项：

设计选项1和设计选项2比较了不同合金材料的选择对产品热性能的影响；设计选项2和设计选项3比较了发热芯片接触面积和导热介质对产品热性能的影响；设计选项3和设计选项4比较散热面积和表面辐射效果对产品热性能的影响。

下图为设计选项1和设计选项4的设计效果图：

4.仿真结果比较

使用Flotherm软件进行仿真比较。设置外部环境温度为85°C，模块总功耗为1.7w，FPGA芯片功耗为0.8w。按下表设置铝合金和锌合金材料的基本参数。

下表是各条件的仿真结果。

其中，t_j和t_h与章节2中对应的芯片结温和壳体外表温度意义一致。

比较设计选项1和设计选项2的结果，选用铝合金比选用锌合金，FPGA结温下降0.23°C，壳体温度下降0.25°C。结果显示，Zmark3和A413散热能力相当。因为锌合金比铝合金具有更好的铸造性能，能铸造出更薄的壳体，在PCB布板空间紧张、对模块重量不敏感的情况下，选用锌合金比铝合金更有优势。

比较设计选项2和设计选项3的结果，增大导热介质和FPGA芯片的接触面接、选用导热率更高、更薄的导热材料，使得FPGA结温下降了0.69°C，壳体温度下降了2.57°C。结果表明，导热介质的优化可以带来一定程度的温度降低。但是热导率为5w/m.k的导热介质成本是2.5w/m.k的一倍以上，且越薄的导热介质对产品的加工精度要求更高。因此，在成本和公差允许的情况下，选用更大、更薄、导热率更高的材料能有效降低芯片结温。

比较设计选项3和设计选项4的结果，增大表面积和辐射率，使得FPGA结温下降了3.08°C，壳体温度下降了2.01°C。结果表明，增大表面积和表面辐射率是自然散热条件下最为有效的降低温度的方法。而表面涂镀是增加表面辐射率的有效途径，它既增加了产品美观性，又增强了表面耐腐蚀性，缺点是增加了成本。因此，在产品尺寸大小不敏感，成本压力小，表面要求高的情况下，加强表面处理是解决散热问题的有效途径。

综上所述，导热率相当的铝合金和锌合金合金材料对模块温度的影响不大；增大芯片与导热介质的接触面积，增大导热材料的热导率、降低其厚度可以有效降低温度；增加表面散热面积，加强表面处理是最有效的提高散热效率的方法。

5.结论

自然散热的电子产品外壳设计中，选用耐温高、内部热阻低的芯片，选用热导率高的金属做外壳，增大外壳有效散热面积，增强表面辐射强度，选用热导率高、厚度薄的导热材料做介质，设计合理的接触面，能有效避免产品过热问题。

参考文献：

[1]韦乐平.《三网融合的思考》[J].《电信科学》，2010年03期：1-6.

[2]章亦农，杨俊.《基于三网融合的HFC网络现状与前景分析》[A].《2007国际有线电视技术研讨会论文集》，中国浙江杭州：中国广播电视协会，浙江省广播电视局，2007年.

[3]张凤莉.《基于DOCSIS3.0的HFC双向网络设计》[D].南京：南京理工大学，2012年.

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一、概述

电子设备由于其体积小、质量轻、功能强的特点，越来越多的装备在各类飞行器上。然而随着飞机上电子装备量的不断增加，对电子设备的结构设计要求和可靠性要求也在不断提高。我公司作为机载电子产品的主要承制单位，为适应越来越高的要求，在紧固件结构设计方面，积极创新，采取了一系列方法，完善了设计方案，取得了良好效果。现将我们在不脱出螺钉及定位设计方面的经验与同仁进行探讨。

二、问题的提出

机载电子设备外表面一般会有用于紧固的螺钉等紧固件，这些螺钉在设备外表面，如果在飞机飞行过程中松动，会给飞机的飞行安全带来极大隐患；而且螺钉均体积较小（大都为M4以下），一旦螺钉脱落，极易进入飞机设备舱的细小夹缝，不易发现，即使发现，也不好清理。

为了避免此现象的发生，机载设备外漏螺钉均采用防松设计。常用的防松设计主要以不脱出螺钉、弹簧、弹垫等组合起来，但传统的防松结构带来的不便之处是拆卸麻烦，费时费力。而机载电子设备其维修性要求较高，一般要在30分钟内完成外场维修，特别是设备的维护、维修需要多次反复拆解。另外在电子产品结构形式中，经常有分机之间或模块间盲插的结构形式，为保证分机或模块之间顺利对接，结构上设计不可避免的要设计导销、导套等导向定位装置。由于定位装置要占用一定的空间，在某些情况下可能使设备的空间凌乱，整体性遭到破坏。

既然不脱出螺钉和定位装置必不可少，如果能改变不脱出螺钉的结构设计，并与定位装置结合，则能有效的提高设备的空间利用率。

三、设计实例

我厂为某型号配套研制的电子导航设备，其结构形式为叠加式，整个设备由三部分组成，中间部分为设备的骨架主体，左右两边是两个功能分机。分机与主体之间横向连接，其间有多对高低频连接器盲插连接。这种结构形式对分机与主体骨架之间的配合精度和可靠度要求很高，且连接器针孔之间同轴度要控制在0.3mm以内。为解决这个难题，我们没有直接选用标准的不脱出螺钉，而是经过精心设计，将不脱出螺钉和导套结合起来，使其既具备不脱出螺钉的防脱出功能，又具备导向、定位和防剪切功能，提高了便携性和安全性。

1.便携性和安全性的实现

为了实现便携性，提高其使用效率，减少拆卸时间，我们将对不脱出螺钉进行了改进设计。以往，不脱出螺钉、弹簧、弹垫均为单个零件，在使用时，弹簧端头容易随着螺钉的旋转而卡进螺纹孔，造成螺钉卡死或螺纹孔破坏。我们将不脱出螺钉设计成组件，组件由不脱出螺钉、弹垫、大挡圈、小挡圈、弹簧按图1示形式组成，将5个零件组合在一起使用。

不脱出螺钉（如图1）是该组件中的主要功能零件，我们在设计时，增加了大小挡圈，能够使弹簧始终处于正确位置，同时小挡圈可以防止弹簧端头卡进螺纹孔。即使在使用中螺钉松动甚至脱落在设备舱内，传统不脱出螺钉、弹簧、垫圈等小零件将呈散落状，很容易进入细小缝隙中，而不脱出螺钉组件则是一个整体，容易寻找，不会造成安全隐患。

2.导向、定位的实现

为了同时实现导向的功能，确保定位准确，我们设计了图2中所示的导套。

根据设备大小，我们在分机上共设计了10组导套，用间距最大的两个导套用来导向和定位，而其他8组导套只是用来普通定位。图2标注尺寸a处为导套的导向部分，有一定锥度，取值2.5mm，b为导套外漏长度，其取值根据多对连接器中结合行程的最大值确定，设连接器中结合行程的最大值为c，则a、b、c之间必须满足b≥a+c，否则就起不到导向定位功能。

3.防止剪切力的影响

图2中所示的导套的作用除了导向定位外，还有个重要的作用是保护不脱出螺钉组件，使其不受径向的剪切力影响。

通常，设备在实际使用中会受到冲击振动和交变加速度的影响，加之来自设备紧定装置产生力的影响，最终所有影响都会转换为作用力，作用在紧固螺钉上，螺钉受力超出其承载能力后，可能会出现弯曲变形、滑丝甚至断裂等严重后果。设计导套可以有效解决这个问题，相对不脱出螺钉来说，导套就是一个保护套，前面提到的各种力，对螺钉来讲最终会合并为轴向拉伸力和径向剪切力，所有的径向剪切力主要由导套来承受，而螺钉要承受的主要是轴向的拉伸力。下面我们进行简单的受力分析：

按设备重量7.5Kg，环境条件是三轴六方向15～2000Hz随机振动，最大加速度约为20g，计算可得7.5×20×9.8=1470N，即设备在各方向所受的冲击力最大为1470N，要使设备不受冲击振动影响，锁紧装置的锁紧力最小应为1470N。

图3是将分机视作一个刚性质点来做的受力分析图，水平方向与设备纵向一致。Q为从前向后的合力，其最大时包括锁紧装置的锁紧力及随机振动产生的冲击力，理论值为2×1470N=2940N，考虑到实际使用的复杂性，取安全系数为1.5，则Q=2940×1.5=4410N。

P为十个螺钉对分机的压紧力，理论最小值为1470N，最大值应小于螺钉在许用应力时所承受的拉力；f为分机与主体骨架之间的静摩擦力，其值与P值相关，f=P×μ（μ是分机与主体骨架之间的摩擦系数）；T为主体骨架对分机的反作用力，T=P；F为导套传递给分机的作用力，其最小值可为0，最大值应小于轴套能承受的最大剪切力。

不脱出螺钉的材料采用不锈钢材料1Cr18Ni9Ti，其屈服强度бS=205MPa，其许用应力为[б]=，nS为安全系数，取其值为2，则[б]==≈103MPa。不脱出螺钉的最小截面为φ3，单个螺钉截面积S=3.14 ×1.52≈7mm2，则可计算出螺钉最大允许轴向载荷为Pmax=[б]×S×10=103×7×10=7210N>Q=4410N，所以螺钉的规格和数量可以满足强度需要。

分机与主体骨架采用2A12铝合金材料，摩擦系数μ取值0.4，则：

fmax=Pmax×μ=7210×0.4=2884N，fmin=Pmin×μ=Q×μ=3675×0.4=1470N。

F值的范围为：

Fmax=Q-fmin=4410-1470=2940N；Fmin=Q-fmax=4410-2884=1526N。

从以上计算分析可知，F值最小也有1526N，如果没有设计导套，这些力将全部由不脱出螺钉承受，这就大大增加了螺钉松脱的可能性，给设备带来安全隐患。下面对导套可承受的剪切力进行验证：

导套的材料为1Cr18Ni9Ti，许用剪应力[τj]=（0.6～0.8）[б]，在这里取中间值[τj]= 0.7[б]=0.7×103≈72MPa；受剪切的截面为圆环，大小圆直径分别为φ6和φ4.2，截面积Sj=3.14×（32-2.12）×10≈144mm2；剪切面上的剪力为Qj=Fmax=2940N；则剪应力为τ=Sj=≈20.4MPa

四、结束语

综上所述，不脱出螺钉与定位导销结合的设计，既防止了螺钉松动给飞行带来的不安全问题，又便于维修和拆卸，提高了设备的可靠性和维修性，增强了设备的整体性，经过飞行试验，取得了良好效果。

参考文献

[1]徐灏.机械设计手册[M].机械工业出版社，2000.

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摘 要：CAE又称为计算机辅助工程，也就是通过虚拟分析的方法来模拟结构的性能，从而对结构设计进行优化，能够解决实际的工程问题，指导产品的研发。本文对基于CAE的冰箱产品结构与外包装方案进行了分析和优化，从而有效地提高外包装对冰箱产品的防护能力，降低产品成本。

关键词 ：CAE；冰箱产品结构；外包装方案

使用CAE软件能够将产品包装设计和结构设计中的不足查找出来，从而有效的对其进行优化。在冰箱的总成本中，包装占了很大的比例，但是却没有起到应有的效果。电冰箱的包装质量直接影响到产品的开箱合格率和损坏率，如果能够对冰箱的包装质量进行改善，则能够有效地降低产品的维修成本和运输损坏率。

1 基于CAE的冰箱左右侧垫包装结构优化

冲击和戳穿是冰箱左右侧的主要破坏形式，可以使用横木撞击实验在实验室对其进行测试。冰箱的外包装材料为EPS泡沫和纸箱，冰箱的结构件材料为PU发泡层、ABS、冷轧钢板。纸板的耐破强度为1.765MPa，法向E为100MPa；垂直瓦楞的方向E为25MPa，沿瓦楞方向E为10MPa，因此最终E为1.3MPa。冰箱包装件的包装板的瓦楞方向和包装间的结构方向改变之后，能够对外来的冲击能力进行抵抗[1]。根据CAE技术，应该在能够抵抗外来冲击的基础上尽量节约材料的用量。

①戳穿CAE分析。共有4种方案分析冰箱侧垫结构的纸板箱结构：纵向和横向的瓦楞板配合长圆孔和圆孔。对结构尺寸参数进行改变，使用CAE软件来分析和评价戳穿，从而对结构进行优化。中部开孔部位是测电最薄弱的区域，分别承受的顶荷载为20×60、20×40、20×20，区域均布荷载为250N。②横木撞击CAE分析。冰箱在遭受横木撞击之后不得出现机械变形和损伤，使用100×100的横木在相距1米处对冰箱进行撞击。横向直板和纵向直板都能够通过撞击实验，根据分析结果，只要合理的搭配内泡沫垫和包装纸板箱，就能够承受横木撞击，提高产品的抵抗能力，并且节省材料用量。

2 基于CAE的冰箱前后垫结构优化

改变纸箱瓦楞的纵向方向，将其改为横向方向。原有的前后垫宽度为400mm，现改进为200mm，原有的厚度为10mm，现在加到18mm，减少了5.7%的材料用量。经过CAE分析，改进冰箱前后垫方案之后，其能够与泡沫进行更好的配合，有效地提高了其抵抗外来冲击的能力，顺利通过了横木撞击试验。以此为基础分析和改进了抵抗戳穿的能力，改进之后能够对门体进行更好的保护[2]。

3 基于CAE的冰箱侧板变形加强板结构优化

分析和对比侧板可以发现，由于生产制造和结构设计中的不足，侧板在运输和发泡的过程中容易出现变形。

①侧板发泡过程中的受力。以已知条件为根据，对各边界条件进行定义。固定侧板底部侧板上端会产生位移，这是由发泡磨具的精度误差造成的，位移约为0.5-1mm。将发泡塑料产生的压力施加在侧板大平面上，最后产生了0.1mm的最大变形量。这充分说明侧板变形会受到发泡模具精度的影响。②分析后底板海绵的影响作用。海绵可以避免冰箱发泡后底板露出泡料，因此，侧板的变形会受到海绵用量的影响。例如单层海绵的情况下，其最大变形量能够达到0.1275mm，逐渐增加海绵的层数之后，变形量也会随之增大，最后达到0.2mm。因此海绵的厚度作用和后底板装配尺寸链都会影响侧板变形。③分析加强铁不到位装配的影响。在实际装配中，加强铁如果存在装配不到位的现象，也会对侧板变形造成影响。例如假设侧板下翻边的间隙为2mm，固定侧板和发泡层的接触部位，箱体自重荷载由侧板底部承受。通过计算发现，侧板压缩机舱部位会产生0.616mm的变形量。这充分说明侧板变形会受到加强铁装配不到位的影响[3]。④分析加强铁的结构。通过CAE软件，对不同结构的加强铁和加强板的组合进行棱跌落、角跌落、平跌落分析，能够将合理的加墙体结构确定下来。通过比较发现，加强铁如果不能进行可靠的固定，就会造成跌落中的串动，从而引起侧板变形。通过计算发现加强铁的最大变形量是1.225mm，因此要抵抗冰箱角跌落的冲击，就应该在冰箱的后底板上支撑可靠的加强铁。

要避免冰箱的前角变形的情况，就应该将加强铁前端的缺口取消，并且对加强铁进行可靠的装配，使其能够抵抗脚跌落的冲击，保障结构的可靠性。

4 基于CAE的冰箱底部跌落优化

①分析冰箱的底部结构。在冰箱跌落的过程中，底垫会与压缩机托板滚轮内侧进行接触，从而产生一定的反力，造成托板的变形。因此，应该设置至少15mm的底垫平面避空。冰箱的前墩角在跌落的过程中会产生大约10mm的底垫压缩量，并与泡沫产生接触，从而造成前端脚承受的反作用力较大。②分析冰箱的组合底垫结构。组合底垫不仅要能够抵抗冰箱冲击跌落的能力，而且还要尽量降低底垫成本。根据CAE软件的分析，可以适当的增加底垫泡沫和支撑柱零件组合，支撑柱能够产生24MPa的应力，从而有效的抵抗冰箱的冲击跌落。

5 基于CAE的冰箱顶部承载优化

使用CAE软件对冰箱顶部进行分析，主要是为了找出顶部结构设计的问题。CAE软件能够对冰箱的装卸、搬运和运输过程进行模拟，顶部的抗拉强度最小值为18MPa，在运输和装卸过程中顶盖会产生10.95MPa，而在低温下材料的抗冲击强度仅为2MPa。因此，如果要在冬天对冰箱进行运输和装卸，顶部边缘很容易出现破损，应该适当的增加泡沫垫。

6 结语

CAE软件在家用电器的开发设计中用的比较普遍，能够为家电企业提供有效的技术优化方案，通过对冰箱产品结构与外包装方案的优化，将包装纸箱的瓦楞方向改为横向，减少了冰箱外包装前后垫10%的泡沫材料用量，不仅能够有效地拓宽原材料的供应渠道、降低对冰箱生产设备的要求，还能够减少冰箱结构件的金属材料用量。

参考文献：

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2CDIO模式下的课程改革探索

2.1教学定位

通过与相关企业的座谈与对本地小家电企业的调研发现，企业需要的工业设计师应该具有：对产品工艺和结构等技术方面的了解、熟悉与外形设计有关的国家标准以及满足产品造型安全性的检测等。由此确定了工业设计专业开设《电子电工》课程的主要目的是需要学生通过对该课程的学习，掌握基本的电工电子技术，了解常见电子产品的结构，为该类产品造型设计提供必要的工程依据。

2.2教学内容制定

根据调研结果和企业需求，将教学大纲作了相应的调整，制定了符合工程的教学内容。其中，课堂授课部分的内容作了如下调整：将以往的电子电路的基础知识进行压缩（约占总课时的1/2），增加与电子类产品造型相关的标准，例如3C、UL等常用标准（约占总课时的1/4），电子产品安全性测试方法与产品造型设计安全性原则等内容（约占总课时的1/4）。同时还会根据调整过的教学内容，编制一本能够适用于该校工业设计专业特点的《电子电工》教材。实验教学方面，基本思路是“从模仿到设计”。即将实验教学的场所由学校搬移至产学研合作基地，学生通过学习已有产品（例如灯饰、小家电等）的设计过程、设计方法、设计经验等，让学生对实际电子类产品的结构设计与造型设计的方法、思路、经验等有了足够的认识后，再将学到的这些实际经验应用于自己的设计中去。将验证性实验的教学由实验教师完成变为由企业中的特聘教学完成。这样可以将课堂的抽象理论学习转化为生产实践中的具体应用，学生的学习热情被激发，学习效率显著提高。

2.3教学实践

依据CDIO理念，教学的目标是通过学习该课程，增强学生的“构思-设计-实施-运作实践”的能力。在具体的教学实施过程中，将课堂教学分为两部分：第一部分，基础专业知识的讲授，由工科的教师担任，主要是建立学生对电子电工技术中常用的基本技术和方法的使用原则；第二部分，工程实践的讲授，这部分以讲座的形式授课，邀请相关企业的工程技术人员作为特聘教师，以企业实际项目为例，系统全面地剖析产品造型与产品结构、工艺之间的联系，同时，解答学生在实验或学习中遇到的实际问题。实验教学部分，改“学校———学校”的训练方式为“学校———企业———学校”的训练方式，安排学生深入产学研企业，通过对企业中各类电子类产品开发周期的了解，学习其开发经验，开发的方法。回到学校后，学生根据自己的兴趣选择参观到的某一具体产品作为训练项目，仿照学习到的开发过程，重新完成开发过程。这种训练方式让学生在课程中将学习和实际应用相配合，能够充分了解工业设计实践教学的动机；从基础学习阶段深入到实际应用与技巧的使用，切身体验实际项目的经验与专业设计知识的均衡发展，能使学生真正体会到设计理念的真谛及实践教学的真正意义；由于实际设计项目的参与，使学生日后的设计相关工作经验更为丰富，有利于培养学生发现、分析和解决问题的能力。学生对看到的和学到的内容有更深刻的了解和理解。具体完成过程如图2所示。除此之外，还将这门课程学到的内容与工业设计专业其他课程进行“嫁接”。比如与工业产品造型设计课程、产品包装等课题联合，形成综合性大实验项目，让学生通过这些综合性项目对工程类课程与艺术类课程很好地结合与应用，锻炼其综合分析运用能力。

2.4综合评价

根据CDIO理念，针对《电工电子》课程改革的目的，对学生评价方法也做了调整。改原来的纯理论考试为理论考试与实验考查各占50%，其中，在实验环节的成绩又分为几个方面：学生在团队中起的作用，与团队的合作与交流占10%，综合利用工程方法能力占30%，作品展示期间，由参与评价的其他老师和同学的打分占10%。这样一来，能够更加客观地反映学生对基本技能的掌握和对工程实践的认识，加强学生人际技能、团队与沟通能力。