【原】分享 | 老工程師的一輩子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)心得，值得一讀
2003年剛剛開始產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小白工作的時(shí)候，同事中有一位即將退休的老工程師，他善于總結(jié)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的心得，同時(shí)也比較喜歡分享。下面是他總結(jié)的11條產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)心得，從我個(gè)人角度來說，受益匪淺。當(dāng)然，他的某些觀點(diǎn)，如果用我現(xiàn)在的視野來看，不是百分百贊同。
萬有不準(zhǔn)定律原來好像是用在物理現(xiàn)象，現(xiàn)在借用來解釋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則卻是特別的適當(dāng)。也就是說每一件東西的制造加工都是不精準(zhǔn)的，當(dāng)您設(shè)計(jì)東西來組裝前，要能掌握這個(gè)不準(zhǔn)的原則，您的設(shè)計(jì)就踏出成功的第一步了。例如說您要趕一場電影，晚上七點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)開演，您要如何確保在七點(diǎn)之前趕到戲院，并且進(jìn)場坐下來，不能超過七點(diǎn)，整個(gè)過程不要等待太久。 也許您說我沒關(guān)系，我不在乎晚到，也不在乎太早到或是整個(gè)過程中間等久一點(diǎn)，這畢竟是生活嘛! 不用太認(rèn)真。說得也是，生活不必太認(rèn)真，然而如果您有這個(gè)控制時(shí)間的習(xí)慣，也就有將每件事情控制得準(zhǔn)確的習(xí)慣，道理是相同的。當(dāng)您想要在七點(diǎn)之前在戲院的座位坐下來，這一件事是您的目標(biāo)，首先您必定在腦中盤算用什么交通工具，加上前后走路的時(shí)間，然后訂定出發(fā)的時(shí)間，第一次您可能抓不準(zhǔn)時(shí)間，因?yàn)槟赡懿磺宄蛟涸谀抢?，但是第二次您?yīng)該能掌握得很準(zhǔn)確了。如果您在第三次還是抓不準(zhǔn)時(shí)間，那么您就沒有將每件事情控制得準(zhǔn)確的習(xí)慣，也就是說，您來做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比起有將每件事情控制得準(zhǔn)確的習(xí)慣的人，是會(huì)辛苦一點(diǎn)的，這一點(diǎn)是純粹以性向來論。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，例如說欲將一支軸套入一個(gè)孔中，就有很多不同的狀況，先請(qǐng)問您的目的是什么? (A) 如果您設(shè)計(jì)的是玩具，要將一個(gè)30mmPE泡綿的柱子套入PE泡綿的底座，這實(shí)在是再簡單不過了，考慮其加工方式為刀模沖制，柱子30mm+0.5/-0.5，底座孔也是30mm+0.5/-0.5即可。因?yàn)樽钏傻臓顩r孔30.5mm，配柱子29.5mm可接受。最緊的狀況孔29.5mm，配柱子30.5mm 也可接受。 以上的例子雖然簡單，但您還是 (1)需要考慮加工方式以及 (2)制造公差是否可以接受。換成看電影的例子，(1)考慮加工方式等于考慮搭什么車子 (2)應(yīng)該考慮該車的最長時(shí)間，再來決定出發(fā)時(shí)間。 又例如您要設(shè)計(jì)一個(gè)治具中的一支軸，裝在底座上是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，再請(qǐng)問它的用途是什么? (B) 如果治具中的這支軸轉(zhuǎn)速不高，也不需產(chǎn)生精準(zhǔn)的提供轉(zhuǎn)動(dòng)，那么只要定孔為30mm+0.2/+0.1 軸為30mm-0.1/-0.2 即可，使用上加點(diǎn)油就沒問題。 (C) 如果治具中的這支軸，轉(zhuǎn)速很高，而且載重，那么可能需要加一個(gè)軸承在孔與軸中間， 變成兩層孔軸配合，而且是[1]孔與軸承緊配合，例如20 R7 [2]軸承與軸稍松配合，例如15 e6. 不考慮加工方式? 不是，因?yàn)橄窨诪?0mm+0.2/+0.1，軸為30mm-0.1/-0.2 這種精度在治具等級(jí)太低了，不需特別考慮如何加工，一般銑床車床都能達(dá)到。就比如說您每天上班的交通時(shí)間需要30分鐘，而今天您有40分鐘，您當(dāng)然不擔(dān)心。 一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最常碰到的精度需求像(B)例子，然而(B)例子是治具，我們并不常設(shè)計(jì)治具，我們最常碰到的是像鈑金或塑料，其制造方式不像治具般用工作母機(jī)加工那么精準(zhǔn)又簡單，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的也不像孔軸配合那么單純。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最常見的錯(cuò)誤是重復(fù)定位。
上一項(xiàng)討論萬有不準(zhǔn)定律，好像有點(diǎn)文不對(duì)題。所謂萬有不準(zhǔn)定律，若是搭配重復(fù)定位一起討論，就會(huì)發(fā)覺其巧妙。重復(fù)定位的情形很普遍，幾乎每一個(gè)人都有可能犯，因?yàn)闄C(jī)械加工普遍不準(zhǔn)，所以某一件東西在X方向只能有一個(gè)面與它接觸，同樣在Y方向，Z方向也是一樣。如果你，例如說在Z方向，這東西有兩個(gè)面與它距離為零，這就犯了重復(fù)定位的禁忌了。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的若是外觀的需求，通常都是比較復(fù)雜難解的，對(duì)于客戶方(提出需求的人)別答應(yīng)得太早。 例如對(duì)于 CDROM BEZEL 與 FRONT BEZEL 的間隙，一般客戶都會(huì)要求小一點(diǎn)，大約0.5mm至1.0mm，客戶并沒有考慮那么多。這時(shí)候，能不能答應(yīng)? 能不能做到? 這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的事了，因?yàn)?CDROM 大都固定于內(nèi)層的鐵板上，而 FRONT BEZEL 又往往固定于外觀的鐵板上，內(nèi)層與外觀件是間接關(guān)系，由于制造公差與組裝公差，最后裝起來往往偏得很厲害，為了要達(dá)到客戶的SPEC，往往一再修模，不如一開始就與客戶商談放寬比較省事。
因?yàn)槿f有不準(zhǔn)，所以你設(shè)計(jì)的東西一定是不精準(zhǔn)的。你的圖發(fā)出去開模，成品回來裝起來一定會(huì)有些許不準(zhǔn)，這些不準(zhǔn)處可能沒關(guān)系，也可能組裝后造成困擾。當(dāng)然，在圖上要求精密公差會(huì)改善，可是公差往往是治標(biāo)，或者是增加成本，那么，在設(shè)計(jì)上有沒有方法，可以讓你東西做出來裝起來比較準(zhǔn)? 當(dāng)然有。 例如對(duì)于 CDROM BEZEL 與 FRONT BEZEL 的間隙，假設(shè)CDROM BEZEL的右側(cè)為A面， FRONT BEZEL 的左側(cè)為B面。從A面到B面需要經(jīng)過多少路徑? 這中間每一個(gè)裝配點(diǎn)，裝配面都是我們?cè)摽紤]的，所謂裝配面是指甲件與乙件有某一面是接觸的，這個(gè)面是它的裝配面，裝配點(diǎn)一般最典型的是螺絲，從A面到B面之間經(jīng)過多少裝配面裝配點(diǎn)? 越少越好，每一段路徑之間若含有公差大的加工(例如折彎)，則結(jié)果越不準(zhǔn)。
假如你設(shè)計(jì)一個(gè)抽屜，你是不是要把它設(shè)計(jì)成松松的可以推動(dòng)？而當(dāng)它推到定位時(shí)可以固定住，這就是抽屜原則。 你可能要設(shè)計(jì)一個(gè)HDD盒子，它也需要能推入一個(gè)框架內(nèi)，在推的過程中你當(dāng)然不能讓它很緊，要松一點(diǎn)才好推動(dòng)，推到底時(shí)必須是緊一點(diǎn)，定位才準(zhǔn)確?；蛘?，有的客戶要求無螺絲設(shè)計(jì)，你也必須要緊一點(diǎn)。
對(duì)于形狀相同部分的設(shè)計(jì)，有必要采用'重復(fù)'的設(shè)計(jì)方式。最典型的例子，像卡勾與卡槽，通常需要一定的間隙或干涉量。當(dāng)你設(shè)計(jì)完一對(duì)卡勾與卡槽，應(yīng)該把這一對(duì)的設(shè)計(jì)復(fù)制到其它地方。這是絕對(duì)必要的事，因?yàn)?1)比較省時(shí)間， (2) 便于查問題。 您千萬不要說我重畫一對(duì)比較快，或者是我還沒學(xué)會(huì)如何復(fù)制，就干脆重新畫一對(duì)比較快。 再次強(qiáng)調(diào)。千萬不要重新畫一次，一定要用復(fù)制的方法。 您所設(shè)計(jì)的東西不一定一次就很完美，往往需要在制作樣品的階段驗(yàn)證后再調(diào)整，如果您是采用重復(fù)的設(shè)計(jì)，在樣品階段便很容易查出間隙夠不夠。因?yàn)槿绻粋€(gè)一個(gè)畫，非常可能每一對(duì)畫成不一樣，那么您想要根據(jù)樣品制作的結(jié)果來修正設(shè)計(jì)就很困難了 (事倍功半)。
對(duì)于需要組裝的零件，對(duì)于有對(duì)稱性的零件更比比皆是，連不對(duì)稱的零件都可能需要。 有時(shí)候?qū)ΨQ也是一種防呆，如果有一件東西組裝時(shí)可以正面裝也可以背面裝(轉(zhuǎn)90度)。那么您一定要把它設(shè)計(jì)成兩面對(duì)稱，才不會(huì)組裝后的成品，有的向東，有的向西，那么無疑給生產(chǎn)線添加麻煩。最好是把防呆的原則牢記，每一零件設(shè)計(jì)完成之時(shí)，將"防呆原則"搬出來檢查一下，是否生產(chǎn)線組裝時(shí)有可能裝錯(cuò)?
摩擦力 - 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的病毒如果你要設(shè)計(jì)一組活動(dòng)件，可能是一個(gè)按鈕的動(dòng)作，打開一個(gè)設(shè)備。 你不能把按鈕設(shè)計(jì)成非常沉重，讓用戶按得很吃力。 很可能你是無心的，最后按鈕還是很沉重，究其原因，在于摩擦力沒有消除。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程中，如有面與面的摩擦，改成線與面的摩擦，或點(diǎn)與面的摩擦。還有，如有兩個(gè)相鄰的運(yùn)動(dòng)面，可能的話，增加面與面的距離，可以減少因?yàn)樾螤钭冃味嗯?，增加摩擦力?nbsp;
多看多想，別人的設(shè)計(jì)不一定是對(duì)的有人說 "這不是我的idea，這是copy別人的設(shè)計(jì)"，好像是認(rèn)為別人的設(shè)計(jì)，已經(jīng)在生產(chǎn)的就沒有問題，如果是這樣的話，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品就沒有好壞之分了。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該走自己的路，如果抄襲別人的設(shè)計(jì)，因?yàn)槟悴恢浪乃悸?，碰到問題時(shí)你無法解決。
這句話用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如果你想一件東西想到太復(fù)雜，沒辦法了。試試看，多加一個(gè)零件，會(huì)不會(huì)簡單一點(diǎn)？
不要拘泥于過去的做法，如果你只是一直記得以前曾經(jīng)做過什么產(chǎn)品，就不會(huì)有創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新就做不出好產(chǎn)品。 過去的經(jīng)驗(yàn)只是幫你思路更廣，而不是叫你照過去的方法去做，因?yàn)楝F(xiàn)在的情形不會(huì)一樣。 “每次開始設(shè)計(jì)一件新東西，你應(yīng)該告訴自己，不一定要設(shè)計(jì)成跟上次一樣的”。
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