1 概念設計機能設計配置設計構造設計製造設計 設計の流れ 0D → 1D → 2D → 3D → 4D 設計情報の次元の推移 3D-CAD 3D-CAE 上流設計 / 全体適正設計
66 機構設計 產品設計入門
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66 機構設計 產品設計入門 /發明/ TK Design & Company
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每 50 個會操作 3D 工具的人,約只有 1 個人真的會做設計,
或者更少。其他的,能跟著別人的東西在畫圖就已經很不簡單
了。而且,不會做設計的其實是不會畫圖的,因為不會想像東
西的形狀,所以使用的圖法會是錯誤的,畫錯了圖,自己也不
知道。
且既然是一個設計工作者,能力當然就是要能把東西做出來,
從至少可以使用到會令人讚賞。不要迷失於 3D 工具的操作,
以為這就是能力。
做設計要的是學問,有智慧才會有能力。設計時能應用知識與
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技術,不是創新就是發明。設計出來的東西 精於細、奧於妙,
簡單又完美。遇到問題有對策,多困難也能漂亮達成。能這樣,
才是一個機構設計工程師。我這樣說,一點也沒有誇大。
每一個設計都是代表自己成就的作品,一定是要讓人讚賞,讓
人驚嘆。會讓人敬仰,達成身分與地位,才能被稱為是一個設
計者。
真的設計者,會有好奇心,就是想 知道。平時會博學多問,
工作中會成長技術,作品就是要贏過別人,做沒有人會做的東
西。如果沒有好奇心,就不會有發現,沒有創作,就不能稱為
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作品。
有學問,才能知道對與不對,有應用能力,才能做出好東西來。
如果是已經在做設計工作了,卻常是做不出東西,就應該知
道,自己對工作是不是還沒有入門,不知道原來要會的有這麼
多。
設計者的入門學問
1. 想像學:要做的東西能想像得出功效和形狀來,在腦海裡
一直編織到 理想、完美 的程度。甚至是天馬行空,胡思
亂想,不時在想。想出點子之後,才能開始作畫。
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若想不出來,就用紙筆,把腦海裡的每一個想法都畫出來
看,看出每一個的問題來做對策。會用掉很多紙,一直到可
以解決問題,是最好的方案,才開始作畫。
2. 2D 學:2D 是構成 3D 的尺寸依據,這包括 尺寸都是來自
中心線、中心面,或 基準線、基準面 的概念。經由 2D 的
尺寸架構,再導入 3D 的實體,才會有 方向、尺寸、結構、
動作、和配合,才會有 R 邊化、R 角化、變形化 之後的尺
寸原點,才會知道圖有沒有畫錯。從 2D 來看出結構的關
係,看形狀、看剖面、看角度、看距離、看動作,再去修
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正 3D。
2D 並非一定是存在於 X 軸、Y 軸、或 Z 軸,常常還存在於
第 4 個軸向、第 5 個軸向、或是一個有曲線變化的軸向。
用該軸向,來確認所生成的 3D,是對或是不對。
3. 原理學:最基本的物理原理是 槓桿原理、向量、以及 彈
性原理。最基本的機構原理是 固著、強度、應力、變形、
還有 熱膨脹。這些原理只是常識,稱不上是知識。熟悉這
些原理,緊跟隨在設計的每一步驟,一直在做思考、做檢
討、和做驗證,包括從 正向、側向、和基座 來做評估和
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判斷,讓它成為自然的反應,像擺放東西時就會注意會不
會掉下來一樣的自然反應。符不符合原理是設計的成敗關
鍵。
4. 幾何學:知道 圓、弧、切線 如何銜接。理解 角度、向量
角度 如何架構。掌握 三角函數 的變化。能做 多大多小、
極限 的取決。要能隨心駕馭這些函數,如數雞羊。幾何學
當然也包括 拓普學『Topology』,怎麼將 1 變成一個 2,
或者是 3。以及 要做成什麼形狀、如何固定、如何動作 的
邏輯能力。
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5. 數學:能知道注意要點,用計算訂出最佳數據。能知道該
有的精度、會引起的誤差。會制定配合要件,包括 裕度,
而決定出尺寸和公差。會保持尺寸,都是開始的設定值,
或都是整理過的整數。會做驗算和校正,加減都能歸於 0。
6. 完美學:完整的設計,包括 不破壞造形、漂亮、有細微之
處、固定良好、實用、沒有錯誤。要確定是做得出來,可
以組裝,可以維修,已達成是最完美的程度。還包括 產品
對周邊設備的考量,例如、須要配合的地方、人體工學、
環境。完成設計後還要一直回想有沒有問題,可不可以再
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改善。
完美學包括 美學,美學主要內容是 造形、裝飾、修飾、配
色、視感、觸感、順手、溶入。
第 3 項 原理學、可以參看 『59 槓桿原理』、『49 向量』、『10
虎克定律』、『35 圓角的秘密』、『37 熱膨脹係數』。第 5 項 數
學、可以參看 『02 公差與配合』。第 6 項 完美學、可以參看
『03 Design』、『65 造形之一』、『64 實用就是美感』。以及
其他做設計的相關知識。
這些學問,並不是看過本文就會得到了,是要去認真讀書,用
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心學習,才可能得到,所以是學問。對物理學沒興趣、數學不
求好的人,將難以達成。
設計者的基本能力
有基礎的學問,才可能再談到基本的能力。做為一個設計者,
應懂,甚至須要到熟知的事情,還有很多很多。
1. 對機構學的應用能力。有 螺絲、插銷、墊片、倒勾、鑲入、
接合、鉚合、夾合、黏著。定位、擋止、調整、鬆緊、精
度。平面、位置、受力、表面、硬度、圓角、補強、平衡、
穩固。轉動、滑動、彈動、預壓。帶動、制動、釋放。壓
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力、拉力、扭力、剪力。齒輪、滾輪、摩擦、潤滑、止滑。
慣性、振盪、阻尼、真空、逃氣。外殼、基座、支撐、預
留、收尾、架腳、旋鈕、按鍵、指示、插座、電源。配置、
間隔、交錯、重疊、改變、簡化、替代。造形、理形、空
間、置入、取出、操作、觸感、防呆。清潔、保護、防塵、
防銹、防水、防火。測量、試驗。落下、震動、包裝、環
境、溫度、濕度。可行、效果、實用、安全、壽命、裝拆、
修理、成本。零件的個數、材質的利用、加工的誤差、組
裝的變異。訂定公差、開模注意事項、圖面取名、圖面編
號、BOM。規格、大小、重量、特點、使用說明。創新、
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發明、專利。
以及 對該項產品的透徹瞭解,包括參考別人的產品。發表、
檢討、改善。廠商 Survey、檢驗、試做樣品、發現問題、
不良分析,對策、工程安排、治具、作業指導。
動態設計是靜態的 50 倍困難,要非常仔細的配合,反覆的
模擬和檢討。
2. 對射出加工、塑膠材料的瞭解。包括 分模線、退模角、對
嵌、滑塊、頂出、肉厚、射出條件。玻璃纖維、結晶、次
料。模具、機台,等等。另外還有對樹脂材料的瞭解。包
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括 人工橡膠、天然橡膠、矽膠、環氧樹脂、硬度、熟化,
等等。
3. 對沖床加工、金屬材料的瞭解。包括 製程、沖斷、折彎、
引伸、誤差、毛邊、絲向、硬度、鉚合、焊接。鐵板、不
銹鋼、黃銅、鋁板、鋁合金、電鍍、氧極處理。模具、機
台,等等。另外還有 對車床加工的瞭解。包括 柱子、鉚
釘,等等。以及 對彈簧件的瞭解。包括 壓縮、拉伸、正
捲、反捲。
4. 對電子學、電子零件的認識。包括 原子、電子、電壓、電
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流、功率、交流、直流、整流、電池、導電、接觸壓力、
絕緣、頻率、無線電、Wi-Fi。電源、訊號、接地、並連、
串連、隔離、EMI、ESD。靜電破壞。PCB、PCBA、半導
體、LED、LCD、Antenna、Speaker,等等。另外還有 對
磁力學的認識。包括 磁極、回路、磁滯、導磁、逆磁。磁
頭,等等。以及 對散熱學的認識。包括 傳導、輻射、對
流、隔熱。
5. 對光學的認識。包括 光線、光波、亮度、色溫、加色、減
色、透射、反射、折射、極化、聚光、擴散、紅外線、紫
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外線、雷射、螢光、輻射。鏡頭、濾光、鍍膜、對比、解
析度、色散,等等。
6. 瞭解現時的工業技術與廠商的能力。包括 尺寸的精度。
第 1 項的各能力項目,可以寫成 Design Shooting,放在桌
前。來校對所設計的各個構造,是不是都利用到正確的方法、
最好的方法,對設計的思路、設計的品質有很大的幫助。不良
分析,對策、可以參看 『54 不良分析的做法』。專利、可以
參看 『12 如何寫專利』。
第 2 項 對射出加工、塑膠材料的瞭解、可以參看 『42 機構
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設計 塑膠件的設計』、『07 塑膠的認識』、『34 塑膠射出成形
技術』。第 3 項 對沖床加工、金屬材料的瞭解、可以參看 『38
金屬板材的認識』、『14 電鍍原理』。第 4 項 對電子學、電子
零件的認識、可以參看 『61 歐姆定律』、『18 電接觸面導通
原理 接觸盤』、『41 機構設計 電池室的設計』。第 5 項 對光
學的認識、可以參看 『15 光線與光波』、『50 偏極光』。
若所述的各項能力有不會的,就要一點一點的去把它 學會、
搞懂。養成好奇心,不知道的問到底。用想、用看、用做,一
直到熟悉了,能應用自如,變成 有技巧、講得出道理 為止,
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才會是有能力。
一個設計 會有 100 個方法可以達成
一個設計,會有 100 個方法可以達成,畫好一個不理想,就換
下一個,要畫好幾個,好幾幾個後,才會得出比較好的那一個。
這才是在做設計。
成熟的技巧
有成熟技巧的人,會簡化構造、減少零件、做到沒有螺絲。容
易開模、容易組裝、隨便做都會是高精度。開模後都不用再修
改,一次的試模檢討後,就沒有不良。有成熟的技巧就會有自
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己的設計特色,造形也會很漂亮。
創新與發明
做機構設計,不要將自己禁錮在既有的一些構造,只在做翻
抄,也要能做出一些改良、一些特點、一些創新與發明,能提
高產品的價值,也能提升自己的實力。
Open Your Mind
放開心胸,請教別人、接受評論,虛心改進,才會有好作品。
能教導別人,自己還會更進步。能溝通廠商,可以把品質做到
最好。能展現出知識技術,可以達成別人對自己的信服和信賴。
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心情放鬆假
設計須要長時間的聚精會神,心情是緊張的,是會累的。但當
作品完成時,心中自會有一股喜悅,有多少的創新全部達成,
有多少的問題都被解決。為自己多了一個成就,為世界做出了
一份貢獻,就慰勞一下自己,做自己想做的事,放鬆休息個三
五天,等待下次的挑戰。
要有成功的經驗
作品一定要受人讚賞,不然就是做了幾年幾十年,也會一樣的
沒有成就。有成功的經驗,才會走向成功之路,才會有成就。
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會主動增長自己 知識、技術、能力 的人不多,都是在遇到問
題時,才知道不會。這樣會對不良視而不見,更遑論是東西要
做多好。一定要加油,多讀書、多上網查知技、多親身體驗,
給自己一顆金頭腦、聰明,如果你要做一個真的 機構設計工
程師。
TK Cheng