手机完整结构设计过程

一款手机的完整结构设计过程前言2005年9月我曾写过一篇《一个完整产品的结构设计过程》，发表在开思网，链接是。这一篇《一款手机的完整结构设计过程》写于2008年12月份，那时候我刚从朋友的设计公司出来，想想今后不做设计了，这些年的经验别荒废了，自己作个总结吧。现在看来，当初的想法是对的，只是手机功能不断提升，制造工艺不断改进，有些设计间隙和设计参数到现在已经不太合适了，就算是给初学者提供一个参考吧，大家可以多关注设计的思路，先做什么，后做什么。至于参数，可以照用，但不必太过固执，多听听有经验的同事的建议，自己及时做出调整和总结。我现在任职于金立结构部，目睹了金立在智能机领域从无到有，从底端到高端不断发展的过程。很想抽时间再做一份《一款智能手机的完整结构设计过程》，因为从2011开始，智能手机在市场上的份额迅速扩大，而智能手机在结构设计上又有许多和功能手机不一样的地方，确实有必要总结一下了。好了，废话不多说，以下是2008年的《一款手机的完整结构设计过程》的完整版，附带全部原图，谢谢各位读者！目录一，主板方案的确定二，设计指引的制作三，手机外形的确定四，结构建模1.资料的收集2.构思拆件3.外观面的绘制4.初步拆件5.建模资料的输出五，外观手板的制作和外观调整六，结构设计1.止口线的制作2.螺丝柱的结构3.主扣的布局4.上壳装饰五金片的固定结构5.屏的固定结构6.听筒的固定结构7.前摄像头的固定结构8.省电模式镜片的固定结构9.MIC的固定结构10.主按键的结构设计11.侧按键的结构设计12.USB胶塞的结构设计13.螺丝孔胶塞的结构设计14.喇叭的固定结构15.下壳摄像头的固定结构16.下壳装饰件的结构设计17.电池箱的结构设计18.马达的结构设计19.手写笔的结构设计20.电池盖的结构设计21.穿绳孔的结构设计七.报价图的资料整理八,结构设计优化九,结构评审十,结构手板的验证十一,模具检讨十二,投模期间的项目跟进十三,试模及改模十四,试产一，主板方案的确定在手机设计公司，通常分为市场部（以下简称MKT），外形设计部（以下简称ID），结构设计部（以下简称MD）。一个手机项目的是从客户指定的一块主板开始的，客户根据市场的需求选择合适的主板，从方案公司哪里拿到主板的3D图，再找设计公司设计某种风格的外形和结构。也有客户直接找到设计公司要求设计全新设计主板的，这就需要手机结构工程师与方案公司合作根据客户的要求做新主板的堆叠，然后再做后续工作，这里不做主要介绍。当设计公司的MKT和客户签下协议，拿到客户给的主板的3D图，项目正式启动，MD的工作就开始了。二，设计指引的制作拿到主板的3D图，ID并不能直接调用，还要MD把主板的3D图转成六视图，并且计算出整机的基本尺寸，这是MD的基本功,我把它作为了公司招人面试的考题,有没有独立做过手机一考就知道了,如果答得不对即使简历说得再经验丰富也没用,其实答案很简单,以带触摸屏的手机为例,例如主板长度99,整机的长度尺寸就是在主板的两端各加上2.5,整机长度可做到99+2.5+2.5=104,例如主板宽度37.6,整机的宽度尺寸就是在主板的两侧各加上2.5,整机宽度可做到37.6+2.5+2.5=42.6,例如主板厚度13.3,整机的厚度尺寸就是在主板的上面加上1.2(包含0.9的上壳厚度和0.3的泡棉厚度),在主板的下面加上1.1(包含1.0的电池盖厚度和0.1的电池装配间隙),整机厚度可做到13.3+1.2+1.1=15.6,答案并不唯一,只要能说明计算的方法就行还要特别指出ID设计外形时需要注意的问题，这才是一份完整的设计指引。不锈钢电池盖三，手机外形的确定ID拿到设计指引，先会画草图进行构思，接下来集中评选方案，确定下两三款草图，既要满足客户要求的创意，这两三款草图之间又要在风格上有所差异，然后上机进行细化，绘制完整的整机效果图，期间MD要尽可能为ID提供技术上的支持，如工艺上能否实现，结构上可否再做薄一点，ID完成的整机效果图经客户调整和筛选，最终确定的方案就可以开始转给MD做结构建模了。四，结构建模1.资料的收集MD开始建模需要ID提供线框,线框是ID根据工艺图上的轮廓描出的,能够比较真实的反映ID的设计意图,输出的文件可以是DXF和IGS格式,如果是DXF格式,MD要把不同视角的线框在CAD中按六视图的方位摆好,以便调入PROE中描线(直接在PROE中旋转不同视角的线框可是个麻烦事).也有负责任的ID在犀牛中就帮MD把不同视角的线框按六视图的方位摆好了存成IGS格式文件,MD只需要在ROE中描线就可以了.有人也许会问,说来说去都是要描线,ID提供的线框直接用来画曲面不是更省事吗?不是,ID提供的线框不是参数化的,不能进行修改和编辑,限制了后续的结构调整,所以不建议MD直接用ID提供的线框.也有ID不描线直接给JPG图片,让MD自己去描线的,那就更乱了,图片缩放之间长宽比例可能会发生变化,MD描的线可能与ID的设计意图有较大出入,所以也不建议ID不描线直接给JPG图片.如果有ID用犀牛做的手机参考曲面就更好了,其实ID也是可以建模的,而且犀牛的自由度比PROE大,所以ID建模的速度比MD更快,只是ID对拔摸模和拆件的认识不足,可能建出来的曲面与实际有些出入,对后续的结构设计帮助不大,只能拿来参考.另外,如果是抄版还有客户提供的参考样机,或者网上可以找到现成的图片,这些都能为MD的建模提供方便.主板的3D是MD本来就有的,直接找出来用就可以了,不过,用之前最好和ID再核对一下,看看有没有弄错,还有没有收到更新的版本,否则等结构做完才发现板不对可就痛苦了.2.构思拆件MD动手之前要先想好手机怎样拆件,做手机有一个重要的思想,就是手机的壳体中一定要有一件主体,主体的强度是最好的,厚度是最厚的,整机的强度全靠他了,其他散件都是贴付在他身上的,这样的手机结构才强壮,主板的固定也是依靠在主体上,如果上壳较厚适合做主体,则通常把主板装在上壳,如果下壳较厚适合做主体,则通常把主板装在下壳,拆件力求简捷,过散过繁都会降低手机强度,装配难度也会增大,必要时和结构同事们商量权衡一番,争取找出最佳拆件方案.拆件方案定了之后,就要考虑各个壳体之间的拔模了,上下壳顺出模要3度以上,五金装饰片四周的拔模要5度以上.3.外观面的绘制外观面是指手机的外轮廓面,好的曲线出好的曲面,描线的时候务必贴近ID的线框,尊重ID的创意是结构工程师基本的修养.同时线条还要尽量光顺,曲率变化尽量均匀,拔模角要考虑进去,如果ID的线拔模角与结构要求不一致,可以和ID协商,如果对外观影响不大,可以由结构在描线时直接修正轮廓线的拔模角,如果塑胶壳体保留拔模角对ID的创意破坏较大,不妨考虑塑胶模具做四边行位,毕竟手机是高档消费品,这点投资值得.手机的外形多是对称的,外观面只需要做好一半,另一半到后面做拆件时再镜像过去,做完外观面先自己检查一下拔模和光顺情况,然后建立装配图,把大面和主板放在一起,看看基本尺寸是否足够,最后请ID过来看看符不符合设计要求,ID确认完就可以拆件了.4.初步拆件这个时候的拆件是为给客户确认外观和做外观手板用的,可以不做抽壳,但外观可以看到的零件要画成单独的,方便外观手板做不同的表面效果,外观面上有圆角的地方要导上圆角,这个反倒不可以省略.总装配图的零件命名和分布都有要求,例如按键是给按键厂做的,可以集中放在一个组件里,报价和投模可以一个组件的形式发出去,很方便.5.建模资料的输出MD建模完成后,在PROE工程图里制作整机六视图,转存DXF线框文件反馈给ID调整工艺标注,建完模的六视图线框可能与当初ID提供给MD的线框有所修改,ID需要做适当的更新,并进一步完成工艺图,标明各个外观可视部件的材质和表面工艺,有丝印或镭雕的还要出菲林资料,更新后的工艺图菲林资料,再加上MD的建模3D图,就可以发出做外观手板了.五，外观手板的制作和外观调整外观手板的制做有专门的手板厂,制做一款直板手机需要3~4天,外观板为实心.不可拆,主要用来给客户确认外观效果,现在外观手板的按键可以在底部垫窝仔片,配出手感,就象真机一样.客户收到后进行评估,给出修改意见,MD负责改善后,就可以开始做内部结构了.六，结构设计结构的细化应该先从整体布局入手,我主张先做好结构的整体规划,即先做好上下壳的止口线,螺丝柱和主扣的结构,做完这三步曲,手机的框架就搭建起来了.再遵循由上到下,由顶及地的顺序依此完成细部的结构,由上到下是指先做完上壳组件,再做下壳组件,由顶及地是指上壳组件里的顺序又按照从顶部的听筒做到底部的MIC,这是整体的思路,具体到局部也可以做一些顺序调整,例如屏占的位置比较大,我可以先做屏,其他的按顺序做下来.请注意,每一个细部的结构尽量做完整再做下一个细部,不要给后面的检查和优化增加额外的工作量.1.止口线的制作内部结构开始,先是对上下壳进行抽壳,一般基本壁厚取1.5~1.8mm.上下壳之间间隙为零,前面说过怎样判定主体,主体较厚适宜做母止口,另外一件则做公止口,止口不宜太深,一般0.6mm就够了,为了方便装配,公止口可适当做拔模斜度或导C角.2.螺丝柱的结构螺丝柱是决定整机强度的关键,通常主板上会预留六个螺丝柱的孔位,别浪费,尽可能地都利用起来.螺丝柱还有一个重要的作用就是固定主板,主板装在哪个壳,螺丝柱的做法也相应有些变化,螺丝柱不但要和主板上的孔位相配合管住主板,螺丝柱的侧面还要做加强筋夹住主板,这样的结构才牢靠.4.上壳装饰五金片的固定结构上壳装饰五金片一般采用不锈钢片或铝片,厚度0.4mm或0.5mm,用热敏胶,双面胶或者扣位固定,表面可以拉丝,电镀和镭雕.其中铝片可以表面氧化成各种不同的颜色,边沿处还可以切削出亮边.5.屏的固定结构屏就好象手机的脸,要好好保护起来,砌围墙?对了,就是要利用上壳长一圈围骨上来,一直撑到主板(留0.1mm间隙),把LCD封闭起来,即使受到外力的冲击也是压在上壳的围骨上,因为围骨比屏高嘛.屏的正面也不能与峡侵苯咏哟?硬碰硬会压坏屏,必须在屏的正面贴上一圈0.5mm厚的泡棉,泡棉被压缩后的厚度为0.3mm,所以屏的正面与上壳之间间隙放0.3mm.前面说过整机厚度的计算方法,这里请大家留意一下屏前面部分的厚度是怎么计算的,见附图.为了方便屏的装入,我们会在围骨的顶部加上导角,当然屏的周围如果有元件还是要局部减胶避开,间隙至少放0.2mm,如果是避让屏与主板连接的FPC,则围骨与FPC间隙要做到1.0以上.VA框的尺寸大小和位置在ID建模的时候就要很准确的画上去,计算方法我在这里再说明一下:VA框是LCD的可视区域,即viewarea,AA框是LCD的文字的显示区域,即ActiveArea,通常VA框比AA框单边大0.5~1.0mm,VA框与AA框之间是允许外露的黑色区域,再往外比VA框还大的就是不可外露的黑边或者金属框了.壳体的显示框大小开就在VA框与AA框之间,至于壳体的显示框偏离AA框多少距离,最直接的方法就是参考LCD的规格书,完整的LCD规格书应该对壳体显示框尺寸提出明确的要求(见附图),如果没有,可以取壳体的显示框比AA框四周单边大0.4mm.6.听筒的固定结构听筒是手机的发声装置,一般在屏的顶部,除了需要定位以外,还需要有良好密封音腔,结构上利用上壳起一圈围骨围住听筒外側,和屏的围骨类似,但听筒的围骨不必撑到主板,包住听筒厚度的2/3就足够了.然后上壳再起一圈围骨围住听筒的出音孔,围骨压紧听筒正面自带的泡棉,围成一个相对封闭的音腔,最后在上壳上开出出音孔就行了,上壳出音孔的范围应该是在听筒的出音孔的范围以内.从外观上看,听筒出音孔位置会做一些简单的装饰,如盖一个网状的镍片(见附图).也可以做一个电镀的塑胶装饰件配合防尘网使用,注意塑胶装饰件通常采用烫胶柱的方式固定,防尘网则贴在听筒音腔的内侧,7.前摄像头的固定结构前摄像头位于主板的正面,采用FPC,连接器与主板连接.摄像头的定位也是靠上壳起一圈围