機構設計的經驗分享-1
 
天天畫PRO-E,日日摔產品,時時釘廠商,「專做 內在美」─機構工程師雕塑產品最完美的曲線

一切,從破壞開始……
家裡的後院,洗衣機矩形的外殼被拆了下來,一把螺絲起子、一根鐵槌,洗衣機機身內的片片塊塊散落一地, ABCDACDBDACBCDBA……太多可能的排列組合,就算想破他的小腦袋瓜兒,也變不回原來的洗衣機……

明基桃園事業區6F研發中心,一台造價不斐的投影機,機殼靜置在桌上的一角,螺絲、面板、燈泡模組、UHP 高效能燈泡、風扇……上百種零組件被一一地仔細端詳、拆解開來,再依序一個個組裝回去,熟練的動作,投影機分毫不差地回復原本的面貌。這次可不像小時候那麼遜,現在,他可是會拆又會裝!

機構設計,穿上我的內在美

「機構工程師的工作就像是在堆積木,工業設計中心提出他們對產品外觀的構想後,機構工程師用ProE勾勒出產品的內部架構,實現ID(industrial design)設計的夢想。」工業設計中心決定產品的外在美,與Chris同樣身為機構工程師的同仁們負責產品的內在美,也就是產品的內構件與心臟,「設法在有限的空間裡放進所有的零組件,於既有功能一個也不能少的前提下,努力把產品的內涵做得比別人更優美。」

L.J.
形容自己就像一名建築師,「建築師思考的是房子的坪數大小、需要用到哪些建材、如何蓋出一棟好房子等問題;機構工程師想的是產品的長寬高各是多少、達成任務功能需要哪些元件、在應許的空間內如何放下這些零組件。」進行設計時,機構工程師必須隨時提醒自己,是否做出工業設計想要的東西,是否兼顧到產品的功能性與量產性,包括產品的良率等。

新手機的誕生從PM制定各種規格開始,在工業設計中心完成外觀設計,於機構工程師手中進行內部規劃與建整;CD-ROM也是在PM依據產品訴求族群與使用狀況提出產品規格要求後開始進入研發與生產流程,但是它的屬性和手機、數位相機等消費性電子產品不同,CD-ROM是個與速度競賽的量產性產品,在機構上強調的是設計的可製造性與可量產性,如果設計過於複雜, CP擔心將會提高量產的困難度,喪失速度上的競爭優勢。

ID
所設計出的外觀有時會造成機構設計上的限制,在機構設計的過程中衍生出各種問題,例如外觀該以噴漆還是電鍍方式處理等,因此,正式進入機構設計階段之前,機構工程師會先就空間、EE等面向評估工業設計中心提案的可行性。

在機構設計的第一個階段,工程師扮演的是設計師的角色,決定產品的內部架構,並將內部空間的零組件配置繪製成圖(lay out)。過去還沒有軟體工具的時候,Chris與機構工程師只能用紙、筆和尺一筆筆畫出設計圖,「設計圖上必須有正確、清楚的尺寸標示,圖每個人都會畫,但是產品內部有許多內構件,有的內構件符合公差上限,有的符合公差下限,如何得出一個合理的累積公差是最大的挑戰。」。

進入第二個階段後,工程師化身為建築師,將產品整個機身搭建起來。製圖後,產品還要經過開模(mock up)、發包等各種步驟才能進入量產,在這個過程中,除了各種測試外,機構工程師還要負責模具廠的選擇、模具製程前後的檢討等工作。

從工業設計出發再進入機構設計是一個由外而內的過程,H.W.將機構設計所扮演的角色歸納為整合、介面、美化、與保護等四種。

機構工程師,角色四合一
機構是個整合者,因為從電池、外觀設計、到產品製造,機構工程師必須整合產品與各部功能,有些零組件有固定的位置,有些可以隨意移動,機構工程師設法將所有元素兜在一起,讓ID的夢想成真。機構是一種介面,她所涉及的零件本身就是各種介面,例如,按鍵是產品對外的介面,溝通人與機器。機構是一種美化,與工業設計中心攜手合作,實現工業設計中心的造形設計,為一堆冰冷的電子零件,穿上美麗的外衣。機構也負責保護產品與消費者,例如手機外殼防水、防震的功能,能讓手機在受到某種程度的外力衝擊時,維持正常的運作。

與電子、韌體相比,機構具有相對的外顯性,設計的結果攤在陽光底下,每個人都可以看得到,也因此每個人都有自己的意見與想法,許多機構工程師都和CP有過同樣的經驗,「機構進行變更時,可以聽見各種不同的聲音,機構工程師應該多觀察、多拆解別人的產品,並從中學習他人的長處。」他山之石可以攻錯,拆別人的機器,想想別人為何如此設計,可以吸收別人的經驗,也能獲取一些設計的靈感。

先後負責過掃描器與數位相機兩種產品的機構設計後,Vincent依然熱愛這份工作,「已趨成熟的掃描器強調產品功能,具有消費產品屬性的數位相機除了功能之外,也強調輕薄短小的外觀,然而,不管產品種類是否相同,機構設計一直有新的任務等著自己去完成。」

「就像開車,當你掀開引擎蓋時,總會希望汽車內部裝置的安排能乾淨又俐落。」每每拆開日本知名品牌的數位相機,Vincent都會驚訝於她內部機構設計的簡潔,「一開始就採用對的方法,設計出來的自然會是個好產品,如何運用理性的方法讓每個元件,甚至每條排線的組合都讓人看得舒服,考驗的不只是機構工程師初始設計架構的完善性,更是機構工程師的技術與創新能力。」

機構特務,要苦其心志、勞其筋骨
「電腦當機之後可以重開機,數位相機不能用到一半就當機,使用的時候機身的外殼也不能突然掉下來。」機構工程師的工作內容中,「測試」大概是多數人最感興趣的部分。不論是落下測試還是破壞式測試,以各種測試方法驗證產品的品質與功能可信度,主要都是為了確保產出的產品有一定的水平。

不同的產品有不同的屬性,測試方法也不盡相同。手機的測試必須考慮消費者的使用情境,「除了落下測試外,還要考慮手機在不同地方、不同環境的使用情況,溫度的高低、冷熱的衝擊等都是測試要項。」手機的體積越小,內部機構設計所能保留的安全空間也越小,對H.W.而言,落下測試與熱衝擊是較具挑戰性的兩個測試項目。

摔落是消費者使用手機時最常發生的意外狀況,因此,落下測試是機構設計最基本的關卡。熱衝擊的目的在確保手機在特定的高、低溫範圍內,能不受溫度變化影響,正常運作,「烤完之後再冰,冰完之後又烤。每家廠商設有不同的測試標準,不一定是以100°C烘烤、以0°C冰鎮。」落下測試與熱衝擊也會交叉進行,在冰、烤之後進行落下測試,檢測手機在高、低溫環境下的耐摔程度。

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