《手机结构设计》 ( 节选 连载)

《手机结构设计》一书由人民邮电出版社 2010.8  出版.

前   言

    什么是结构？对单一零件来说，结构就是零件的材料和形状，其中材料包
含了零件的内在结构，形状则是体现了零件的外在特征；对两个和两个以上零
件来说，还要包括他们之间的连接方式；对整机来说还要考虑零部件的布局。
所以简单的说：材料、形状、连接布局就是结构。所谓“连接”是指零件之间
的装配方法，其中包括螺纹连接、卡扣连接、粘接、铆接、齿轮连接、传动轴
连接、焊接、缠绕、包覆等。对手机来说，主要是采用前三种连接方法。
    什么是设计？设计就是设想和计算，再用工程图纸表达出来，或者用参数
化的电子文档表达出来，提交制造，实现产品的生产。任何一门工程专业，没
有充分的数学计算，都不会逼近科学的本质，结构设计也是如此。只有经过了
必需的数学计算，才能走近科学，做出一个专业化的结构设计。
    电子产品结构(Mechanical structures of electronic product)与纯机械
结构的不同之处，还在于要考虑产品结构的电磁屏蔽、散热和噪音三大问题以
及通常产品都要考虑的冲击振动、三防问题和绿色环保。
   手机结构设计包括整机的布局设计、零部件连接设计、零件设计、电磁屏蔽
、散热、环境防护设计以及结构材料、标准件和通用件的选择。广义的手机结
构设计还包括手机的造型设计。
   手机结构设计是手机研发中主要的设计工作。手机作为电子产品中市场产量
很大，更新换代极快的消费类电子产品，对设计的进度要求比一般产品更快，
对设计的质量要求也更高，所以产品设计不仅要讨论技术还需要研究设计方法
和流程。
   踏入一个行业最难的是入门。当下教学方法和教材与企业产品设计的脱节，
造成刚出大学校门的工科本科生、研究生面对实际的设计工作，往往不知如何
下手。本书按实际产品设计的流程和内容来论述，对初入行的人来说是很好的
入门书；对有一定设计年限的工程师也有梳理知识、开阔视野、发现不足和总
结提高的作用。
    本书具体回答了手机结构设计做什么和怎么做问题。内容包括：概述、设
计流程和产品规划、通用件和材料、造型设计、整机结构设计、零部件结构设
计、结构有限元分析基础、结构有限元分析实例、电磁兼容性与散热设计、制
造技术和结构测试，共11章，约30万字。
   作者长期在国企、外企一流企业的从事设计和技术管理工作。依据实际经验
还特别介绍了一些设计思想和设计诀窍，例如面向用户的设计（DFU）和面向制
造的设计（DFM）的思想和如何“一次做对”的方法。
   本书可作为手机结构设计、造型设计、结构工艺、项目管理和生产技术管理
等中高级技术人员的工作指导书，也可供大学结构设计、机电一体化、结构工
艺、工业设计等本科和硕士的师生作为毕业设计和毕业论文的参考书。本书的
很多设计技术和技能，并不局限于手机结构，在设计其他电子产品的结构时也
有借鉴和参考价值。

目录
第1章 概述  
1.1 手机结构设计工作内容
1.1.1规划阶段的工作
1.1.2设计阶段的工作
1.1.3验证阶段的工作
1.1.4技术转移的工作
1.2手机的分类
1.2.1按用户群分类
1.2.2按技术类型分类
1.2.3按结构特征分类
1.2.4 特殊用途手机
1.2.5 手机发展趋势
第2章 手机设计流程和产品规划
2.1 设计流程
2.1.1设计流程的作用
2.1.2 设计流程的要素
2.1.3 设计流程的管理
2.1.4 一个设计流程实例
2.2 产品规划
2.2.1 用户需求
2.2.2可行性分析
2.2.3 产品规格
2.2.4 一款手机产品规格实例
第3章 手机通用件和材料
3.1 通用件
3.1.1 接插件
3.1.2 专用器件
3.1.3 紧固件
3.2 自制结构件材料
3.2.1外壳材料
3.2.2表面装饰材料
3.2.3 印制板材料
第4章 手机造型设计     
4.1 造型设计基础
4.1.1 造型设计基本原理
4.1.2造型与心理需求
4.1.3 颜色和色标
4.1.4视觉和触觉
4.1.5 照度和亮度
4.1.6 造型与成本的平衡
4.2 设计案例和分析
4.2 1一款翻盖手机的造型
4.2.2一款超薄滑盖手机的造型
4.2.3 一款直板手机的造型
4.2.4 造型设计工作输出
4.3造型设计软件选择
4.3.1 效果图设计软件
4.3.2 三维实体设计软件
4.4 造型设计评价
4.4.1 美学符合度
4.4.2 人机工程学符合度
4.4.3 外观质地和制造精度
4.4.4 可制造性
第5章 手机整机结构设计
5.1结构设计基础
5.1.1尺寸和公差
5.1.2 重量和力
5.1.3 刚度和强度
5.2 装配图设计
5.2.1准备工作
5.2.2设计要点
5.2.3装配图修改方法
5.2.4 装配图设计实例
5.3印制板组件结构设计
5.3.1印制板选用
5.3.2印制板组件单元划分
5.3.3接插件选择和布局
5.3.4 印制板拼版图
5.3.5 FPCB的设计
5.4按键组件设计
5.4.1机械按键的设计
5.4.2 触摸屛按键简介
第6章 手机零部件结构设计
6.1 卡扣连接
6.1.1几个重要材料参数
6.1.2悬臂卡扣的计算公式
6.1.3悬臂卡扣的计算实例
6.1.4 手机卡扣设计实例
6.2 自攻螺钉连接
6.2.1自攻螺钉种类和特点
6.2.2自攻螺钉连接设计
6.2.3自攻螺钉连接强度
6.3 其他典型结构
6.3.1 翻盖手机的铰链结构
6.3.2手机振动功能的设计
6.3.3 扬声器的结构设计
6.3.4 塑料零件结构设计要素和实例
6.3.5 铝、镁、钛零件结构设计要素

第7章 手机结构有限元分析基础
7.1 手机结构有限元分析概述
7.1.1 手机结构有限元分析的必要性
7.1.2 手机结构有限元分析现况
7.2 手机结构有限元分析软件的选择
7.2.1 手机结构有限元分析的前后处理软件
7.2.2 手机结构有限元分析的求解软件
7.3 手机结构有限元分析的内容
7.3.1手机结构有限元分析的依据
7.3.2有限元分析软件可解决的问题
7.4 结构有限元分析在手机设计中的应用
7.4.1 结构有限元分析在手机设计流程中的应用
7.4.2 手机结构设计问题有限元分析实例介绍
第8章 手机结构有限元分析实例
8.1 手机自由跌落有限元分析
8.1.1 自由跌落有限元分析依据
8.1.2 前处理过程
8.1.3 有限元分析
8.1.4 后处理过程
8.2手机冲击有限元分析
8.2.1冲击有限元分析依据
8.2.2 有限元模拟手机冲击试验的方法
8.2.3 手机冲击有限元分析实例
第9章 手机电磁兼容性和热设计
9.1 手机的电磁兼容性设计
9.1.1手机EMC/ESD 标准
9.1.2接地设计
9.1.3屏蔽设计
9.1.4 静电防护设计
9.2 手机热设计
9.2.1热设计的关键参数
9.2.2 热设计的流程
9.2.3 手机热设计实例
第10章 手机结构件制造技术
10.1 手机样机制作
10.1.1 数控加工
10.1.2 立体光刻
10.1.3 选择性激光烧结
10.1.4 小批量快速成型
10.1.5样机制作成本
10.2 手机模具制作
10.2.1 模具种类
10.2.2模具工艺要点
10.2.3模具制造流程和时间
10.2.4 模具制造成本　
10.3表面装饰工艺
10.3.1涂覆
10.3.2 真空镀膜和电镀
10.3.3 模内装饰注塑
10.3.4 按键表面处理
10.3.5 拉丝工艺
10.3.6 不导电真空镀膜
10.3.7 铝箔商标
第11章 手机结构测试
11.1 材料的简易识别
11.1.1 塑料的简易识别
11.1.2 不锈钢和不锈铁的简易识别
11.1.3 铝合金、镁合金和钛合金的简易识别
11.2材料成分的分析
11.2.1材料成分的光谱分析
11.2.2材料成分的化学分析
11.2.3光谱和化学分析的优缺点比较
11.3 尺寸和外观测量
11.3.1 测量仪器和工具
11.3.2 零件尺寸和外观测量
11.3.3 样机装配和检查表
11.3.4 装配尺寸测量
11.4 可靠性测试
11.4.1 环境试验
11.4.2 机械应力试验
附录一  第8章 附录
1．手机自由跌落有限元分析k文件
2． 手机冲击模拟分析的inp文件
附录二  本书附光盘
参考文献

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第2章  手机设计流程和产品规划
本章提要  设计流程的要素包括重点子项目、执行时序、工作输入、工作输出、关键质量控制点和人员职责分工。好的流程应该做到分工协作、并行推进、互不干扰、事半功倍。产品规划包括产品的功能、性能、环境指标和可靠性指标。产品规划最主要的工作输出是产品规格。产品规格的制定应该面向用户，面向制造，做到指标化和可执行。设计流程是为了设计管理不出现大的偏差，产品规格是为了设计要点不出现大的偏差，这两个文件可以保证产品设计在可控的轨道中运行。






2.1 设计流程
设计流程（Design flow）是将产品从概念（Idea）阶段到规划完成、设计完成、交付批量生产的全过程分解为若干个子项目，按一定时序来执行的一种设计管理方法。设计流程通常用设计流程图（Design flowchart）来表达。
2.1.1设计流程的作用
当各种各样的设计流程管理的手段和方法成为常见的资料时，我们需要回顾一下设计流程的基本作用，已免被那些经过包装的所谓先进研发管理方法迷失了方向。任何先进的管理方法都要考虑到具体的工作环境和产品的具体需求的差异性。
  在一些公司，项目管理者往往很重视设计流程，依靠设计流程进行项目的进度和质量管理。但是设计人员会认为设计流程影响效率而不愿执行，造成流程空置，或者事后补做些纸面文章，这样就失去了设计流程的作用。
其实好的设计流程既符合一个产品从概念到产品的客观规律，又是前人成功设计经验的积累，能够起到把握产品设计进度和质量，避免设计走弯路，从而提高设计效率。
1．时序控制
设计流程的一个最基本作用就是时序控制，在一个产品的设计过程中有很多任务，怎样按照产品设计的客观规律去安排先做什么后做什么，就是时序控制。在设计流程图中的工作子项目是按先后的时序排列的。并行作业的子项目安排也是时序控制的重要内容。
2．节点控制
设计流程的另一个基本作用是找出产品设计过程中重要的节点，并设计这些节点上通过和不通过的指标。在这些关键节点上组织设计评审、做出问题决策和设计修正。
3．反馈机制
设计流程还应该设置反馈机制，反馈的内容分两类情况，一类是某些工作条件不具备需要反馈；另一类是在节点控制点上评审出现重要问题，经过决策，确定需要回溯到某个阶段。
4．输出控制
设计流程的各个子项目的工作输出是设计成果的体现。每一子项目的设计输出都经过相应的审核才能提交，重要的设计输出即是节点控制的内容，需要多人评审才能提交。
2.1.2 设计流程的要素
1．子项目
    为了便于工作分工和工作输出， 将产品的设计项目按照工作内容的阶段性和工作内容的差异性分解成若干个子项目。每个子项目都有明确的要求（即工作输入）和工作输出。子项目的分解要符合产品设计客观的规律，即在设计告一个阶段的时候，才能设立和划分子项目。要避免将一项连续的工作强行拆分的现象，因为强行拆分子项目，会造成工作输出困难和前后工作的衔接困难。
2．设置关键节点
在设计流程的众多子项目中要根据经验选择子项目设置关键节点，进行设计评审和设计问题的决策，确保设计在不出大错的轨道中正常运行。
3．工作输入和输出
设计流程要有明确的工作输入和工作输出。通常，上一环节的工作输出即下一环节的工作输入。明确的工作输入是工作的基础，工作输出则是工作的成果表达。例如，规划阶段的工作输入和工作输出物是用户需求分析报告、可行性分析报告和产品规格等文档；设计阶段的工作输出是造型效果图、结构设计图、有限元分析报告和设计报告等。设计验证阶段的工作输出是样机、样机装配报告、全套的设计图纸和明细表（BOM）。
4．人员职责
很多公司的设计流程是不包括人员职责的，这就可能会造成人与事分离的现象。所以在设计流程中明确规定人员的职责是有利于分工协作的好办法。
传统的产品开发项目组通常仅由设计人员构成，实践证明，这种组织架构不利于产品的设计过程协调，所以先进的产品项目组架构中除了设计人员，还包括所有与产品研发有关的市场策划、营销、测试、采购、成本核算等人员，由项目经理统一管理，形成紧密的研发协同机制。
而且人员最好集中办公，而不是在各自所属职能部门办公，以方便管理和沟通。人类学家E.霍尔研究发现：人际交往一般是4～12英尺,多数交往发生在这个距离内，超过15英尺，人际间的沟通大幅降低。
2.1.3 设计流程的管理
1．设计流程由谁制定
设计流程在一个公司是属于高端的技术管理，通常一个公司总的产品设计流程由研发管理部门拟制、报经研发总经理审核、公司总经理批准。
2．针对不同产品的设计流程
   针对具体产品的设计流程应该在公司总的设计流程基础上做些适应性的更改。因为总有些内容是产品的独特需求，特别是一个公司有多类产品在设计时更是如此。
3．设计流程的管理工具
设计流程的管理思想一要体现面向用户的设计（(Design for user, DFU)即在产品设计时要充分体验用户的使用便利性，舒适性。二要体现面向制造的设计(Design for Manufacture ，DFM )。即将后期的测试、工艺设计等工作尽量提前，以缩短新产品的上市周期，以减少中后期的设计更改，降低开发成本，从而提高产品的设计效率和质量。
设计流程的管理手段主要是利用产品数据管理（Product data management，PDM）软件和产品生命周期管理（Product lifecycle management, PLM）软件来实现产品数据、过程和资源的管理，并且可以在一个平台上和企业的ERP、CRP等管理系统实现集成整合和无缝连接。
2.1.4 一个设计流程实例
--------
(待续)

guanggao,buhoudao

表2-2 一款手机产品的结构规格
分类        规格
（specifications）        规格描述
（specifications description）
产
品
形
态        1.产品形状        1.1滑盖手机
                1.2体现产品的挺括、超薄，采用斜立面造型，
                1.3 上宽下窄型，比例以适合手握为宜
        2.外形尺寸        2.1 整机外形尺寸50×103×13 mm
                2.2 显示屏尺寸50mm（2英寸屏）
        3.重量        3.1 整机重量含电池　≤90 g
                3.2 电池重量 ≤20g
        4.色彩①
        4.1机身深灰色
                4.2滑盖框银色
                4.3 音量键、拍摄键银色
                4.4 接听键、挂机键，深灰色、红色镂空字符
                4.5其他按键深灰色、白色镂空字符
                4.6 显示屏背景色用蓝天绿草坪风景图片
                4.7 表面喷涂深灰色亚光漆
        5.标识        5.1 公司商标位于显示屏贴膜下方（采用反面丝印的方法）
                5.2 公司网站位于产品背面下方（模具刻字）
                5.3 产品铭牌贴于产品背面的电池下面
        6.外壳材料        6.1 所有壳体采用ABS/PC混合塑料
                6.2 显示屏表面贴PC透明薄膜
                6.3 显示屏外框在塑料基础上采用不导电真空镀膜
产
品
功
能        7.功能键        7.4 滑盖上有9个基本功能按键（分别是左、右确认键、拨出键、挂机键、上、下、左、右方向键和OK键）
                7.5 主机具备10个“0～9”数字键，其中合理分布26个英文字母
                7.6 主机还具备2个键“*”和“# ”键
                7.7音量升、降按键，位于左侧面的上方
        8.接口        8.1 扬声器和出声口，位于显示屏上方
                8.2 送话器和进音口，位于主机按键下方
                8.3 右侧立面：Micro USB数据下载/充电接口、拍照按键
                8.4 左侧立面：音量按键、存储卡（Micro SD）接口
                      续表2-2 一款手机的结构规格
分类        规格
（specifications）        规格描述
（specifications description）
产
品
功
能        8.接口        8.5 Sim 卡接口
                8.6 电池插座
        9.来电振动功能        9.1 来电时实现机身左右振动
                9.2 振幅在0.1mm以内，振动时手机位移小于50mm
        10.扬声器和送话器处开口        10.1 扬声器处开口和防尘功能，音频损耗小于3dB
                10.2 送话器处开口和防尘功能，音频损耗小于3dB
产
品
机
械
性
能        11.机械性能②        11.1 按键力50～80g,
                11.2 滑盖推力80～120g
                11.3 电池盖板推拉力500～600g
                11.4用户识别卡( SIM)插座推拉力200～300g
                11.5开关机按键寿命5万次
                11.6 其他按键10万次
                11.7 撞击：耐受弹簧锤0.2 J
                11.8 挤压：250(N)的力挤压1000次
                11.9 跌落：裸机１ｍ高度，自由跌落６次
                11.10 冲击：加速度300m/s2冲击18次
                11.11 振动：5～500Hz 0.96m2/s3和-3dB/倍频程
        12.表面涂覆性能②        12.1 机壳表面用180g的压力纸，连续摩擦16m字符，清晰可辨，漆膜不漏底色
                12.2　机壳表面用百格刀划过后，漆膜脱落小于５％
产
品
环
境
适
应
性        13.散热指标        13.1 通话时5分钟内机壳温升≤5℃
                13.2 长时间通话和上网机壳温升≤10℃
                13.3 充电时机壳温升≤10℃
        14.耐候性②        14.1 工作温度：0～40℃，相对湿度：5～95%
                14.2 存储温度：-5～45(℃), 相对湿度：5～95%
                14.3 低温试验:关机状态下-40℃,16h
                14.4 高温试验: 关机状态下55℃,16h
                14.5 盐雾试验：35℃，5％，48H



                        续表2-2 一款手机的结构规格
分类        规格
（specifications）        规格描述
（specifications description）
可
靠
性        15.按键寿命        15.1 开关机键5万次
                15.2 其他按键10万次
        16.插拔寿命        16.1 电池盖拆装 ≥1000次
                16.2耳机、充电器、数据接口， 插拔次数≥3000次
        17.滑盖寿命        17.1 ≥5万次
        18．整机MTBF        18.1 ≥15000小时
电
磁
兼
容
性        19.电磁兼容性指标③        19.1 辐射骚扰： 按GB/T22450.1标准7.2.2、7.5.2条限值规定
                19.2 传导骚扰：按GB/T 22450.1标准7.2.2 、7.6.2条限值规定
                19.3 静电放电抗扰度（ESD ）：接触放电≥4kv
包
装
        20.内包装        20.1采用PE吸塑包装方式做减振设计
                20.2采用彩盒做单机产品包装
                20.3 产品使用说明书
                20.4 产品合格证
                20.5 产品保修单
        21.外包装        21.1 采用双瓦楞纸箱包装，每箱可装入单机彩盒40个。
尺
寸
精
度        22.配合间隙        22.1 外观配合间隙≤0.15 mm
                22.2 外观断面差≤0.15 mm
                22.3 内部间隙≤0.3 mm
        23．配合公差        23.1 所有外观尺寸标注公差按IT 9级
                23.2 所有内部尺寸公差按IT10级
                23.3 未注公差按IT 12级
注：①具体见造型设计输出的产品配色表。
    ②机械性能、表面涂覆性能和环境适应性的测试方法可参见标准YD1539-2006。
    ③参见GB/T 22450.1-2008 900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信系统电磁兼容性限值和测量方法。
  ④ 产品的结构规格是产品规格的组成部分，此表中未列入的使用功能由软硬件工程
师负责。

没搞明白楼主的意思！！不会是来码字的吧？

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