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产品设计方案写作指南(一):结构设计

笔者打算用一系列的文章来有针对性地介绍产品设计方案的主要版块,不仅是为了和大家讨论应该应用哪些模板,更重要的是帮助大家了解应该注意的要点设计产品时要注意。 我们需要时刻记住,文档是为产品服务的,我们是产品经理,而不是文档经理。 今天主要讲的是“结构设计”~

又到了年底了,你准备好年度总结了吗? 回顾2019年,你收获了多少,成长了多少?

在我今年的职业生涯中,我发现了一些很容易被忽视的事情。 很多产品朋友对其抱有一种又爱又恨的态度,那就是“文档”。 当产品开发时间紧张时,很多人选择敷衍,因为“内容全在脑子里”。 当项目审核或者产品出现问题时,他们想回去看看当时收到了什么。 什么样的需求、如何决定方案往往是盲目的,我们不得不回顾不可靠的记忆。 结果就是项目的进展常常偏离最初的目标。 如果没有问题的话就可以了。 如果有问题,项目组成员就胡说八道。

有无文档是一回事(产品生命周期涉及到的具体文档,可以参考我之前的文章《我的PM进阶之路》)。 文档的内容决定了它是否能真正帮助到你。 检查差距和填补差距的作用。 很多产品经理刚刚进入这个行业,在大学或者工作中并没有接受过良好的文档写作培训。 他们写的文档质量良莠不齐:有的产品经理基础好,肯思考,写的内容比较实用;有的产品经理基础好,肯思考,写的内容比较实用;有的产品经理写的内容比较实用。 刚才我接触到的产品经理都是行业内基础差的,他们写的文档经常会漏掉,抓不到重点。

其实文档写作是一门大学学科,我并不能说自己精通。 不过我在产品生涯中一直在磨练这方面的能力,积累了一些经验。 回顾这19年,对我的工作影响最大的就是“产品设计”,它让我几次水到渠成,也几次让我狼狈不堪。

对于硬件产品来说,编写产品设计方案是一个系统工程,因为硬件产品本身涉及的方面很广,包括硬件设计、软件设计、结构设计、工业设计等。 想要写出一份合格的、能提纲挈领、忠实记录的文件,必须做到八个字——“详细透彻、清晰易懂”。

我打算用一系列的文章来重点介绍产品设计解决方案的几大板块。 我不仅会和你讨论应该使用哪些模板,更重要的是,我会帮助你了解设计产品时应该注意的要点。 我们需要时刻记住,文档是为产品服务的,我们是产品经理,而不是文档经理。

今天的讲座主要围绕“结构设计”展开,接下来会介绍“硬件设计”和“软件设计”,敬请关注,欢迎参观。

1. 设计概述

通过结构设计概述,文档读者可以快速形成直观印象,掌握产品的设计理念。 因此,在进行详细的设计说明之前,有必要先阐述一下基本的结构设计思路:

分析产品的结构要求,以及硬件和工业设计对结构设计的限制和定位; 讲解结构的基本设计思想和环保要求,包括可拆卸性、可回收性和节能要求; 简单说明一下用什么结构形式来实现这个硬件、工业设计等方面的基本需求。

2、性能设计

1. 散热设计

硬件产品在使用时总会产生热量,而热量主要来自于电流。 带电设备上导体的内阻虽然很小,但始终客观存在。 因此,当电流通过导体时,部分电能被消耗并转化为热能,从而提高了导体的温度并加热了周围材料的其余部分。

产品正常加热是允许的,但即使设备正常运行,如果热设计做得不好,热量也会积聚,温度不断升高。 在一定条件下,会引起过热,影响产品性能,甚至造成产品损坏。 。

主要影响如下:

电子元件:高温会导致半导体元件热击穿,使电子元件性能恶化; 绝缘材料:如果温度过高,有机绝缘材料会变脆、老化,绝缘性能下降,材料的使用寿命也会缩短。 ; 电接触:如果温度过高,电接触两导体之间的接触电阻会显着增大,温度迅速上升,甚至出现触点熔焊。 但对于设计正确、生产正确、运行正常的设备,其最高温度与环境温度之差(即最高温升)始终在允许范围内。 系统中不同模块的允许温升存在一定差异。 产品热设计的最终目标是保证系统的温升始终在合理的范围内。 这就需要两个东西,模块级散热和系统级散热。

因此,在编写热设计方案时,需要从以下三点入手:

模块散热要求:明确模块对散热流量/流量、散热环境的要求。 特别是对于外购模块,如果本身不具备散热能力,需要系统提供散热,则需要将此项作为标识验证项。 如有必要,可要求供应商提供分析测试报告(针对模块的散热要求)。 分析系统的合理性和正确性); 系统的散热或加热方法:给出系统应采用的散热方法和保证低温启动的加热方法。 散热方式有自然散热、强制风冷、热交换器等; 加热方式主要有薄膜加热片; 系统散热安全要求:包括冗余设计和维护安全设计。 冗余设计是指当冷却系统局部出现故障时,其余部件仍能保证产品的冷却安全; 维护安全设计是指当冷却系统全部或部分发生故障时,保证产品在允许的维护时间内安全运行的措施。 。

2、噪声控制设计

一些硬件产品由于其内部噪声源的原因,并不总是安静地运行。 机械手表的齿轮啮合声、无人机机翼的呼啸声、AGV电机旋转的声音等,大小各异。 有些噪音在使用过程中很难察觉,完全融入到环境本底噪声中; 而有些产品往往因为噪音控制不好而给用户体验带来负面影响。

机械噪声按机理不同分为以下三类:

气动噪声:由气体振动产生,主要来源是风扇; 机械噪声:由固体振动产生,主要来源是齿轮、轴承和壳体的振动; 电磁噪声:由电磁振动产生,主要来源是电动机、发电机械和变压器。 对于一般消费产品来说,风扇是主要的噪音源。 噪声通常以分贝 (dB) 为单位进行评估。 每增加 3dB,噪音大约会增加一倍。 如果超过50dB,就会让人心烦意乱。 噪声控制设计的最终目标是保证产品的噪声始终低于用户可以接受的阈值。

这需要重点关注以下三点:

噪声上限标定:参考《噪声控制设计规范》,根据产品使用环境、相关噪声标准(如ISO7779)以及国内外竞品综合分析确定产品的噪声上限; 噪声源控制:对风机选型、风机转速控制以及风机噪声本身进行设计和分析(主要分析气动噪声); 噪声传播控制:主要基于风道设计的分析,风道的质量直接决定风阻的大小。 风阻极大地影响风扇叶片的振动及其产生的噪声。 它还会影响空气流经障碍物表面时气流分离引起的压力变化所产生的噪声。

3、三防(防霉、防潮、防盐雾)设计

恶劣的环境条件会对五金产品中的金属和非金属材料造成腐蚀、老化、性能显着下降等损害。 目前的“三防”旨在提高产品的环境可靠性,包括防霉、防潮、防盐雾、防老化等,最终目的是防止腐蚀。

霉菌、湿气、盐雾对产品的影响存在一定差异:

模具:对绝缘材料和工程塑料结构件影响最大。 容易损坏基材,改变材料的绝缘性能; 水分:对产品整体影响很大,容易全面加大各种腐蚀的强度; 盐雾:对金属电镀结构件影响最大,容易发生电化学腐蚀,导致生锈。 结构件根据应用环境不同可分为I型和II型。 前者是指直接暴露在自然环境中,直接受到雨、雪、阳光和风沙的影响,而后者则恰恰相反。 该产品可能包含一两个结构部件。 三防设计需要完成各结构件及其表面防护层材料的设计和选型,并分析其可行性。 三防设计的最终目的是提高产品的可靠性,延长产品的使用寿命。

一般来说,需要涵盖以下两个方面:

材料的选择和加工工艺:每类结构件所需材料的种类需要分别说明。 对于非金属材料,应注意防霉材料的选择。 如果您不知道材料的防霉性能,应要求您提供制造商的防霉测试报告。 一般来说,不锈钢材料比铁合金材料具有更高的耐候性; 防锈铝LF6比普通硬铝具有更高的耐腐蚀性能; FR-4覆铜板比普通PCB印板具有更好的性能; 硅橡胶NBR具有更好的耐候性... 每种材料的表面防护措施:分别描述不同材料的I型和II型结构件应采用的表面处理方法; 同时应提供各种表面防护方法应达到的防护性能指标。 一般来说,金属材料有阳极氧化、表面发黑等转化膜保护方法,也有电镀金属、喷涂金属、搪瓷、喷漆等涂层保护方法; PCB需要印刷阻焊层,并在组装调试完成后进行双面喷涂。 “保形防漆”; 电缆在连接处灌满胶水或套上热缩套管...

4.IP防护设计

某些硬件产品在使用时会遇到恶劣的环境,比如阴雨天气、浴室、沙漠环境等。 最常见的是智能手机。 这是苹果官方的描述:

iPhone XS 和 iPhone 30 分钟)。 防溅、防水、防尘功能并非永久有效,防护性能可能会因日常磨损而下降。

IP防护等级即防水、防尘等级。 以IP67为例,根据GB4208-2008,该级别有两层含义:

IP6X是指外壳在防止固体异物进入的防护等级方面可以达到“防尘”级别,即设备可以完全防止灰尘进入,设备可以在多尘环境下正常工作; IPX7是指外壳具有防止水进入的防护等级。 可达到“抗短期浸水冲击”级别,即设备浸入水中1m深度30分钟后仍能正常工作。 当然,防水防尘等级越高越好。 毕竟,等级越高,成本就越高。 一般来说,IP5X防尘不会产生电气间隙、电弧等问题(会影响连接器的接触等); IPX6防水可以防止滴水和溅水。 IP56级别的消费级产品可以满足大多数人的需求。 IP防护设计的最终目标是在控制成本的同时尽可能提高产品的可靠性和耐用性。

因此,需要写以下三个方面:

防尘:根据IPXX的整体要求,提供密封结构设计方案; 同时,根据结构设计和热设计,说明在非密封场所(如通风口)加装防尘材料的措施。 另外,对于危害性较大的“细粉尘”,通过常规手段防护效果有​​限,因此有必要说明如何综合考虑产品内部模组的布局和热设计来防尘; 防水:根据IPXX的总体要求,讲解防滴、防溅的结构设计方案,以及密封、结构排水等措施。 综合考虑产品各接口的结构形式、防水密封材料的选用、防水连接件的选用、材料的耐老化等因素; 防异物:对于户外产品,有必要说明如何防止人为或自然损坏。

5、屏蔽设计

硬件产品受到系统内强电气设备或电磁影响(包含射频设备的硬件)的干扰,导致性能下降或无法工作。 这是由电磁干扰引起的最常见的危害。 伤害效果可概括如下:

高压击穿:当设备接收到电磁能时,可以转化为大电流,也可以在高阻点处转化为高压,可能会引起连接、元件或电路之间的电击穿,导致设备损坏或瞬时故障; 可变干扰:电源瞬变电压过大,可能导致设备短路损坏; 如果能量不足,瞬态电压不足以立即损坏器件,但会降低其性能、影响功能、丢失数据; 反复的瞬态电压也会对设备造成潜在的损坏; 浪涌冲击:微波能量在金属外壳上感应出很大的脉冲电流,该电流像浪涌一样在外壳上流动。 外壳上的缝隙、孔洞和裸露的引线会将部分浪涌电流引入外壳内部的电路,足以损坏内部的敏感元件; 影响电路的正常工作:电磁干扰对模拟电路的影响随着干扰强度的增加而增加。 大,直接影响工作性能; 对于数字电路来说,电磁干扰很容易导致信号电平的变化,从而影响数据传输的准确性。 电磁屏蔽的原理是金属屏蔽层通过反射和吸收电磁波来屏蔽辐射干扰源的影响。 金属屏蔽罩一般采用铁、铜(镍镍铜)等导磁率较高的材料,设计成盒、壳等封闭外壳。 屏蔽设计的最终目标是保护产品内部的敏感器件,同时减少内部电磁干扰源对系统内外的影响。

因此,需要写以下三个方面:

确定屏蔽要求:根据产品EMC设计方案的要求,提出整机结构的屏蔽要求; 描述屏蔽方案:说明屏蔽等级(机柜级屏蔽、模块级屏蔽等)、屏蔽体方案(或说明采用哪种标准模块)。 金属屏蔽罩的焊接形式(单片、两片可拆卸、卡扣式等)以及是否预留散热孔(孔径、孔距等参数)需要明确说明。

6、安全设计

结构安全常常被忽视,但产品一旦出现问题,往往可以追溯到安全设计不合格,所以还是需要注意:

根据产品所在行业的安全标准(如IEC60950、EN60950、UL1950、GB4943-2000等),描述产品的结构防火外壳、非金属材料的阻燃等级、产品的稳定性和强度、电气连续性性能和电气间隙、警告标签方案等特征应符合这些标准的规定。

3、交互设计

产品在其整个生命周期中与人们联系在一起。 在设计、生产、包装、运输、使用、售后、废弃、回收等各个阶段,产品总是因其自身的特性而与人产生或好或坏的互动。 因此,我们不仅需要关注产品的设计属性,还需要关注产品的“交互属性”。 当然,针对不同的产品,可以选择性地阐述以下几点。

1、整机的装配性设计

在这里我想向大家介绍一下“可制造性设计”(DFM)。 DFM是产品生命周期设计的重要组成部分,是当今世界最先进的新产品开发的可制造性分析技术。 实施DFM的目的是使设计的产品易于制造和组装,在满足用户需求的同时降低成本、缩短开发周期。

DFM的内容非常深刻和广泛。 这里我们可以重点关注整机的装配设计,如下:

整机装配工艺分析:确定重要装配点并提供指标要求(如尺寸、重量、公差等); 布线和光纤布线分析:解释布线要求; 提出布线和光纤路径及空间要求(如布线空间要求、信号线是否相互干扰以及如何防止干扰); 提出外露电缆防护材料的要求; 确定电缆固定措施。

2、包装及运输设计

这里有两层概念:包装和运输。 很多产品,比如索尼PS4主机,一般都是放在家里的固定位置,用完后不需要拿出来。 因此,厂家只提供包装盒作为运输过程中的储存保护; 而对于DJI Mavic Mini无人机这样的产品,由于用户对于便携性和携带方便性有重要需求,所以准备了定制的包装盒,可以妥善存放各种大大小小的配件,并提供一定程度的保护。

一般来说,产品受众和使用方式的差异决定了包装和运输设计的简洁性。

在描述包装和运输设计时,需要注意以下两点:

明确产品的基本特性,具体如下:

产品化学脆弱性:有机/无机材料,有/无表面防护要求; 产品物理易损性:产品形状、最大尺寸、重量、重心位置、承压位置、可固定位置等; 产品强度及易用性破损:易碎品、精密品、固体品; 包装形式:工业包装(运输包装)和商业包装(销售包装)必须注明,包括包装材料和包装数量说明。 说明产品包装防护要求:包括防水、防潮、防静电、防震、防霉、防虫、防尘、防辐射、防盗、危险品、军品等。

3、可维护性设计

没有人希望自己购买的硬件产品是一次性的,所以必须注重产品的可维护性,这不仅增加产品的寿命和用户粘性,还可以降低产品的售后成本。

主要有两个层次:

(1)描述状态指示:描述产品的报警灯(如有)或其他报警方式所指示的产品状态,并提供简单维护措施清单;

(2)明确需要维护的部位(包括两方面):

需要定期更换(清洗)的部件:说明防尘单元/易损件的清洗/更换方法、最小清洗/更换间隔、清洗/更换方法及其要求; 需要维护的部件:说明风扇、单板、易损坏器件、线缆等的维护,以及这些模块的维护需求、要求、限制等说明。 只有理解其背后的原理,借助框架模板,通过反复训练,才能提高产品设计方案的写作水平。

希望本指南能够帮助您更深入地了解设计结构时需要注意的要点,从而提高文档水平。 共勉。

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