//Logo Image
作者:鄭智銘(2001-12-24);推薦:徐業良(2001-12-25)
附註:本文為九十學年度元智大學機械系大三機械設計課程實作計畫。

機械設計實作計畫—幼兒玩具系統整合

1. 模組化與整體化的設計架構

當你正使用噴墨印表機輸出報告時,突然發現墨水用完時你會怎麼作?一般而言只要買一個新的墨水匣自行換裝上去便可以,如果印表機墨水用完時你必須搬回原廠維修,相信一定會造成非常大的不方便,從使用者的角度來思考,我們甚至可以評論這是一項不好的設計。許多產品均有“模組化”的設計概念,某方面而言這可以降低產品生產的成本與增加速率,產品故障時維修人員也可以迅速地排除問題,像是Acer電腦、Nokia手機以及Epson印表機均有所謂的快修中心,在一定的時間內保證將問題排除,要達到“快修”的目標,產品本身必須是採用模組化的設計概念,維修人員所做的僅是將故障的模組更換,恢復正常的功能。

常見的電腦也是如此,第一台數值統計機是由Hollerith所發明用作人口調查的統計機,就是今日電腦的起源,如圖1,此種開創新紀元的機器,具有資料輸入的打卡機,電子閱讀機及累加器等設備,這時的電腦是一部整體化的產品,我們無法現在在的個人電腦般更換所需的硬體,隨後1975年,由一家位於美國亞利桑那州鳳凰城的小公司MITS所創造的Altair,如圖2所示,一般公認世界上的第一部個人電腦,這部電腦當時的售價是495美元,而且是以零件的形式交貨的,買的人必須自己動手將這些電子零件焊接起來才能使用,當時會買這種電腦的人都是電子迷,所以對這些麻煩的手續並不在乎。此時的個人電腦已經有運算處理設備、輸出設備、與輸入設備三個模組化架構,發展至今現在個人電腦的設計更加模組化,維修容易,擴充的能力也很強。

1. 1939年亞達納索夫─貝里計算機

2. Altair個人電腦

與模組化設計相對的設計架構是“整體化”,整體化設計架構常有減少零件數目、減輕重量、甚至提升功能等優點,如市面上某廠牌的牙膏將原本分離的牙膏管與牙膏蓋採用整體化的設計,水壺也有將吸管、壺蓋與水壺結合的設計,其中一項考量是對使用者而言免除瓶蓋遺失的貼心設計,若水壺、吸管與壺蓋是同一材質在製成上更可以以一體成型的方式製作。機械設計程序中,在瞭解設計需求、構思設計概念以達成所需功能之後,將各子系統整合的階段最重要的工作便是模組化或整體化的設計架構的決定。

2. 實作計畫—幼兒玩具系統整合

於先前的實作計畫中,已經完成了幼兒玩具傳動、機構、電路的各項系統功能,本次實作計畫的目的是利用機械設計教材中細部的設計考量單元中所獲得的知識,整合幼兒玩具的各項功能,建立幼兒玩具的產品架構,進而組合出幼兒玩具的原型。進行步驟說明如下:

(1)       再次以“說故事”的方式敘述你們的幼兒玩具的整體設計概念,並從此故事中歸納出最終產品所需之所有元件。

(2)       依據你們所敘述的整體設計概念故事,試著建立你們所設計的幼兒玩具的產品概要圖(schematic),概要圖中必須標明各實體元件,例如轉向馬達、電源、光感測器等,以及各實體元件之間的交互作用,包含有接觸力、實體材料、能量、資料和訊號。

(3)       將你們的產品概要圖分成群組,詳細說明基於何種考量使產品概要圖分成這些群組,以及各群組之間的界面及交互作用。

(4)       建立幼兒玩具的幾何配置,並將其繪成設計佈置圖。設計佈置圖的繪製,建議可以以SolidWork或其他可以建立三維實體模型的CAD軟體繪製,如此將有助於你們了解各元件之間的空間關係。在這樣的空間配置下,有沒有任何不預期的交互作用(incidental interaction)?如果有,你們需要做什麼設計改變?

(5)       依據你們所完成的產品概要圖與設計佈置圖,試著實際組裝你們的幼兒玩具,使傳動、機構與控制電路等功能被妥善的整合於幼兒玩具上,並可以達到預期的功能與動作。

下學年期的校慶工程週,本系將舉辦創意幼兒玩具大展,在此項創意幼兒玩具計畫將選出有創意的數組優良玩具設計,由最佳化實驗室提供該組所需的材料經費,使同學實際參與一項完整的產品設計過程,在校慶當天展出。