浅析结构设计对企业生产成本的关键影响

王超

摘 要：结构设计，属于工业设计体系中的中坚环节，是外观设计的支撑。良好的工业设计产品不仅具有優美的外观，也具有稳定的内部结构来确保产品的质量与可生产性。没有结构设计，再好的外观都是纸上谈兵。虽然道理如此，但在实际的设计工作中，大多数人都会忽视结构设计带来的价值，把产品的成功归结于外观的设计。文章通过总结实际工作遇到的问题，分析了结构设计对于产品、对于企业的关键影响，明确了企业应对结构设计充分理解并予以重视。

关键词：工业设计：结构设计：产品制造

近年来，工业设计一词不断出现在大众媒体眼中，在2016通过的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》的20篇文章中，多次提出了工业设计的重要性，充分体现了工业设计在国民经济创新发展中的重要作用。虽然国家大力推广，但多数企业包括一些行业的从业者对工业设计的整个体系一知半解，甚至将工业设计片面的理解成为产品的外观设计，而忽视了整个工业设计体系中包含的其他环节，尤其是与外观设计密切相关的结构设计工作。

1结构设计的含义

工业设计，顾名思义就是指利用创新的能力、观念设计出工业新产品[1]，整个工业设计体系包含了产品的外观、结构、包装、展示、广告等等工作。通俗地讲，产品的外观设计会直接影响消费者的购买欲望，只有满足了消费者的心里审美，才会让其对产品一见倾心，愿意出钱购买。而产品结构设计的合理性和规范性会直接决定产品是否可以投入生产[2]。

对于一般的产品制造型企业而言，结构设计工作如果从产品材料上做区分可分为如下两个方面：

1）金属件的设计，包括金属箱体、金属零部件的三维及二维图纸设计，涉及到的工艺有钣金件的折弯、冲压、焊接；五金件的车、铣、刨、磨及铆装；还有喷漆、丝印等等。

2）塑料注塑件的设计，包括PC、PC+ABS、ABS、PMMA、硅胶等材质的产品零部件三维及二维图纸设计，同时还包含配套模具的设计制作，涉及到的工艺较为复杂，除模具的设计加工外，生产注塑时的温度、压力、速度等都对产品的好坏有着直接的影响。

2结构设计在制造型企业中的发展情况

2.1历史背景

工业设计在我国起步较晚，在上个世纪90年代末期，为数不多的大城市才开始出现专业的工业设计公司，到如今中国设计也才逐渐在世界舞台上崭露头角。对于一般的产品制造型企业，引入工业设计的概念更为滞后，大多数企业仅把满足产品的使用功能作为出厂要求，对于产品的外观、结构则关注不多。彼时的产品设计过程虽然也有结构设计的介入，但多处于“画个壳子把电路板放进去”、“电路板画好了，不好改了，想办法改下结构”的尴尬位置，结构设计人员只作为产品设计的辅助人员进行相应的配合工作，对产品的功能、用途等都知之甚少。

2.2结构设计的一般流程

结构设计一般介入整个产品设计流程的时间为中后期，以塑料注塑件产品为例，常见的流程为需求确认，开始产品外观设计，同步和硬件电路设计互相沟通，确认基本可实现的外观尺寸限制，沟通完毕后在框架内进行外观设计，外观设计完成后进行评审，确认外观设计方案，然后将外观3D模型提供给结构设计，此时结构设计才能根据模型内部空间，结合外观，留出合理结构位后，提供电路板板框图给硬件电路设计进行电路板布局，最后电路板布局完成，制板，同期结构设计完成后进行3D打印，配合电路板实物进行试装，查看是否有问题，在无问题后进行模具开模，产品小批量试制。

以上过程虽然看着比较合理，步骤明确清晰，但在实际的工作中，却会出现很多问题：

1）外观设计时未对结构考虑充足，仅把电路板尺寸放入，在进行结构设计时，注塑件需要考虑产品的注塑、组装问题，往往会在壳体周围预留卡扣位来确保产品严丝合缝，此时外观设计提供的三维模型如果不符合结构设计的基本要求，就会返回进行修改，特别是对尺寸有要求的产品，多数情况下外观会设计的小巧精美，但进入结构设计阶段就不得不对产品进行等比例放大，最终效果差强人意。

2）在一些中小型企业，硬件电路设计为企业的中流砥柱，其思维方式大都还未完全转变，在和结构设计进行配合工作时，会出现不按照结构设计提供的板框图进行准确核对的问题，往往在制板后和结构件试装时才发现问题。通常，注塑件的结构设计公差一般情况下会精确到o.05-0.1mm，也就是常说的5到10个丝，而硬件电路设计的误差值较大，甚至可以达到1mm，如果在产品设计的中后期才发现此类问题，对物料的浪费无疑是巨大的。

3）就结构设计本身而言，在设计时不仅要考虑尽可能的不改变外观设计，还要考虑预留合理的公差给硬件电路设计，同时要知道如何设计才能让模具制作起来更加简单。结构设计需要整合的产品信息量很大，工作量巨大，想要把细节做到位并且保证产品的质量，需要花费大量的时间精力。在实际的工作中，结构设计结束后就意味着产品设计周期基本结束，而往往进入结构设计阶段时所预留的时间不够充足，设计师为了追赶进度，很可能会丢失对细节的处理，对最终的成品质量造成影响。

2.3结构设计在企业的发展情况

一直以来，结构设计的重要性都得不到企业的关注，大多数企业仍旧认为结构设计工作只是简单的画画壳子就可以了，因而在招聘时对结构设计师的需求很小，造成真正进入产品设计周期时，结构设计人手不足，设计师疲于追赶产品设计进度，顶着巨大的压力去完成产品，产品的质量可想而知。很多产品在投产后仍旧反复进行结构模具修改，由此带来的额外成本大部分企业都没有预见。

通过实际工作中的交流，了解到具有丰富经验的结构设计师大多集中在一些模具厂家，企业中具有一定年限工作经验的结构设计师很少，大都属于团队的辅助人员，并没有得到企业的重视。而工业设计的发展带来的也仅仅是企业对于外观设计的重视，可谓治标不治本。

3结构设计对产品及企业的影响

3.1结构设计对产品质量的影响

結构设计的好坏直接关系到产品的质量及使用寿命，无论是金属产品亦或是注塑产品都是如此。举个例子：某产品的电源簧片设计，在投产后使用图P中左侧形式的连接片，凸出部分用于接触并抵住电池的负极，经过实际的工程测试发现反复插装电池后，簧片凸起部分容易断裂，先后更换了3种材料，进行了多种表面处理仍旧效果不好，发出去的产品不得不进行返厂维修，后经优化修改成图1右侧形式，采用弹簧形式结构，增加了产品稳定性，保证了产品的质量。

3.2结构设计对产品成本的影响

结构设计对于产品成本的影响主要集中在以下几个方面：

3.2.1金属框架产品

钣金件材料的选取，一般来说机箱箱体类产品选取0.6-0.8mm厚度的钢板，太薄了产品强度不够容易损坏，太厚的话产品材料成本会上升，而且重量增加也会相应的增加运输成本；

结构设计师要考虑金属成型的各种工艺，避免不必要焊接、过多的螺钉等带来的人工成本，在多种产品上尽可能的使用通用的结构零配件，用来缩减成本；

对于消耗类的零部件在设计时要考虑便于更换，减少维护成本[3]。

3.2.2塑料注塑产品

相比于金属产品，一般的塑料注塑件虽然看着比较小，但为了将产品做出来所需要投入的模具成本巨大，例如图2所示的某产品上壳体，成型的产品尺寸为96x96x37mm，而与之配套的模具如图3、图4所示，模具尺寸320x 360x 450mm，单个零部件注塑的价格不到3元，一副模具的价格却超过10万元。并且模具一旦成型，想要进行变更的可能性很小，尤其是大的改动，因而在产品进行结构设计时，必须做足各项工作，避免在进入开模阶段对产品进行大面积修改，如此带来的经济损失不容估量，同样反复修改也会造成模具损伤，影响模具使用寿命。

3.3结构设计对于企业的影响

通过上述几个方面的说明，可以说结构设计直接影响产品，而企业立足就是依靠产品，产品即代表企业的形象。产品如果没有好的结构设计，就没有好的质量，成本高居不下，带来连锁反应，最终受害的还是企业。企业想要发展，势必要把产品做好，尤其是产品细节，细微之处见真章，而结构设计就是体现产品细节的关键。

4结语

企业对待产品不应只注重外观，也应对结构设计予以重视，深入理解工业设计体系的意义。积极发展的同时不要忘记打牢根基，并且在借助外部力量发展的同时也要培养自己的设计师，让理解、接受、认同企业、行业的设计师去设计产品才会做好产品，企业才能真正发展起来。

参考文献

[1]黄卓.工业设计产业现状及发展对策[J].科技风，2017 （12）：203

[2]赵曦.论工业设计专业学习产品结构设计的重要性[J].艺术科技，2016 （11）：286

[3]钟元.面向制造和装配的产品设计指南[M].北京：机械工业出版社，2016