基于Pro/E的手机结构数字化设计

栾 阳

（辽宁对外经贸学院 信息技术系，大连 116025）

0 引言

我国移动通信技术从2010年4月已经开始迈向3G时代。从模拟电话到2G数字网络，从GSM、CDMA 再到TD-SCDMA，移动通信经历了二十年的发展。作为终端产品的手机与我们关系最为密切。手机发展到今天由最开始的直板造型到折叠造型，再到后来的变种旋盖、滑盖等经历了二十余年不断创新的历程；手机功能已从简单的通话发展到集通话、短信、多媒体等一体的智能手机，整体来看，“智、乐、绿”是手机发展的总体趋势。作为通信的载体——手机在满足人们的通话要求之时，还要满足人们娱乐要求及个性化要求。手机的更新换代速度也随着人们的追求变得越来越快，因此对手机设计者的要求也越来越高。本文就基于Pro/E软件的手机机构设计进行简单论述。

1 手机设计与制造过程

在论述手机结构设计之前首先简单了解手机的设计及制作过程（如图1所示）。

手机设计公司通常分为市场部、工业设计部和结构设计部。一个手机项目是从客户指定的一块主板开始的，客户根据市场的需求选择合适的主板是第一步。

结构工程师拿到主板的3D图后把主板的3D图转成六视图的线框图以1比1的形式导出成图片，并且计算出整机的基本尺寸，这一步称为指引图设计。

图1 手机设计与生产基本流程

工业设计包括手机的外观、材质、手感、颜色配搭，主要界面的实现与及色彩等方面的设计。工业设计工程师拿到设计指引，先会画草图进行构思，接下来集中评选方案，确定两三款草图，既要满足客户要求的创意，这两三款草图之间又要在风格上有所差异，然后进行细化，绘制完整的整机效果图。ID完成的整机效果图经客户调整和筛选后确定，然后根据最终的草图方案进行二维效果图制作。

结构工程师根据ID提供的线框图开始建模,MD要把不同视角的线框在CAD软件中按六视图的方位摆好，以便调入Pro/E 中描线。MD在描线之前要先想好手机怎样拆件，争取找出最佳拆件方案。

设计方案要变成产品，有很多问题需要思考和预防,如主板与壳体之间怎样配合；壳体怎样增加强度；壳体怎样改善方便模具制作等。设计师总有自己发现不了的问题，此时需要别的工程师再把把关。评审发现问题后要及时对结构进行优化。

理论设计搞好后就做手板进行进一步的设计验证，手板不仅让你能够看到手机功能的实现，还能让你进一步发现设计中存在的隐患，减少以后设变的次数。手板外观和尺寸都要求和图纸一致，这样比较贴近最终的样机，仔细地检查零件尺寸，看看整机的装配有没问题，还有没有什么改善可以让生产更方便快捷。

模具厂则对模具制作可能发生的问题提出改善意见,并将意见反馈给设计公司。供应商完成模具制作后即可进行塑胶件试做和模具修整，以满足设计要求。

经过改善后的样品要对重复试模的程序进行检验，此时上、下壳等外观配件可以做表面处理再进行实装，实装确认无误后，即可以安排试产。试产时发现的问题由结构设计工程师记录下来并加以改进，改模完成后即可进入正式生产。

2 基于Pro/E的结构设计

手机产品零件众多，利用软件进行产品设计时可以利用自底向上和自顶向下两种设计方法。但是采取自底向上设计方法时由于零件多会出现装配困难特别是修改的工作量大的问题。因此一般采取自顶向下的设计方法，在时间紧急时还可以利用Pro/Intralink数据管理工具进行自顶向下的协同设计，既可以保证设计的参数化又能够提高设计效率。

基于Pro/E软件的手机机构设计主要包括主控零件设计、零件拆分、零部件设计、干涉检查等步骤（如图2所示）。整体设计采取自顶向下的设计方法，采用TOP-DOWN设计思想建立骨架主控文件，各零件间可以尽量避免出现相互参考的情况。

图2 手机结构设计步骤

首先设计一个主控件作为其它元件的参照件，结构工程师根据ID提供的资料先设计一个主控件MASTER，MASTER是其它元件的基础参照件，所有的表面元件都要以MASTER的曲面作为参考依据；结构设计时不但要在MASTER里做出拔模角度，还要清楚各个零件的装配关系。设计主控件时先导入Pro/E后描线，描线的时候务必贴近ID 的线框,同时线条还要尽量光顺，曲率变化尽量均匀，描线的目的在于方便测量和修改。手机的外形多是对称的，外观面只需要做好一半，另一半到后面做拆件时再镜像过去，做完外观面先自己检查一下拔模和光顺情况，然后建立装配图，把大面和主板放在一起，看看基本尺寸是否足够。

然后在MASTER件的基础上取面，拆画出各个零部件，拆分方式以ID的外形图为依据，结构设计师首先要熟悉平面工艺图，分析各零件及拆件后的工艺可行性，或者用怎样的工艺才能达到ID 的效果。可以对手机外形进行上组件,下组件等的拆分。拆分时要注意ID的美工线，有美工线的两个相邻部件一般不要做在一起，特别是上组件和下组件之间，上盖一般是用来与下盖固定在一起形成整个手机的外壳，也是用来固定其他零部件的最好的基座。

结构的细化应该先从整体布局入手，一般先做好结构的整体规划，即先做好上下壳的止口线，螺丝柱和主扣的结构，上述结构定下来后手机的框架就搭建起来了。再遵循由上到下，自顶向下的顺序依此完成细部的结构。

图3 翻盖手机零部件拆分

第三步是进行装配设计，将拆分出的各个零部件按装配顺序分别在装配环境下创建，选择参考中心重合的对齐方式；然后装入电子部件，如LCD，LED，BATTERY等。如设计做翻盖手机时，总装配又分多个组件，如上盖组件，下盖组件、LCD组件、主板组件、电池组件等。（图3为翻盖手机的零件拆分状况）

具体到某个壳体零件的结构设计需按照一定顺序进行，手机壳体零件中有按键、侧键、IO塞等特征。一般情况下第一先是抽壳；第二是长唇；第三设计卡扣和boss；第四固定按键和塞子等零件的结构设计；紧接着就是主板的固定，最后硬件的避让修改。

干涉检查是设计的最后阶段，在装配图中不管是借助软件的功能还是人工手动的方式都不能少了干涉检测。因为不管你多仔细都有看不到的地方或者是遗漏的地方。干涉检查分静态干涉检查和动态干涉检查，静态干涉检查是指在组装好的情况下进行检查，动态干涉检查是指零件在运动的时候或是零件在组装过程中的干涉检查。静态干涉检查进行比较容易，动态干涉检查进行起来就比较麻烦，动态干涉检查可以用运动仿真模块进行运动仿真，这样不但可以看到运动时的状况还能发现干涉的地方。翻盖手机要注意预压角的方向，以及打开和运转过程中翻盖件和主体件之间的干涉。如果转轴处外观为弧形，需注意分件后翻盖转轴处过渡自然，以免与上盖干涉。

3 结论

通过利用Pro/E软件进行手机结构自顶向下的设计，可以非常方便的实现设计参数化，提高了设计速度、保证设计质量。在利用其他设计软件进行手机及其他电子产品设计时也可以用类似的方法达到缩短产品设计周期的目的，从而为产品迅速占领市场赢得宝贵时间。

[1] 马宁伟,祖景平.手机结构设计[M].人民邮电出版社. 2010.