儿童智能手环的工业设计

2018-01-31叶奕风

天津科技 2018年1期

叶奕风

(天津工业大学天津300387)

0 引言

我国每年儿童的走失率和找回率都存在一定差距，儿童走失事件可以说是全社会需要面对的一个重大问题。与此同时，为解决中国未来的人口问题，国家开始施行二孩政策，未来儿童用品市场将越来越庞大。因此，市面上各种各样的儿童用可穿戴产品不断出现。随着科技的日新月异，有关“儿童可穿戴设备”也展现出一种雨后春笋的态势，有望对解决儿童走失问题产生一定帮助。

1 设计原则

儿童智能手环的用户是儿童群体，考虑到儿童群体的特殊性，设计时首先需要使产品尽量精简化，即在保留必要功能的前提下尽量减少其他功能，将产品的利用率提升到最大。其次，设计时也需要考虑产品的可持续性，提升产品的耐用性。再次，由于该智能手环的用户量较大，如何批量生产自然成为需要考虑的设计原则之一，将生产成本压缩到最低，可以更好地拓展用户。具体设计原则如图1所示。

图1 设计原则示意图Fig.1 Schematic diagram of design principles

由于该产品的用户大多是儿童，所以在设计之初就需要考虑到儿童群体的生理条件和心理条件。因此在设计时就需要将手环尺寸尽量减小，防止意外脱落。其次在材料上也需要一种既有一定强度和柔韧性，又有良好手感的材料。CYE-TC系列的TPE材料的硬度范围较广，拥有优良的弹性、拉伸强度和较为舒适的手感，便于上色，方便加工。表 1为该材料的一些物性测试结果。

表1 CYE-TC系列TPE材料物性测试Tab.1 CYE-TC series TPE material properties test

除生理条件之外，心理条件也是在设计时必须要考虑的因素。将产品外观设计成以卡通形象为蓝本的形态，可以增加儿童的亲近感，避免因太过单调死板的内容而导致儿童产生排斥心理。

2 精简化设计

本文所设计的智能手环是以大型公共场所的异构网络为基础的终端设备，其中包含有实时定位、实时通信、超过预定距离开始报警这 3个主要功能。为实现精简化设计的目的，需尽量减少不必要功能的出现，如表2所示。本手环在实现这3个主要功能的同时，根据使用场地的不同(如大型室内商场、超市、室内游乐场、医院等)，额外搭载可以适应不同场合的1～2个附加功能，以求更好适应所处环境。

表2 手环构成Tab.2 Bracelet composition

3 可持续方案

手环可以长时间持续运作的条件是要有支撑其长时间运作的电量以及足够耐用的核心部件。电源方面考虑到各模块的基本用电量，本文采用两个可充电纽扣锂电池作为基本供电电源。表 3为本设计所采用的聚鑫源ML2032电池的基本参数。

表3 电池参数Tab.3 Battery parameters

另一方面，为保证该电源可以较长时间运行，使用在手环上同时装备小型无线充电部件的方法可以达到此目的。

可以使手环增加耐用性的另一条件是使用合适的核心部件外壳。因为核心部件芯片的强度是有限的，需要使用合适的外壳将其有效保护起来。除此之外，合适的外壳还可以保证内部芯片更有效运转，工作效率得到进一步提升。镁铝合金(见图 2)作为一种合金，具有较轻的重量，较小的密度，较高的吸震性能和散热性，一方面适合儿童腕关节普遍较小的支撑力量，另一方面能有效减少设备整体遭受到的外部震动和热损伤，为芯片运行提供了一个稳定的环境。

图2 镁铝合金板Fig.2 Magnesium alloy plate

综上所述，本文所设计的手环在电力持续使用和核心部件保护这两个方面都做了一定的改善，使产品整体的耐用性得到了较为明显的提升。

4 量产化研究

本手环的用户是广大儿童体，因此必须考虑产品量产化的问题，以增加用户量。上文提到的镁铝合金是本产品所采用的核心部件保护材料，镁铝合金不仅在物理性质上适合于该产品，还具有较好的加工特性，其良好的铸造性能、切削性能和较高的模铸生产率能够大大减少工人和机器的操作时间，从而提高总体生产率。手环腕带上的CYE-TC系列的TPE材料由于适用范围较广，工厂用量较大，因此生产成本也较低，可以用于批量生产。核心芯片的成本需要按照产品的功能来进行划分。

综上所述，本产品使用的大部分材料都可以减少生产成本，可以达到通过批量生产的方法进而增加用户量的要求。