多功能充电工具箱的改良设计

文/杨柳 朱舒锋（昆明理工大学 艺术与传媒学院）

一、引言

在专业人员进行维修工作和家庭日常使用中，电动工具的应用范围越来越广，使用者对电动工具会进行定期或不定期地使用、检修与维护工作。在电动工具使用或者进行其他修理作业时，使用者需要用到多种工具，如扳手、钳子、螺丝刀、手电筒、绝缘胶等。因此，相对于电动工具，具有收纳、充电、堆叠的多功能工具箱是使用者必须用到的工具。

目前，以室内装修行业为例，工作人员所用的工具箱多为手提式工具箱或工具包，在实际使用时，工具通常杂乱无章地摆放在工具箱或工具包内，使用时需要翻找，耗费了大量不必要的时间，且工具容易磨损，大量工具的胡乱摆放甚至会影响工具箱的实际收纳空间；遇到雨雪天气时，工具箱或工具包易进水；功能单一的工具箱或工具包也无法满足工作人员对于携带、储物、紧急用电等多种需求。

传统工具箱的结构只能保证主体工具用完以后可以放到原位，而随便放在某一个地方的小工具或者相关配件，一旦丢失也无法立即发现，再次需要使用的时候才能发现遗失，直接影响到室内装修人员的现场工作进度，电动工具在外使用如若遇到电源供应不足的情况将无法正常运行，细小场景作业时，如果工地照明条件有限，手机手电筒和传统手电筒因为长时间操作电量不足无法及时补充电源，在某种程度上讲也降低了装修现场在光照条件不足情况下的工作效率。室内装修行业的工作性质较为普通，在工地工作时无法携带过多设备[1]，如移动电源、照明工具等，工作人员在现场测量的过程中时常遇到测量设备电量无法补充、照明设备不足等问题。因此，当前使用的工具箱或工具包已经不能完全满足当下装修工人日常工作的需求[2]，需要开发一种模块化的、可堆叠组合的多功能工具箱，在承载装修现场作业所需工具的基础上，既能单个携带少量必备工具，又可方便多个工具箱组合携带，同时能满足运维人员对移动电源的需求。

二、设计思路

（一）总体思路

根据之前的工具箱存在的设计不合理的问题，要制定一个总体设计方案：首先要在原本工具箱的基础上做改良，就要最大限度保证在不破坏原本内部结构的基础上进行改动，添加结构后，依旧保证各种工具的摆放合理、便于使用；其次，改良部分要考虑实际使用场景，尽可能满足工作人员对工具箱的不同需求。

多功能工具箱由主箱体、标准工具存放区、充电设备电源储备装置、太阳能发电装置、模块化堆叠装置等部分组成。除具备存放维修工具、配件的基本功能外，还特别增加了移动电源和堆叠的功能。

（二）主箱体

从宏观上讲，箱体是外壳与各部分之间的排布，应该具备一定秩序性和合理性。主箱体采用具备轻便、耐磨、耐冲撞、防火、防尘等几大特性的PE材料组成工具箱主体，主体部分是尺寸为45cm×30cm×12cm 的立体箱体（如图1）。通过合理设置箱盖和箱背等零部件结构以及使用时的操作流程来实现对工具的保护及收纳功能。该工具箱具备耐磨、耐压、耐冲撞的三重防护功能，在现有工具箱的基础上使产品外在造型和内部结构相互依存，实质上就是通过改良来实现“手段与目的”的协调，在具备基本功能的同时提供了工具箱堆叠方式的多种选择。

图1 主箱体三视图

（三）标准工具存放区

存放区设置在主箱体的内部，采用固定模具材料构成，将工具使用内嵌形式进行放置，同时将箱内工具按照使用频次和用途进行分区收纳。[3]改良后工具箱的优点是取用工器具一目了然，且工具和各类装置按照使用习惯合理配合，以避免放置混乱、拿取不便等情况出现（如图2）。

图2 工具箱内部结构

（四）充电及电源储备装置

充电设备电源储备装置的主要由一块位于工具箱外侧表面的柔性太阳能板和与太阳能板同侧的主箱体内部、位置紧贴箱体外侧的蓄电池构成，具备防水、防尘等特性。

充电口设在箱体上壳顶部位置，并设有USB 接口、LED 电量指示灯以及工具箱电源开关。[4]工作人员可以根据LED 灯亮灯的数量判断箱内电源储备装置的剩余电量（如图3）。

图3 充电及电源储备装置

太阳能发电装置附着在主箱体外部，由可拆卸型柔性太阳能板构成，可视情况拆除，是在充电设备电源储备均无固定电源支持时的辅助电源补充装置（如图4），闲置时将太阳能电池板放置在阳光下，吸收太阳能转化成电能，给蓄电池充电，除了太阳能充电，蓄电池还可以使用USB 数据线进行充电，主要用于电动工具应急充电和手机临时充电。该结构位于与太阳能板同侧的箱体内部（如图5）。

图4 柔性太阳能板示意

图5 蓄电池位置示意

（五）堆叠装置

在模块化设计理念的不断深入的背景下，属于自然规律设计理念下的“堆叠式”设计也逐渐进入了我们的视线。模块化设计的主要有两种形式，即模块式与组合式，具体呈现方式是：两个及以上的模块化单元可以自由搭配。这种设计方法能够将各个模块进行有机整合，形成一个整体结构，其优点是能够自由、灵活的运用生产材料与产品之间的关系，使得堆叠式的设计手法更快、更好地生产、加工和安装，在不改变产品原本的物理属性的情况下，方便多个产品组合使用。[5]改良工具箱的堆叠装置设置于箱体外部。长、宽一致、深度或一致或不同的同系列工具箱可以通过前侧凸点和后侧凹槽相互扣合（如图6），防止多个工具箱在堆叠或者搬运过程中发生位移（如图7）。

图6 工具箱堆叠结构示意

图7 两个工具箱的堆叠示意

三、实际设计中的问题

创造性地发现和提出问题难度大，而创造性地解决问题也决非易事。

我们通常使用的建模软件，其功能更倾向于外观，参数化方面比薄弱，尺寸设定很容易出问题，过去的产品设计思路只侧重漂亮圆滑的曲线，所以在本次改良设计时，也就忽略了很多实际生产中不可缺少的注意点。例如，在构建箱子整体外观的时候，每一个曲面都必不可少的拔模角被忽略了很多次，受到所使用建模软件功能的影响，已经导角的曲面无法改变曲面的斜度，于是建模过程也推翻并重新开始了很多次。此外，除了软件功能和建模思路，在建模过程中也不断发现并改正了很多实际使用中存在的问题。

起初以为，只需要把移动电源放在工具箱内、柔性太阳能板附着在表面即可，本次改良设计的关键在于如何在不变箱体主体结构的情况下对原有箱体进行功能改进。当时设想了一些在箱子表面开充电孔的方法，并绘制了一些草图，但考虑到到开口过大，使用者在装修工地使用容易进灰，且不够美观，所以否决了这一想法。这时脑海中又闪现出我们外出常用的移动电源，于是将箱体上的电源出入口改为了USB 口，通过转换线实现给箱子充电的电源输入和给工具或手机充电的电源输出，同时在USB 口外添加了硅胶防尘塞（如图8），用简单的方式避免了充电口进灰导致工具箱电路老化、电源虚接等影响使用的情况。

在参考博世（BOSCH）、得伟（Dewalt）、威克士（Worx）、原日立（Hikoki）等品牌工具箱的结构的基础上，最初的设想是在箱体两边加卡扣，采用模块化的方式改良工具箱，便与不同深度、相同长度和宽度的箱子组合在一起搬运或者统一堆叠管理，但却不尽人意，卡扣形式的堆叠结构主要存在两个问题：首先是因为原本箱体结构和表面工艺较多，再次叠加结构容易破坏工具箱原本内部结构，其次是相对复杂的卡扣结构会增加箱体的制作成本，且容易在使用过程中损坏。几经周折后，设计者得出一个结论：要解决这一问题的关键在于堆叠结构的重新界定，在定量分析了大量现有工具箱的堆叠结构造型后，设计者最终将堆叠部分再设计为附着于工具箱壳体上的凸起和凹陷结构。[6]

四、结语

文章中设计的多功能充电工具箱，通过对传统的工具箱进行再设计，工具箱内根据电动工具形状和大小设置容纳凹槽放置工具，实现对工具的定置管理，避免了以往工具箱凌乱、查找工具时间长等问题；利用对工具箱表面的简单改良实现了多个工具箱的堆叠；利用防尘塞解决了充电孔在工地使用进灰的问题，最后采用电源直充和太阳能充电两种充电方式，既能满足室内装修行业现场作业需求，又能满足工作人员对于储物、充电的紧急需求，一定程度上保障了电力的供应，极大地提升了室内装修工作的效率和质量，也提高了工具箱的使用频率、使用效率，模块化设计手法也为工具箱的设计发展提供了很好的范例。

通过这次多功能工具箱的改良设计，我意识到了在产品设计的过程中，首先要发现问题，其次提出要求，然后进行社会调查并进行实施。在一个产品实际落地投产时，结构工程师和产品设计师多数情况是两个不同的岗位，做设计有时候需要设计师的自我表达但也不能太过理想化，不能只考虑外观的美观，还要考虑装配、脱模等现实问题，建模时，软件功能倾向于外观造型还是参数化设置不是最重要的，重要的是设计者在提出设计方案时需要具备现实性的设计思路。