黃志斌，王琦凡，羅宏洲，李梅海

（深圳市中易騰達(dá)科技股份有限公司，廣東深圳 518100）

0 引言

家居智能化是智能生活的大趨勢(shì)，智能空調(diào)、智能燈、智能窗簾、智能掃地機(jī)、智能電視、智能馬桶等等智能設(shè)備逐漸進(jìn)入普通家庭，而這些智能家電品種和功能復(fù)雜，需要一個(gè)智能管家去管理和控制，這就是智能家居中控，讓用戶能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的命令統(tǒng)一控制所有的設(shè)備，也能單獨(dú)喚醒某一個(gè)設(shè)備，進(jìn)行語(yǔ)音或遠(yuǎn)程控制，或者對(duì)家中的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，可以說(shuō)，智能家居中控，就是這些智能設(shè)備的大腦，其作用特別重要。

現(xiàn)在市場(chǎng)上的中控產(chǎn)品存在使用不方便、不夠美觀、價(jià)格高等問(wèn)題。由于該產(chǎn)品屬于高新技術(shù)產(chǎn)品，其研發(fā)起步不久，技術(shù)還處于發(fā)展之中。本文以實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合用戶使用中存在的問(wèn)題和痛點(diǎn)，分析對(duì)比現(xiàn)有產(chǎn)品的特點(diǎn)，運(yùn)用分析軟件，探索智能家居中控在開(kāi)發(fā)中的一些注意點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，為從事該相關(guān)產(chǎn)品和行業(yè)的人員提供開(kāi)發(fā)參考和創(chuàng)意思考點(diǎn)，共同提高智能家居產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)水平和產(chǎn)品的品質(zhì)水平。

本文從智能家居中控的結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新及工藝的優(yōu)化兩方面出發(fā)，既考慮到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，也考慮到產(chǎn)品批量制造的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品由概念到實(shí)際投產(chǎn)上市，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)高端智能產(chǎn)品的研發(fā)制造有較高的參考作用。

1 智能家居中控的結(jié)構(gòu)方案

為了使中控能無(wú)縫利用現(xiàn)有家居的電路，一般可以在最常用的86 盒的底殼上面開(kāi)發(fā)智能家居中控［1］，不需要另外鋪設(shè)電路和開(kāi)墻孔。區(qū)別于普通86 盒中控開(kāi)關(guān)等固定式結(jié)構(gòu)，本智能家居中控結(jié)構(gòu)可分為電源部分和主控部分兩大部分，具體如圖1 所示，電源部分主要提供電源與信號(hào)連接；主控部分包括主控板組件以及各種人、機(jī)器與環(huán)境交互的元器件。本智能中控的結(jié)構(gòu)從3 方面論述。

圖1 中控結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 電源部分與主控部分的組合

傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)中控是電源部分安裝在86 盒底盒后，主控部分通過(guò)上下卡扣，扣合在電源部分，電源和控制信息通過(guò)插針連接，如圖2（a）所示。這樣的結(jié)構(gòu)，限制了主控部分的使用位置，用戶每次使用時(shí)都要走近安裝位置，非常不便利。而智能中控需要可移動(dòng)性，這就要求主控部分可方便拆取和安裝。

現(xiàn)市面上有一種中控結(jié)構(gòu)，通過(guò)上面滑塊和下面卡扣的方式安裝主控部分，需要取下主控部分時(shí)，手動(dòng)撥動(dòng)滑塊，拆出主控部分［2］，如圖2（b）所示。但這種結(jié)構(gòu)存在如下問(wèn)題：（1）滑塊結(jié)構(gòu)比較弱，容易疲勞和損壞［3］，而且滑塊尺寸較小，拆卸不方便；（2）主控部分外觀有卡扣，不夠美觀；（3）插針不適合多次裝拆，容易損壞，而且在拆除主控部分后，插針較尖銳，存在傷人的隱患。

圖2 主控部分與電源部分安裝示意圖

本文針對(duì)現(xiàn)在智能中控的使用情況和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求［4］，提出主控部分可與電源部分采用如圖2（c）所示的磁吸式組合，主控部分和電源部分相對(duì)的一側(cè)均安裝有磁鐵陳列，位置相互成南北極對(duì)應(yīng)。當(dāng)主控部分靠近電源部分時(shí)，即可通過(guò)磁力吸附在一起，并可通過(guò)磁鐵陳列自動(dòng)對(duì)位，不用用戶像對(duì)卡扣和滑塊那樣仔細(xì)對(duì)位才能安裝。用戶需要取下主控部分時(shí)，輕輕一掰即可取下。電源部分設(shè)置有定位凸臺(tái)，當(dāng)主控部分與電源部分吸合后，主控部分就不會(huì)因?yàn)橹亓Χ粝聛?lái)。

同時(shí)將插針連接的方式升級(jí)為POGOPIN 連接的方式，由于POGOPIN是一種彈簧頂針形式，能經(jīng)受多次拆裝連接而不損壞［5］，適合多次裝拆的結(jié)構(gòu)。同時(shí)POGOPIN受力會(huì)內(nèi)縮，相對(duì)插針，用在掛墻產(chǎn)品上不會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生傷害，比較安全。

1.2 主控部分的放置結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在一般主控部分取出后，只能拿在手上，或者平放在桌子上，不利于用戶的使用，用戶要單獨(dú)放置主控組件并瀏覽其內(nèi)容時(shí)，需要另外找一個(gè)放置架子，而如果需要一邊充電一邊使用時(shí)，就更加麻煩。

圖3 主控部分放置結(jié)構(gòu)示意圖

本文針對(duì)上面的問(wèn)題，對(duì)中控進(jìn)行了優(yōu)化，如圖3所示，在主控部分背面設(shè)計(jì)一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)支架，支架可繞在主控下部的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)轉(zhuǎn)軸的阻尼力，實(shí)現(xiàn)主控部分多角度放置，方便用戶使用，同時(shí)解放了用戶的雙手。同時(shí)參考手機(jī)等產(chǎn)品的無(wú)線充電方式［6］，直接使用主控部分的磁鐵陣列與磁吸充電部吸合，電源線從下部或側(cè)邊出線（圖3），即可實(shí)現(xiàn)中控屏邊充邊用，方便人機(jī)交互［7］。

當(dāng)需要將主控部分安裝到電源部分時(shí)，可將轉(zhuǎn)動(dòng)支架通過(guò)轉(zhuǎn)軸收起來(lái)，藏進(jìn)主控部分內(nèi)部，這樣就不影響安裝在墻壁時(shí)的使用，也保證了產(chǎn)品的美觀性［8］。

1.3 電源部分的安裝結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在一些電源部分的安裝受到家居裝修時(shí)86 盒墻體凹槽開(kāi)得不規(guī)則的影響，或者是貼墻紙，墻面上漆的影響，電源部分有時(shí)會(huì)安裝不到位，出現(xiàn)松動(dòng)情況，有時(shí)又會(huì)安裝的太進(jìn)去凹槽內(nèi)部，導(dǎo)致主控部分扣合或吸合不到位，容易掉下來(lái)的情況。

在用戶安裝的現(xiàn)場(chǎng)客觀情況不可調(diào)整的情況下，從產(chǎn)品上分析，可發(fā)現(xiàn)安裝孔普遍是和主控部分后支架做成完全一體，如圖4 所示，當(dāng)用安裝螺釘通過(guò)安裝孔安裝時(shí)，螺釘打得太淺則容易松動(dòng)，螺釘打得太深時(shí)，后支架會(huì)隨安裝孔一起嵌入墻體凹槽。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可對(duì)安裝孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，在安裝孔一側(cè)切出一個(gè)C 形工藝槽，該槽切穿所在的塑料壁，這樣安裝孔靠近工藝槽一側(cè)，就會(huì)形成一個(gè)安裝孔耳，該結(jié)構(gòu)在打螺釘時(shí)，由于安裝孔只有一部分連接在后支架上，就會(huì)出現(xiàn)安裝孔耳由于鎖螺釘?shù)牧Χa(chǎn)生變形，孔耳位置往下凹，但是后支架并不會(huì)整體過(guò)度嵌入墻體凹槽，這樣就利用了變形的彈力調(diào)整了電源部分能夠剛好安裝到合適位置，保證了松緊度的同時(shí)也能讓主控部件能夠有效吸附安裝，也能方便地拿取。左右兩個(gè)安裝孔需做同樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

圖4 電源部分的安裝結(jié)構(gòu)示意圖

2 智能家居中控的工藝優(yōu)化

產(chǎn)品外殼主要由塑膠零部件組成，需要考慮塑膠零部件的注塑加工工藝與模具工藝，這會(huì)影響到產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，包括間隙、臺(tái)階等等，決定產(chǎn)品是否是一個(gè)高端的產(chǎn)品，也會(huì)影響到產(chǎn)品的成本，決定產(chǎn)品的利潤(rùn)。

2.1 考慮塑料注塑的入膠口位置選擇

塑膠產(chǎn)品為了保證外觀美觀，考慮模具的模腔布局和控制成本，有時(shí)入膠口必須放在塑膠零件的一側(cè)，這樣會(huì)出現(xiàn)塑膠產(chǎn)品在注塑時(shí)，靠近入膠口端，由于注塑壓力較大，注塑出來(lái)的塑料產(chǎn)品的尺寸會(huì)偏大；遠(yuǎn)離入膠口端，注塑壓力較小，塑料產(chǎn)品的尺寸會(huì)偏小。該規(guī)律已經(jīng)過(guò)實(shí)際到工廠跟進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品注塑，得以驗(yàn)證，也得到相關(guān)研究人員的論證［9］。

入膠口位置選擇對(duì)比如圖5 所示。零件A 和零件B是相互配合的零件，安裝后在陰影區(qū)會(huì)產(chǎn)生間隙。如果零件A是在上端注塑入膠，其會(huì)形成上大下小的倒梯形的外形（圖示為了說(shuō)明，上下端相差較大，實(shí)際產(chǎn)品不會(huì)有這樣明顯差別），而如果零件B 是在下端入膠，則會(huì)形成上小下大的正梯形的外形。當(dāng)零件B安裝進(jìn)去零件A時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生如圖陰影間隙上大下小的間隙不均勻的情況。而表1 的水口同側(cè)圖，零件A′和零件B′的入膠口都在上端同一側(cè)，產(chǎn)品都是呈上大下小的倒梯形外形，這樣，形成的陰影的間隙的寬度就均勻。

圖5 入膠口位置選擇對(duì)比

按此要點(diǎn)安排產(chǎn)品零件后支架和蓋板的入膠口，發(fā)現(xiàn)如上規(guī)律，若入膠口分別設(shè)置在上下兩端，則兩者左右間隙不均勻，外觀較差；若入膠口均設(shè)置在一側(cè)，如圖5 中實(shí)例圖，則間隙均勻，并可以控制在0.1 mm 以內(nèi)，產(chǎn)品相對(duì)美觀，符合產(chǎn)品外觀要求，產(chǎn)品的檔次得以提高。

2.2 考慮塑料壁厚的過(guò)渡

由于智能中控的功能較多，其主控部分的塑料件的側(cè)壁需要開(kāi)各種槽，如圖6 所示，圈出位置是安裝麥克風(fēng)矩陣的槽孔，這樣就會(huì)造成開(kāi)槽的地方壁厚比較薄，根據(jù)塑料件注塑工藝，在料厚薄不均勻的地方往往會(huì)有縮水產(chǎn)生，會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀。可以使用塑料注塑模流仿真分析軟件例如Moldflow 對(duì)產(chǎn)品的縮水痕跡的位置和縮水程度分析［10］，圖中左邊是主控部分塑料件的三維圖，中間色帶是收縮參考色帶，右側(cè)是產(chǎn)品收縮顏色顯示圖，圈出位置是側(cè)壁安裝麥克風(fēng)矩陣的位置，圖的上方的設(shè)計(jì)方案是優(yōu)化前的方案，通過(guò)色圖與參考色帶的對(duì)比，可以看出其縮痕會(huì)超過(guò)0.043 mm，在其表面（即槽的背面，產(chǎn)品的外觀側(cè)面圈出的位置）有明顯的縮水不良現(xiàn)象。這是因?yàn)樽⑺芎笏芰霞紩?huì)因?yàn)槔鋮s而產(chǎn)生收縮，在厚度不同的位置，收縮的程度不同而產(chǎn)生了明顯縮水內(nèi)凹的現(xiàn)象。

為了減少或消除縮水不良現(xiàn)象，對(duì)此凹槽的各種設(shè)計(jì)處理方式進(jìn)行嘗試和模流仿真分析軟件分析驗(yàn)證，解決方法是，對(duì)凹槽凹進(jìn)去的側(cè)面調(diào)整為大斜面，使產(chǎn)品的厚度逐漸變小。調(diào)整后再使用模流仿真分析軟件分析，其產(chǎn)品槽位背面縮痕減少為0.015 mm左右，非常輕微。再經(jīng)過(guò)具體產(chǎn)品上機(jī)進(jìn)行最終的注塑驗(yàn)證，實(shí)際產(chǎn)品的縮水痕在優(yōu)化后幾乎看不出來(lái)。在采用仿真分析尋找方案，以及實(shí)際產(chǎn)品驗(yàn)證后，產(chǎn)品的外觀得到了很好的保證。

圖6 壁厚的過(guò)渡設(shè)計(jì)對(duì)比示意圖

2.3 產(chǎn)品零件的互換性與成本的控制

高端智能中控采用POGOPIN 進(jìn)行電源與信號(hào)連接，對(duì)于不同信號(hào)交互的需求，POGOPIN 的數(shù)量從2 個(gè)到多個(gè)不等，POGOPIN價(jià)格較貴，批量生產(chǎn)就需盡量控制數(shù)量，這就需要在蓋板上開(kāi)不同數(shù)量的POGOPIN孔。對(duì)于一般模具，每一個(gè)不同孔的蓋板就需要開(kāi)一套模具，這樣產(chǎn)品制造成本就會(huì)明顯增加。

有鑒于此，結(jié)合現(xiàn)有注塑模具技術(shù)［11］，本產(chǎn)品蓋板零件設(shè)計(jì)成不同的POGOPIN 孔數(shù)量，模具則采用圖7 所示方案，蓋板的模具主要部分由型芯和型腔構(gòu)成，其合模注塑后即可注塑出蓋板零件，該方案將蓋板的模具型芯拆分出一個(gè)型芯鑲件，當(dāng)注塑兩孔蓋板時(shí)，采用型芯鑲件1；當(dāng)注塑四孔蓋板時(shí)，則把型芯鑲件1 從模具型芯卸下，安裝型芯鑲件2，而模具型腔等模具部件則可以通用。這樣既可滿足產(chǎn)品零件的互換，也極大節(jié)約了模具成本［12］。

圖7 零件的互換性模具生產(chǎn)示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)比電源部分與主控部分的組合，提出了智能中控更便利地在墻壁上安裝與拿取的自動(dòng)磁吸的結(jié)構(gòu)方案，擺脫了使用空間的限制。通過(guò)對(duì)智能中控移動(dòng)使用的需求分析，提出了可調(diào)整角度擺放和充電的結(jié)構(gòu)方案，提高了使用便利性。并通過(guò)分析實(shí)際安裝的痛點(diǎn)，提出了彈性安裝耳的C形孔耳安裝方案。進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)智能中控結(jié)構(gòu)的塑膠件的入膠口優(yōu)化布局，控制了產(chǎn)品的間隙，同時(shí)通過(guò)仿真分析工具對(duì)產(chǎn)品的壁厚等優(yōu)化，有效提高了產(chǎn)品的美觀性。也從模具的角度出發(fā)，從產(chǎn)品零件的互換性考慮，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，有利于產(chǎn)品的進(jìn)一步推廣。

本文所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)批量生產(chǎn)和上市，所提出的方案均得到實(shí)際生產(chǎn)和市場(chǎng)的驗(yàn)證。為智能家居產(chǎn)品的高端化、實(shí)用化、美觀化等提出了切合實(shí)際的方案，是智能產(chǎn)品特別是智能家居中控的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化的非常有益的探討。