医疗产品设计中的外观设计（三）- 与机械结构的关系

对于企业，产品中有意义的创新意味着金三角：定义准确的用户需求，合适的技术，最佳可能的用户体验设计。上述要素均应被考虑且综合平衡。

外观应与工程紧密结合，每个项目的成功都依靠双方要素的互相理解，及以积极且建设性的方式彼此挑战，这样就能够找到更好的解决方案，且实现创新。

这种设计流程整合可用性、外观及工程，以最大化产品的创新，是任何公司实现一款前瞻性产品的方程式。

在产品设计发展过程中，设计与结构的结合在不同设计师手中，有不同的经典体现。

例如：在产品工程开发中，旨在反应产品结构、材料特点及直观使用方式是诚实设计（Honest design）。

我们熟知的品牌戴森的创始人James Dyson，也是honest设计精神的崇尚者。这种设计精神成就了其产品意想不到的符号化观感，在一众以流线型外壳遮掩内部工程结构的吸尘器产品中脱颖而出，以简洁直白的设计语言体现了产品本身的科技质感与工程精髓。

追求诚实并非要牺牲掉设计的美感。

流线型设计语言的汽车设计则是将这两者完美结合的产品案例之一，人们往往会注意到产品外观的美感，而其背后蕴含的空气动力学原理又使它们成为诚实的设计。

Jaguar e-type 流线型汽车

“诚实的设计”未必简单，但“安静的设计”（Quiet design）则一定如此。

简化设计思路在产品设计中体现的实际价值，不仅仅在风格化，在结构上，它将有助于减少公差链，减少投产部件的差异；控制生产成本，而在下面一个IDC参与的工业产品案例中，还起到了减轻设备重量的作用。

案例1：氢气燃料电池案例

Troowin携手产品设计公司进行可用于所有飞行器的氢气燃料电池模组设计研发项目，致力将企业自主研发的创新科技与氢气燃料电池相结合，以更轻便、小巧、直观易用且符合用户审美的形式推向市场。

电池的轻量与小巧是影响无人驾驶飞机性能的关键要素，它关系到飞行设备上升高度、飞行时长等诸多表现。

最初的企业原型，是一款部件与部件之间仅以功能逻辑相结合，而尚未进行任何结构、外观优化的原始功能模型。对此，IDC的工作将是在保持产品功能逻辑的基础上，通过优化结构与布局方式实现尺寸的精缩；通过选取最佳材料、简化部件等途径，实现轻量化；通过协调外观与内部结构，实现直观、友好，且具有美学性能、熟悉亲和的外观。

满足产品集约、美观和良好使用亲和力

结构简化的原则是：创建比原部件更小、更轻的部件，或在单一部件中集合多项功能以达到“一物多用”的目的。比如，在确保功能一致的前提下，工程师以中空结构件代替了设备部件之间的连接管，使其轻便、小巧、省料。该结构思路，也被应用于其他部分的设计。

在探索可能性的过程中，工程师原本希望通过使用强度更高的材料减轻重量，就碳纤维进行了探索，但最终通过工程计算得出的结论却论证了碳纤维的强度超出了产品的需求，不必要地增加部件重量的同时，也将增加材料成本。

在反复的验证和探索后，工程师最终决定选择ABS作为机壳材料，同时考虑到量产的成本和简易性，最终确定以热成型实现机壳加工，保证设计和生产的全方面要求。

通风结构的巧妙设计，是满足简化结构和优化材料的绝佳例证。

如要实现电池的正常运行，需要良好的通风以冷却工作时不断生成的热量，同时为氢气的化学反应提供足量的氧气。通风需要足够的空间，即燃料与风扇之间需要设置一个腔室。根据Troowin的建议，IDC的设计工程师取消了原有的通风管，代之的是通过结构设计形成气路，创建的骨架结构将中间不提供支撑力的材料挖空，以轻薄的薄膜材料替代，成功实现了轻量化的需求。

轻量化的通风结构设计

“平衡所有需求，是设计过程中最大的挑战。”高级设计工程师Sebastian Frys说到：“新增特征、材料自重、部件尺寸及要求强度下最精、最佳成型工艺和最终目标之间的平衡带来了太多相互关联的取舍要素，我们工作的全部内容就是尽全力实现最初设定的目标。”

案例2：机械臂外观设计，避免与结构的冲突

通常在产品的研发设计过程中，外观设计与结构工程设计应同时进行。但对于机器人或机器臂的设计而言，最为重要的是保证其作业时的运动自由度，因而它们的外观设计需要在内部的核心结构完成后进行。

这也带来了此类产品在外观设计时的最大挑战：在保证内部核心结构以实现机器臂作业时的精准度和灵活性的同时又兼具吸引人的外观。这就要求设计人员要避免过去机器臂的运动与外观产生冲撞的两大矛盾：因内部核心结构而限制机器臂的外观设计亦或是因为外观设计而影响机器臂的自由运动；以及内部空间的不合理应用导致外观设计的体积庞大。

“避免机器臂以上两大设计矛盾关键在于这类产品的设计团队要同时理解结构和外观设计，因为在开发过程中需要对结构进行一定的变化和修正才能允许外观设计的外壳和内部的机械结构很好地结合在一起；也只有通过工程师与设计师的通力协作才能非常合理地排布空间，将产品做得紧凑。”设计团队分析。

IDC研发机械臂的实际运用

IDC成功实现了Metris对产品尺寸和机动性所提出的的各项要求，将近3500个部件组装到一个允许7个自由度的臂罩系统中，保证每个摆动部件在避免相互摩擦的同时又有足够的空间，且尽可能将内部空间排布得紧凑合理。

为适应机器臂在狭小空间内的不同温度、湿度等环境因素，经验丰富的设计团队还对机器臂的材料选择和表面细节进行了特殊的处理。

最终机器臂产品包含精度极高的内部相连的7个轴臂，以及外部由电子发动机主导的骨架。该独特的研发过程创造出的测量机器人能够深入狭小空间内灵活作业，可测量许多传统产品无法到达的部位，这是一项重要的技术突破，并且提供绝对准确的测量，其观测量可达直径4.2米。

通过对结构和外观的合理平衡，以及对细节的处理，医疗产品、工业产品的设计可以同时兼具功能性和外观的新颖性，并让简洁、新颖的外观设计赋予产品更长久的生命力。

如您对产品设计有关的工作经验感兴趣，您可以查阅我们过去发布的以下文章：

产品设计中的外观设计（一）

医疗产品设计中的外观设计（二）- 如何与可用性相融合

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