笔者打算用一系列的文章着重介绍产品设计方案的几大板块，不仅仅是和大家探讨应该应用什么样的模板，更重要的是帮助大家了解产品设计应该注意的要点。永远记住文档是为产品服务的，我们是产品经理，不是文档经理。今天的讲座重点是“结构设计”~

又到年底了。你准备好年度总结了吗？2019年，你收获了多少，成长了多少？

在这一年的职业生涯中，我发现了一些容易被忽略的东西。很多产品朋友又爱又恨，那就是“文档”。产品开发时间紧的时候，很多人选择敷衍了事，因为“什么都在脑子里。”当项目回来，或者产品出了问题，想回头看看当时收到的是什么样的需求，是怎么决定方案的，往往都是盲目的，只好回到自己不靠谱的记忆里。因此，项目的进展经常偏离最初的目标。如果没有问题，项目组成员就互相扯皮。

文档的存在是一方面(产品生命周期涉及的具体文档参考我之前的文章《我的PM进阶之路》)，文档的内容丰富程度决定了它是否能真正帮助你查缺陷、抓漏洞。很多产品经理入行时间不长，在大学和工作中也没有接受过很好的文档写作训练，写出来的文档良莠不齐:愿意在基础上思考的产品经理都挺踏实的；刚接触所在行业，基础差的产品经理，往往会因为写文档而失去重心。

其实公文写作是大学学科，不能说精通。不过我在产品生涯中也一直在不断磨练这方面的能力，也有了一点点的积累。回顾这19年来，对我工作影响最大的依然是“产品设计方案”，这个方案让我几次化险为夷，也让我几次陷入尴尬。

就硬件产品而言，产品设计方案的撰写是一个系统工程，因为硬件产品本身涵盖的范围很广，从硬件设计、软件设计、结构设计到工业设计。要想写出一篇合格的文献，既能作为提纲，又能作为忠实的记录，必须做到八个字——“细致、深入、清晰、易懂”。

我打算用一系列的文章来着重介绍产品设计方案的几大板块，不仅仅是和大家探讨应该应用什么样的模板，更重要的是帮助大家了解产品设计应该注意的要点。永远记住文档是为产品服务的，我们是产品经理，不是文档经理。

今天的讲座以“结构设计”为主，其次是“硬件设计”和“软件设计”。敬请关注，欢迎踩。

一.设计概述

通过对结构设计的概述，文档读者可以快速产生直观印象，把握产品的设计理念。因此，在详细的设计描述之前，有必要阐述一下基本的结构设计思想:

分析产品的结构需求，以及硬件和工业设计对结构设计的限制和定位；说明结构的基本设计思路和环保要求，包括可拆卸性、可回收性和节能要求；简要说明硬件、工业设计等的基本要求。通过哪个结构。

2.性能设计1。热设计

硬件在使用时总会产生热量，热量主要来自电流。带电设备上导体的内阻虽然很小，但总是客观存在的。因此，当电流通过导体时，会消耗一部分电能，这些电能会转化为热能使导体温度升高，并加热周围其余的物质。

产品的正常发热是允许的，但即使是正常运行的设备，如果没有做好热设计，热量积累，温度持续升高，就会导致过热，影响产品性能，甚至在一定条件下导致产品损坏。

主要有以下影响:

电子元器件:高温可使半导体元器件热击穿，使电子元器件性能恶化；绝缘:温度过高，有机绝缘材料会变脆老化，绝缘性能下降，材料的使用寿命也会缩短；电接触:如果温度过高，电接触的两个导体之间的接触电阻会明显增大，温度会迅速升高，甚至触头被焊死。

但设计正确、生产正确、运行正常的设备，其最高温度与环境温度之差(即最大温升)始终在允许范围内。系统中不同模块的允许温升是不同的，产品热设计的最终目的是保证系统的温升始终在合理的范围内。这需要两件事:模块级散热和系统级散热。

因此，在写热设计方案时，我们需要从以下三点入手:

模块散热要求:明确模块对散热流量/速度和散热环境的要求。特别是对于外购模块，如果不具备散热能力，需要系统提供散热，需要将此项作为鉴定验证项，必要时可以要求供应商提供分析测试报告(用于分析该模块散热要求的合理性和正确性)；系统的散热或加热方式:给出系统应采用的散热方式和保证低温启动的加热方式。散热方式包括自然散热、强制风冷、热交换器等。加热方式主要包括薄膜加热器；系统散热保障性要求:包括冗余设计和维护安全设计。冗余设计是指当冷却系统局部失效时，冷却系统的其余部分仍能保证产品的冷却安全；维修安全设计是指当冷却系统整体或部分失效时，保证产品在允许的维修时间内安全运行的措施。

2.噪声控制设计

有些硬件产品并不总是安静地运行，因为它们的内部噪声源。机械表的齿轮啮合声，无人机翅膀的呼啸声，AGV的电机旋转声等。大小不一。有些噪音在使用时难以察觉，完全融入环境噪音中；但是有些产品，因为没有控制好噪音，往往会对用户体验造成负面影响。

根据不同的机理，机械噪声可分为以下三类:

空气动噪声:由气体振动产生，主要来自风机；机械噪声:由固体振动产生，主要来自齿轮、轴承、壳体的振动；电磁噪声:由电磁振动产生，主要来自电动机、发电机和变压器。

对于一般的消费类产品，风扇是主要的噪声源。噪音经常以分贝(dB)来评价，每升3dB的噪音大约增加一倍。超过50dB就会让人心烦。噪声控制设计的最终目标是保证产品的噪声始终低于用户可接受的阈值。

这需要重点关注以下三点:

噪声上限标定:参照《噪声控制设计规范》，根据产品使用环境、相关噪声标准(如ISO7779)及国内外竞争产品的综合分析，确定产品的噪声上限；噪声控制:从风机选型、风机转速控制、风机本身噪声(主要是空气动噪声)等方面进行设计分析；噪声传播控制:分析主要基于风管的设计，风管的好坏直接决定风阻。风阻在很大程度上影响着风扇叶片的振动和产生的噪音，同时也影响着空气流通过障碍物表面时气流分离引起的压力变化产生的噪音。

3.三防设计(防霉、防潮、防盐雾)

恶劣的环境条件会造成五金产品中金属和非金属材料的腐蚀、老化、性能下降等方面的问题。目前“三防”是以提高产品的环境可靠性为目的，包括防霉、防潮、防盐雾、防老化，其最终目的是防腐蚀。

霉菌、湿度和盐雾对产品的影响有所不同:

模具:对绝缘材料和工程塑料结构件影响最大，容易损伤基材，改变材料的绝缘性能；湿度:对整个产品影响很大，容易全面提高各种腐蚀的强度；盐雾:对金属电镀结构件影响最大，易发生电化学腐蚀，导致腐蚀。

根据应用环境的不同，结构可分为ⅰ型和ⅱ型。前者是指直接暴露在自然环境中，直接受到雨雪、阳光和风沙的影响，后者则正好相反。产品可能包含一种或两种结构件，三防设计需要完成各结构件材料及其表面保护层的设计选型方案，并分析其可行性。“三防”设计的最终目的是提高产品的可靠性，延长产品的使用寿命。

一般来说，它需要涵盖以下两个方面:

材料和加工工艺的选择:需要分别说明各种结构件所需材料的种类。对于非金属材料，要注意选择防霉材料。如果不知道材料的防霉性能，要索取厂家的防霉检测报告。一般来说，不锈钢材料比铁合金材料耐候性高；防锈铝LF6比普通硬铝具有更高的耐腐蚀性；FR-4覆铜板比普通PCB具有更好的性能。硅橡胶的耐候性优于丁晴橡胶...每种材料的表面保护措施:分别说明不同材料的I型和II型结构构件应采用的表面处理方法；同时应提供各种表面防护方法应达到的防护性能指标。一般来说，金属材料有表面阳极氧化、黑化等转化膜保护方法，也有电镀金属、喷涂金属、搪瓷、喷漆等涂层保护方法。PCB需要印刷阻焊膜，组装调试后要两面喷“三防漆”；电缆接头上的胶水或热缩套管...

4.知识产权保护设计

有些硬件产品在使用时会遇到恶劣的环境，比如阴雨天气、卫生间、沙漠环境等。智能定位器很普遍。这是苹果的官方说明:

iPhone XS和iPhone XS Max具有防溅、防水和防尘功能。在受控的实验室条件下测试后，其效果达到IEC 60529标准下的IP68级别(在2米深的水下最长停留时间可达30分钟)。防溅、防水、防尘功能不是永久的，防护性能可能会因日常磨损而下降。

IP防护等级为防水防尘等级。以IP67为例，根据GB4208-2008，这个等级有两层含义:

IP6X是指外壳能达到防固体异物防护等级中的“防尘”等级，即设备能完全防止灰尘进入，设备能在多尘环境中正常工作；IPX7表示外壳对水的防护等级可以达到“短时浸泡防护”的等级，即设备在1m深的水中浸泡30分钟后仍能正常工作。

当然防水防尘级别也不是越高越好。毕竟级别越高，成本越高。一般来说，IP5X防尘不会出现电气间隙、电弧等问题(会影响连接器的接触)；IPX6防水可以防滴防溅。IP56等级的消费产品可以满足大多数人的需求。知识产权保护设计的最终目的是在控制成本的前提下，尽可能提高产品的可靠性和耐用性。

因此，有必要写以下三个方面:

防尘:根据IPXX的总体要求，给出了密封结构的设计方案；同时，根据结构设计和热设计，说明了在非密封场所(如通风口)安装防尘材料的措施。另外，对于有害的“细粉尘”，常规手段的防护效果有限，需要综合考虑产品中模块的布局和散热设计来说明如何防尘；防水:根据IPXX的总体要求，说明防滴、防溅的结构设计方案，以及密封、结构排水等措施。考虑产品各种接口的结构形式、防水密封材料的选择、防水连接件的选择、材料的抗老化等因素；防异物:对于户外用品，需要说明如何防止人为或自然损坏。

5.屏蔽设计

硬件受到高压设备的干扰或系统内部的电磁影响(包括射频器件的硬件)，导致性能下降或无法工作。这是电磁干扰最常见的危害，其危害效果可概括如下:

高压击穿:当器件接收到电磁能量时，可转换成大电流，也可在高电阻下转换成高电压，可能引起电源连接、元件或电路之间的电击穿，导致器件损坏或瞬间失效；瞬态干扰:功率过大的瞬态电压可能会造成短路而损坏器件；如果能量不足，瞬态电压不足以立即损坏元件，但会降低其性能，影响其功能并丢失数据。反复的瞬态电压也会造成器件的潜在损坏；浪涌冲击:微波能量在金属外壳上感应出很大的脉冲电流，像浪涌一样在外壳上流动。外壳上的缝隙、孔洞、***的引线会将一部分浪涌电流引入外壳内部的电路，足以损坏内部的敏感器件；影响电路正常工作:电磁干扰对模拟电路的影响随着干扰强度的增大而增大，直接影响工作性能；对于数字电路来说，电磁干扰容易导致信号电平的变化，从而影响数据传输的准确性。

电磁屏蔽的原理是金属屏蔽通过反射和吸收电磁波来屏蔽辐射干扰源的影响。金属屏蔽一般采用铁、铜(铜镍锌合金)等高磁导率材料，设计成盒、壳等封闭外壳。屏蔽设计的最终目的是保护产品内部的敏感器件，同时降低内部电磁干扰源对系统内外的影响。

因此，有必要写以下三个方面:

确定屏蔽要求:根据EMC设计方案的要求，提出整机结构的屏蔽要求；屏蔽方案描述:说明屏蔽等级(机柜级屏蔽、模块级屏蔽等。)和屏蔽体的方案(或者说明采用了哪个标准模块)。金属屏蔽的焊接形式(单件式、两件式、可拆卸式、卡扣式等。)，是否预留散热孔(孔径、孔距等参数)需要说明清楚。

6.安全设计

安全是一个经常被忽视的点，但是产品一旦出现问题，往往可以追溯到安全设计不达标的地方，所以要注意:

根据产品所在行业的安全标准(如IEC60950、EN60950、UL1950、GB4943-2000等。)，规定产品的结构防火外壳、非金属材料的阻燃等级、产品的稳定性和强度、电气连续性性能、电气间隙、警示标识方案等特性应符合这些标准。

第三，交互设计

产品在整个生命周期中始终与人接触。对于设计、生产、包装、运输、使用、售后、报废、回收的任何一个阶段，产品总是会因为自身的特性而与人产生或好或坏的互动。因此，我们不仅需要关注产品的设计属性，还需要关注产品的“交互属性”。当然，针对不同的产品，可以有选择、有重点地阐述以下几点。

1.整机的可装配性设计

在这里，我想介绍一下“面向制造的设计”(DFM)。DFM是产品生命周期设计的重要内容，是国际上新产品开发的先进可制造性分析技术。DFM的目的是在满足用户需求的前提下，使设计的产品易于制造和装配，降低成本，缩短开发周期。

DFM的内容非常深刻和广泛。在这里，我们可以把重点放在整机的装配设计上，如下:

装配全过程分析:确定重要的装配点，给出指标要求(如尺寸、重量、公差等。);布线和光纤布线分析:解释布线要求；提出路由与光纤路由路径与空之间的要求(如路由与空之间的要求，信号线是否相互干扰，如何防止干扰)；提出对外露电缆防护材料的要求；确定电缆固定措施。

2.包装和运输设计

这里有两个概念，包装和运输。很多产品，比如索尼PS4主机，放在家里固定位置后一般不需要拿出来，所以厂家只提供包装盒作为运输过程中的存放保护；对于DJI Mavic Mini无人机等产品，由于用户对便携性和便携性的重要需求，准备了定制的包装盒，可以妥善存放所有配件，并提供一定的保护。

一般来说，产品受众和用途的不同决定了包装和运输设计的简单性。

在解释包装和运输设计时，我们需要注意以下两点:

定义产品的基本特性，具体如下:

产品的化学脆弱性:有或没有表面保护要求的有机/无机材料；产品的物理易损性:产品形状、最大外形尺寸、重量、重心位置、承压位置、可固定位置等。产品的强弱:易碎产品、精密产品、坚固产品；包装形式:应说明工业包装(运输包装)和商业包装(销售包装)，包括包装材料和包装数量。

说明产品包装保护要求:包括防水、防潮、防静电、防震、防霉、防虫、防尘、防辐射、防盗、危险品、军品等。

3.维修性设计

大家都不希望自己买的硬件产品是一次性产品，所以一定要注重产品的可维护性，既提高了产品寿命和用户粘性，又降低了产品的售后成本。

主要有以下两个层次:

(1)说明状态指示:说明产品的报***(如有)或其他报警方式所指示的产品状态，并提供简单的维护措施清单；

(2)标明需要维护的部件(包括两个方面):

需要定期更换(清洁)的部件:说明防尘单元/易损装置的清洁/更换方法、最小清洁/更换间隔、清洁/更换方法及其要求；维护部分:讲解风扇、单板、易损设备线缆等的维护。，并说明这些模块的维护要求、限制和其他要求。

了解背后的原因，借助框架模板，通过反复训练，提高产品设计方案的写作水平。

希望本指南能帮助你深入了解结构设计的要点，从而提高文档化水平。相互鼓励。

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