在現代工業設計的宏大敘事中，產品結構設計扮演著至關重要的角色——它是美學與工程、創意與制造之間的橋梁與翻譯官。作為深耕行業20年的專業團隊，壹零壹工業設計深刻理解，一個嚴謹、科學的產品結構設計流程，是保證產品設計品質、控制開發風險、實現商業成功的基石。產品結構設計正是連接美學表達與工程實現的核心紐帶，它決定了產品的可靠性、可制造性、成本控制以及最終的用戶體驗。本文將系統解析專業的產品結構設計流程，帶您讀懂專業產品結構設計的底層邏輯。

        產品結構設計的定義

        產品結構設計是指在滿足產品外觀、功能和性能要求的前提下，基于工程學原理，對產品的內部構造、零部件組成、連接方式、材料選用、工藝方法及裝配關系進行具體設計和定義的過程。它是連接工業設計（外觀創意） 與生產制造之間的關鍵橋梁。

第一階段：需求分析與前期準備（輸入與規劃）

        需求分析是產品結構設計的起點，核心目標是明確 “做什么”，為后續設計劃定清晰邊界。在此階段需嚴格執行 “三維輸入 + 雙重評審” 機制，確保設計方向不偏離本質。

1. 多維度需求采集

• 核心需求定義：聯合產品、市場、客戶三方，明確產品功能（如承重、防水等級）、性能指標（如工作溫度、撓度）、成本預算（如物料成本）及市場定位；區分 “基本型需求”（如手機基礎握持手感）與 “興奮型需求”（如可拆卸模塊化設計）。

• 資料合規收集：系統整理適用法規、標準、認證要求，以及材料參數、競品結構拆解報告。
• 制造工藝邊界：結合量產工廠的能力，確定模具復雜度、材料選擇范圍、表面工藝限制等
• 成本框架：基于目標成本，規劃合理的結構方案和材料組合，避免后期陷入成本與性能的兩難境地。
• 時間計劃：制定詳細的開發里程碑，確保設計、驗證、制造各環節高效銜接

• 風險預判梳理：識別技術難點（如復雜曲面加工）、供應鏈風險（如核心元器件交期），輸出《需求風險清單》。

2. 需求轉化與評審

• 輸出《產品需求規格說明書（PRD）》，將模糊需求量化為可設計指標；

• 組織跨部門評審會（設計、研發、生產、質量），確定需求優先級，簽署《需求評審確認書》，避免后期返工。

第二階段：初步結構與詳細設計（方案與建模）

        此階段是 “把想法變圖紙” 的核心環節，需兼顧功能實現、裝配效率與制造可行性，我們可采用 “模塊化設計 + 精細化建模” 雙軌策略。

1. 初步結構方案設計

• 模塊化劃分：按 “功能獨立性、接口標準化” 原則拆分產品（如將智能音箱分為電源模塊、發聲模塊、控制模塊），明確模塊間連接方式（卡扣、螺紋或無線接口）與信號傳輸協議（如 CAN 總線）；

• 布局規劃驗證：使用專業設計軟件繪制二維草圖，確定零部件相對位置，驗證空間利用率與裝配順序；重點解決關鍵部件堆疊沖突（如手機主板與電池的布局避讓）。

2. 精細化建模與細節設計

• 三維建模實施：采用專業軟件進行全參數化建模，輸出 3D 裝配體、爆炸圖及零部件模型；關鍵部件按高精度等級設計；

• 材料與工藝匹配：根據場景選型（潮濕環境用不銹鋼，輕量化結構用 ABS 塑料），明確表面處理工藝（陽極氧化、注塑成型）；在模型中預設工藝特征（如注塑件的脫模斜度、鑄件的圓角）；

• BOM 清單編制：同步生成零部件清單（BOM），標注零件編號、材料牌號、熱處理要求，為采購與生產提供依據。

3. 可制造性（DFM）前置分析

• 優化結構簡化：合并功能相近零件（如將散熱片與外殼集成），減少零件數量；避免復雜深腔、尖銳角落，降低加工難度；

• 標準化應用：統一緊固件規格（如全產品采用 M3 螺絲）、材料型號，降低供應鏈成本與庫存壓力。

第三階段：設計驗證與優化（分析與測試）

        設計驗證的核心是 “提前發現問題”，通過仿真分析與物理測試雙重驗證，確保結構滿足性能要求。在此階段可融合 CAE 仿真與實體驗證，實現 “虛擬優化 + 實物校準”。

1. 仿真分析優化

• 有限元分析（FEA）：使用 ANSYS 軟件對關鍵結構進行應力、變形、振動分析，識別應力集中區域（如孔洞、轉角），通過增加加強筋、優化截面形狀等方式調整（如將直角改為 R5 圓角）；

• 多場景仿真：模擬產品使用環境（如汽車零部件的道路譜載荷、電子產品的跌落沖擊），驗證結構動態響應穩定性；

• 迭代優化：每次調整后重新仿真，直至各項指標滿足設計要求，輸出《仿真分析報告》。

2. 物理原型測試

• 手板制作：采用 3D 打印、CNC 加工制作功能樣機，驗證結構裝配可行性（如卡扣松緊度、螺絲孔對位精度）；

• 全維度測試：開展功能測試（如承重測試、防水測試）、可靠性測試（如按鍵壽命 測試、高低溫循環測試）、尺寸精度測試（使用三坐標測量機 CMM 驗證關鍵尺寸）；

• DFMEA 分析：識別潛在失效模式（如塑料件老化斷裂），制定預防措施（如更換耐候性材料），輸出《設計失效模式與影響分析報告》。

3. 設計評審凍結

        組織第二次跨部門評審，對比仿真結果與測試數據，確認設計滿足需求；評審通過后簽署《設計凍結通知單》，凍結 3D 模型與 2D 工程圖，禁止無授權修改。

第四階段：模具制造與試產（輸出與驗證）

        設計完成后需向生產端移交，核心目標是確保設計能順利轉化為批量產品，在此階段提供 “全流程技術支持”。

1. 生產文件輸出

• 提供標準化生產資料：包括 2D 工程圖（符合圖層標注規范）、3D 模型（通用格式）、BOM 表（含供應商信息）、工藝指導書（如注塑參數、裝配順序）；

• 模具技術支持：協助模具廠進行模具設計評審（如拔模斜度、澆口位置優化），提供模流分析數據，縮短模具開發周期。
• 工藝參數的協同定義：基于材料特性，共同確定注塑溫度、壓力、速度等關鍵參數；
• 公差分配的再優化：根據模具實際加工能力，微調關鍵配合尺寸的公差帶。

2. 小批量試產驗證

• T0/T1試模：重點關注零件尺寸精度、外觀質量和脫模可行性；
• 設計驗證試產：使用合格零件組裝小批量產品，進行全面的設計符合性驗證；
• 生產驗證試產：在量產線上模擬真實生產，驗證制造系統、工藝參數和質量控制體系；
• 組織足夠數量的小批量試產，跟蹤生產過程（如注塑件合格率、裝配效率），記錄試產問題（如尺寸偏差、裝配干涉）；

• 聯合生產部門分析問題根源：若為設計問題（如卡扣強度不足），快速出具設計變更方案；若為工藝問題（如模具精度不夠），協助優化生產參數；

• 輸出《試產總結報告》，明確直通率目標，達標后進入量產準備。

第五階段：量產支持與設計變更（移交與維護）

        量產不是設計的終點，通過 “持續支持 + 規范變更”，確保產品質量穩定與迭代優化。

1. 量產技術支持

• 駐廠工程師現場指導：解決量產突發問題（如零件裝配卡滯、尺寸波動），優化生產流程（如調整裝配順序提升效率）；
• 生產人員培訓：對生產線操作員、質檢員進行專項培訓，確保他們理解產品特性和關鍵控制點；

• 質量監控聯動：跟蹤量產產品抽檢數據（如三坐標測量關鍵尺寸、可靠性抽樣測試），及時發現設計相關質量隱患。

2. 設計變更管理

• 建立標準化變更流程：因市場需求調整、工藝優化或質量改進需變更設計時，填寫《設計變更申請單》，經技術負責人審批后，同步更新圖紙、BOM 表及生產文件；

• 變更影響評估：分析變更對成本、交期、庫存的影響（如材料替代需重新驗證相容性），確保變更可控；
• 市場反饋收集與分析：收集用戶使用反饋和生產質量數據，持續改進產品。

3. 知識沉淀歸檔

• 整理項目全流程資料（需求文檔、設計圖紙、測試報告、變更記錄），建立企業知識庫；

• 總結項目經驗（如某類結構的優化方案、特定材料的工藝要點），為后續同類產品設計提供參考。

 

        總結：專業流程鑄就優質產品

        在壹零壹工業設計看來，優秀的產品結構設計是一門綜合的藝術——它需要工程師同時具備嚴謹的科學思維、豐富的實踐經驗和對用戶需求的深刻洞察。我們追求的不僅僅是“設計出來”，更是“設計得恰到好處”——在成本與性能、創新與可靠、美觀與實用之間找到那個精妙的平衡點。

        從概念到量產的全流程系統化管理，是我們為客戶創造價值的核心能力。每一個成功上市的產品背后，都是這套嚴謹流程的忠實執行，都是無數細節的精益求精。在這個產品定義體驗的時代，產品結構設計已經超越了傳統的工程范疇，成為塑造產品核心競爭力的關鍵要素。我們將繼續深耕這套科學的流程體系，用專業的工程智慧，為每一個創意構想搭建通往市場的堅實橋梁。

        內容來源于：m.awvtu.cn/news-s1299-c1-p1.html