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第 3 課

關於產品設計與概念驗證草模製作

各位創新創業的夥伴大家好,我是丹尼斯老師,今天要跟大家談談:產品設計與概念驗證草模製作

丹尼斯老師在幾個章節中都有談到模型製作,在硬體產品的開發過程中的各個階段因為階段性任務不同,需要精緻度相異的模型來探索新 產品所可能存在的問題。這些問題可能是在產品開發初期,為了探索情境中可能存在使用者尚未被滿足的潛在需求。可能是為了要驗證潛 在使用者對於未來新產品尺寸、構型、人因工程方面的意見回饋,或者是為了群眾募資專案能對天使投資人簡報,製作一台可以展現全功能的精緻模型。

這堂課要跟各位創新創業夥伴們分享的是:如何運用週邊所能取得的工具、材料,來產出一個可以驗證產品初始構想的草模,快速讓潛在 客戶能回應他們的意見。我們有提到過在產品開發階段的初期階段,要解決的問題、產品功能或服務內容、目標市場...等,並不明確。任 何產品設計,都是一個探索未知的旅程,所以不會一次就達標,經過幾輪的迭代過程,問題將逐漸被收斂,直到重大問題點被排除。所以 並不需要一開始就花大錢找 ID 工業設計、ME 機構設計、Working prototype 功能模型來讓潛在使用者測試,重要的是發掘從來沒想過的問題。

草模可以忠實呈現產品的初始樣貌,先撇開材質選用的問題不需考慮任何細節,只要明確表達出概念即可,就像一開始畫圖時的鉛筆稿一 樣,重新再做一個或修正是非常即時、而且低成本的。草模的運用主要分為以下三點:

01

探索式創意

製作草模是創意探索,為何將他稱之為探索? 正如腦力激盪與手繪都是構思的基礎,將紙上的概念草 繪 sketch 實體化可以讓潛在使用者或受測者實際操作,東摸西摸把玩一下,這是在 2D 空間視覺圖像 所辦不到的,透過草模一方面可以彌補 2D 圖面的不足。另一方面可以透過這個草模,激盪出更多創 意的火花,進而進化出更創新的概念。

  • 讓草模保持簡單,先拋開與目的無關的細節,在這個階段,越能明確、簡單闡述概念越好。
  • 使用單純且正確的材料,例如:紙張、保麗龍、珍珠板、PU、木板、油土或黏土等等,黏合 的部分可以使用保麗龍膠、白膠、雙面膠、三秒膠...等,只要明確知道,這個材料到底能否將 概念呈現出來。
  • 將製作出來的原型當作可以使用的物品,模擬在使用情境中發現原先不知道的問題點。

02

使用者測試
  • 草模的運用除了表達未來產品的概念,也可以對潛在使用者進行測試,觀察受測者是怎麼用? 想要甚麼?而不是對使用者的偏好提出假設或猜測。
  • 選擇正確的使用者,是一個很重要的考量。在進行測試的時候,主要是觀察受測者是否能輕 易使用產品。草模不能拿來測試強度,或其他可能會造受測者傷害的行為。

03

觀察
  • 硬體產品開發本質上是一種跨領域合作,產品設計師經常要對最終使用者、工程師、行銷專 家、客戶等等溝通自己的想法,我們可以透過觀察草模的測試過程以及使用情境等,用靜態攝影或動態錄影的方式,忠實記錄參與者如何使用草模、以及以圖解說明該產品在未來與潛 在使用者或使用情境之間的關係。

軟體設計師使用 prototype 這個詞,指的是程式編碼;電機工程師提到 prototype,講的是原型印刷電路板;互動設計師提到原型時,指的是模擬電腦的螢幕介面,不同的專業有不同的術語,花點時間區別出來,是很值得的,因為現今的產品設計領域,已經逐漸趨向於一門 高度跨領域整合的專業了。

當你親手完成一組概念驗證草模,來模擬產品的型態或功能,但是這組模型長得很醜,沒有人會花錢來購買。接下來就是工業設計師該上場的時候了!

當各位創新創業夥伴們完成了你自己動手做出來的那組 POC, Proof of Concept 概念驗證模型之後,第一站就是要跟工業設計師一起工作 一段時間。工業設計師 ID, Industrial Designer 到底有啥能耐,能提供你哪方面的專業協助呢? 我們先來了解一下工業設計的一些背景知識...

工業設計是以工學、美學、經濟學的角度,執行工業產品的設計,它是 20 世紀初工業化社會的產物,在這門知識剛誕生時「形隨機能 Form Follow Function」是它們的設計理念。隨著現代工業化的演進,工業設計也正由專業設計師的工作,融合使用者體驗 UX, User Experience、使用者介面 UI, User Interface、以使用者為中心 User-centered、服務設計 Service Design...等。工業設計師的設計構思, 包括:考量產品的整體造型、設計細節、配色、材質、音效...等,同時也要一併考慮產品使用時的人因工程學 Human factor。甚至包括 考量產品的生產製造流程、材料的選擇、以及在產品銷售過程中如何展現產品的特色。

工業設計師在執行設計專案的程序,大致上有以下幾個步驟:

01

規格定義 Spec. Define

這部份的工作通常由產品經理 PM, Product Manager 根據客戶的需求來執行。設計目標往往只是模糊的產品意向,與實際設計仍有極大的差距。

02

草圖繪製 Idea Sketch

運用各種設計工具,例如:色鉛筆、麥克筆、代針筆、粉彩...等。快速、大量提 出各種可能的構型 Form-factor 發展,探索產品未來的各種可能性,是工業設 計師有別於其他專業的最大價值。

03

3D 建模 Modeling

透過使用各類 3D 建模工具,例如:Creo, Solidworks, Rhino, Alias...等,可以 快速把概念草圖建構更精密、有尺寸性、立體式的外觀造型。在這個階段我們 已經大致掌握這個產品的外型尺寸。其實在此之前,機構工程師已經與電自工 程師互動過,將電子零件配置到 PCB 上,稱之為 stacking. 工業設計師是以此 為基礎建構外觀造型的。

04

材質渲染 Rendering

隨著科技進步,現在已經有非常優質的材質特效軟體,例如 C4D、VRAY、Keyshot...等。可以在很短時間內產出即時、而且非常擬真的材質與光影,甚至可以導入情境就像把設計好的產品放在實際的空間內。

05

草模製作 Idea Mockup

工業設計師所受的訓練中,還有一項與眾不同的獨門秘技,就是手作能力。他 們可以運用周邊的材料、工具,很快地做出草模,用來把模糊的概念具象化。 草模的另外一個用途,就是作為造型檢討。當工業設計師發展出各式各樣的產 品造型方向時,為了進一步確認曲面變化的效果或者手持的握感,可以利用高 密度發泡 PU、代木、或油土快速切削出一個形體來評價(全尺寸或縮小比例)。 當然,現在 3D 印表機非常流行,可以好好善用這項工具來提升工作效率。


由於工業設計師對產品材質、色彩、表面處理的質感...等,比其他領域的專業工程師都還要敏感、細緻,所以他們在功能模型 working prototype 製作時就自然就是與模型工廠溝通時的不二人選。工業設計師會產出一份描述產品外觀特性的 CMF 文件, 包括:Color 配色 / Material 材質 / Finish 表面處理。關於這部份的細節,我們會在其他章節再跟各位創新創業夥伴們深入探討。

請記住,工業設計師所完成的 3D 圖尚不夠完整,還不包括一個硬體產品所需要的結構,例如:薄殼、肋、卡勾、螺絲柱、拔模角...等, 後須還需要機構工程師協助完成。讓我們繼續看下去...

當工業設計師 ID, Industrial Designer 的設計提案,經過激烈的票選後終於設計定案 design knock down,接下來就要開始進行機構設計 ME, Mechanical Engineering. 機構設計的目的,是將已經定案的外觀造型予以結構化,作為下階段製作功能模型、或者開模所需。機構 工程師必須完成以下的工作:

01

拆件

將整個產品 3D 圖面依照 ID 的設計,拆成必要的獨立零件,例如:上蓋、下蓋、按鍵、 電池蓋、腳架、旋鈕、保護蓋...等。

02

長肋

在某些情況下,某個塑膠零件必須能將電子的 PCBA 固定在產品的某個位置,此時就須要 在塑膠件長出肋 rib 作為支撐結構。此外,肋具有補強作用,可以在不增加塑膠肉後、重 量的情況下讓產品有更強的耐衝擊性。

03

拔模

塑膠零件在透過模具射出形時,為了能夠順利脫模在設計零件時必須考慮拔模角 draft angle(就像布丁盒一樣,一邊較窄另一邊較寬方便布丁倒出來)。正常情況下,拔模角在 1-30 之間但跟零件的深度、表面光滑程度有關。

04

螺絲柱

所有的電子產品考慮量產組立時的作業、測試、維修方便,絕大部分都是以螺絲來結合。 有些產品會直接選用自攻螺絲 self-tapping screw,組裝時就直接透過自攻螺絲把上下蓋 組合起來,但因為自攻螺絲會把塑膠表面磨損,通常拆裝幾次後就會產生滑牙現象,影響 產品組立後的強度。另外一種做法就是使用銅釘 nut,透過埋射 insert-molding 在射出成形時就把銅釘預埋在模具內,成形後就自然與塑件一體成形。使用銅釘就得配合機械牙螺絲,無論拆裝幾次都不會影響塑件。

05

干涉檢查

整個產品由許多塑膠件、電子件、導線、鈑金件、橡膠件、緊固件...等所組成,組立之後 零件之間可能會有干涉的情況,特別是如果有可動件更要注意鬆配與緊配的問題。

06

平均肉厚

塑膠件要特別注意平均肉厚的問題,避免射出成形時因肉厚不平均造成縮水現象 shrinkage.


機構工程師是工業設計師與模具工廠之間的溝通橋樑,他們會在最大的範圍內盡可能忠實呈現 ID 的完美外型而不做更動。但機構設計往 往受制於模具、射出成形技術與預算的限制,有時候無法盡善盡美。舉個例子:Apple 產品往往為了追求完美要求 0 度拔模,使得模具費 用大幅提升。甚至已經使用 4 面滑塊 slider 了(這會另闢專章來討論)ID 還不滿意希望做到無感段差,ID 你...想...逼死誰啊...! 那就 follow Apple 產品的 Uni-body 製程每個上下蓋都用 CNC 直接切削。但這下又換高層震怒,為啥模具要花這麼多錢,機構工程師被夾在中間裡外不是人啊。

機構工程師在整個硬體產品開發流程中,扮演這幾個關鍵角色:

  • 在 EVT, Engineering Verification Test 工程驗證階段扮演關鍵角色,負責機構設計並與模具廠協同合作以確保各類模具能準時試 模,並保證品質。
  • 在 DVT, Design Verification Test 設計階段要與電子工程師 co-work,協助用機構對策解決 ESD, EMI, EMC...等問題。
  • 在最後的 PVT, Production Verification Test 量產驗證階段主導試產 pilot-run,負責與生產線合作完成技術移轉,並確保品質能通過各項信賴性測試 Reliability test 例如:Drop Test 落下試驗、Thermal Shock 冷熱衝擊、Vibration Test 振動測試...等。基本上 機構工程師的工作要到新產品正式出貨後,才會告一段落。


綜合以上的課程重點,我們幫各位創新創業夥伴們做個總整理:

  • 在硬體產品的開發過程中的各個階段,因為階段性任務不同需要精緻度相異的模型,目的包括:
  • 探索新產品可能存在的問題,或者使用者尚未被滿足的潛在需求。
    1. 為了要驗證潛在使用者對於未來新產品尺寸、構型、人因工程方面的意見回饋。
    2. 為了群眾募資專案、對天使投資人簡報,製作一台可以展現全功能的精緻模型。
  • 運用週邊所能取得的工具、材料,產出一個可以驗證產品初始構想的草模,快速讓潛在客戶能回應他們的意見。
  • 將紙上的概念草繪 sketch 實體化可以讓潛在使用者或受測者實際操作。草模可以彌補 2D 圖面的不足,也可以透過草模,激盪出更 多創意的火花,進化出更創新的概念。
  • 草模的除了可以表達未來產品的概念,也可以對潛在使用者進行測試,觀察受測者是怎麼用? 想要甚麼? 而不是猜測使用者的可能 偏好,一切眼見為憑。
  • 透過觀察草模的測試過程以及使用情境等,用靜態攝影或動態錄影的方式,忠實記錄參與者如何使用草模、以及以圖解說明該產品 在未來與潛在使用者或使用情境之間的關係。
  • 不同的專業有不同的術語,花點時間區別出來,是很值得的,因為產品設計的領域已經逐漸趨向於跨領域的一門學問了。
  • 工業設計師是以工學、美學、經濟學的角度,來審視他們所執行的產品設計案。產品要能被量產製造出來、要符合使用者生理與心 理層面的感受,好看更要好用、也要符合商業的角度,能用最符合經濟效益的產品結構與資金投資,就能產出這個讓消費者驚艷的 產品。
  • 工業設計師在實施產品設計時,會按以下步驟來執行:

    確定規格 Spec. Define > 草圖繪製 Idea Sketch > 3D 建模 Modeling > 材質渲染 Rendering > 草模製作 Idea Mockup

  • 工業設計師對產品材質、色彩、表面處理的質感...等,比其他領域的專業工程師都還要敏感、細緻,他們在完成 ID 提案後會協助 產出一份描述產品外觀特性的 CMF 文件, 包括:Color 配色 / Material 材質 / Finish 表面處理,CMF 是與模型工廠接觸時最重要的資料。
  • 工業設計師所完成的 3D 圖尚不完整,不包括一個硬體產品所需要的結構,例如:薄殼、肋、卡勾、螺絲柱、拔模角...等,後須還 需要機構工程師協助完成。
  • 工業設計師畫出來的美圖,不一定能滿足量產的要求。這時候機構工程師就會適時的出現,無怨無悔的(別傻了!那是不可能的)來收 拾這個爛攤子。要說 ID 與 ME 是天敵,一點也不為過。
  • 機構工程師是工業設計師與模具工廠之間的溝通橋樑,他們要盡可能確保 ID 的完美造型可以被量產實現。
  • 機構工程師受制於模具與射出成型技術的限制,考量產品量產時的組裝良率、效率性、維修性、模具投資、外觀質感、滿足進度要 求...等,他們必須絞盡腦汁在上述限制條件下取得最大平衡。
  • 機構工程師在整個硬體產品開發流程中的各個不同階段,包括:EVT、DVT、PVT、MP 等都扮演非常關鍵與吃重的角色,如果各 位創新創業夥伴對產品製造技術相關知識有興趣,他會是大家最好的老師,一定要好好跟他們打好關係喔!

作者:游明熏 Dennis You

成立美鈦國際,提供全球新創公司/群眾募資達標團隊 軟硬體整合:設計製造一體化服務 SW/HW Integration Solution