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研究生: 丁琮
Tsung - Ding
論文名稱: 結合修正式TRIZ及電腦輔助工程分析改善手機組裝結構之研究
The Research by Combining the Corrective TRIZ with the Computer-Aided Engineering Analysis to Improve the Assembling Structure of Mobile Phones
指導教授: 林榮慶
Zone-Ching Lin
口試委員: 許覺良
none
王國雄
none
成維華
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 159
中文關鍵詞: 卡勾手機TRIZ理論有限元素分析
外文關鍵詞: hooking, mobile phone, TRIZ theory, finite element analysis
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  • 電子產品的外殼常以塑膠組成,而塑膠組件或PCB電路板的組裝方式又常以螺絲為鎖固零件,本文即以一般手機為操作案例,說明以自鎖式螺絲及塑膠外殼內成形之螺絲柱的組裝方式之手機,改由塑膠外殼內一體成型的卡勾結構作結合組裝的過程。本文對於手機組裝結構改善之操作案例提出前端及後端使用卡勾的改善方式,並修正膠黏的裝飾片及電池蓋的原來結構;其問題的定義與創研程序的流程架構,可提供後續相關研發工作依循之參考。組裝方式的改變,除了減少螺絲零件的數目,也可減少產品線上的工作流程與節省大量人力成本。
    本文結合修正式TRIZ及電腦輔助工程分析改善手機組裝結構之研究過程中,主要先應用修正式TRIZ之軟體系統篩選出建議的創研法則及其細項說明,藉以思考結構改善的概念設計方式,並經CAD動態模擬其組裝運動軌跡之可行性,避免可能的干涉現象發生;再經初步必要的計算及有限元素分析軟體的輔助,驗證材料的相關性質如應力及位移量均在安全範圍,結構不致破壞。


    The shells of electronic products are usually plastic-made. However, the assembly of plastic components or PCB circuit board always has to use screw for locking and firming the parts. This study takes general mobile phones as the operation cases, and explains the process of transformation from a mobile phone assembled with self-locked screws and the screw columns formed inside the plastic shell, to the one assembled by an integral formed hooking structure inside the plastic shell. Regarding the operation cases for the assembly and structural improvement of mobile phones, this study proposes an improvement by using hooking at the front end and rear end, and revises the original structure of the glued ornament and the battery cap. The definitions of their problems and the structure of the innovation process can provide a reference for the subsequent related R&D work. The change of assembling way not only decreases the number of screws, but also decreases the working steps on production line and enormously saves the cost of labor.
    In the research process by combining the corrective TRIZ with the computer-aided engineering analysis to improve the assembling structure of mobile phones, this study firstly applies the corrective TRIZ software system to screen out some suggested innovation rules, and gives their detailed explanations. Through the conceptual design way by the improvement of thinking structure, and by means of CAD, the study undergoes dynamic simulation of the feasibility of its assembling movement tracks, and avoids the occurrence of possible interference. After the preliminary and necessary calculation, and with the aid of finite element analysis software, the study proves that the related material properties, such as their stress and displacement, are within the safety area, without destroying the structure.

    摘要I AbstractIII 誌 謝V 目錄VI 圖目錄XI 表目錄XVI 第一章緒論1 1.1研究背景與動機1 1.2文獻回顧2 1.3論文架構3 第二章 相關理論與技術5 2.1手機簡介5 2.1.1手機結構形式5 2.1.2標準型手機結構零件範例6 2.2專利簡介7 2.2.1專利的意義與種類7 2.2.2專利的要件與特性9 2.2.3專利的分類11 2.2.4專利檢索13 2.2.5專利迴避設計16 2.3創新問題解題理論(TRIZ)的簡介18 2.3.1 TRIZ的起源18 2.3.2 TRIZ的解題工具與架構21 2.3.3 TRIZ的解題程序23 2.3.4技術矛盾衝突矩陣表25 2.3.5修正式TRIZ簡介26 2.3.5.1 修正式TRIZ判讀模式建構26 2.3.5.2建立工程參數與發明法則群組27 2.3.5.3修正式TRIZ判讀流程31 2.4電腦輔助工程分析38 2.4.1電腦輔助工程分析概論38 2.4.2有限元素分析流程簡介39 2.4.3有限元素法之力學矩陣基礎43 2.5虛擬組裝47 2.5.1虛擬製造的優勢47 2.5.2虛擬組裝的建構與流程48 第三章 案例操作之其他依據與流程架構50 3.1材料之各相關性質介紹50 3.2卡勾採用之懸臂樑計算公式介紹52 3.3產品設計之原則介紹54 3.4案例操作之流程架構56 第四章 手機前後蓋頂部組裝機構的改善流程59 4.1手機組裝爆炸圖59 4.2手機前後蓋頂部組裝機構說明60 4.3手機頂部組裝機構之修正式TRIZ系統的判讀流程61 4.4頂部卡勾組裝機構之創新法則概念設計64 4.5頂部卡勾分離拆解之模擬旋轉運動說明65 4.6頂部卡勾旋轉干涉之修正式TRIZ系統的判讀流程66 4.7頂部卡勾旋轉干涉改善之角度計算與創新法則概念設計69 4.8頂部卡勾幾何尺寸之相關計算72 4.9以電腦輔助工程分析驗證頂部卡勾之相關特性74 第五章 前飾片組裝機構的改善流程79 5.1前飾片組裝方式說明79 5.2前飾片組裝機構之修正式TRIZ系統的判讀流程80 5.3前飾片組裝機構之創新法則概念設計82 5.4前飾片開啟結構之修正式TRIZ系統的判讀流程83 5.5前飾片開啟結構之創新法則概念設計85 5.6前飾片凸出層之修正式TRIZ系統的判讀流程86 5.7前飾片夾持結構之創新法則概念設計88 5.8前飾片卡勾幾何尺寸之相關計算89 5.9以電腦輔助工程分析驗證前飾片卡勾之相關特性91 第六章 手機底部組裝機構的改善流程93 6.1手機底部組裝機構說明93 6.2手機底部組裝機構之修正式TRIZ系統的判讀流程95 6.3底部卡勾組裝機構之創新法則概念設計97 6.4底部卡勾開啟之創研修正判讀98 6.5底部卡勾開啟之創新法則概念設計及干涉尺寸說明100 6.6底部卡勾幾何尺寸之相關計算104 6.7以電腦輔助工程分析驗證後卡勾之相關特性106 第七章 電池蓋組裝機構的改善流程109 7.1電池蓋組裝機構說明109 7.2電池蓋組裝機構之修正式TRIZ系統的判讀流程110 7.3電池蓋組裝機構之創新法則概念設計112 7.4滑軌滑槽概念之創研修正判讀114 7.5滑軌滑槽之創新法則概念設計116 7.6滑軌幾何尺寸之相關計算117 7.7以電腦輔助工程分析驗證凸點設計之相關特性121 第八章 改善結果與專利比較124 8.1相關結構之專利檢索與整理124 8.2案例與相關專利之比較128 第九章 結論與建議129 9.1 結論129 9.2 建議130 參考文獻131 附錄A 39項工程參數135 附錄B 40項創新法則138 附錄C 矛盾衝突矩陣表148 圖目錄 圖2-1常見手機外形結構示意圖5 圖2-2標準型手機結構零件範例6 圖2-3專利分類號組成結構13 圖2-4專利檢索流程示意圖14 圖2-5 TRIZ解題架構22 圖2-6由矛盾矩陣得到創新法則25 圖2-7修正式TRIZ判讀模式的建構流程27 圖2-8 判讀流程圖32 圖2-9修正式TRIZ 之判讀系統介面33 圖2-10移動物體群組對應之發明法則群組的優先次序34 圖2-11優先考慮次序的相關數值表示34 圖2-12 不欲惡化參數群組的優先次序35 圖2-13 優先考慮次序的相關數值表示35 圖2-14 發明法則群組對應的不欲惡化參數群組的次數總表36 圖2-15 發明法則則群組對應的不欲惡化參數群組的機率值總表37 圖2-16有限元素分析之流程圖42 圖2-17虎克定律示意圖43 圖2-18元素與節點示意圖44 圖2-19彈簧系統示意圖45 圖3-1材料之應力應變關係曲線51 圖3-2等矩形斷面懸臂樑示意圖53 圖3-3案例操作流程架構圖58 圖4-1範例手機之爆炸圖59 圖4-2前蓋及後蓋之內部螺絲柱60 圖4-3組合狀態之外觀與內側剖視圖60 圖4-4兩側卡勾無法拆解示意圖62 圖4-5前卡勾拆解創研之修正式TRIZ系統操作63 圖4-6卡勾開啟方向示意圖65 圖4-7動態模擬的關鍵位置66 圖4-8前卡勾旋轉的干涉現象67 圖4-9前卡勾干涉創研之修正式TRIZ系統操作68 圖4-10後蓋繞著旋轉中心軸的示意圖69 圖4-11卡勾卡槽干涉範圍示意圖70 圖4-12卡勾干涉改善之概念設計72 圖4-13頂部卡勾尺寸示意圖73 圖4-14前卡勾之網格分割75 圖4-15拘束條件設定75 圖4-16前卡勾之應力灰階雲紋圖76 圖4-17前卡勾正面之應力數值圖77 圖4-18前卡勾背面之應力數值圖77 圖4-19前卡勾之位移灰階雲紋圖78 圖4-20前卡勾之位移數值圖78 圖5-1手機之前飾片79 圖5-2前裝飾片組裝創研之修正式TRIZ系統操作80 圖5-3前飾片的組合結構82 圖5-4前飾片卡勾之應力集中區83 圖5-5前裝飾片開啟結構創研之修正式TRIZ系統操作84 圖5-6前裝飾片的表面改善85 圖5-7前裝飾片夾持結構創研之修正式TRIZ系統操作87 圖5-8前裝飾片的夾持改善89 圖5-9前飾片卡勾尺寸示意圖89 圖5-10前飾片卡勾之應力灰階雲紋圖91 圖5-11前飾片卡勾之應力數值圖91 圖5-12前飾片卡勾之應變位移灰階雲紋圖92 圖5-13前飾片卡勾之應變位移數值圖92 圖6-1手機底部螺孔之外觀及剖視93 圖6-2 TW00576074專利說明圖93 圖6-3螺絲結合機構與移除機構簡圖94 圖6-4 底部卡勾組裝創研之修正式TRIZ系統操作96 圖6-5倒轉概念修正後之卡勾型式97 圖6-6倒轉修正後的實體模型剖視及外觀98 圖6-7底部卡勾開啟創研之修正式TRIZ系統操作99 圖6-8施力方向修正後之實體外觀及剖視圖101 圖6-9組合及開啟狀態之實體模型圖101 圖6-10底部卡勾旋轉分離示意圖102 圖6-11卡勾旋轉運動軌跡示意圖103 圖6-12前飾片卡勾尺寸示意圖105 圖6-13後卡勾之應力灰階雲紋圖106 圖6-14後卡勾背面之應力數值圖107 圖6-15後卡勾正面之應力數值圖107 圖6-16後卡勾之位移灰階雲紋圖108 圖6-17後卡勾之位移數值圖108 圖7-1 電池蓋組裝結構109 圖7-2 電池蓋脫離示意圖110 圖7-3 電池蓋組裝創研之修正式TRIZ系統操作111 圖7-4後蓋之卡槽改為滑軌113 圖7-5後蓋之卡槽改為滑軌113 圖7-6電池蓋前後之滑軌滑槽114 圖7-7滑軌滑槽創研之修正式TRIZ系統操作115 圖7-8滑軌滑槽之球狀化概念設計116 圖7-9滑槽增加間距示意圖117 圖7-10滑軌應變分析設定117 圖7-11滑軌前側降低強度之修正118 圖7-12修正後之滑軌形狀119 圖7-13滑軌滑槽之接觸角120 圖7-14滑軌之應力灰階雲紋圖121 圖7-15滑軌之應力數值圖121 圖7-16滑軌之位移灰階雲紋圖122 圖7-17滑軌背面之位移數值圖122 圖7-18滑軌正面之位移數值圖123 表目錄 表2-1手機結構零件範例的零件名稱7 表2-2可供專利檢索的資料庫網站14 表2-3發明層次表19 表2-4 TRIZ 解決程序24 表2-5 TRIZ的39個工程參數群組表28 表2-6 TRIZ的40個發明法則群組表30 表2-7 TRIZ矩陣表形式37 表4-1前卡勾拆解創研之簡化的TRIZ矩陣表64 表4-2前卡勾干涉創研之簡化的TRIZ矩陣表69 表4-3 ABS材料之相關性質74 表5-1前裝飾片組裝創研之簡化的TRIZ矩陣表81 表5-2前裝飾片開啟結構創研之簡化的TRIZ矩陣表85 表5-3前裝飾片夾持結構創研之簡化的TRIZ矩陣表88 表6-1 底部卡勾組裝創研之簡化的TRIZ矩陣表97 表6-2 底部卡勾開啟創研之簡化的TRIZ矩陣表100 表7-1 電池蓋組裝創研之簡化的TRIZ矩陣表112 表7-2滑軌滑槽創研之簡化的TRIZ矩陣表116 表8-1由中華民國專利資料網篩選出之相關專利125 表8-2由美國專利資料庫篩選出之相關專利126 表8-3由歐洲專利資料庫篩選出之相關專利128

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