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研究生:丁琮
研究生(外文):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
論文名稱(外文):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:林榮慶林榮慶引用關係
指導教授(外文):Zong-Ching Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:自動化及控制研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
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:hookingmobile phoneTRIZ theoryfinite 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
Abstract III
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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