66 機構設計 產品設計入門 /發明/ TK Design & Company

每 50 個會操作 3D 工具的人，約只有 1 個人真的會做設計，

或者更少。其他的，能跟著別人的東西在畫圖就已經很不簡單

了。而且，不會做設計的其實是不會畫圖的，因為不會想像東

西的形狀，所以使用的圖法會是錯誤的，畫錯了圖，自己也不

知道。

且既然是一個設計工作者，能力當然就是要能把東西做出來，

從至少可以使用到會令人讚賞。不要迷失於 3D 工具的操作，

以為這就是能力。

做設計要的是學問，有智慧才會有能力。設計時能應用知識與

技術，不是創新就是發明。設計出來的東西 精於細、奧於妙，

簡單又完美。遇到問題有對策，多困難也能漂亮達成。能這樣，

才是一個機構設計工程師。我這樣說，一點也沒有誇大。

每一個設計都是代表自己成就的作品，一定是要讓人讚賞，讓

人驚嘆。會讓人敬仰，達成身分與地位，才能被稱為是一個設

計者。

真的設計者，會有好奇心，就是想 知道。平時會博學多問，

工作中會成長技術，作品就是要贏過別人，做沒有人會做的東

西。如果沒有好奇心，就不會有發現，沒有創作，就不能稱為

作品。

有學問，才能知道對與不對，有應用能力，才能做出好東西來。

如果是已經在做設計工作了，卻常是做不出東西，就應該知

道，自己對工作是不是還沒有入門，不知道原來要會的有這麼

多。

設計者的入門學問

1. 想像學：要做的東西能想像得出功效和形狀來，在腦海裡

一直編織到 理想、完美 的程度。甚至是天馬行空，胡思

亂想，不時在想。想出點子之後，才能開始作畫。

若想不出來，就用紙筆，把腦海裡的每一個想法都畫出來

看，看出每一個的問題來做對策。會用掉很多紙，一直到可

以解決問題，是最好的方案，才開始作畫。

2. 2D 學：2D 是構成 3D 的尺寸依據，這包括 尺寸都是來自

中心線、中心面，或 基準線、基準面 的概念。經由 2D 的

尺寸架構，再導入 3D 的實體，才會有 方向、尺寸、結構、

動作、和配合，才會有 R 邊化、R 角化、變形化 之後的尺

寸原點，才會知道圖有沒有畫錯。從 2D 來看出結構的關

係，看形狀、看剖面、看角度、看距離、看動作，再去修

正 3D。

2D 並非一定是存在於 X 軸、Y 軸、或 Z 軸，常常還存在於

第 4 個軸向、第 5 個軸向、或是一個有曲線變化的軸向。

用該軸向，來確認所生成的 3D，是對或是不對。

3. 原理學：最基本的物理原理是 槓桿原理、向量、以及 彈

性原理。最基本的機構原理是 固著、強度、應力、變形、

還有 熱膨脹。這些原理只是常識，稱不上是知識。熟悉這

些原理，緊跟隨在設計的每一步驟，一直在做思考、做檢

討、和做驗證，包括從 正向、側向、和基座 來做評估和

判斷，讓它成為自然的反應，像擺放東西時就會注意會不

會掉下來一樣的自然反應。符不符合原理是設計的成敗關

鍵。

4. 幾何學：知道 圓、弧、切線 如何銜接。理解 角度、向量

角度 如何架構。掌握 三角函數 的變化。能做 多大多小、

極限 的取決。要能隨心駕馭這些函數，如數雞羊。幾何學

當然也包括 拓普學『Topology』，怎麼將 1 變成一個 2，

或者是 3。以及 要做成什麼形狀、如何固定、如何動作 的

邏輯能力。

5. 數學：能知道注意要點，用計算訂出最佳數據。能知道該

有的精度、會引起的誤差。會制定配合要件，包括 裕度，

而決定出尺寸和公差。會保持尺寸，都是開始的設定值，

或都是整理過的整數。會做驗算和校正，加減都能歸於 0。

6. 完美學：完整的設計，包括 不破壞造形、漂亮、有細微之

處、固定良好、實用、沒有錯誤。要確定是做得出來，可

以組裝，可以維修，已達成是最完美的程度。還包括 產品

對周邊設備的考量，例如、須要配合的地方、人體工學、

環境。完成設計後還要一直回想有沒有問題，可不可以再

改善。

完美學包括 美學，美學主要內容是 造形、裝飾、修飾、配

色、視感、觸感、順手、溶入。

第 3 項 原理學、可以參看 『59 槓桿原理』、『49 向量』、『10

虎克定律』、『35 圓角的秘密』、『37 熱膨脹係數』。第 5 項 數

學、可以參看 『02 公差與配合』。第 6 項 完美學、可以參看

『03 Design』、『65 造形之一』、『64 實用就是美感』。以及

其他做設計的相關知識。

這些學問，並不是看過本文就會得到了，是要去認真讀書，用

心學習，才可能得到，所以是學問。對物理學沒興趣、數學不

求好的人，將難以達成。

設計者的基本能力

有基礎的學問，才可能再談到基本的能力。做為一個設計者，

應懂，甚至須要到熟知的事情，還有很多很多。

1. 對機構學的應用能力。有 螺絲、插銷、墊片、倒勾、鑲入、

接合、鉚合、夾合、黏著。定位、擋止、調整、鬆緊、精

度。平面、位置、受力、表面、硬度、圓角、補強、平衡、

穩固。轉動、滑動、彈動、預壓。帶動、制動、釋放。壓

力、拉力、扭力、剪力。齒輪、滾輪、摩擦、潤滑、止滑。

慣性、振盪、阻尼、真空、逃氣。外殼、基座、支撐、預

留、收尾、架腳、旋鈕、按鍵、指示、插座、電源。配置、

間隔、交錯、重疊、改變、簡化、替代。造形、理形、空

間、置入、取出、操作、觸感、防呆。清潔、保護、防塵、

防銹、防水、防火。測量、試驗。落下、震動、包裝、環

境、溫度、濕度。可行、效果、實用、安全、壽命、裝拆、

修理、成本。零件的個數、材質的利用、加工的誤差、組

裝的變異。訂定公差、開模注意事項、圖面取名、圖面編

號、BOM。規格、大小、重量、特點、使用說明。創新、

發明、專利。

以及 對該項產品的透徹瞭解，包括參考別人的產品。發表、

檢討、改善。廠商 Survey、檢驗、試做樣品、發現問題、

不良分析，對策、工程安排、治具、作業指導。

動態設計是靜態的 50 倍困難，要非常仔細的配合，反覆的

模擬和檢討。

2. 對射出加工、塑膠材料的瞭解。包括 分模線、退模角、對

嵌、滑塊、頂出、肉厚、射出條件。玻璃纖維、結晶、次

料。模具、機台，等等。另外還有對樹脂材料的瞭解。包

括 人工橡膠、天然橡膠、矽膠、環氧樹脂、硬度、熟化，

等等。

3. 對沖床加工、金屬材料的瞭解。包括 製程、沖斷、折彎、

引伸、誤差、毛邊、絲向、硬度、鉚合、焊接。鐵板、不

銹鋼、黃銅、鋁板、鋁合金、電鍍、氧極處理。模具、機

台，等等。另外還有 對車床加工的瞭解。包括 柱子、鉚

釘，等等。以及 對彈簧件的瞭解。包括 壓縮、拉伸、正

捲、反捲。

4. 對電子學、電子零件的認識。包括 原子、電子、電壓、電

流、功率、交流、直流、整流、電池、導電、接觸壓力、

絕緣、頻率、無線電、Wi-Fi。電源、訊號、接地、並連、

串連、隔離、EMI、ESD。靜電破壞。PCB、PCBA、半導

體、LED、LCD、Antenna、Speaker，等等。另外還有 對

磁力學的認識。包括 磁極、回路、磁滯、導磁、逆磁。磁

頭，等等。以及 對散熱學的認識。包括 傳導、輻射、對

流、隔熱。

5. 對光學的認識。包括 光線、光波、亮度、色溫、加色、減

色、透射、反射、折射、極化、聚光、擴散、紅外線、紫

外線、雷射、螢光、輻射。鏡頭、濾光、鍍膜、對比、解

析度、色散，等等。

6. 瞭解現時的工業技術與廠商的能力。包括 尺寸的精度。

第 1 項的各能力項目，可以寫成 Design Shooting，放在桌

前。來校對所設計的各個構造，是不是都利用到正確的方法、

最好的方法，對設計的思路、設計的品質有很大的幫助。不良

分析，對策、可以參看 『54 不良分析的做法』。專利、可以

參看 『12 如何寫專利』。

第 2 項 對射出加工、塑膠材料的瞭解、可以參看 『42 機構

設計 塑膠件的設計』、『07 塑膠的認識』、『34 塑膠射出成形

技術』。第 3 項 對沖床加工、金屬材料的瞭解、可以參看 『38

金屬板材的認識』、『14 電鍍原理』。第 4 項 對電子學、電子

零件的認識、可以參看 『61 歐姆定律』、『18 電接觸面導通

原理 接觸盤』、『41 機構設計 電池室的設計』。第 5 項 對光

學的認識、可以參看 『15 光線與光波』、『50 偏極光』。

若所述的各項能力有不會的，就要一點一點的去把它 學會、

搞懂。養成好奇心，不知道的問到底。用想、用看、用做，一

直到熟悉了，能應用自如，變成 有技巧、講得出道理 為止，

才會是有能力。

一個設計 會有 100 個方法可以達成

一個設計，會有 100 個方法可以達成，畫好一個不理想，就換

下一個，要畫好幾個，好幾幾個後，才會得出比較好的那一個。

這才是在做設計。

成熟的技巧

有成熟技巧的人，會簡化構造、減少零件、做到沒有螺絲。容

易開模、容易組裝、隨便做都會是高精度。開模後都不用再修

改，一次的試模檢討後，就沒有不良。有成熟的技巧就會有自

己的設計特色，造形也會很漂亮。

創新與發明

做機構設計，不要將自己禁錮在既有的一些構造，只在做翻

抄，也要能做出一些改良、一些特點、一些創新與發明，能提

高產品的價值，也能提升自己的實力。

Open Your Mind

放開心胸，請教別人、接受評論，虛心改進，才會有好作品。

能教導別人，自己還會更進步。能溝通廠商，可以把品質做到

最好。能展現出知識技術，可以達成別人對自己的信服和信賴。

心情放鬆假

設計須要長時間的聚精會神，心情是緊張的，是會累的。但當

作品完成時，心中自會有一股喜悅，有多少的創新全部達成，

有多少的問題都被解決。為自己多了一個成就，為世界做出了

一份貢獻，就慰勞一下自己，做自己想做的事，放鬆休息個三

五天，等待下次的挑戰。

要有成功的經驗

作品一定要受人讚賞，不然就是做了幾年幾十年，也會一樣的

沒有成就。有成功的經驗，才會走向成功之路，才會有成就。

會主動增長自己 知識、技術、能力 的人不多，都是在遇到問

題時，才知道不會。這樣會對不良視而不見，更遑論是東西要

做多好。一定要加油，多讀書、多上網查知技、多親身體驗，

給自己一顆金頭腦、聰明，如果你要做一個真的 機構設計工

程師。

TK Cheng