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摘要：网关产品是一种无线网络传输设备，随着WIFI技术的发展，网关产品的结构设计也需进一步优化使可靠性更好，安全性更高，外观更美观甚至达到防水防尘的优点。 本文就网关产品的结构设计提供一定的设计思考，为后续网关产品的设计提供一定的参考依据。
关键词：网关产品;结构设计;发展趋势
1导言
网关产品的结构设计需配合硬件和ID外形进行处理，考虑电子零件堆棧，天线位置，结构强度，表面处理，模具成型等因素。一方面结合功能需要来确定基本结构和设计规范，另一方面在同一成本范围下要选择合适的材料，散热方案，成型工艺，表面处理技术;考虑加工，组装，重工便捷性，成型周期和良率优化等多个方面。
2网关产品结构设计特点
网关产品的结构设计有以下四个主要特点。1.结构设计结合电路设计同步进行，相互协调修改。2.考虑散热及其因散热方案的不同导致的可靠性差异和成本的差异。 3.除满足常规可靠性要求外，还需要通过钢球测试，使人手指不触及ELV （extra-low voltage） circuit电路/及其TNV（telecommunication network voltage）电路。4.需要提前考虑天线布局及其走线。
3网关产品结构设计原则理念
3.1外观处理及其分模分件的考虑
通过ID和artwork文件，分析使用何种材料及工艺。以最少化分件为原则。设计初期考虑：1.确认拔模角度是否足够。 ID文件通常不会考虑拔模和表面纹理的关系，需结构设计时根据表面纹理来确认拔模角度是否足够。2.外观是否会导致料厚不均。产品料厚不均，会导致应力及其成型困难。3.材质的选用是否可以达到外观效果。4.避免后置处理以减少不良和降低成本。最少化分模分件理念：1.不同颜色的部份拆成不同零件。2.结合产品需求量优先考虑双色成型。3.同颜色部分整合成一个部件。4. 根据不同等级的外观面来设置分模线位置。
3.2散热的设计及其优化
网关设备的工作温度直接决定寿命和稳定性，优质的产品不仅需要在硬件性能方面实现良好的工作状态，还必须配备良好的散热处理。设计原则遵循：1.以PCBA layout的散热为主，通过Ground分散热源，并利用PCB组件表面向周围空气散热。2.以通用散热片和散热膏为优先选择避免新增物料。3.优先自然对流，避免使用风扇。4.散热孔的设置需要符合安规UL-60950的规范。
3.3网关产品装配方式
网关产品特别需要考虑可重工性。因此对网关产品的组装要求是：好装好拆好检测。归类几种常见组装方式：1.螺丝装配，包含自攻螺丝和机械牙螺丝。塑料外壳使用自攻螺丝而铝合金等金属外壳或者镶嵌铜螺母的外壳使用机械牙螺丝。如产品需求量够大则可购入自动锁螺丝机。对IP68防水防尘产品，优先选用机械牙螺丝，螺丝间距<=50mm来达成O-ring的密封压力。2.卡扣装配方式。是直接将卡扣设计在壳体上，通过壳体卡扣的扣合来保证壳体的组装。卡扣连接强度不如螺丝，但成本优于螺丝连接。 卡扣设计需结合产品外形合理布置数量和方向，达到可靠性和拆装便捷性的平衡。在最易变形方向进行最大扣合量的设计，并可通过仿真模拟冲击来确认设计合理性。下图是本人所开发产品的卡扣优化组合设计，可以顺利通过1.3m高，500g 的钢球测试。
3.Over molding或超声波组装。此类方式最大优势是没有间隙外观漂亮，同时在人员劳动强度和工时成本上有优势。缺点是不可无损拆开。适用于整体电路成本不大，电路简单的产品。
3.4间隙和外观孔设计
间隙根据公差分析进行布局，分为定位间隙和强度间隙。定位间隙用于定位，数值小;强度间隙用于产品受冲击时间隙变为0，让内部结构连成整体提高强度。外观孔的设计需遵守国标GB8898—2011或国际标准UL60950规范，避免因为孔尺寸过大而不能通过安规认证。
4网关产品结构设计的发展趋势
随着WIFI和5G技术的发展，物流网和智能家居的兴起，网关产品结构可预见向以下几个趋势发展：1.WIFI6即MU-MIMO（多用户多入多出）技术的使用;2.内置天线，需要考虑更合理的走线布局并避免天线相互干扰;3.扁平外形向立方体外形发展，单一大PCB向多个PCB组合发展;4.智能网关对屏幕显示和语音的需求，需我们掌握屏幕和声学方面的设计和测试规范;5.户外防水防尘要求，需要我们掌握防水防尘规范。
5结语
网关产品的飞速发展已经成为工业制造和居家生活中的重要组成部分，对网关产品的结构设计也提出了更高的要求。因此要求进一步考虑优化网关产品堆栈尺寸，散热及其天线排布，以符合制造的基础成本和生产能力。本文论述网关产品的特点和设计原则理念，并在此基础上，分析了发展趋势，希望为行业提供一些参考。
参考文献
[1] 王家庆.塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2] 黎恢来 产品结构设计实例教程[M] 电子工业出版社，2013
[3] 赵占西 产品造型设计材料与工艺 [M] 机械工业出版社，2011
作者简介：肖剑锋（1981.6- ），男，广西柳州，学士，公司资深工程师;主要从事网关新产品机构开发，研究方向：结构设计，热设计.
关键词：网关产品;结构设计;发展趋势
1导言
网关产品的结构设计需配合硬件和ID外形进行处理，考虑电子零件堆棧，天线位置，结构强度，表面处理，模具成型等因素。一方面结合功能需要来确定基本结构和设计规范，另一方面在同一成本范围下要选择合适的材料，散热方案，成型工艺，表面处理技术;考虑加工，组装，重工便捷性，成型周期和良率优化等多个方面。
2网关产品结构设计特点
网关产品的结构设计有以下四个主要特点。1.结构设计结合电路设计同步进行，相互协调修改。2.考虑散热及其因散热方案的不同导致的可靠性差异和成本的差异。 3.除满足常规可靠性要求外，还需要通过钢球测试，使人手指不触及ELV （extra-low voltage） circuit电路/及其TNV（telecommunication network voltage）电路。4.需要提前考虑天线布局及其走线。
3网关产品结构设计原则理念
3.1外观处理及其分模分件的考虑
通过ID和artwork文件，分析使用何种材料及工艺。以最少化分件为原则。设计初期考虑：1.确认拔模角度是否足够。 ID文件通常不会考虑拔模和表面纹理的关系，需结构设计时根据表面纹理来确认拔模角度是否足够。2.外观是否会导致料厚不均。产品料厚不均，会导致应力及其成型困难。3.材质的选用是否可以达到外观效果。4.避免后置处理以减少不良和降低成本。最少化分模分件理念：1.不同颜色的部份拆成不同零件。2.结合产品需求量优先考虑双色成型。3.同颜色部分整合成一个部件。4. 根据不同等级的外观面来设置分模线位置。
3.2散热的设计及其优化
网关设备的工作温度直接决定寿命和稳定性，优质的产品不仅需要在硬件性能方面实现良好的工作状态，还必须配备良好的散热处理。设计原则遵循：1.以PCBA layout的散热为主，通过Ground分散热源，并利用PCB组件表面向周围空气散热。2.以通用散热片和散热膏为优先选择避免新增物料。3.优先自然对流，避免使用风扇。4.散热孔的设置需要符合安规UL-60950的规范。
3.3网关产品装配方式
网关产品特别需要考虑可重工性。因此对网关产品的组装要求是：好装好拆好检测。归类几种常见组装方式：1.螺丝装配，包含自攻螺丝和机械牙螺丝。塑料外壳使用自攻螺丝而铝合金等金属外壳或者镶嵌铜螺母的外壳使用机械牙螺丝。如产品需求量够大则可购入自动锁螺丝机。对IP68防水防尘产品，优先选用机械牙螺丝，螺丝间距<=50mm来达成O-ring的密封压力。2.卡扣装配方式。是直接将卡扣设计在壳体上，通过壳体卡扣的扣合来保证壳体的组装。卡扣连接强度不如螺丝，但成本优于螺丝连接。 卡扣设计需结合产品外形合理布置数量和方向，达到可靠性和拆装便捷性的平衡。在最易变形方向进行最大扣合量的设计，并可通过仿真模拟冲击来确认设计合理性。下图是本人所开发产品的卡扣优化组合设计，可以顺利通过1.3m高，500g 的钢球测试。
3.Over molding或超声波组装。此类方式最大优势是没有间隙外观漂亮，同时在人员劳动强度和工时成本上有优势。缺点是不可无损拆开。适用于整体电路成本不大，电路简单的产品。
3.4间隙和外观孔设计
间隙根据公差分析进行布局，分为定位间隙和强度间隙。定位间隙用于定位，数值小;强度间隙用于产品受冲击时间隙变为0，让内部结构连成整体提高强度。外观孔的设计需遵守国标GB8898—2011或国际标准UL60950规范，避免因为孔尺寸过大而不能通过安规认证。
4网关产品结构设计的发展趋势
随着WIFI和5G技术的发展，物流网和智能家居的兴起，网关产品结构可预见向以下几个趋势发展：1.WIFI6即MU-MIMO（多用户多入多出）技术的使用;2.内置天线，需要考虑更合理的走线布局并避免天线相互干扰;3.扁平外形向立方体外形发展，单一大PCB向多个PCB组合发展;4.智能网关对屏幕显示和语音的需求，需我们掌握屏幕和声学方面的设计和测试规范;5.户外防水防尘要求，需要我们掌握防水防尘规范。
5结语
网关产品的飞速发展已经成为工业制造和居家生活中的重要组成部分，对网关产品的结构设计也提出了更高的要求。因此要求进一步考虑优化网关产品堆栈尺寸，散热及其天线排布，以符合制造的基础成本和生产能力。本文论述网关产品的特点和设计原则理念，并在此基础上，分析了发展趋势，希望为行业提供一些参考。
参考文献
[1] 王家庆.塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2] 黎恢来 产品结构设计实例教程[M] 电子工业出版社，2013
[3] 赵占西 产品造型设计材料与工艺 [M] 机械工业出版社，2011
作者简介：肖剑锋（1981.6- ），男，广西柳州，学士，公司资深工程师;主要从事网关新产品机构开发，研究方向：结构设计，热设计.