产品开发设计的案例-6 气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）

15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）15.6.1

设计背景及研究阶段15.6.2

第一轮概念方案15.6.3

第二轮深化扩展方案15.6.4

第三轮深化扩展方案15.6.5

第四轮结构方案深化阶段15.6.6

造型方案冻结15.6.7

样机制造监理15.6.8

与环境结合的系统扩展设计15.6.9

项目总结第15章

产品开发设计的案例《产品开发设计》-数字资源15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例项目名称：气象地物相机的单体系统设计开发企业：HUAYUN华云项目负责人：肖军涛设计成员：李健、肖军涛（见图15-6-1）项目周期：6个月服务范围：设计研究、环境研究、原理设计、结构设计、软硬件设计、产品外观设计、产品批量测试、制造、实施15.6.1

设计背景及研究阶段15.6.1

设计背景及研究阶段气象地物相机设计项目，是一个工程实现导向的产品开发设计项目。产品开发前期就明确了项目目标及核心难点，包含了基于小批量制造的成本控制和严苛的环境适应性等指标。尽管项目以工程实现为导向，但整个设计过程由工业产品设计师主导，体现了设计驱动的开发特色。图15-6-2所示为地物相机环境应用现状及辅助功能设计简要说明。图15-6-2

地物相机环境应用现状及辅助功能设计简要说明图15-6-1相关设计者15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.1

设计背景及研究阶段15.6.1

设计背景及研究阶段图15-6-3所示为地物相机核心元器件及数据堆叠，在行业内进行基础元器件选型，包含核心摄像头元器件、热管理系统、辅助照明系统等。并基于这些选型器件进行数据化堆叠及实物测试。在进行实物测试的同时，相关数据同步输出给设计师进行与造型有关的初步布局设计。设计师参与到前期布局设计环节，一方面可能提出创意布局，另一方面可以对后续设计起到很好的直观的指导作用。图15-6-3

地物相机核心元器件选型及数据堆叠15.6

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产品开发设计的案例15.6.1

设计背景及研究阶段15.6.1

设计背景及研究阶段图15-6-4

前期调研（部分）行业产品设计师在前期环境研究及内部元器件充分了解的基础上，开展相关行业现状的调研。调研过程不仅包含图像素材的收集，还包含行业优秀案例的分析与学习（见图15-6-4）。充分的行业调研，可以让设计师短时间内变成这个行业领域的专家。15.6

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产品开发设计的案例15.6.1

设计背景及研究阶段15.6.1

设计背景及研究阶段图15-6-5所示为除了行业外的设计调研，包含基于造型和材料工艺及创新结构的跨界调研，其他行业的优秀解决方案，可以很好地启发本行业的设计，起到他山之石可以攻玉的效果。图15-6-5

前期调研（部分）跨界参考15.6

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产品开发设计的案例15.6.2

第一轮概念方案15.6.2

第一轮概念方案1.A枪机式方案图15-6-6所示为A枪机式方案（以下简称A方案）。它与现有枪机式监控摄像头造型及工艺类似；遮罩与本体尽量采用型材工艺；地物版与其他两个角度（全向）版本共用型材模具，（端头局部替换件）；安装方式也与监控摄像头安装方式类似，通过调节连接杆的角度，指向不同方向。图15-6-6

A枪机式方案15.6

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产品开发设计的案例15.6.2

第一轮概念方案15.6.2

第一轮概念方案2.B异形遮罩式方案图15-6-7所示为B异形遮罩式方案（以下简介B方案）。它借鉴Vaisala（维萨拉公司）特殊比例方案；通过夸张遮罩尺度与比例，实现与枪机式不同的造型语言；地物版于其他两个角度（全向）版本共用型材模具，（端头局部替换件）；安装方式也与监控摄像头安装方式类似，通过调节连接杆的角度，指向不同方向。图15-6-7

B异形遮罩式方案15.6

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产品开发设计的案例15.6.2

第一轮概念方案15.6.2

第一轮概念方案3.C遮罩/独立盒式方案图15-6-8所示为C遮罩/独立盒式方案（以下简称C方案）。通过异形盒子的造型语言，进一步拉开与枪机式造型的雷同感；遮罩与本体可采用钣金工艺。图15-6-8

C遮罩/独立盒式方案15.6

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产品开发设计的案例15.6.2

第一轮概念方案15.6.2

第一轮概念方案4.D叠加/模块化扩展方案图15-6-9为D叠加/模块化扩展方案（以下简称D方案）。它通过垂直方向的模块增减，实现地物/水平/天顶三种摄像头的模块化扩展。此模式不是建议甲方增购时的扩展，而是出厂时直接装配好的产品，只是在产品序列里分为两种版本（地物版和全向版）。图15-6-9

D叠加/模块化扩展方案15.6

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产品开发设计的案例15.6.2

第一轮概念方案15.6.2

第一轮概念方案5.E一体化扩展方案图15-6-10所示为E一体化扩展方案（以下简称E方案）。一套模具，实现地物/水平（VR)/天顶三种摄像头的扩展。通过在外壳上的局部修改（增减），实现版本型号的扩展，节省模具费用，统一产品的形式语言。图15-6-10

E一体化扩展方案15.6

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产品开发设计的案例15.6.2

第一轮概念方案15.6.2

第一轮概念方案6.扩展系统——标靶方案图15-6-11为扩展系统——标靶方案。方案一（图上左）为分布式方案，与现有设备原理类似；方案二（图上右）为整合式方案，尽可能地将功能整合，减少占地面积，节省材料工艺，但可识别性有待进一步验证。图15-6-11

扩展系统——标靶方案概念方案阶段的设计具有很强的跳跃性、开放性、尝试性的特点，有点像项目前期的热身运动。设计师会提出一些基于前期调研成果的初步解决方案，与需求方一起探讨。通过概念方案的开放性尝试，逐步聚焦目标，为后续设计提供方向指引，起到抛砖引玉的作用。15.6

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产品开发设计的案例15.6.3

第二轮深化扩展方案15.6.3

第二轮深化扩展方案基于前期对功能需求及元器件的测试，设计师提出了一个核心密封摄像模组的思路，并主导设计了一个整合热管理及辅助照明系统的下摄核心器件（见图15-6-12）。通过内部结构评估通过后，确定后续设计都可以按照这个核心器件进行设计展开。图15-6-12

设计师设计的下摄核心器件15.6

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产品开发设计的案例15.6.3

第二轮深化扩展方案15.6.3

第二轮深化扩展方案

整合后的摄像系统可以将需要密封耐候的器件压缩到一个模块内部，强化了其耐候性和维护性，且可以很好地适应到各种造型方案中。图15-6-13所示的是核心模块与各种造型方案的适配性。

图15-6-13

核心模块与各种造型方案的适配性15.6

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产品开发设计的案例15.6.3

第二轮深化扩展方案15.6.3

第二轮深化扩展方案在第一轮概念设计的基础上，选择D方案和E方案进行深化设计。图15-6-14示意将摄像系统模块整合进D系列方案内部之后的方案调整效果，以及内部分析。图15-6-14

D叠加/模块化扩展方案通过垂直方向的模块增减，实现地物/水平/天顶三种摄像头的模块化扩展；此模式不是建议甲方增购时的扩展，而是出厂时直接装配好的产品，只是在产品序列里分两种版本（地物版和全向版）。其优点首先再造型区分于监控摄像头，显得更专业，且系列产品间风格统一；其次三种摄像头之间可以实现很好的模块化组合。15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.4

第三轮深化扩展方案15.6.4

第三轮深化扩展方案基于前期设计及硬件评估的逐渐聚焦，功能需求逐渐明朗。如图15-6-15所示，设计师首先对核心模块进行了功能细化设计，并结合细化后的模块，开展整机的造型设计及结构工艺分析。图15-6-15

摄像系统核心模块深化设计15.6

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产品开发设计的案例15.6.4

第三轮深化扩展方案15.6.4

第三轮深化扩展方案设计师主导，针对前期确定的方案D系列和E系列进行造型与结构结合的深化设计（见图15-6-16）。这一过程可以很好地论证前期造型的可行性，并同步与结构工程师沟通，让结构工程师开展相关论证工作。图15-6-16

符合结构与材料工艺合理性的方案深化设计15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.4

第三轮深化扩展方案15.6.4

第三轮深化扩展方案这一阶段，我们把前期的DE方案重新命名成AB方案，分别进行深化设计，并进行最终阶段的评估。最终，虽然B方案具有（钣金工艺）成本优势，但其无法实现未来扩展整合的局限性，导致最终被放弃。后续方案深化，将围绕着A方案展开，并同步实地测试了A方案的等比快速原型（见图15-6-17）。图15-6-17

A方案的等比快速原型实地测试

前期方案阶段一直处于案头设计阶段，随着方案的逐渐聚焦，我们将A方案，按照1：1的比例制作了外观快速原型，并将其安装到现场，进行造型尺度与环境适应性的评估。15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.5

第四轮结构方案深化阶段15.6.5

第四轮结构方案深化阶段

在结构方案深化阶段，从外观设计到结构设计实现，是外观造型设计师与结构工程设计师博弈的过程。经验丰富的设计师可以充分参与到结构设计讨论中，图15-6-18和图15-6-19是部分设计师与结构工程师围绕设计深化及线上讨论过程。

图15-6-18

设计深化及线上讨论过程1

外观造型设计师：“此处金属桶与塑料件的造型关系严格按我设计来，包括落差及倒角。我理解你设计的造型是为了从外面安装，并起到防水的作用，但这个位置的造型比防水重要，所以还是采取内装工艺吧。如果担心因为没有配合关系而不能紧密配合，可以采取如在安装好两组镜头之后，用杆件在两个镜头组之间进行支撑，把镜头压向外壁的方法。”

结构工程设计师：“我原想灯板玻璃后面的环也是白色电镀的，但按现在的结构设计，只能局部喷银漆，但现在看结构模，倒也暂时不用更改，做出实物看看效果吧。后续如果实在需要，估计要单独做个电镀装饰件（见上页修改）。”

以上为外观造型设计师与结构工程设计师基于设计细节的线上讨论过程，这里只是部分对话。实际这样的讨论贯穿于整个项目期间，且讨论过程会被留存备案，并同步到项目群组里，实现与所有相关者的信息同步与共享。外观造型设计师能否参与到结构设计阶段并坚持自己的造型特征，取决于外观造型设计师的设计经验，尤其是针对材料工艺及结构的经验，所以从某种程度上说，外观造型设计师应该具备一定的结构设计能力，才能够对等的与结构工程设计师进行沟通讨论。15.6

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产品开发设计的案例15.6.5

第四轮结构方案深化阶段15.6.5

第四轮深化方案

在结构方案深化阶段，从外观设计到结构设计实现，是外观造型设计师与结构工程师博弈的过程。经验丰富的设计师可以充分参与到结构设计讨论中，如图15-138、图15-139是部分设计师与结构工程师围绕设计深化的讨论过程。

图15-6-19

设计深化及线上讨论过程2

设计师：“此处金属桶与塑料件的造型关系严格按我设计来，包括落差以及倒角。我理解你设计的造型是为了从外面安装，并起到防水的作用，但这个位置的造型比防水重要，所以还是采取内装工艺吧。如果担心因为没有配合关系而不能紧密配合，可以采取例如，在安装好两组镜头之后，用杆件在两个镜头组之间进行支撑，把镜头压向外壁的方法”

设计师：“我原想灯板玻璃后面的环也是白色电镀的，但按现在的结构设计，只能局部喷银漆，但现在看结构模，到也暂时不用更改，做出实物看看效果吧。后续如果实在需要，估计要单独做个电镀装饰件。（见上页修改）”

以上为外观造型设计师与结构工程师基于设计细节的线上讨论过程，这里只是截取部分。实际这样的讨论贯穿于整个项目期间。且讨论过程会被留存备案，并同步到项目群组里。实现与所有相关者的信息同步与共享。造型设计师是否能够参与到结构设计阶段并坚持自己的造型特征，取决于造型设计师的设计经验，尤其是针对材料工艺以及结构的经验，所以某种程度上来说，造型设计师应该具备一定的结构设计能力。才能够对等的与结构工程师进行沟通讨论。15.6

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产品开发设计的案例15.6.6

造型方案冻结15.6.6

造型方案冻结

随着所有造型细节的结构深化，造型方案来到最后的冻结阶段，这时候设计师会将最终方案进行效果图渲染及工艺描述，并配合样机制造，进行相关平面设计工作，以及平面丝网印刷的文件输出，如图15-6-20和图15-6-21所示。图15-6-20最终方案效果图渲染及工艺描述15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.6

造型方案冻结15.6.6

造型方案冻结

随着所有造型细节的结构深化，造型方案来到最后的冻结阶段，这时候设计师会将最终方案进行效果图渲染及工艺描述，并配合样机制造，进行相关平面设计工作，以及平面丝网印刷的文件输出，如图15-6-20140、图15-141所示。图15-6-21

最终方案的平面丝印印刷的文件输出15.6

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产品开发设计的案例15.6.6

造型方案冻结15.6.6

造型方案冻结设计师还要配合项目团队，对产品与其他组件的连接方式进行设计建议，从而保证方案在工艺可行的前提下与其他组件的协调性，如图15-6-22所示。图15-6-22

产品与其他组件的连接建议

好的设计不仅仅是设计本体，还包含设计本体与扩展周边的协调性。在这个项目中。主体方案具备很强的简洁特质，所以不能采用传统的粗糙的连接方式。所以设计师与结构工程师共同探讨设计了一种新的，尽可能简洁又不失操作性的连接方式。15.6

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产品开发设计的案例15.6.7

样机制造监理15.6.7

样机制造监理设计师会全程参与样机制造监理过程，并随时针对制造过程遇到的问题进行反馈和调整。图15-6-23所示为设计师参与样机制造监理及调整过程。a）图15-6-23设计师参与样机制造监理及调整过程15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.7

样机制造监理设计师会全程参与样机制造监理过程，并随时针对制造过程遇到的问题进行反馈和调整。图15-6-23为设计师参与样机制造监理及调整过程。b）15.6.7

样机制造监理图15-6-23设计师参与样机制造监理及调整过程（续）15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.7

样机制造监理方案设计从案头到实物的过程会遇到各种问题，有些与结构工艺有关，有些受微妙的造型影响。设计师会把好最后一道关，随时针对各种细节进行调整。保证最终成果符合预期。图15-6-24为样机成果展示和设计师参展现场照片。图15-6-24

样机成果展示和设计师参展现场照片15.6.7

样机制造监理15.6

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产品开发设计的案例15.6.8

与环境结合的系统扩展设计15.6.8

与环境结合的系统扩展设计这个项目除了核心单体设计之外，还包含与环境结合的系统拓展设计。设计师会从环境、需求、流程、成本等角度与开发团队一起进行相关系统的设计工作，如图15-6-25~图15-6-28所示。图15-6-25

系统设计的过程即前期概念设计15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.8

与环境结合的系统扩展设计15.6.8

与环境结合的系统扩展设计这个项目除了核心单体设计之外，还包含与环境结合的系统扩展设计。设计师会从环境、需求、流程、成本等角度与开发团队一起进行相关系统的设计工作，如图15-6-25~图15-6-28所示。图15-6-26

基于前期设计的聚焦反馈与成本明细15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.8

与环境结合的系统扩展设计15.6.8

与环境结合的系统扩展设计这个项目除了核心单体设计之外，还包含与环境结合的系统扩展设计。设计师会从环境、需求、流程、成本等角度与开发团队一起进行相关系统的设计工作，如图15-6-25~图15-6-28所示。图15-6-27

系统设计的过程

数据输出15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.8与环境结合的系统扩展设计15.6.8

与环境结合的系统扩展设计这个项目除了核心单体设计之外，还包含与环境结合的系统扩展设计。设计师会从环境、需求、流程、成本等角度与开发团队一起进行相关系统的设计工作，如图15-6-25~图15-6-28所示。图15-6-28

系统设计的过程及现场测试

在系统设计阶段，我们会尽量采用现有的工艺技术，通过材料选型及采购等手段，在保证造型风格一致性的前提下，尽量降低成本，实现通用性设计，重点关注方案的后续维护性及耐候性等功能需求，并通过不断的现场测试优化，实现最终的定案。最终定案不但包含标准化的器件，还包含标准化的操作流程。15.6

气象设备案例（气象地物相机的单体与系统设计）第15章

产品开发设计的案例15.6.9项目总结15.6.9

总结本项目系统地介绍了气象地物相机从无到有的完整设计与开发过程，包括从设计背景的确立、概念方案的提出与筛选，到深化设计的迭代优化、样机制造的实施及验证，以及最终系统扩展设计的落地。整个项目由工业设计主导，采用以用户需求为核心的设计策略，通过深度调研行业现状与应用环境，结合跨领域的创新性思维，逐步攻克了小批量制造的成本控制、高耐候性要求及复杂环境适应性等多方面技术挑战。在设计过程中，项目团队通过整合关键功能模块、优化结构设计和材料工艺选择，确保产品具备良好的性能和可靠性，同时兼顾了造型的创新性和