設計靠智慧 不是靠3D工具

1. 66 機構設計 產品設計入門 /發明/ TK Design & Company

2. 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。
且既被稱為 機構設計工程師，應該是對機構的設計很有能力
才對。從簡單的靜態結合，到複雜的動態分解，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。

3. 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

4. 西。如果沒有好奇心，就不會有靈感，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，不知道做機構設計，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

5. 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。
想，是做設計的唯一方法。不會想，不想想，不認真想，不
回頭再來想，就不會有好東西跑出來，就不會有進步。
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、

6. 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、看精準
度，看完美的程度，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、

7. 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 大小、平
衡、極限 的取決。要能隨心駕馭這些函數，如數雞羊。幾

8. 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。
會一直的重複的在做計算，才是在做設計。
6. 完美學：完整的設計，包括 不破壞造形、漂亮、有細微之

9. 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，直到能被肯定真是完美為止。
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

10. 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。

11. 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、固定、半固定、調整、鬆緊。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、接頭、萬向、摩擦、潤滑、止滑。
慣性、加速度、反作用力、震盪、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。Hinge、Lock、Key。分模、配置、間隔、交

12. 錯、重疊、改變、簡化、替代。造形、理形、顏色、調色、
空間、置入、取出、操作、觸感、防呆。
清潔、保護、防塵、防沾、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。
對該項產品的透徹瞭解，包括參考別人的產品。
塑膠件設計方法、金屬板件設計方法、橡膠件設計方法、車

13. 床件設計方法、彈簧件設計方法。
創新、發明、專利。
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，包括 動作時的向量變化和因此引起的干涉。
標示 尺寸、公差、精度、要點、開模注意事項、圖面取名、
圖面編號、BOM。規格、Size、重量、特點、使用說明。
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、作業

14. 改良、品質管理。
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

15. 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、導通、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

16. 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 加工的方法、尺
寸的精度。
第 1 項的各能力項目，可以寫成 Design Shooting，放在桌

17. 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。塑膠
件設計方法、可以參看 『42 機構設計 塑膠件的設計』。專利、
可以參看 『12 如何寫專利』。不良分析，對策、可以參看 『54
不良分析的做法』。
第 2 項 對射出加工、塑膠材料的瞭解、可以參看 『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

18. 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

19. 下一個，要畫好幾個，好幾幾個後，才會得出比較好的那一個。
選用最好的那一個，將它實現出來，這才是在做設計。
尺寸和公差值是設計的成敗關鍵
有正確的尺寸才會有正確的配合，以及 正確的動作，包括可
以容許更大的誤差。設計中要一直重複的驗算尺寸，包括 大
小、位置、距離、角度、公差、和 動作。掌握尺寸，都在其
最佳值，才能確定能達成功效。
公差是為了配合，所以公差值也是設計的一部分，是依 機構
的原理、配合的須要，各個地方的公差都會不一樣，並不是尺

20. 寸大的公差值就大，尺寸小的公差值就小，若只會這樣做，顯
然是還不明白什麼叫做設計。將一個通用的公差表照章的貼出
來，是愚蠢而不可能可以使用的，它只是教人設計公差，並不
是給人做為標準。
用卡尺做比畫
設計中，要拿卡尺來比畫尺寸，模擬實際，才可能做出抉擇，
才能做到最好，也才不會做錯。
使用材質 加工方法
圖面要載明 使用材質、廠商、型號、加工方法、表面處裡，

21. 以及 必要的解說，包括 金屬板材的 硬度、絲向、毛邊向。
設計者不能不懂所利用的材質、以及其加工方法，才能做好交
代，不然一定會做錯而不能用。
推測可能發生的不良
圖面畫好後，要做檢討與校正，推測可能發生的不良，一定要
將它排除掉。這是非常重要的一個品質管理工作。不然，量產
後，就是等著不良發生。
要列出設計的零件清單
要列出所有設計的零件清單，至少分類成 塑膠、鐵板、車床 三

22. 大項目，才能做進度追蹤。
開模 試模 試做 全測 對策 修改
設計工作的技術與能力，還包括要 會知道怎麼開模、試模，
會試做，會全測尺寸、會做必要的試驗，會找出所有的不良，
做分析並對策。能在受限制的成品裡面做出最佳的修改方法，
並能明確的說出，怎麼改、改多少尺寸，指示精細到 1 條的程
度。
樣品全測尺寸的意義
T1 的樣品必須全測尺寸，必須是由設計工程師親自測量。只

23. 有設計者才會知道要量什麼地方，然後才會知道 設計的對不
對、做的對不對、要不要做修改。包括 做對但要修改的，做
不對但不要修改的，可以改更好的，這樣才可能完成檢討，而
寫出完整的『T1 試模檢討書』，然後 T2 才會有依據，而可以
在 T2 時結束『承認』，量產也有信心不會發生問題。這是非常
重要的設計 SOP，是 Knowhow，知道設計是這樣做出來的。
若設計者承認樣品時，只是能將它裝起來、可以動作，就當做
是 OK，就像是瞎子摸象，心裡難道不會還有存疑？這樣，檢
討會從 T1 做到量產，做到東西一大堆後，發現還是有問題，

24. 還在改模重做，而可能也還有其他問題等著要發生。
試驗的意義
試動作、試強度、試拆裝，要試超過使用的標準。試到極限、
試到會破壞的程度，這樣才能試出最好的設計應該是長成什麼
樣子，才能發現自己做的東西，缺點在哪裡，弱點在哪裡，要
怎麼改善。不然就會在量產後、東西賣出去後，才發現原來這
個設計是 有瑕疵、不好使用、很容易壞掉，變成是一個失敗。
你須要一個放大鏡
放大鏡並不是放大東西，是讓眼睛看到看不見的東西。是探討

25. 問題，做不良分析，所不可或缺的工具。15 倍最適用。
放大鏡、可以參看 『32 放大鏡與顯微鏡』。
你須要一個夠大的工作桌
很多老闆只給機構設計工程師一個電腦桌，這樣就無法在現場
擺放東西看東西做東西，就無法將 東西和思考和行動 做好連
結，會做不出好東西來。
與各單位的溝通
要 能與其他設計單位溝通，包括 電子、軟體、安規、包裝。
能與銜接單位溝通 包括 PM、文書、採購、工程、製造、品

26. 管、業務、客戶、智財。溝通包括 要能做說明、做教導。一
直到能量產，沒有不良發生為止。這些都還是設計工作。
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，造形會很漂亮，製成品都不會發生問題。
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

27. 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。
多瞭解工業技術
多瞭解工業技術，才能知道自己所做的是對還是不對，怎麼做
是最好。多去看廠商是怎麼做東西的，用什麼機器，有什麼不
瞭解的地方就要弄清楚問明白。包括一個零件是怎麼做出來
的，到能看出他們的水準來。
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。

28. 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

29. 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，做錯了也不知道
不對，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