玩具设计中的模拟测试

吴刚 赵晏

玩具设计除了要考虑满足产品功能要求及必须符合相关安全标准外，在开发及设计过程中，还要进行相关的测试，并根据测试结果完善及改进产品，制造出合格的玩具产品。

相关测试主要考虑模拟运输过程中的震动及箱体跌落，车船运输及仓储过程中集装箱内的高温、阴雨天气的湿度、寒冷天气下的低温，儿童玩用过程中无意或偶然的跌落、扭力/拉力、压力，静电干扰，产品寿命等。

一．运输震动测试：

这是模拟包装后的成品经历车辆运输过程及搬运过程。所用测试设备是利用偏心轮机构形成偏心直径为25.4毫米往复运动的震动台。 转动速度会因卡通箱尺寸不同而调整，一般情况下为200转/分钟。震动总次数为14200次。震动之后要进行跌箱测试，跌箱的高度，依卡通箱的重量不同而不同。箱重小于20磅重量的跌箱高度为76厘米。跌箱的方位是一角，三边(一角相接的边)，六面，角位的选择是有接合边（最弱）的位置。

运输测试过程会经常出现包装设计缺陷,常见的缺陷及解决方式如下:

1〉卡通箱内的彩盒擦花或爆裂。

解决方法主要为：

a)控制卡通箱内部彩盒的间隙。彩盒间隙过大易造成震箱时擦花；间隙过小易造成装箱及拆箱过程彩盒破裂。

b)通知供货商，改善彩盒。

c)在彩盒发生破裂的位置内侧增加胶纸，可增强彩盒，防止爆裂。

d)彩盒间用雪梨纸分隔，也可有效减少擦花。

e)卡通箱尺寸合理，折边平整，防止封箱胶纸破裂及箱盖弹起。

2〉产品开关或按钮移位,震动及跌箱时,触发玩具功能有声音发出。

产品的开关很多有3个档位： 一个档位是正常玩用(Normal Play)；一个档位是演示模式（TRY ME MODE）；一个档位是关闭(OFF)。

演示模式是在不拆除包装的条件下，用简单的操作，给消费者演示产品的功能。带演示模式的产品，包装时都装有电池（有些没有演示模式的电玩具，包装时也带电池，这由客户的需求而定）。当包装运输过程中，按钮被触发，玩具会进入演示功能，消耗电能。开关发生移位时，会造成功能错乱，无法演示功能，同时,玩具电池电量也会在玩具售出前耗尽。

解决此类问题，一般是：

A)结构上尽可能在开关/按钮位预留多的空位，减少按钮预压，使开关/按钮不易发生位置变化。

b)选择作用力大的开关/按钮。

c)包装设计上，合理设计内卡及吸塑等结构，在按钮及开关位产生避空，防止震箱及跌箱时，触发开关/按钮。

d)部分产品可以在电池箱内加电池分隔片，防止正常使用前电池工作。

e)改变装箱方位，对解决开关移位或按钮触发，有时会产生意想不到的效果。

二．环境测试：

是模拟运输和储存过程中所遇到的各类温湿环境。环境测试是在恒温恒湿炉中进行。环境测试分为如下几项：

1〉高温老化测试

测试条件：60oC，时间为48小时，使用包装好的成品。

高温老化测试容易出现的问题及解决处理方法主要有：

a)玩具表面的喷油或移印油漆与相接触的产品或包装材料粘贴，产生产品外观缺陷：此时应尽可能避免与产品喷油或移印面有接触；在有接触的内卡或彩盒内侧加贴透明胶纸；通知油漆厂商改善油漆质量；避免扎带类材料通过有油漆表面包扎。

B)玩具产品（非喷油或移印表面）与包装彩卡上的油漆粘贴：此类问题可以与印刷厂商沟通，在不影响包装外观的前提下，减除与产品接触位置的彩色，或在接触位加贴胶纸；同时要避免产品上的PVC类材质与彩卡直接接触。

c)产品贴纸翘起：贴纸位用清洁剂清理洁净，同时保证贴纸本身洁净，也可以选用粘贴力强的贴纸。

d)彩卡变形：这与彩卡的制造工艺有关，通知彩卡供应商改善；另外，尽量不把彩卡放在机内，避免受力不均。

E)若玩具结构是透明罩下面有活动件，透明罩内部易与活动件产生痕迹：此时透明罩多数会选PC料，PC料耐高温及具高硬度，可防止活动件在内部粘合或震动时碰伤内侧。

2〉温度预处理：

测试条件：-17.7oC，4小时；22.3oC，7 0%相 对 湿 度 ， 4小 时 ；54oC， 4小 时 ； 22.3oC，70%相 对 湿度，4小时。以上为1个循环，共需做2个循环。使用包装好的产品。

温度预处理时，高温老化测试容易出现的问题及解决处理方法主要有：

a)温度预处理易出现与高温老化相同的问题。解决方式也相同。

b)对有LCD(液晶显示)的产品，温度预处理后LCD易出现水纹，这主要是斑马条预压过紧，LCD背后支架过高，或LCD框架打螺丝后变形，造成LCD受力不均匀引致的，这在设计时应避免此类现象的发生。

3〉湿度测试：

测试条件： 37.7oC,90%相对湿度，非电子产品48小时，电子产品72小时。

湿度测试过程易出现的问题主要是电池门螺丝及机壳螺丝生锈。一般解决方法是通过改善螺丝电镀质量提高螺丝头部硬度，及调整电批头形状，使电批头与螺丝槽良好配合，减少螺丝沉槽部位的划伤。

4〉温度热冲击:

测试条件：60oC，90%相对湿度，4小时；60oC，4小时；-20oC，16小时。 以上为一个循环，共需做3个循环。

温度热冲击测试易出现的问题及处理方法如下：

a)有LCD的产品，在温度热冲击后，液晶显示片四周会出现白边或显示片内部液晶体流淌，造成显示不良。此类问题需液晶显示片厂商改善液晶质量；同时也需控制装配时液晶显示片的压紧力度合适。

b)由于测试过程湿度大，也会像湿度测试时，出现螺丝生锈问题。

c)温度热冲击测试也会出现高温测试中出现的贴纸翘起或彩卡变形等问题。

三．滥用测试：

这是模拟儿童在不正常玩用，并带有破坏性的一种测试方法。它主要包括跌落测试、扭力/拉力测试、压力测试等。

1〉跌落测试：是模拟儿童将玩具摔到地上的测试。

跌落高度和跌落次数根据玩具的使用年龄段而定。以美国ASTMF963标准，要求如下：

18个月以下，跌机高度138厘米，跌机次数 10次；

18 ～ 3 6个月，跌机高度93厘米，跌机次数 4次；

36 ～ 96个月，跌机高度93厘米，跌机次数 4次。

一般是年龄越小，跌机高度越高，测试越严格。

跌落测试过程容易出现的问题较多，主要问题及解决方法为：

a)机壳边角位爆裂，边角柱位断裂，易产生锐边及锐角，螺丝滑牙脱出。

解决方法：

·尽量增加爆裂位胶件厚度；

·外壳边角增加 U型加强骨位；

·必要时，边角位与加强骨间增加支撑件（俗称朱古力）；

·螺丝柱位增加立筋（俗称火箭脚）；

·选用大直径螺丝，加长螺丝；

·用圆角/圆弧代替尖角；

·更改入水位，避免夹水位留在尖角或圆角位；

·使用抗冲击强度大的塑胶材料；

·胶件边缘包圆角。

b)产品无功能，喇叭无声/沙声。解决方法：

· P CB（印刷电路板）布线时，焊盘位要足够大，走线位要尽可能宽；

·对员工加强培训，选用合适的电烙铁等工具，控制焊接时间，预防假焊；

·PCB不可过窄，并增加圆角，预防爆裂；

·零件尽可能贴到PCB焊接，防止受震动/冲击开路；

·易受震动损坏的零件,如晶振等,下端加垫海绵；

·固定PCB板的柱位须平整，PCB尽可能远离受冲击的壳体；

·导线长度要合适，过长的电线要有夹线柱固定，线端头位加胶水固定。

·玩具喇叭在跌机过程,是易损坏零件，玩具结构需考虑喇叭的保护及固定。多数玩具使用的动圈式喇叭有内磁及外磁之分，从成本考虑，很多玩具使用外磁喇叭。喇叭一般用喇叭盖固定在壳体上，考虑到外磁体尺寸偏差，还需增加海绵辅助压在磁铁上，以便改善定位及音质；薄膜喇叭跌机时，喇叭膜会向前冲，产生坏机，此时在喇叭前面加骨位，但骨位不能影响到音质。

2〉扭力/拉力测试：这是模拟儿童用手指或牙齿咬住玩具的突出部位而产生的破坏性。

以GB6675为例，扭力要求：0.45Nm/±180°；拉力要求：70N。测试时，对同一部位，先做扭力，再做拉力。

扭力/拉力测试，常见问题及解决方式如下；

a)车轮、天线帽等小零件脱落：改善车轮轴搓花及车轮孔直径，对只承受拉力为主的部位，轴上的竹节花可以增加拉力；天线螺纹金属丝外径与天线帽配合紧密，单条金属丝结构须有收尾，加胶水粘接。

b)胶件断裂：增厚胶件；增加加强筋；增加圆角；选用强度及韧性好的材料。

3〉压力测试：这是模拟儿童对于次表面（跌机时跌不到的面）用力压而造成的破坏。

压力测试是通过一个直径2.86厘米的圆盘将压力施加到所测试的部位。以欧洲EN-71为例，压力值：110N(牛顿)。压力测试也可以说是跌机测试的补充，在结构设计时要考虑对压力的承受能力。

一般在LCD产品上，受压时易出现爆裂问题。合理设计LCD背面的支架结构，可避免问题的发生。

四．静电测试：

这是模拟玩具在使用过程中受到玩家自身的静电，或玩具与接触物品间所产生的静电冲击影响。以HASBRO STI-110为例，空气放电：±15KV；接触放电：±8KV。空气放电是对机壳间隙，按制周边，LCD周边进行测试。接触放电是对机壳上的螺丝，电池门螺丝，电镀件/金属件等进行的测试。

静电对玩具的影响可使游戏中断，产品自己重置或IC（芯片）损坏。静电缺陷分为3类：

a)Soft Failure<软失败〉：产品无反应，声音中断，自动重启动等，操作功能受到影响。重新开动开关或重新复位，产品功能恢复正常操作。

b)Medium Failure<中等失败〉：产品失去功能，需重新安装电池或者需取下电池，短接正负极电池片，使电容放电。重新启动后，产品恢复正常操作。

c)Hard Failure<硬失败〉：电子产品受到静电影响，IC/电路被永久损坏，无法恢复电子或游戏功能。防止静电测试损坏的方式有：

·减小或消除机壳及零件间的配合间隙；

·PCB板与外壳间隙位加骨位，防止PCB直接面对间隙位；

·PCB板上加FIBER纸，阻止静电直接打到PCB；

·外观电镀件及金属件远离 P CB，电镀按钮底部需有绝缘层；

·电子元件选用也需配合静电测试需要；

·电池门螺丝位于 P CB上方时，要用封口的丝母盖。

五．寿命测试：

这是模拟儿童依据说明书操作玩具，并对玩具进行耐用性和可靠性的验证。

寿命测试主要针对装拆件、活动件、电池、电子零件等进行测试。各玩具均有特定寿命标准。一款头盔寿命要求如下：

电池门及电池装拆：50次； 按钮操作：1万次； 面罩开合：4000次；

电池寿命：按说明书操作，工作25秒，休息25秒，循环进行，总工作时间最少10小时；

电子零件：工作25秒，休息25秒，循环进行，总工作时间最少100小时。

寿命测试易出现的问题及处理方法：

1〉电池快速装拆，易出现HANG机<停顿>,或无反应:增加重置钮,或按说明，重开开关。

2〉叶片开关钮失灵：减少开关行程，并增加限位骨，防止开关过变形。

3〉拉力/扭力弹簧断：增加弹簧圈数，改善材质；防止弹簧过变形。

4〉弹片失灵：增加弹片长度，改善受力，防止弹片过变形。

5〉活动件滑动不良，易出刮痕及易卡住：避免面接触，滑动面加骨位或加圆形凸点。

6〉电池寿命短：降低工作电流，运动部件降低阻力。

7〉喇叭无声：降低工作电流，选用合适的喇叭零件。

8〉IC烧坏：降低工作电流，并要求IC厂商协助解决。

赵晏，女，1985年毕业于齐齐哈尔大学轻工机械专业，机械工程师。九 十年代初开始从事玩具的设计、测试工作。