生活的希格斯實驗室 (已移站)

經過上次 將推進結構內的彈射座相關的結構整個銑掉後，看起來射程增加了10%左右，但仍然比不上其它 Elite 系列的槍。於是這次的重工要往彈簧的方向進行。

SharpFire的彈簧推動結構拆解後，支撐和推動的部件為：活塞、壓縮彈簧、蓋子。蓋子是用來支撐住彈簧壓縮力的，利用四個角的耳朵部位跟槍膛鎖附。

**注意事項**
拆鎖蓋子的時候，用來鎖附的耳朶和螺絲之間壓附面只有大約1mm肉厚。每次要鎖螺絲的時候一定不能直接鎖緊，要四個螺絲一起下，讓蓋子平均下去，然後留最後 1~2 牙，慢慢鎖，確認有鎖到就好。
不然很有可能會因為單側鎖太緊，受力不平均，耳朶裂開。

拆解部件

蓋子

SharpFire 的活塞整個移動的距離是 60mm，彈簧長度從 85mm 壓縮到 25mm，壓縮力為 3.75kg。O.D. 為16.1 mm，線徑 1.4mm，尺寸已經被限制，找遍了廠商也找不到同尺寸，但是壓縮力在 5kg 左右的制式彈簧。

最後決定用原來的彈簧套一個壓縮力較輕的彈簧來達到總壓縮力為 5kg 的目標。於是我選了一個 O.D. 13mm，長度為 70mm，壓縮力 1.26kg 的鋼線彈簧。雖然這樣加起來總力量為 5.36kg，但是實在沒有更好的選擇了。

不過蓋子的定位柱就不合新彈簧的尺寸了，所以要把它裁到長度適合。
由於蓋子的鎖附部位是四個耳朶，在彈簧壓縮時，蓋子受到的壓應力會轉移到這四隻耳朶上，固定柱的結構應該不會對整個蓋子的可靠度產生影響。

新彈簧的壓縮長度為 22mm，活塞扣住時後方留下的空間為 30mm，而固定柱的高度是 20mm。
所以必須把固定柱切掉 15mm (留 3mm 的空間)，留下 25mm 的空間給新的彈簧。
切掉之後對原本的彈簧而言，固定柱的長度變得很短，但是剛好發現利百代的鉛筆大小可以插進洞裡，所以我就切了一段利百代的鉛筆來當新的固定柱。

活塞推到最後方時的尺寸示意圖

預計蓋子重工的尺寸示意圖 (這是舊圖，後來切掉的長度改 15mm)

蓋子重工前後的差別

加鉛筆當固定柱後套兩個彈簧

把兩個彈簧裝上去後，果然發射力量強很多，實測射程超過 24m，結果很接近其它 Elite 系列的槍了。
不過現在產生一個缺點，就是扣扳機的力量大很多。原因來自於它的觸發設計。

SharpFire的扳機設計 (藍色是卡住的位置，橘色是扳機扣下去的動作)

活塞被彈簧推力向前推，當槍機拉到底時，活塞就會被卡扣給扣住產生止擋功能，保持住彈簧被壓縮的狀態，直到扳機被扣下把卡扣往順時鐘方向推，讓活塞在彈簧的推力下越過卡扣頂端而釋放。
由於扳機用的是翹翹板的方式來釋放卡扣，不像其它幾把槍都是利用斜梢的方式來運動，所以這把槍的扳機會很直接反應彈簧的力量。
當扳機往後扣的時候，卡扣順時針轉動會將活塞再往後推一點，本來就已經壓縮到快到底的彈簧會反應出更大的力量。

原本的彈簧壓縮力是 3.75kg，卡扣的翹翹板兩側長度大約是 1.2:1。假設扳機扣到底時彈簧壓縮量到最大，那表手指的力量要施加到 3kg。
現在加上新彈簧後，總壓縮力到 5.36kg，那要扳機觸發力就會到接近 4.5kg。這力道對手指來說實在有點大，玩家會覺得這扳機很硬。

**請注意，這段重工會帶來一些 side effect 不想解決後續問題的玩家最好不要改這一段。由於作動原理和它內部一些零件的設計公差，要改這個地方同時要另外改三個零件，所以後來我沒有再寫怎麼改的細節。**

為了解決這個對使用者不友善的問題，要把卡扣的頂部切一個 C 角，把扳機的觸發位置往前提，活塞可以提早從這個 C 角滑出去。

C 角示意圖

這個地方的重工要十分小心。因為卡扣主要是靠它下方的小彈簧來支撐，如果 C 角切太大，活塞邊緣太接近 C 角時，在後方彈簧的推力下會硬把卡扣往下壓使止擋釋放，這把槍的槍機往後拉就再也卡不住了。加上經過設計變更，彈簧力道加大來推擠活塞，一個沒切好就會讓整個止擋功能失效，這把槍就廢了。

小心確認位置後，在位置再往上個 1mm 切個 C 角。(這個要一點一點切來確認哦)

重工後的卡扣

扳機力道事實上並沒有改變，但是增加 C 角會使扳機按一點行程就可以觸發，所以在感覺上會好像會輕很多，用起來會變得很順手。

其實這個設計的思考方式來自於 feeling of switch trigger。
按鈕的使用者感覺來自於三項：超越值、下壓行程、觸發力。當按壓按鈕時，在下壓的那瞬間會感受到 switch 的抵抗力，使用者此時會開始增加力道直到 switch 的超越值。一旦施加的力量大於超越值，switch 就會下沉一定行程後觸發，這時抵抗力會產生一個落差，使用者感受到的就是觸發力 (絕對不是 world trigger 裡談的三離子......呃，不小心飄出宅味)。
在這三個條件組合下，一個按鈕按起來的爽度會決定在幾個組合中：

1. 超越值大、行程短，觸發力落差大 ─ 使用者會覺得硬，不太舒服，但按起來很有感覺，而且按一點就可以觸發，算不錯。(切 C 角後的狀況)
2. 超越值小，和觸發力間的落差大，行程也短 ─ 使用者會覺得按起來很容易就可以觸發，也很有感覺。
3. 行程短，但超越值和觸發力間的落差很小 ─ 使用者會覺得按起來很沒感覺，怎麼不小心碰到就觸發了，我不敢隨便碰到以免誤觸。
4. 行程長，但超越值和觸發力間的落差很小 ─ 按起來也算挺有感覺的，而且輕鬆使功能觸發但又不易誤觸，對使用者最友善的設計。
5. 行程長，但超越值和觸發力間的落差很大 ─ 最難按的按鈕，會讓使用者感覺按起來要用很大的力氣，好難按。(沒切 C 角前就是這個狀況)

這些問題都解決後，最後剩下的就是可靠度的問題。
原本這個蓋子的設計是利用四隻耳朶來鎖附並支撐彈簧的力量，現在加了一個新彈簧後承受應力上升，因此針對設計和使用上的影響差距來做個風險評估。

在材料設計上，如果掌握了結構件的材料強度函數和應力強度函數，就可以估計可靠度。

強度應力干擾圖

f-stress 為應力函數
f-material 為材料強度函數

則此結構在使用下所可能發生的失效率為積分二者干擾區的乘積。
因此可靠度為

積分區域為干擾區

當分析的對象呈現常態分佈時，產品的失效機率可以進一步整理成

而可靠度則是 R = 1- P

其中的 β 便是一般稱之為可靠度指數的指標 (reliability index)

由於 NERF 本身的設計條件為未知，所以接下來就要進行一連串的假設來評估可能會面對的風險性。
NERF 是一家算是老牌子，而且知名的玩具製造商，所以我假設它的設計可靠度是比較高的，預估為95%，則 β = 1.645。

接下來量測原始設計彈簧的應力和加上新彈簧後的應力

應力數據

以 σg 來代替 (σmaterial^2+σstress^2)^0.5，把數值代入可靠度指標，無法算出，因為一式裡有兩個未知數：結構的 μ 和 σ，但是可以得到兩者之間的關聯式。
所以我假設了一連串的數值來取得互相對應的 μ 和 σg。

μ 和 σg 的對應數值

β' 為設計變更後的可靠度指標
Θ 為安全因子

要決定數值可能的範圍就必須導入一個新的因素 ─ 安全因子 (Safety factor)。
安全因子的定義為材料強度分佈平均值和應力強度平均值的比。

通常安全因子是不會取特別高，因為這表示產品在設計上使用的材料比使用上的應力強太多，所以我假設 NERF 在經濟前提下所使用的設計方式為 Θ = 2.5~3，因此相應設計變更後的可靠度指標 β' = 1.062~1.12 之間。

設變後可能的可靠度

所以可以發現，進行這項設變會使原本預估的 95% 可靠度往下降到最低85.59%。
對我來說，其實這個降低幅度還挺大的。

假設 NERF 這把槍設計可以射擊 20,000 次 (每天射擊100次，可以連續玩 6個半月，其實對玩家來講挺經濟的，因為這把槍售價為 NTD 599；大潤發特惠價；每天讓玩家開100槍，平均一個月不到100塊錢，比投販賣機買飲料還便宜。而且每天都要開 100 槍應該是重度玩家吧......畢竟這把可不是自動的，拉 100次機槍和裝子彈挺累人的吧) 我個人認為這個假設應該合理。

原本 95% 的可靠度可以承受 20,000 射擊，MTBF = 390,000。
設計變更後的可靠度下降到最低 85.59%，MTBF 大約為 128,000，在 5% 風險下，可承受的射擊次數降到大約 6800 次左右。

以這個風險評估的結果來看，這個設計變更對產品的壽命有相當大的影響。

變更前：射擊 20,000 次有 5%的風險是蓋子的鎖附孔會壞掉。
變更後：射擊 6800 次左右就有 5% 蓋子鎖附孔損壞的風險，射擊到 20,000 次會有 14.41% 損壞的風險。

在可靠度不變的要求下，產品的壽命從 6個半月降低為 2.27個月。

看到這種風險評估數據我會不會選擇不改呢？當然是不會，因為只能射 10m 這種事比起壽命縮短更讓人不爽啦~~