資料介紹
【電子圖書】面向制造與裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)（567頁(yè)）
作者:G.布斯勞
面向制造和裝配的設(shè)計(jì)(Design for Manufacturing and Assembly，DFMA)
面向制造和裝配的設(shè)計(jì)概述[1]
在傳統(tǒng)的部門制及串行工程的產(chǎn)品開發(fā)模式中．產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與制造加工過(guò)程脫節(jié)．使產(chǎn)品的可制造性、可裝配性和可維護(hù)性較差，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)改動(dòng)量大、產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng) 產(chǎn)品成本高和產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，甚至有大量的設(shè)計(jì)無(wú)法投入生產(chǎn)．從而造成了人力和物力的巨大浪費(fèi)。面向制造和裝配的設(shè)計(jì)(DFMA．Design forManufacturing and Assembly)這一設(shè)計(jì)理念的提出．向傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式提出了挑戰(zhàn)。應(yīng)用DFMA的設(shè)計(jì)思想和相關(guān)工具．設(shè)計(jì)師可以在設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段都獲得有關(guān)怎樣選擇材料、選擇工藝以及零部件的成本分析等設(shè)計(jì)信息。它是一種全新的更加簡(jiǎn)單 更為有效的產(chǎn)品開發(fā)方法，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期．提高企業(yè)效益提供了一條可行之路。
除了上面所提到的DFMA．還包括面向成本的設(shè)計(jì)個(gè)通用的產(chǎn)品模型．以達(dá)到易于裝配、提高裝配效率和降低裝配成本的目的。
在制造業(yè)日益發(fā)達(dá)的今天．在滿足各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的前提下，許多公司都形成了各具特色的產(chǎn)品開發(fā)模式。任何一種行而有效的產(chǎn)品開發(fā)方法，都必須在充分考慮目前現(xiàn)有的產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)能力的同時(shí)進(jìn)行最優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
對(duì)一個(gè)新產(chǎn)品來(lái)講，產(chǎn)品的成本和開發(fā)周期是決定這個(gè)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素。國(guó)際上有一個(gè)著名的影子理論：產(chǎn)品設(shè)計(jì)開支雖然只占產(chǎn)品總成本的5% ，但它卻影響產(chǎn)品整個(gè)成本的70%。還有一個(gè)著名的“28“原則：產(chǎn)品設(shè)計(jì)約占整個(gè)新產(chǎn)品開發(fā)周期的20% ．但它卻決定了產(chǎn)品總成本的80% ?？梢钥闯鰞H占產(chǎn)品成本5%的產(chǎn)品設(shè)計(jì)在很大程度上決定了整個(gè)產(chǎn)品的成本及質(zhì)量。
DFMA的主要內(nèi)容
DFMA設(shè)計(jì)概念的提出是為了解決由于設(shè)計(jì)與制造．裝配各自獨(dú)立而造成的產(chǎn)品成本增加和產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題．它的核心是通過(guò)各種管理手段和計(jì)算機(jī)輔助工具幫助設(shè)計(jì)者優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)工作的一次成功率。
1、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化
設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化．就是在滿足美觀和功能要求的前提下．使設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)單．減少零件的個(gè)數(shù)．減少以裝飾功能為主的附件設(shè)計(jì)。當(dāng)然．同時(shí)也減少了加工工序．生產(chǎn)成本隨之降低．生產(chǎn)周期也相應(yīng)縮短。同樣．在設(shè)計(jì)時(shí)盡量用標(biāo)準(zhǔn)件替代自行開發(fā)零部件．不僅可以幫助設(shè)計(jì)師節(jié)省大量的時(shí)間，而且可以減少制造加工時(shí)間．也節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。成組技術(shù)(GT)的基本原理是把一些相似的零件劃分為零件族，從而揭示和利用它們的基本相似性獲得最大的效益。美國(guó)、英國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)都在使用GT技術(shù)．取得了很好的效果。
2、向設(shè)計(jì)師提供符合企業(yè)現(xiàn)有情況的產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則
如果在設(shè)計(jì)初期企業(yè)能夠向設(shè)計(jì)師提供符合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)制造情況的一些設(shè)計(jì)原則，則可以進(jìn)一步地指導(dǎo)設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì) 以下是一些可以提高設(shè)計(jì)效率的簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)原則。
a)減少零件個(gè)數(shù)和種類．并盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件。
b)在可能的情況下盡可能采用組合設(shè)計(jì)的方法。
C)使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品方便檢驗(yàn)和測(cè)量。
d)產(chǎn)品的精度要求應(yīng)符合實(shí)際生產(chǎn)能力．零件的上下偏差最好取尺寸公差的平均值。
e)穩(wěn)健性設(shè)計(jì)。穩(wěn)健性設(shè)計(jì)有助于提高產(chǎn)品生產(chǎn)、測(cè)試及使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。
f)充分考慮產(chǎn)品的定位，減少一些沒(méi)有實(shí)際作用或可有可無(wú)的附加設(shè)計(jì)，同時(shí)使所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能、用途更加清晰明確。
g)簡(jiǎn)化裝配過(guò)程。盡可能采用易于裝配的簡(jiǎn)單零部件，并且簡(jiǎn)化備組件間的連接設(shè)計(jì)。
h)采用常用結(jié)構(gòu)和材料．避免采用特殊材料以及需特殊工藝加工的零部件或組件。
i) 考慮產(chǎn)品維修保養(yǎng)問(wèn)題．使產(chǎn)品便于拆裝和維修。在實(shí)際的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，企業(yè)還應(yīng)根據(jù)自身的情況以及以往的經(jīng)驗(yàn)向設(shè)計(jì)師們提供更多更詳細(xì)的信息。
3、多方案分析
DFM要求設(shè)計(jì)者在概念設(shè)計(jì)階段就要進(jìn)行多方面的比較分析，一些很小的改動(dòng)或完善，可能會(huì)給后續(xù)的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)極大的收益。只有通過(guò)多個(gè)方案的對(duì)比分析，設(shè)計(jì)者才能夠達(dá)到最終優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
多方案分析的實(shí)現(xiàn)建立在兩個(gè)基礎(chǔ)之上。一是要在設(shè)計(jì)創(chuàng)意階段收集一定數(shù)量的設(shè)計(jì)方案．二是要有科學(xué)的分析評(píng)價(jià)手段和工具。
DFMA軟件將設(shè)計(jì)．裝配．材料和加工工藝的知識(shí)集成在一起．從裝配、制造和維護(hù)等方面出發(fā)創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)的程序來(lái)分析已提出的設(shè)計(jì)方案，使獨(dú)立的設(shè)計(jì)者自己就能夠利用這些信息做出合理的選擇。它為設(shè)計(jì)、制造和工藝等相關(guān)人員提供了一個(gè)共同工作的平臺(tái)，讓大家都在同一時(shí)間考慮同～ 問(wèn)題，方便了彼此之間的交流。與當(dāng)前的產(chǎn)品開發(fā)方法相比，應(yīng)用DFMA軟件的結(jié)果是以更低的成本和更短的時(shí)間得到了更高質(zhì)量的產(chǎn)品．促進(jìn)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，DFMA可以縮短產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的周期高達(dá)50% ，減少零部件數(shù)量達(dá)30% ～70% ．減少裝配時(shí)間達(dá)5O% ～80% 。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)許多公司和科研機(jī)構(gòu)都致力于DFMA專用軟件的開發(fā)。
DFMA的實(shí)施條件
從DFMA 的特征和成本分析方法可知，DFMA 將設(shè)計(jì)、工藝和制造等相關(guān)部門聯(lián)系在一起．為他們并行工作提供了一個(gè)平臺(tái)。如果利用DFMA軟件幫助設(shè)計(jì),在概念設(shè)計(jì)階段中工藝、制造等相關(guān)人員就參與設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)方案的可裝配性、可制造性和成本進(jìn)行估計(jì)，以成本為核心對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化。由此可見，DFMA提供的設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有本質(zhì)的區(qū)別。企業(yè)要實(shí)施DFMA技術(shù)必須具備如下條件：
1．建立有利于實(shí)施DFMA的組織結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)品開發(fā)初期，保證設(shè)計(jì)、工藝 制造等部門的人員參與到設(shè)計(jì)中來(lái)，即建立跨部門多專業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)。
2，DFMA是一種并行設(shè)計(jì)軟件，為了使團(tuán)隊(duì)成員能夠及時(shí)溝通，必須建立分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的配置方面需要作一些授權(quán)處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)后設(shè)計(jì)人員應(yīng)用DFA對(duì)裝配成本進(jìn)行分析的同時(shí)工藝人員可以對(duì)方案瀏覽并應(yīng)用DFM對(duì)產(chǎn)品的制造成本進(jìn)行分析，而網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施可以建立在現(xiàn)有工廠PDM 管理平臺(tái)上。
3．企業(yè)內(nèi)部已推廣應(yīng)用CAX技術(shù)和PDM技術(shù)，能為實(shí)施DFMA 提供技術(shù)保障。
4．企業(yè)主要領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)同DFMA的開發(fā)模式，并給予強(qiáng)有力的支持。
DFMA技術(shù)展望
無(wú)論是DFM還是DFA．都必須符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況和客觀規(guī)律，而且需要在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期就要對(duì)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行規(guī)范和約束。
在美國(guó)，DFMA的設(shè)計(jì)理念和相關(guān)產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)制造、航空和國(guó)防等行業(yè)．成功地為企業(yè)節(jié)省了數(shù)十億美元的費(fèi)用。我國(guó)的制造業(yè)水平相對(duì)落后，但國(guó)家已十分重視研發(fā)階段新技術(shù)的開發(fā)，從1 995年到現(xiàn)在．國(guó)家已經(jīng)在部分企業(yè)實(shí)施了并行工程，并取得了一定的成效。作為并行工程的關(guān)鍵技術(shù)．DFMA也得到了越來(lái)越多的企業(yè)的關(guān)注。在引進(jìn)一些國(guó)外優(yōu)秀DFMA先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些大軟件公司和研究機(jī)構(gòu)如清華大學(xué) 上海交通大學(xué)等已經(jīng)對(duì)DFMA相關(guān)技術(shù)著手研究，并開始自主開發(fā)相關(guān)軟件，已取得較好的成果。
DFMA是并行工程的核心技術(shù)
產(chǎn)品設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)工程中的作用
一般說(shuō)來(lái)，產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過(guò)程包括這些環(huán)節(jié):市場(chǎng)調(diào)研、設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)、銷售、售后服務(wù)、回收處理等，設(shè)計(jì)是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。一般說(shuō)來(lái)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)雖然只占產(chǎn)品整個(gè)成本的5%，但它確影響產(chǎn)品整個(gè)成本的70%。
傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的弊端
傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是采用“串行”的方法進(jìn)行的，這種設(shè)計(jì)方式的弊端是各個(gè)環(huán)節(jié)缺少交流和溝通，設(shè)計(jì)很少考慮其下游的工藝、制造、裝配、檢測(cè)、維修、對(duì)環(huán)境的影響、直至報(bào)廢處理方面道德內(nèi)容，這樣往往在產(chǎn)品被制造出來(lái)以后，還要多次返回進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，從而造成巨大浪費(fèi)，增加產(chǎn)品成本，推遲產(chǎn)品上市時(shí)間。
關(guān)于DFMA技術(shù)
DFMA技術(shù)是DFX的另一種統(tǒng)稱，該技術(shù)是并行工程關(guān)鍵技術(shù)的重要組成部分，其思想已貫穿企業(yè)開發(fā)過(guò)程的始終。它涵蓋的內(nèi)容很多，涉及及產(chǎn)品開發(fā)的制造、裝配、檢測(cè)、維護(hù)、報(bào)廢處理等各個(gè)階段，DFMA的系列技術(shù)包括：DFA(Desgin For Assembly,面向裝配的設(shè)計(jì))、DFM(Desgin For Manufacture,面向制造的設(shè)計(jì))、DFA(Desgin For Testing,面向測(cè)試的設(shè)計(jì)、DFS(Desgin For Serivice,面向維護(hù)的設(shè)計(jì))、DFE(Desgin For Environment,面向環(huán)境的設(shè)計(jì))、DFD(Desgin For Discarding,面向報(bào)廢的設(shè)計(jì))等。目前應(yīng)用較多的是機(jī)械領(lǐng)域的DFA和DFM，使機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的早期階段就解決了可裝配性和可制造性問(wèn)題，為企業(yè)帶來(lái)了顯著的效益。DFA指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段考慮并解決裝配過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，以確保零件快速、高校、低成本地進(jìn)行裝配。
DFA是一種針對(duì)轉(zhuǎn)配環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌兼顧的設(shè)計(jì)思想和方法，就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中利用各種技術(shù)手段入分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、仿真等充分考慮產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)以及與其相關(guān)的各種因素的影響，在滿足產(chǎn)品性能與功能調(diào)教下改進(jìn)產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)、使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是可以裝配的，并盡可能降低裝配成本和產(chǎn)品成本。DFA是一種優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方法，同時(shí)也是一種設(shè)計(jì)哲理。其作用方式有兩種:可裝配性分析評(píng)價(jià)工具和裝配設(shè)計(jì)指南。前者指產(chǎn)品裝配性的各種因素，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行到一定的程度后，通過(guò)系統(tǒng)分析影響產(chǎn)品裝配性的進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上給出再設(shè)計(jì)建議。后者指先將裝配專家的有關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)整理成具體設(shè)計(jì)指南，然后在它們的指導(dǎo)下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，相當(dāng)與在這些專家的直接幫助下選擇設(shè)計(jì)方案，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。DFA在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中的作用和地位主要表現(xiàn)在減少零件數(shù)(從而精簡(jiǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu))、改進(jìn)裝配性能、降低產(chǎn)品成本等方面。DFM則指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段考慮與制造有關(guān)的約束，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師進(jìn)行同一零件的不同材料和工藝的選擇，對(duì)不同制造方案進(jìn)行制造時(shí)間和成本的快速定量估計(jì)，全面比較與評(píng)價(jià)方案各種設(shè)計(jì)與工藝方案，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)這些定量的反饋信息，在零件的早期設(shè)計(jì)階段就能夠及時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)，確定一種最滿意的設(shè)計(jì)和工藝方案，正是由于DFMA的這些特點(diǎn)和功能，使DFMA技術(shù)成為并行工程的核心技術(shù)。
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