資料介紹
【電子圖書】面向制造與裝配的產(chǎn)品設(shè)計（567頁）
作者:G.布斯勞
面向制造和裝配的設(shè)計(Design for Manufacturing and Assembly，DFMA)
面向制造和裝配的設(shè)計概述[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)計過程與制造加工過程脫節(jié)．使產(chǎn)品的可制造性、可裝配性和可維護性較差，從而導(dǎo)致設(shè)計改動量大、產(chǎn)品開發(fā)周期長 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)計無法投入生產(chǎn)．從而造成了人力和物力的巨大浪費。面向制造和裝配的設(shè)計(DFMA．Design forManufacturing and Assembly)這一設(shè)計理念的提出．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)計思想和相關(guān)工具．設(shè)計師可以在設(shè)計的每一個階段都獲得有關(guān)怎樣選擇材料、選擇工藝以及零部件的成本分析等設(shè)計信息。它是一種全新的更加簡單 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)計個通用的產(chǎn)品模型．以達到易于裝配、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)能力的同時進行最優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計。
對一個新產(chǎn)品來講，產(chǎn)品的成本和開發(fā)周期是決定這個設(shè)計成敗的關(guān)鍵因素。國際上有一個著名的影子理論：產(chǎn)品設(shè)計開支雖然只占產(chǎn)品總成本的5% ，但它卻影響產(chǎn)品整個成本的70%。還有一個著名的“28“原則：產(chǎn)品設(shè)計約占整個新產(chǎn)品開發(fā)周期的20% ．但它卻決定了產(chǎn)品總成本的80% 。可以看出僅占產(chǎn)品成本5%的產(chǎn)品設(shè)計在很大程度上決定了整個產(chǎn)品的成本及質(zhì)量。
DFMA的主要內(nèi)容
DFMA設(shè)計概念的提出是為了解決由于設(shè)計與制造．裝配各自獨立而造成的產(chǎn)品成本增加和產(chǎn)品開發(fā)周期長等現(xiàn)實問題．它的核心是通過各種管理手段和計算機輔助工具幫助設(shè)計者優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計工作的一次成功率。
1、設(shè)計簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化
設(shè)計簡單化．就是在滿足美觀和功能要求的前提下．使設(shè)計盡量簡單．減少零件的個數(shù)．減少以裝飾功能為主的附件設(shè)計。當(dāng)然．同時也減少了加工工序．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)計時盡量用標(biāo)準(zhǔn)件替代自行開發(fā)零部件．不僅可以幫助設(shè)計師節(jié)省大量的時間，而且可以減少制造加工時間．也節(jié)省了設(shè)計成本。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、英國等工業(yè)發(fā)達國家的企業(yè)都在使用GT技術(shù)．取得了很好的效果。
2、向設(shè)計師提供符合企業(yè)現(xiàn)有情況的產(chǎn)品設(shè)計原則
如果在設(shè)計初期企業(yè)能夠向設(shè)計師提供符合企業(yè)實際生產(chǎn)制造情況的一些設(shè)計原則，則可以進一步地指導(dǎo)設(shè)計師進行設(shè)計 以下是一些可以提高設(shè)計效率的簡單的設(shè)計原則。
a)減少零件個數(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)計的方法。
C)使設(shè)計的產(chǎn)品方便檢驗和測量。
d)產(chǎn)品的精度要求應(yīng)符合實際生產(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。穩(wěn)健性設(shè)計有助于提高產(chǎn)品生產(chǎn)、測試及使用過程中的穩(wěn)定性。
f)充分考慮產(chǎn)品的定位，減少一些沒有實際作用或可有可無的附加設(shè)計，同時使所設(shè)計產(chǎn)品的功能、用途更加清晰明確。
g)簡化裝配過程。盡可能采用易于裝配的簡單零部件，并且簡化備組件間的連接設(shè)計。
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)問題．使產(chǎn)品便于拆裝和維修。在實際的新產(chǎn)品設(shè)計過程中，企業(yè)還應(yīng)根據(jù)自身的情況以及以往的經(jīng)驗向設(shè)計師們提供更多更詳細(xì)的信息。
3、多方案分析
DFM要求設(shè)計者在概念設(shè)計階段就要進行多方面的比較分析，一些很小的改動或完善，可能會給后續(xù)的設(shè)計工作帶來極大的收益。只有通過多個方案的對比分析，設(shè)計者才能夠達到最終優(yōu)化設(shè)計的目的。
多方案分析的實現(xiàn)建立在兩個基礎(chǔ)之上。一是要在設(shè)計創(chuàng)意階段收集一定數(shù)量的設(shè)計方案．二是要有科學(xué)的分析評價手段和工具。
DFMA軟件將設(shè)計．裝配．材料和加工工藝的知識集成在一起．從裝配、制造和維護等方面出發(fā)創(chuàng)建一個系統(tǒng)的程序來分析已提出的設(shè)計方案，使獨立的設(shè)計者自己就能夠利用這些信息做出合理的選擇。它為設(shè)計、制造和工藝等相關(guān)人員提供了一個共同工作的平臺，讓大家都在同一時間考慮同～ 問題，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間得到了更高質(zhì)量的產(chǎn)品．促進產(chǎn)品并行設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計的實現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，DFMA可以縮短產(chǎn)品從設(shè)計到投產(chǎn)的周期高達50% ，減少零部件數(shù)量達30% ～70% ．減少裝配時間達5O% ～80% 。目前國際和國內(nèi)許多公司和科研機構(gòu)都致力于DFMA專用軟件的開發(fā)。
DFMA的實施條件
從DFMA 的特征和成本分析方法可知，DFMA 將設(shè)計、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平臺。如果利用DFMA軟件幫助設(shè)計,在概念設(shè)計階段中工藝、制造等相關(guān)人員就參與設(shè)計，對設(shè)計方案的可裝配性、可制造性和成本進行估計，以成本為核心對方案進行優(yōu)化。由此可見，DFMA提供的設(shè)計理念與傳統(tǒng)的設(shè)計理念有本質(zhì)的區(qū)別。企業(yè)要實施DFMA技術(shù)必須具備如下條件：
1．建立有利于實施DFMA的組織結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)品開發(fā)初期，保證設(shè)計、工藝 制造等部門的人員參與到設(shè)計中來，即建立跨部門多專業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)團隊。
2，DFMA是一種并行設(shè)計軟件，為了使團隊成員能夠及時溝通，必須建立分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。同時，網(wǎng)絡(luò)的配置方面需要作一些授權(quán)處理，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)在產(chǎn)品的方案設(shè)計后設(shè)計人員應(yīng)用DFA對裝配成本進行分析的同時工藝人員可以對方案瀏覽并應(yīng)用DFM對產(chǎn)品的制造成本進行分析，而網(wǎng)絡(luò)的實施可以建立在現(xiàn)有工廠PDM 管理平臺上。
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，并給予強有力的支持。
DFMA技術(shù)展望
無論是DFM還是DFA．都必須符合產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)過程中的實際情況和客觀規(guī)律，而且需要在新產(chǎn)品設(shè)計的初期就要對設(shè)計工作進行規(guī)范和約束。
在美國，DFMA的設(shè)計理念和相關(guān)產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于汽車、飛機制造、航空和國防等行業(yè)．成功地為企業(yè)節(jié)省了數(shù)十億美元的費用。我國的制造業(yè)水平相對落后，但國家已十分重視研發(fā)階段新技術(shù)的開發(fā)，從1 995年到現(xiàn)在．國家已經(jīng)在部分企業(yè)實施了并行工程，并取得了一定的成效。作為并行工程的關(guān)鍵技術(shù)．DFMA也得到了越來越多的企業(yè)的關(guān)注。在引進一些國外優(yōu)秀DFMA先進技術(shù)的同時，國內(nèi)一些大軟件公司和研究機構(gòu)如清華大學(xué) 上海交通大學(xué)等已經(jīng)對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)計在產(chǎn)品開發(fā)工程中的作用
一般說來，產(chǎn)品開發(fā)的整個過程包括這些環(huán)節(jié):市場調(diào)研、設(shè)計、工藝、制造、檢驗、銷售、售后服務(wù)、回收處理等，設(shè)計是最重要的一個環(huán)節(jié)。一般說來，產(chǎn)品設(shè)計雖然只占產(chǎn)品整個成本的5%，但它確影響產(chǎn)品整個成本的70%。
傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計的弊端
傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計是采用“串行”的方法進行的，這種設(shè)計方式的弊端是各個環(huán)節(jié)缺少交流和溝通，設(shè)計很少考慮其下游的工藝、制造、裝配、檢測、維修、對環(huán)境的影響、直至報廢處理方面道德內(nèi)容，這樣往往在產(chǎn)品被制造出來以后，還要多次返回進行設(shè)計更改，從而造成巨大浪費，增加產(chǎn)品成本，推遲產(chǎn)品上市時間。
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、維護、報廢處理等各個階段，DFMA的系列技術(shù)包括：DFA(Desgin For Assembly,面向裝配的設(shè)計)、DFM(Desgin For Manufacture,面向制造的設(shè)計)、DFA(Desgin For Testing,面向測試的設(shè)計、DFS(Desgin For Serivice,面向維護的設(shè)計)、DFE(Desgin For Environment,面向環(huán)境的設(shè)計)、DFD(Desgin For Discarding,面向報廢的設(shè)計)等。目前應(yīng)用較多的是機械領(lǐng)域的DFA和DFM，使機械產(chǎn)品在設(shè)計的早期階段就解決了可裝配性和可制造性問題，為企業(yè)帶來了顯著的效益。DFA指在產(chǎn)品設(shè)計早期階段考慮并解決裝配過程中可能存在的問題，以確保零件快速、高校、低成本地進行裝配。
DFA是一種針對轉(zhuǎn)配環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌兼顧的設(shè)計思想和方法，就是在產(chǎn)品設(shè)計過程中利用各種技術(shù)手段入分析、評價、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)教下改進產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)、使設(shè)計的產(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，同時也是一種設(shè)計哲理。其作用方式有兩種:可裝配性分析評價工具和裝配設(shè)計指南。前者指產(chǎn)品裝配性的各種因素，對產(chǎn)品設(shè)計進行到一定的程度后，通過系統(tǒng)分析影響產(chǎn)品裝配性的進行評價，在此基礎(chǔ)上給出再設(shè)計建議。后者指先將裝配專家的有關(guān)知識和經(jīng)驗整理成具體設(shè)計指南，然后在它們的指導(dǎo)下進行產(chǎn)品設(shè)計，相當(dāng)與在這些專家的直接幫助下選擇設(shè)計方案，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。DFA在產(chǎn)品開發(fā)過程中的作用和地位主要表現(xiàn)在減少零件數(shù)(從而精簡產(chǎn)品結(jié)構(gòu))、改進裝配性能、降低產(chǎn)品成本等方面。DFM則指在產(chǎn)品設(shè)計的早期階段考慮與制造有關(guān)的約束，指導(dǎo)設(shè)計師進行同一零件的不同材料和工藝的選擇，對不同制造方案進行制造時間和成本的快速定量估計，全面比較與評價方案各種設(shè)計與工藝方案，設(shè)計團隊根據(jù)這些定量的反饋信息，在零件的早期設(shè)計階段就能夠及時改進設(shè)計，確定一種最滿意的設(shè)計和工藝方案，正是由于DFMA的這些特點和功能，使DFMA技術(shù)成為并行工程的核心技術(shù)。
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