面向制造与装配的设计

面向制造和装配的设计简述

在传统的部门制及串行工程的产品开发模式中．产品设计过程与制造加工过程脱节．使产品的可制造性、可装配性和可维护性较差，进而致使设计改动量大、产品开发周期长 产品成本高和产品质量很难保证，甚至有大批的设计无法投入生产．进而产生了人力和物力的重大浪费。面向制造和装配的设计(DFMA．Design forManufacturing and Assembly)这一设计理念的提出．向传统的产品开发模式提出了考验。应用DFMA的设计思想和有关工具．设计师可以在设计的每一个阶段都得到相关怎样选择材料、选择工艺以及零部件的成本分析等设计信息。它是一种全新的愈加简单 更为有效的产品开发方法，为企业减弱生产成本，缩短产品开发周期．提升企业效益给予了一条可行之路。

DFMA是并行工程核心技术的重要构成部分，其思想已贯穿企业开发过程的始终。它涵盖的内容很多，涉及产品开发的各个阶段．除了上面所提及的DFMA．还包含面向成本的设计个通用的产品模型．以高达易于装配、提升装配效率和减弱装配成本的目的。

在制造业日益发达的今天．在满足各种行业标准和法规的前提下，很多公司都形成了各具特色的产品开发模式。任何一种行而有效的产品开发方法，都务必在充分考虑当前现有的产品开发和生产量力的同期执行最优化的产品设计。

对一个新产品来讲，产品的成本和开发周期是决定这个设计成败的核心原因。国际上有一个著名的影子理论：产品设计支出尽管只占产品总成本的5％ ，但它却影响产品整个成本的70％。仍有一个著名的“28“原则：产品设计约占整个新产品开发周期的20％ ．但它却决定了产品总成本的80％ 。可以看出仅占产品成本5％的产品设计在很大程度上决定了整个产品的成本及质量。

DFMA的首要内容

DFMA设计概念的提出是为了处理受于设计与制造．装配各自独立而产生的产品成本增长和产品开发周期长等现实困难．它的核心是通过各种管理手段和计算机辅助工具帮助设计者优化设计，提升设计工作的一次成功率。

1、设计简单化、标准化

设计简单化．就是在满足美观和功能要求的前提下．使设计尽量简单．降低零件的个数．降低以装饰功能为主的附件设计。诚然．同期也降低了加工工序．生产成本跟随减弱．生产周期也相应缩短。同样．在设计时尽量用标准件替代自行开发零部件．不仅可以帮助设计师节省大批的时间，而且可以降低制造加工时间．也节省了设计成本。成组技术(GT)的基本原理是把一部分类似的零件划分为零件族，进而揭示和利用它们的基本类似性得到最大的效益。英国、美国等工业发达国家的企业都在运用GT技术．获得了很好的效果。

2、向设计师供应符合企业现有情形的产品设计原则

假使在设计初期企业能够向设计师供应符合企业事实生产制造情形的一部分设计原则，则可以更深一步地指导设计师执行设计 下方是一部分可以提升设计效率的简单的设计原则。

a)降低零件个数和种类．并尽量运用标准件。 b)在或许的情形下尽或许采取组合设计的方法。 C)使设计的产品方便检验和测量。 d)产品的精度要求应符合事实生产量力．零件的上下偏差最好取尺寸公差的平均值。 e)稳健性设计。稳健性设计有利于提升产品生产、试探及运用过程中的平稳性。 f)充分考虑产品的定位，降低一部分没有事实作用或可有可无的附加设计，同期使所设计产品的功能、用途愈加清晰清晰。 g)简化装配过程。尽或许采取易于装配的简单零部件，而且简化备组件间的连接设计。 h)采取常用结构和材料．避免采取特殊材料以及需特殊工艺加工的零部件或组件。 i) 考虑产品维修保养困难．使产品便于拆装和维修。在事实的新产品设计过程中，企业还应依据本身的情形以及以往的经验向设计师们供应许多更详细的信息。

3、多方案分析

DFM要求设计者在概念设计阶段就要执行多方面的比较分析，一部分很小的改动或完善，或许会给后续的设计工作导致极大的收益。只有通过多个方案的对比分析，设计者才可够高达最终优化设计的目的。

多方案分析的达到建立在两个基础之上。一是要在设计创意阶段收集一定数量的设计方案．二是要有科学的分析评价手段和工具。

DFMA软件将设计．装配．材料和加工工艺的知识集成在一起．从装配、制造和维护等方面出发创建一个系统的程序来分析已提出的设计方案，使独立的设计者自己就能够利用这些信息作出合理的选择。它为设计、制造和工艺等有关人士给予了一个共同工作的平台，让大家都在与一时间考虑同～ 困难，方便了彼此之间的交流。与目前的产品开发方法对比，应用DFMA软件的结果是以更小的成本和更短的时间得到了更高质量的产品．促进产品并行设计和创新设计的达到。据统计，DFMA可以缩短产品从设计到投产的周期达到50％ ，降低零部件数量达30％ ～70％ ．降低装配时间达5O％ ～80％ 。当前国际和国内很多公司和科研机构都努力于DFMA专用软件的开发。

DFMA的实行条件

从DFMA 的特质和成本分析方法可知，DFMA 将i殳计、工艺和制造等有关部1"7联系在一起．为他们并行工作给予了一个平台。假使利用DFMA软件帮助设计,在概念设计阶段中 工艺、制造等有关人士就参与设计，对设计方案的可装配性、可制造性和成本执行预期，以成本为核心对方案执行优化。自此可见，DFMA供应的设计理念与传统的设计理念有本质的区别。企业要实行DFMA技术务必具备如下条件：

1．建立有助于实行DFMA的组织结构，在产品开发初期，保证设计、工艺 制造等部门的人士参与到设计中来，即建立跨部门多专业的新产品开发团队。

2，DFMA是一种并行设计软件，为了使团队成员能够及时沟通，必颓建立分布式网络环境。同期，网络的配置方面需要作一部分授权处理，通过网络达到在产品的方案设计后设计人士应用DFA对装配成本执行分析的同期工艺人士可以对方案浏览并应用DFM对产品的制产生本执行分析，而网络的实行可以建立在现有工厂PDM 管理平台上。

3．企业内部已推广应用CAX技术和PDM技术，能为实行DFMA 供应技术保障。

4．企业首要领导认同DFMA的开发模式，并予以强有力的支持。

DFMA技术展望

无论是DFM依旧DFA．都务必符合产品设计、生产过程中的事实情形和客观规律，而且需要在新产品设计的初期就要对设计工作执行规范和约束。

在美国，DFMA的设计理念和有关产品已普遍应用于汽车、飞机制造、航空和国防等行业．成功地为企业节省了数十亿美元的费用。我国的制造业水平相对落后，但国家已十分重视研发阶段新技术的开发，从1 995年到当下．国家已经在部分企业实行了并行工程，并获得了适当的成效。作为并行工程的核心技术．DFMA也得到了逐渐增多的企业的关注。在引进一部分国外优秀DFMA先进技术的同期，国内一部分大软件公司和研究机构如清华大学 上海交通大学等已经对DFMA有关技术着手研究，并开始自主开发有关软件，已获得较好的成果。

">编辑] DFMA是并行工程的核心技术

一、产品设计在产品开发工程中的作用

一般说来，产品开发的整个过程包含这些环节:市场调研、设计、工艺、制造、检验、销售、售后服务、回收处理等，设计是最重要的一个环节。一般说来，产品设计尽管只占产品整个成本的5%，但它确影响产品整个成本的70%。

二、传统产品设计的弊端

传统的产品设计是采取“串行”的方法执行的，该种设计方式的弊端是各个环节缺少交流和沟通，设计很少考虑其下游的工艺、制造、装配、检测、维修、对环境的影响、直至报废处理方面道德内容，如此往往在产品被制造出来以后，还要多次返回执行设计更改，进而产生重大浪费，增长产品成本，延迟产品上市时间。

更具一家公司的具体实例表明：直到他们的机器运输到客户那才发现存在的困难，改正为题所花费的成本：$590，000！而假使困难被早一点发现和改正，将花费少得多的成本。他预期在不同阶段改正困难所花的成本如下：

自此可见，我们需要运用必要的技术工具，采取新的产品设计模式，取代旧的模式中的弊端。

三、有关DFMA技术

DFMA技术是DFX的其他统称，该技术是并行工程核心技术的重要构成部分，其思想已贯穿企业开发过程的始终。它涵盖的内容很多，涉及及产品开发的制造、装配、检测、维护、报废处理等各个阶段，DFMA的系列技术包含：DFA(Desgin For Assembly,面向装配的设计)、DFM(Desgin For Manufacture,面向制造的设计)、DFA(Desgin For Testing,面向试探的设计、DFS(Desgin For Serivice,面向维护的设计)、DFE(Desgin For Environment,面向环境的设计)、DFD(Desgin For Discarding,面向报废的设计)等。当前应用较多的是机械领域的DFA和DFM，使机械产品在设计的早期阶段就处理了可装配性和可制造性困难，为企业导致了明显的效益。DFA指在产品设计早期阶段考虑并处理装配过程中或许存在的困难，以保证零件迅速、高校、低成本地执行装配。

DFA是一种针对转配环节的统筹兼顾的设计思想和方法，就是在产品设计过程中利用各种技术手段入分析、评价、规划、仿真等充分考虑产品的装配环节以及与其有关的各种原因的影响，在满足产品性能与功能调教下改进产品的装配结构、使设计的产品是值得装配的，并尽或许减弱装配成本和产品成本。DFA是一种优化产品结构的方法，同期也是一种设计哲理。其作用方式有两种:可装配性分析评价工具和装配设计指南。前者指产品装配性的各种原因，对产品设计执行到适当的程度后，通过系统分析影响产品装配性的执行评价，在此基础上给出再设计建议。后者指先将装配专家的相关知识和经验整理成具体设计指南，然后在它们的指导下执行产品设计，相当与在这些专家的直接帮助下选择设计方案，确定产品结构。DFA在产品开发过程中的作用和地位首要表当下降低零件数(进而精简产品结构)、改进装配性能、减弱产品成本等方面。DFM则指在产品设计的早期阶段考虑与制造相关的约束，指导设计师执行同一零件的不同材料和工艺的选择，对不同制造方案执行制造时间和成本的迅速定量预期，全面比较与评价方案各种设计与工艺方案，设计团队依据这些定量的反馈信息，在零件的早期设计阶段就能够及时改进设计，确定一种最满意的设计和工艺方案，正是受于DFMA的这些特点和功能，使DFMA技术形成并行工程的核心技术。

四、并行工程所采取的产品开发模式

如上图所示，这是并行工程所采取的产品开发模式，在产品的设计早期阶段应用DFMA技术，考虑处理了可装配性和可制造性困难，经历多次DFMA循环(见下图)后，再进入后面的详细设计阶段，然后是样机制造和大批投产。经历如此的过程，尽管设计阶段的时间有所延长，但整个产品的开发周期确大大的缩短了，并节约了成本，提升了产品质量。

有关条目可制造性设计——DFM 参考文献 ↑ 詹友刚.DFMA面向制造与装配的设计--并行工程的核心技术.CAD/CAM与制造业信息化,2001,(6)