現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法專題6

1、1 / 102010級(jí)研究生現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程提綱 （六）面向“X”的設(shè)計(jì)（DFX1、概述面向“X”的設(shè)計(jì)最初是以DFM（面向制造的設(shè)計(jì)）和DFA（面向裝配的設(shè)計(jì)）出 現(xiàn)的DFM技術(shù)強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)過程中考慮加工因素，即可加工性和加工的方便性DFA技術(shù)強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)過程中考慮裝配因素，即可裝配性、裝配的方便性和減少裝 配價(jià)格DFX技術(shù)中的“X”是將面向制造的設(shè)計(jì)和面向裝配的設(shè)計(jì)進(jìn)一步擴(kuò)展到產(chǎn) 品壽命周期的所有領(lǐng)域，并逐漸形成一個(gè)技術(shù)族，力圖設(shè)計(jì)好造、好修、好用的產(chǎn)品。DFX括的內(nèi)容： 面向制造的設(shè)計(jì) 面向維修的設(shè)計(jì) 面向質(zhì)量的設(shè)計(jì) 面向環(huán)保的設(shè)計(jì) 面向包裝運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì) 面向均衡壽命的設(shè)計(jì)面向制造的設(shè)計(jì)（DF

2、M）是最常用的DFX方法, 貫穿產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)過程,有效的DFX可以在 不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下降低制造成本2 .1面向制造的設(shè)計(jì)思想、 原理 典型的DFM模型 （圖1）2.2面向制造的設(shè)計(jì)方法概述DFM方法如圖2所示，主要包括：?估計(jì)制造成本?降低部件成本?降低裝配成本?降低輔助生產(chǎn)成本?考慮DFM決策對(duì)其他因素的影響從圖2可以看出，DFM方法是從估計(jì)選定方案的制造成本開始的，估計(jì)制造成本可以幫助開發(fā)組判斷出部件、裝配和輔助生產(chǎn)中哪一個(gè)成本最高.使開發(fā)組在以后的開發(fā)過程中采取措施降低成本，不斷地改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)直到它達(dá)到一定 的程度為止2.3估計(jì)制造成本圖3所示為一個(gè)簡單的制造系統(tǒng)輸入與輸出模型，

3、其中輸入包括原材料、外購面向裝配的設(shè)計(jì) 面向回收的設(shè)計(jì) 面向成本的設(shè)計(jì) 面向可靠性的設(shè)計(jì)面向操作（好用）的設(shè)計(jì)2、面向制造的設(shè)計(jì)_-舊E裝 H 廣本陣糅糊肋生亡威本圖1怙計(jì)制造盧*.寺泳輩創(chuàng)悒巴圭拗褻響至球計(jì)鼻制這戊:*可旅養(yǎng)的識(shí)計(jì)方疾2 / 10件、工人的勞動(dòng)、能量與設(shè)備；輸出包括加工出 的產(chǎn)品與廢物。制造成本就是系統(tǒng)輸入花費(fèi)與處 理廢物的花費(fèi)之和。制造成本的構(gòu)成 下圖所示為制造成本的構(gòu)成。制造成本主要由：部件成本、裝配成本和間接成本組成圖3(1)估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件成本估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件成本有兩種方法：?將部件與公司已制造或購買的相似部件相比較來確定其成本，該方法主要用于小部件的成本估算。?詢問供貨商或賣主

4、。該方法主要用于大部件的成本估算。(2)估計(jì)定制件成本?定制件是由制造者或賣主提供的，為某產(chǎn)品專門設(shè)計(jì)的部件.?當(dāng)定制件是一個(gè)單獨(dú)部分的時(shí)候，是把原材料、加工和工裝成本相加來得到其 成本當(dāng)它是由幾個(gè)部分組成時(shí)，就把它當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品，將其部件成本、裝配成本和間接成本相加.?原材料成本通過計(jì)算原材料量獲得.加工成本包括設(shè)備操作工的工資和設(shè)備消 耗工裝成本則由刀具、模具和夾具的設(shè)計(jì)和裝配費(fèi)構(gòu)成.(3)估計(jì)裝配成本大部分的裝配都是由手工完成的.手工裝配成本可由裝配操作的時(shí)間乘以勞 動(dòng)率估計(jì)出.根據(jù)部件尺寸，操作難度和部件數(shù)量的不同，裝配操作時(shí)間為4至6 0S在大量生產(chǎn)中，可利用工具以輔助生產(chǎn).(4)估計(jì)間

5、接成本大部分公司使用間接率來計(jì)算間接費(fèi)用.間接率是由一個(gè)或兩個(gè)成本驅(qū)動(dòng)因 素來確定的間接成本是根據(jù)驅(qū)動(dòng)因素大小，由直接成本按一定比例計(jì)算出來 的.除了上述的分類方法，另一種分類方法是分為固定成本和變動(dòng)成本，固定成本是指不隨產(chǎn)量而變化的成本.可變成本是指與產(chǎn)量成比例增長或減少的成 本，如原材料的成本，加工時(shí)間和工人勞動(dòng).2.4減少部件成本了解生產(chǎn)制約條件和成本驅(qū)動(dòng)因素 生產(chǎn)制約條件和成本驅(qū)動(dòng)因素對(duì)于部件的成本有很大的影響生產(chǎn)制約條件在某些情況下可以以設(shè)計(jì)規(guī)律的形式準(zhǔn)確地把信息傳遞給設(shè)計(jì) 者,設(shè)計(jì)出易于加工的產(chǎn)品，降低部件的制造成本對(duì)于各種機(jī)械產(chǎn)品常有一個(gè)主要參數(shù)，即加工過程的成本驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)其成

6、本 有較大的影響，控制這個(gè)參數(shù)，即可控制成本的增長改進(jìn)設(shè)計(jì)部件以簡化加工過程通過對(duì)已有方案的簡化，可以使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本為了實(shí)現(xiàn)簡化設(shè)計(jì)，應(yīng)注意的基本原則：(1)盡可能減少產(chǎn)品組成部分的數(shù)量及其相互間的聯(lián)結(jié)可以通過把過去要求很 多零部件裝配成的復(fù)雜部件實(shí)行整體加工及整體鑄造，成為一個(gè)部件，來簡化 設(shè)計(jì)（2）盡可能實(shí)現(xiàn)零、組、部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化,控制非標(biāo)零、組、部件 的比率.施電侶鳥IM3 / 10（3）盡可能采用經(jīng)過考驗(yàn)的可靠性有保證的零、組、部件以至整機(jī)?為加工過程選擇適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)規(guī)模產(chǎn)品產(chǎn)量升高時(shí)， 單位產(chǎn)品的制造成本就會(huì)下降， 這個(gè)現(xiàn)象稱為“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”， 規(guī)模經(jīng)濟(jì)

7、產(chǎn)生的原因：（1）規(guī)模越大，攤在單位產(chǎn)品上的固定成本就越少.（2）規(guī)模越大，公司能選用高效的加工過程和設(shè)備，這樣句就可降低變動(dòng)成本 制造成本可分為固定成本和變動(dòng)成本， 一旦開始生產(chǎn)，固定成本就形成了，不 隨產(chǎn)品產(chǎn)量而變化； 變動(dòng)成本則是由產(chǎn)量決定 低固定成本高變動(dòng)成本的加工 過程適合小量生產(chǎn)；高固定成本低變動(dòng)成本的加工過程適合于大量生產(chǎn)?部件和加工過程標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)部件是多個(gè)產(chǎn)品中共有的，產(chǎn)品中提高標(biāo)準(zhǔn)件的數(shù)量可以使部件產(chǎn)量提 高，這樣部件的單位成本就會(huì)降低，也就降低了制造成本?用“黑匣子”法獲得部件在該方法中， 開發(fā)組只提供部件的功能描述， 而不告訴供貨商如何去生產(chǎn)這個(gè) 部件，這樣供貨商就可以

8、設(shè)計(jì)出最小成本的部件2 .5減少裝配成本面向裝配的設(shè)計(jì)（DFA:Design For Assembly）是DF啲一個(gè)組成部分,它的目 標(biāo)是減少裝配成本,對(duì)大部分產(chǎn)品來說,裝配成本只是總成本中的很小一部分,但是減少裝配成本會(huì)帶來很大間接效益。下面是輔助DFA決策的原則：利用評(píng)分組合部件使裝配變得更容易利用評(píng)分通常建議使用“裝配效率”的概念評(píng)分 這是由理論裝配最小時(shí)間與實(shí)際裝配 時(shí)間的比值來確定的這個(gè)概念對(duì)于判斷出裝配成本中的驅(qū)動(dòng)因素是很有用 的DFA數(shù)的公式：DFAK數(shù)=（理論最小部件數(shù)）*（3）秒/實(shí)際的總裝配時(shí)間公式中的“3秒”表示理論上裝配部件的最小時(shí)間 最小部件數(shù)可由下面三個(gè)問題來確定：

9、 該部件在裝配時(shí)需要相對(duì)于其它部分移動(dòng) 由于物理的原因該部件必須采用與其它部件不同的材料 在替換或維修時(shí)是否需要把該部件拆下來組合部件對(duì)于在理論上沒有限定是獨(dú)立的部件， 可以與其它一個(gè)或多個(gè)部件合成一個(gè)部 件，來減少成本部件組合的優(yōu)點(diǎn)：*被組合的部件之間不再需要裝配；*組合件成本通常比組合前部件成本低；*在組合件中，被組合件間的尺寸精度更高使裝配變得更容易 拿起、定位和插入一個(gè)部件的時(shí)間取決于該部件的幾何形狀和部件的安裝方式，所以即使部件數(shù)量相同的不同產(chǎn)品其裝配時(shí)間也是不同的 要使裝配變得 容易來減少裝配成本在裝配中，理想的部件特征應(yīng)是：4 / 10部件從頂部裝入；部件有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志；部件不需要定

10、向； 只需要一只手就可以裝配；裝配不需要工具； 部件以一種直線運(yùn)動(dòng)的方式裝入； 部件一經(jīng)裝入就被加固降低系統(tǒng)的復(fù)雜性:系統(tǒng)的復(fù)雜性隨著輸入、 輸出和轉(zhuǎn)換過程的增多而增加， 為了保證生產(chǎn)的正 常運(yùn)行，企業(yè)必須花費(fèi)大量的資金監(jiān)視、管理、處理這些變量， 增加了輔助成 本系統(tǒng)的復(fù)雜性是由產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來的， 可以通過改變?cè)O(shè)計(jì)方案的復(fù)雜性來降 低系統(tǒng)的復(fù)雜性，減少輔助成本，從而減少產(chǎn)品的制造成本錯(cuò)誤預(yù)防:DFM的一個(gè)重要方面就是預(yù)測(cè)系統(tǒng)可能發(fā)生的錯(cuò)誤并在開發(fā)過程中采取適當(dāng) 的措施。這種方法就叫錯(cuò)誤預(yù)防2.7面向制造的設(shè)計(jì)決策對(duì)其他方面的影響DFM對(duì)開發(fā)時(shí)間的影響開發(fā)時(shí)間是極其寶貴的，對(duì)于一個(gè)重要的開發(fā)項(xiàng)目來

11、說，在做DFMfe策時(shí)不 僅要考慮對(duì)制造成本的影響,而且要考慮對(duì)開發(fā)時(shí)間的影響。DFM可能減少開發(fā)時(shí)間也可能增加開發(fā)時(shí)間例如：組合部件方法增加了產(chǎn) 品的復(fù)雜性，相應(yīng)的增加了模具的復(fù)雜性， 使制作模具的時(shí)間增長從而使開發(fā) 時(shí)間增長DFM對(duì)開發(fā)成本的影響DFM可以增加開發(fā)時(shí)間，而開發(fā)成本和開發(fā)時(shí)間有密切關(guān)系， 所以開發(fā)成本也 會(huì)增加DFM對(duì)產(chǎn)品性能的影響在用DFM作決策前，開發(fā)組應(yīng)估計(jì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響。在理想情況下，降低 產(chǎn)品制造成本的措施會(huì)提高產(chǎn)品性能。 不過，在實(shí)踐中， 有些降低制造成本的 方法會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生不良影響。DFM對(duì)外部因素的影響 設(shè)計(jì)決策不只是對(duì)開發(fā)項(xiàng)目有影響， 它必然對(duì)開發(fā)項(xiàng)目以外的事物有影響。 主要是對(duì)部件的使用和壽命周期成