可制造性設計(DFM)

1、可制造性設計（DFM）進入九十年代以后，世界市場發(fā)生了根本的變化，新產(chǎn)品的開發(fā)周期和產(chǎn)品的上市時間成為競爭的主要因素。為此，企業(yè)必須掌握并很好地利用先進的產(chǎn)品開發(fā)設計技術，盡可能縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期和產(chǎn)品的上市時間，才能使自己在激烈的競爭中得以生存和發(fā)展。 可制造性設計（DFM,Design for Manufacture）是并行工程中最重要的內(nèi)容之一，其主要目標是：提高新產(chǎn)品開發(fā)全過程（包括設計、工藝、制造、銷售服務等）中的質量，降低新產(chǎn)品全生命周期中的成本（包括產(chǎn)品設計、工藝、制造、發(fā)送、支持、客戶使用乃至產(chǎn)品報廢等成本），縮短產(chǎn)品研制開發(fā)周期（包括減少設計反復，降低設計、生產(chǎn)準備、制造及

2、投放市場的時間）?？芍圃煨栽O計（DFM）是把CAECADCAPPCAM的集成化和可制造性分析結合起來，在設計的初期就把制造因素考慮進去。其組成部分有：（1）確認當前制造過程的能力和限制。產(chǎn)生生產(chǎn)過程的結構化分析和數(shù)據(jù)流向圖，由相應部門對其進行審查，剔除多余的操作并驗證實際過程。（2）對設計的新部件及其裝配關系，進行可制造性、可裝配性、可測試性、可維護性及整體設計質量的論證和檢查。現(xiàn)代技術的不斷進步和市場的激烈競爭，促使新產(chǎn)品的開發(fā)過程跟著迅速的變化。面對來自市場的競爭壓力，企業(yè)的財政前景在很大程度上依賴于新產(chǎn)品的推出。新產(chǎn)品的開發(fā)周期包括產(chǎn)品的概念設計和開發(fā)設計兩個階段。在產(chǎn)品的要領設計階段可

3、以采取的方法有：可制造性設計原理（PDFM，Principles of Design for Manufacture）方法；質量功能配置（QFD，Quality Function Deployment）方法。一、 可制造性設計原理方法和質量功能配置方法1.可制造性設計原理方法可制造性設計原理方法是一種結構化方法，它從一系列的功能要求出發(fā)，完成產(chǎn)品的設計?？芍圃煨栽O計原理方法可用于開創(chuàng)性的產(chǎn)品設計。它是由美國麻省理工學院（MIT）的Nam Suh提出來的，它把設計過程看成功能要求的開發(fā)，把這些要求通過設計矩陣映射成設計參數(shù)，然后再映射成制造過程的參數(shù)。功能要求和設計參數(shù)是層次性的，應將其分解成為

4、子要求和子參數(shù)。在設計中存在兩類約束條件：輸入約束，由產(chǎn)品說明描述決定；另一類是系統(tǒng)約束，由產(chǎn)品的使用條件決定。設計函數(shù)由這兩類約束條件限定?？芍圃煨栽O計原理方法中有兩條基本的設計原則：獨立性原則，保持功能要求的獨立性；最小信息量原則，使設計的信息量最小。從這兩條基本設計原則出發(fā)可得到一些推論（設計準則）；耦合設計的去耦；功能要求的最小化；物理部件的集成、標準化；對稱性；最大的公差。2.質量功能配置方法質量功能配置方法屬于設計質量工程的范疇，于70年代初起源于日本三菱重工的神戶造船廠。福特公司于1985年在美國率先采用QFD方法，使福特公司的產(chǎn)品市場占有率得到很大的改善?，F(xiàn)在美國很多公司都采用

5、QFD方法。質量功能配置方法是在產(chǎn)品生命周期的較早階段實現(xiàn)的，著重于用戶的輸入。質量功能配置方法可作為系列產(chǎn)品設計的準則。在這種情況，用戶已熟悉產(chǎn)品功能、預期的用途，設計技術也已成熟。為了保證產(chǎn)品滿足顧客需求，能為顧客所接受，企業(yè)必須認真研究和分析顧客需求，并將這些需求通過產(chǎn)品規(guī)劃矩陣、零件配置矩陣、工藝規(guī)劃矩陣、工藝質量控制矩陣映射成技術需求（最終產(chǎn)品特征）、零件特征、工藝特征如質量控制方法。質量功能配置方法的最為顯著的特點是要求企業(yè)不斷地傾聽顧客的意見和需求，然后通過合適的方法和措施在開發(fā)的產(chǎn)品中體現(xiàn)這些需求。所以說，質量功能配置方法是一種顧客驅動的方法。二、工藝設計規(guī)范、公差分析、魯棒設

6、計1.制造工藝設計規(guī)范對可制造性設計來說工藝設計規(guī)范非常重要。大多數(shù)工藝設計規(guī)范方法最初是作為人工裝配的準則，以后發(fā)展到包括自動和柔性裝配，金屬薄板加工、塑料模具以及印刷電路板的加工等。它們很快被自動化程度很高的大公司所采用，如汽車制造和計算機領域中的大公司。由于這個原因，人們普遍認為這些設計規(guī)范方法只對那些大批量生產(chǎn)的制造企業(yè)有益。然而，它們對小批量生產(chǎn)的行業(yè)甚至可能更加重要。由于單件產(chǎn)品的成本非常高，此外，專門的加工設備和備件的成本也在不斷地增加，這些行業(yè)的重點在于降低產(chǎn)品的制造和現(xiàn)場支持的成本2.公差分析現(xiàn)代制造技術要研究幾何尺寸和公差及其在可制造性設計中的關系。幾何尺寸和公差（GDT,

7、Geometry Dimension and Tolerance）能使設計師從功能和制造前景兩方面客觀評價產(chǎn)品。而且，這是在產(chǎn)品設計的早期階段進行的，所以，GDT經(jīng)常被稱為是可制造性設計的有利工具。GFT已被證實具有可重復性、能降低零件成本、擴展公差、具有更好的互換性、概念表達清晰等優(yōu)點。公差分析包括零件的功能分析和可裝配性分析。它并不是新概念，但它的重要性是不容低估的。零件的樣品原型和實際生產(chǎn)的零件之間，還存在一定的尺寸差別。設計因而被分成完全不同的兩類：原型設計和第二次的生產(chǎn)設計。每個階段的目的不同，所以制造、裝配的工藝以及勝任都不同。如果意識不到這一點，就意味著要冒很大的失敗危險。常常存

8、在這樣的情況，產(chǎn)品在原型樣品階段完美無缺，而一旦投入生產(chǎn)就可能成為廢品。公差分析就是避免這種情況發(fā)生的有力工具。目前CAD系統(tǒng)猛增，這對產(chǎn)品設計非常有益，能起到促進作用。但是，應注意到的是公差分析涉及到對產(chǎn)品功能的理解，以及制造零件時的工藝知識等等。即使采用CAD制作原型樣品，仍要進行一個單獨的公差分析研究。一個產(chǎn)品是由用不同材料制成的零件組成的。由于這些用不同材料制成的零件不僅在性質上各不相同，而且零件規(guī)定的公差也會有一個很大的范圍。薄板零件與機械加工零件相比，要求有一個更寬的公差帶。塑料模制零件，一旦模具制成，并規(guī)定工藝，各批零件的尺寸偏差就會非常小。而用機械加工制成的零件，每批產(chǎn)品的尺寸

9、偏差就會不同。了解制造工藝可以防止過于保守的設計，而保守的設計必定會增加成本。三、 可制造性設計（DFM）工程項目的管理可制造性設計工程項目的管理是非技術的，但又是非常重要的一個方面。其主要的內(nèi)容是可制造性設計工作組（Teamwork）的組織、管理和評估?？芍圃煨栽O計工程項目工作組是多學科項目組，是由各功能小組（如設計、可靠性、制造、質量等）的人員，以及采購人員、供應商及用戶等組成。這種工作組把設計和開發(fā)產(chǎn)品的各個技術方面統(tǒng)統(tǒng)管理起來，并將其集成。項目負責人具有更多的責、權、利，掌握更多的權限。小組成員向項目負責人匯報，項目負責人再向更上一級的管理人員匯報。很顯然，這種管理方式有可能引起職能部

10、門管理人員的不滿，他們會認為他們的權限被篡奪。在傳統(tǒng)機構內(nèi)成功的運行可制造性設計，就必須克服這種觀念上的障礙。同時全體工作人員必須有這樣的態(tài)度：即可制造性設計是每個人的事。四、實施可制造性設計在信息技術方面需要解決的問題1.統(tǒng)一的模型統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型是實現(xiàn)集成的關鍵，它保證產(chǎn)品信息的唯一性，使設計人員使用“同一種語言”對同一產(chǎn)品進行交流和數(shù)據(jù)操作。2.分布式環(huán)境分布式環(huán)境就是可互操作的計算機環(huán)境，是為了使各工作小組中的技術人員有效地進行各自的工作，在各自的工作站和微機上共享統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型，利用各自的計算機輔助系統(tǒng)進行分析、設計、仿真、評論、并提出改進意見。計算機網(wǎng)絡和分布式數(shù)據(jù)庫保證了它

11、們之間的信息傳遞。3.統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準和開放式集成框架在制造環(huán)境中，要以計算機可識別的形式來表示和存儲產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并在各個自動化系統(tǒng)間交換這些數(shù)據(jù)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換經(jīng)常出現(xiàn)在下列情況：（a）不同技術設計部門之間；(b)設計、生產(chǎn)準備和加工部門之間；（c）組裝廠家與零部件供應商之間；(d)不同時期研制的產(chǎn)品型號之間；(e)不同用途的CADCAPPCAM系統(tǒng)之間；（f）同一CADCAPPCAM系統(tǒng)的不同版本之間。現(xiàn)有的CADCAPPCAM系統(tǒng)大多是以單元自動化為目標來開發(fā)和應用的，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在邏輯結構和物理結構上存在較大差異，給數(shù)據(jù)交換帶來困難，因此，產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換就成為亟待解決的問題。利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)

12、交換標準和開放式集成框架，提供統(tǒng)一的圖形用戶界面（GUI），實現(xiàn)數(shù)據(jù)和異族工具的互操作。STEP是國際標準化組織ISO 10303從1984年開發(fā)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準（Standard for thd Exchange of Product Model Data），是一套關于產(chǎn)品全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)的表達與交換的國際標準。它的一些應用協(xié)議已陸續(xù)開發(fā)完成并在工業(yè)中應用。4.自動化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDMProduct Data Management）技術在制造企業(yè)中，產(chǎn)品的制造活動不僅是一個物料轉換的過程，而且是一個復雜的信息變換過程、信息傳遞是否正確，直接影響著制造活動能否正常進行。因此

13、，對信息的有序管理在企業(yè)中有著舉足輕重的地位。許多企業(yè)都為大量的設計數(shù)據(jù)困擾，由于缺乏有效的管理工具，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)文件誤置和數(shù)據(jù)傳遞錯誤以及數(shù)據(jù)查找困難等問題。企業(yè)對工程數(shù)據(jù)管理問題以前沒有引起足夠重視，大量的設計數(shù)據(jù)依靠人工管理，設計數(shù)據(jù)查找困難，重用性差，而且經(jīng)常發(fā)生錯誤?？傊?，在制造企業(yè)計算機集成制造環(huán)境中，在現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)及設計過程自動化需求的驅動下，能夠集數(shù)據(jù)庫的管理數(shù)據(jù)能力、網(wǎng)絡的通信能力以及過程的控制能力與一體，能夠實現(xiàn)分布式環(huán)境下設計活動的信息交換與共享并對設計過程進行動態(tài)高速與監(jiān)控的PDM系統(tǒng)就應運而生了。PDM技術的功能有：設計檢索；BOM（Bill of Material）與配置管理；版本管理；工作流及過程