面向制造設(shè)計(jì)資料課件

面向制造設(shè)計(jì)(DFM)面向制造設(shè)計(jì)(DFM)發(fā)展歷程2.DFM的基本概念3.1.

背景介紹

DFM的主要方法4.DFM的應(yīng)用5.目錄發(fā)展歷程2.DFM的基本概念3.1原始開發(fā)模式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造工作都是由同一個(gè)人來完成。在原始產(chǎn)品開發(fā)模式下，鐵匠既是產(chǎn)品設(shè)計(jì)者又是產(chǎn)品制造者，符合“我設(shè)計(jì)，我制造”的典型特點(diǎn)。但是生產(chǎn)效率很低。背景介紹原始開發(fā)模式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造工作都是由同一個(gè)人來完成。在原始傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式亞當(dāng)·斯密的勞動(dòng)分工理論——分工越細(xì)，效率越高。產(chǎn)品開發(fā)過程分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段和產(chǎn)品制造階段，分別由機(jī)械工程師和制造工程師負(fù)責(zé)。傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式存在致命的弊端，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造之間幾乎沒有溝通，這就形成了“我們設(shè)計(jì)，你們制造”的典型“拋墻式設(shè)計(jì)”模式。背景介紹設(shè)計(jì)制造修改設(shè)計(jì)n#再制造傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式亞當(dāng)·斯密的勞動(dòng)分工理論——分工越細(xì)，效率越傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)—PCB現(xiàn)代許多產(chǎn)品趨向所謂‘輕“,”薄’,‘短’,“小‘,因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上會(huì)縮小PCB,增加零件密度,及使用小型零件,但對制造而言,PCB縮小,零件密度增加及小型零件,都可能因此增加零件及產(chǎn)品組裝甚至維修困難,此外，大部分的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可能并不了解,焊接應(yīng)該用不同的焊盤形式及尺寸等,而生產(chǎn)線人員可能也不了解設(shè)計(jì)上所謂”COMPONENTSLIBRARY“,”EMI“,VIA孔徑標(biāo)準(zhǔn)等各種設(shè)計(jì)上電氣規(guī)格與需求。此類問題不只發(fā)生在業(yè)界,甚至許多國外具有數(shù)10年知名的廠商也同樣存在.背景介紹傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)—PCB現(xiàn)代許多產(chǎn)品趨向所謂‘輕“,”薄’,可制造性概念的來源電子產(chǎn)品研發(fā)工程師，特別是硬件開發(fā)人員，普遍存在對制造工藝技術(shù)的不熟悉，可制造性概念比較模糊。對PCB布局設(shè)計(jì)，元件選擇，制造工藝流程選擇，熱設(shè)計(jì)，生產(chǎn)測試手段等方面的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不具備可生產(chǎn)性或可生產(chǎn)性差，需要多次反復(fù)改板，影響了產(chǎn)品的推出日期，甚至影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。不論我們從事的是什么產(chǎn)品，不論我們的顧客是內(nèi)部或是外部顧客，他們對我們的要求都可說是一致的。他們的要求都離開不了三方面。即優(yōu)良或至少滿意的品質(zhì)、相對較低的成本（或價(jià)格）、和較短而及時(shí)的交貨期。而身為一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員，對以上的三個(gè)方面是絕對有影響和控制能力的。目前新一代的設(shè)計(jì)師，他們的職責(zé)已不是單純的把產(chǎn)品的功能和性能設(shè)計(jì)出來那么簡單，而是必須對以上所提到的三方面負(fù)責(zé)，并做出貢獻(xiàn)。

背景介紹可制造性概念的來源電子產(chǎn)品研發(fā)工程師，特別是硬件開發(fā)人員，普面向制造的開發(fā)模式在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮到制造對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，使得機(jī)械工程師設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有很好的可制造性，從根本上避免在產(chǎn)品開發(fā)后期出現(xiàn)的制造和質(zhì)量問題，達(dá)到“我們設(shè)計(jì)，你們制造，設(shè)計(jì)充分考慮制造的要求”這種開發(fā)模式。背景介紹面向制造設(shè)計(jì)修改設(shè)計(jì)1#制造面向制造的開發(fā)模式在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮到制造對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求三種產(chǎn)品的開發(fā)模式原始產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品簡單我設(shè)計(jì)，我制造效率低傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品較復(fù)雜我們設(shè)計(jì)，你們制造修改多，成本高，時(shí)間長，質(zhì)量低面向制造開發(fā)產(chǎn)品很復(fù)雜我們設(shè)計(jì)，你們制造，設(shè)計(jì)充分考慮制造要求修改少，成本低，時(shí)間短，質(zhì)量高背景介紹三種產(chǎn)品的開發(fā)模式原始產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品簡單我設(shè)計(jì)，我制造效率低傳DFX含義DFX是DesignforX(面向產(chǎn)品生命周期各/某環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì))的縮寫。其中，X可以代表產(chǎn)品生命周期或其中某一環(huán)節(jié)，如裝配(M-制造，T-測試)、加工、使用、維修、回收、報(bào)廢等，也可以代表產(chǎn)品競爭力或決定產(chǎn)品競爭力的因素，如質(zhì)量、成本(C)、時(shí)間等等。DFX的含義即是從產(chǎn)品的概念開始，考慮其可制造性和可測試性，使設(shè)計(jì)和制造之間緊密聯(lián)系、相互影響，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造一次性成功。這種設(shè)計(jì)概念及設(shè)計(jì)方法可縮短產(chǎn)品投放市場的時(shí)間、降低成本、提高產(chǎn)量。發(fā)展歷程DFX含義DFX是DesignforX(面向產(chǎn)品生命周期DFX的發(fā)展發(fā)展歷程1966一本名為“ManufacturingProducibilityHandbook”手冊的出版,標(biāo)志著可制造性研究己經(jīng)開始。這本手冊為設(shè)計(jì)師列出了大量資料,強(qiáng)調(diào)零件設(shè)計(jì)的可生產(chǎn)性,但該手冊涉及到裝配方面的知識(shí)很少。70年代前Boothroyd教授對DFA(面向裝配的設(shè)計(jì))進(jìn)行了一系列的研究,涉及到了裝配方法、裝配約束、成本等方面,并同Dewhurst教授共同提出Boothroyd&Dewhurst法。1988Stoll把DFA的思想發(fā)展成為DFM(designformanufacture),不僅僅進(jìn)行可裝配性分析,而對制造過程中涉及到的所有過程和階段進(jìn)行分析。Henstoek提出DFR(design

forrecyclability)的思想。1991Leonard提出了DFE(designforenvironment)思想,Altingetc.提出DFLC(design

forlife-cycle)思想。90年代后對DFX的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)高潮,大量的論文和著作獲得發(fā)表和出版,許多的系統(tǒng)出現(xiàn)并得到應(yīng)用。DFX的發(fā)展發(fā)展歷程1966一本名為“ManufacturiDFM（DesignforManufacture）可制造性設(shè)計(jì)DFP（DesignforProcurement）可采購設(shè)計(jì)DFD（DesignforDiagnosibility）

可診斷性設(shè)計(jì)DFT（DesignforTest）可測試性設(shè)計(jì)DFA（DesignforAssembly）可裝配性設(shè)計(jì)DFE（DesignforEnvironment）可環(huán)保性設(shè)計(jì)DFF（DesignforFabricationofthePCB）

為PCB可制造而設(shè)計(jì)DFS（DesignforServiceability）可服務(wù)性設(shè)計(jì)DFC（DesignforCost）低成本設(shè)計(jì)發(fā)展歷程DFX內(nèi)容DFM（DesignforManufacture）可制造DFM定義面向制造的設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要滿足產(chǎn)品制造的要求，具有良好的可制造性，使得產(chǎn)品以最低的成本、最短的時(shí)間、最高的質(zhì)量制造出來。當(dāng)今的DFM是并行工程的核心技術(shù)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)與制造是產(chǎn)品生命周期中最重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，并行工程就是在開始設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮產(chǎn)品的可制造性和可裝配性等因素。所以DFM又是并行工程中最重要的支持工具。它的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)信息的工藝性分析、制造合理性評價(jià)和改進(jìn)設(shè)計(jì)的建議。DFM技術(shù)即可制造性技術(shù)是DFX重要的一部分，在機(jī)械產(chǎn)品和電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及裝配制造上的應(yīng)用尤為廣泛。DFM的基本概念DFM定義面向制造的設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要滿足產(chǎn)品制造的要求，DFM意義DFM的基本概念縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量降低成本，提高產(chǎn)品競爭力優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率DFM意義DFM的基本概念縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量DFM的基本概念減少刀具種類減少裝夾次數(shù)降低切削難度DFM的基本概念減少刀具種類減少裝夾次數(shù)降低切削難度DFM設(shè)計(jì)原則DFM的基本概念原則減少零件的總量標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)特征的標(biāo)準(zhǔn)化以設(shè)計(jì)功能和簡單為目標(biāo)在不同的生產(chǎn)線中使用相同的零件設(shè)計(jì)零件承擔(dān)多個(gè)功能所設(shè)計(jì)的零件應(yīng)易于加工避免要求過高的公差減少輔助工藝和精整操作利用工藝的特殊性質(zhì)DFM設(shè)計(jì)原則DFM的基本概念原則減少零件的總量標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)特可制造性評價(jià)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)定義與生產(chǎn)工藝能力之間適合度的評價(jià),或者說是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量,即設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否容易地利用一個(gè)企業(yè)或組織的制造資源而生產(chǎn)出來?？芍圃煨钥梢酝ㄟ^產(chǎn)品的加工成本、工時(shí)、質(zhì)量和品種等方面的指標(biāo)來反映。通過評價(jià)指標(biāo)衡量一個(gè)零件可制造性的好壞,如:識(shí)別能否被制造的狀況;提供成本和質(zhì)量信息等。通過評價(jià),在設(shè)計(jì)零件的早期階段向設(shè)計(jì)者反饋產(chǎn)品在制造過程中的信息,幫助設(shè)計(jì)者改進(jìn)不合理的設(shè)計(jì),以適應(yīng)資源環(huán)境及滿足功能要求。DFM的主要方法可制造性評價(jià)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)定義與生產(chǎn)工藝能力之間適合度的評價(jià),定量分析法Tanner等提出可制造性指標(biāo)(ProductabilityIndex,Pl)方法,該方法是對給定設(shè)計(jì)提供可制造性指標(biāo),來判斷潛在的可制造性問題:

Pl=WPIF(i)·OPD(i)其中:WPIF為加權(quán)可制造性影響因子,它提供材料、標(biāo)準(zhǔn)化、精確度等各個(gè)方面的可制造性權(quán)重因子;OPD為觀察加工難度值,對給定的設(shè)計(jì),OPD可通過規(guī)則決策出來;PI值越大,表明可制造性越差。DFM的主要方法定量分析法Tanner等提出可制造性指標(biāo)(Productab定量分析法—特點(diǎn)DFM的主要方法大多采用經(jīng)驗(yàn)公式來評價(jià)可制造性產(chǎn)品和生產(chǎn)條件的復(fù)雜多樣性,用于評價(jià)的數(shù)據(jù)難以獲?。ㄈ缟a(chǎn)率、加工成本）依賴用戶手工填寫計(jì)算表格和繪制裝配順序流程圖,或者在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下通過人機(jī)對話方式要求用戶回答大量問題,不僅繁瑣、效率低,而且容易出錯(cuò)。定量分析法—特點(diǎn)DFM的主要方法大多采用經(jīng)驗(yàn)公式來評價(jià)可制造仿真分析法利用三維CAD系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)上仿真產(chǎn)品的實(shí)際裝配過程,稱為產(chǎn)品的裝配仿真。裝配仿真通過裝配序列規(guī)劃、裝配路徑規(guī)劃和干涉檢查等手段進(jìn)行可裝配性分析,協(xié)調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),檢查零部件的裝配和拆卸情況,以可視化方式展示并改進(jìn)產(chǎn)品的可裝配性。DFM的主要方法仿真分析法利用三維CAD系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)仿真分析法—特點(diǎn)仿真分析法本質(zhì)上是通過幾何形體的干涉檢查來發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題,而不能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的一些技術(shù)性問題。這種方法用在可裝配性分析上比較多,零件的可制造性分析上的研究較少。DFM的主要方法仿真分析法—特點(diǎn)仿真分析法本質(zhì)上是通過幾何形體的干涉檢查來發(fā)基于知識(shí)的分析方法DFM規(guī)則法DFM規(guī)則被認(rèn)為是優(yōu)化設(shè)計(jì)建議(OptimalSuggestion)。DFM規(guī)則都是從多年的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)中獲取,如浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文最少零件數(shù)規(guī)則、模塊化設(shè)計(jì)規(guī)則、多功能零件規(guī)則等。公理方法基于設(shè)計(jì)原則或公理來達(dá)到優(yōu)化制造系統(tǒng)的目的。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的每一階段中,每個(gè)決策由公理和推論引導(dǎo),最終獲得優(yōu)化解。設(shè)計(jì)公理較為抽象,難于用在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段?；谥R(shí)方法把工藝知識(shí)和費(fèi)用知識(shí)用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)進(jìn)行表達(dá),利用專家系統(tǒng)進(jìn)行逆向推理決策。把工藝設(shè)計(jì)、費(fèi)用估計(jì)和設(shè)計(jì)評價(jià)集成,直接從CAD中提取特征進(jìn)行評價(jià),在一定程度上實(shí)現(xiàn)了信息共享。DFM的主要方法基于知識(shí)的分析方法DFM規(guī)則法DFM規(guī)則被認(rèn)為是優(yōu)化設(shè)計(jì)建議三種分析方法—特點(diǎn)定量分析需要統(tǒng)計(jì)大量的數(shù)據(jù),而且不同企業(yè)的數(shù)據(jù)存在較大的差異,難以開發(fā)通用的系統(tǒng)。大量經(jīng)驗(yàn)公式的系數(shù)還依賴用戶計(jì)算并填寫表格,或要求回答大量的問題,不僅繁瑣,而且這些計(jì)算和問題都是非常專業(yè)化的,很難被設(shè)計(jì)新手掌握。仿真分析較少考慮實(shí)際的裝配工藝、裝配條件、裝配環(huán)境和工裝夾具等因素。難以發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)工藝性問題?；谥R(shí)實(shí)質(zhì)上都只是采用規(guī)則的形式,因此這種系統(tǒng)要求用戶根據(jù)產(chǎn)品模型的信息輸入大量的事實(shí)或回答大量的問題之后,才能進(jìn)行可制造性評價(jià)的推理。DFM的主要方法三種分析方法—特點(diǎn)定量分析需要統(tǒng)計(jì)大量的數(shù)據(jù),而且不同企業(yè)的DFM應(yīng)用-半導(dǎo)體DFM的應(yīng)用背景芯片尺寸曾經(jīng)指數(shù)式地增長了數(shù)十年，后來已經(jīng)趨近飽和，并會(huì)最終止步于6英寸掩膜。晶圓直徑在過去的30年間從1英寸發(fā)展到12英寸，由于同樣的原因可能不會(huì)再進(jìn)一步增加。光學(xué)光刻技術(shù)看起來也接近其壽命的終點(diǎn)了，而且在成熟制造廠中半導(dǎo)體成品率已經(jīng)接近100%（理論的最大值）。特征尺寸曾經(jīng)是數(shù)微米，現(xiàn)在則由幾十個(gè)納米來表征，已經(jīng)接近量子力學(xué)的極限。似乎半導(dǎo)體工業(yè)正在成熟，那些唾手可得的東西則越來越少，但不幸的是這些逐漸消失的東西正是遵循摩爾定律的基礎(chǔ)。DFM應(yīng)用-半導(dǎo)體DFM的應(yīng)用背景DFM應(yīng)用-半導(dǎo)體為繼續(xù)按摩爾定律曲線發(fā)展，設(shè)計(jì)人員需要越來越多地考慮系統(tǒng)制造偏差的影響——這就要求考慮DFM。在福特公司，工程師們進(jìn)行車輛組件間的干擾測試時(shí)，采用的就是基于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)技術(shù)的全電子化原型工具。在半導(dǎo)體工業(yè)中這一發(fā)展趨勢已經(jīng)非常明朗。2006年，IBM的LarsLiebman報(bào)道了這類軟件工具的概念，稱作“光刻可制