略論DFA與電氣附件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化

略論DFA（可裝配性設(shè)計(jì)）與電器附件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化當(dāng)前，自動(dòng)裝配技術(shù)正越來越廣泛的應(yīng)用到電器附件產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化了生產(chǎn)過程，提高了生產(chǎn)效率，更好的保障了產(chǎn)品品質(zhì)。但是自動(dòng)化的應(yīng)用也帶來了新的問題，就是在改造傳統(tǒng)手工生產(chǎn)方式的過程中，自動(dòng)化的工藝轉(zhuǎn)換面臨很多實(shí)際的問題，不少問題直接與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。要深入開展自動(dòng)化生產(chǎn)方式，充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，就必須對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的優(yōu)化。就是說產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段，就要充分考慮產(chǎn)品的可裝配性。國際上很早就進(jìn)行了這方面的研究工作，形成了系統(tǒng)的理論并得以快速發(fā)展。1980年，美國Massachusetts大學(xué)的Boothroyd教授提出了DFA（DesignforAutomation）這—概念，系統(tǒng)化的總結(jié)和研究了產(chǎn)品可裝配性的要素和方法，得到逐步推廣。近年來，隨著自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)DFA的關(guān)注度迅速提高，發(fā)展明顯加速，相繼出現(xiàn)了—些有影響的DFA定量分析方法。它們都是基于容易裝配原則來考察影響產(chǎn)品可裝配性的各種因素，并使用列表的形式對(duì)各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)分，以此來追蹤產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不利于裝配的薄弱環(huán)節(jié)并及時(shí)加以修正。這些方法的實(shí)際應(yīng)用，有力地推動(dòng)了DFA技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)品的可裝配性得以明顯提高?！馜FA的概念及其運(yùn)用方法1．DFA的基本概念裝配是一項(xiàng)勞動(dòng)密集型的工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，裝配成本在產(chǎn)品總成本中的比重可以達(dá)到40％。對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品而言，裝配自動(dòng)化的一個(gè)主要障礙是：通常的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不是面向裝配的，這使產(chǎn)品裝配已成為制造業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)之一。如何有效地降低裝配費(fèi)用，是當(dāng)今企業(yè)所面臨的突出問題。DFA就是為了解決這一問題而成長起來的一項(xiàng)新技術(shù)。簡單地說，DFA是一種優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以獲得最低裝配費(fèi)用的技術(shù)。DFA在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，通過分析影響產(chǎn)品可裝配性的各種因素，對(duì)產(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上，給出產(chǎn)品再設(shè)計(jì)的建議，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品易于裝配，以達(dá)到降低產(chǎn)品裝配費(fèi)用的目的。目前，DFA已經(jīng)成為一種廣義的裝配設(shè)計(jì)方法，覆蓋范圍包括產(chǎn)品生命周期中與裝配有關(guān)的所有環(huán)節(jié)，一般包含以下幾方面的內(nèi)容：自上而下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)；產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)和裝配性能分析；數(shù)字化預(yù)裝配；產(chǎn)品裝配序列規(guī)劃；裝配公差綜合與分析；機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合與分析。其綜合體系如圖3所示。數(shù)字化預(yù)裝配產(chǎn)品裝配建模產(chǎn)品功能建模數(shù)字化預(yù)裝配產(chǎn)品裝配建模產(chǎn)品功能建模裝配公差分析與綜合機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與綜合裝配過程規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)裝配性能分析裝配公差分析與綜合機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與綜合裝配過程規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)裝配性能分析裝配尺寸鏈提取機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈提取裝配尺寸鏈提取機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈提取裝配順序規(guī)劃產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)改進(jìn)裝配公差綜合與優(yōu)化機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)求解裝配公差綜合與優(yōu)化機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)求解裝配路徑規(guī)劃裝配資源規(guī)劃圖1面向裝配的設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2．可裝配性分析裝配活動(dòng)可以分為邏輯上的兩個(gè)階段：一是零件的獲取階段，即零件從進(jìn)料地點(diǎn)到達(dá)裝配位置；二是零件的裝配階段，在這一階段，零件和零件進(jìn)行連接。影響可裝配性的因素可以分為三類：零件因素、系統(tǒng)因素和工藝因素。DFA通過考察這些因素在不同裝配階段的表現(xiàn)來完成對(duì)候選設(shè)計(jì)可裝配性的評(píng)價(jià)。(1)零件因素零件是裝配的基本單元，其性質(zhì)對(duì)產(chǎn)品的可裝配性影響較大。在獲取階段，零件的影響主要表現(xiàn)在尺寸和形狀兩方面；在裝配階段，零件的影響主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性方面。(2)工藝因素依賴于所使用的裝配工藝。在獲取階段，工藝因素對(duì)可裝配性的影響有許多方面，包括所采用的輸送手段和輸送距離等。在裝配階段，則表現(xiàn)為緊固方法和裝配路徑等。(3)系統(tǒng)因素是指零件與零件之間的相互作用。在獲取階段，系統(tǒng)因素表現(xiàn)為零件之間的嵌套或纏繞。在裝配階段，主要表現(xiàn)為兩個(gè)零件之間的配合間隙和配合區(qū)段長度。3.運(yùn)用DFA進(jìn)行定量分析的方法以Lucas方法(流程圖見圖1)為例，DFA定量分析方法的主要步驟是：設(shè)計(jì)效率設(shè)計(jì)效率設(shè)計(jì)面向裝配的設(shè)計(jì)輸送分析設(shè)計(jì)配合分析設(shè)計(jì)功能需求功能分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)面向裝配的設(shè)計(jì)輸送分析設(shè)計(jì)配合分析設(shè)計(jì)功能需求功能分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)效率設(shè)計(jì)夾持分析設(shè)計(jì)效率設(shè)計(jì)夾持分析設(shè)計(jì)圖2LUCAS方法流程圖(1)功能分析目的是在保持產(chǎn)品功能不變的前提下減少零件的數(shù)目。在Lucas方法中，減少零件數(shù)目采用了Boothroyd提出的最少零件數(shù)原則，即一個(gè)零件不能與其它零件合并，必須具有下述三條原因之一：a．與其它零件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)要求；b．由于性能要求而必須使用同其它零件不同的材料；c．為了維護(hù)和替換，要求能夠拆卸。(2)輸送分析通過分析零件的形狀、尺寸、重量等來確定零件是否易于傳送和定向，給出其輸送指數(shù)和輸送率。輸送率過大，表明輸送性能不佳，有必要改進(jìn)設(shè)計(jì)或選擇合適的輸送技術(shù)。(3)配合分析通過分析零件在裝配過程中的裝配方向、裝配力大小以及是否需要特殊工具等因素，來確定零件的配合指數(shù)和配合率。配合率過大，表明配合設(shè)計(jì)不佳，需要改進(jìn)。(4)夾持分析用于機(jī)器人等自動(dòng)線裝配，以確定零件是否有適宜的夾持表面以及零件的易碎性等。近年來，面向并行工程的DFA技術(shù)正逐漸成為制造自動(dòng)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。并行工程把DFA作為它的一個(gè)子集納入其總體框架之下，并賦予了其新的內(nèi)涵?，F(xiàn)有的DFA方法基本上是屬于一種數(shù)學(xué)計(jì)算方法，它通過評(píng)分來顯示設(shè)計(jì)中不利于裝配的薄弱環(huán)節(jié)。而實(shí)際上，DFA評(píng)價(jià)和再設(shè)計(jì)的許多知識(shí)都是屬于啟發(fā)式知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，難以用精確的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算公式來表達(dá)。因此，要實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的DFA分析并給出再設(shè)計(jì)建議，必須運(yùn)用知識(shí)處理技術(shù)如專家系統(tǒng)來解決。大量的DFA規(guī)則被存入知識(shí)庫，推理機(jī)根據(jù)裝配信息，掃描知識(shí)庫，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)該方案的可行性進(jìn)行分析：該自動(dòng)線中主要的裝配動(dòng)作包括物料的輸送、選料、零件的抓取、擰螺絲單元、包裝單元等，基本可以采用成熟設(shè)備和工藝，技術(shù)上可行。影響自動(dòng)裝配效果的主要問題是構(gòu)成產(chǎn)品的零件的材料品質(zhì)、成型的標(biāo)準(zhǔn)化程度、尺寸精度、零件的形狀及其相互間的配合特征等等。從對(duì)該產(chǎn)品及其自動(dòng)生產(chǎn)線的特點(diǎn)進(jìn)行分析并試驗(yàn)、制作的過程中，我們可以看出，產(chǎn)品的可裝配性與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，主要包括材料、形狀、連接方式、精度等，應(yīng)當(dāng)方便進(jìn)行搬運(yùn)、定位、連接、檢驗(yàn)等工作，還要滿足自動(dòng)裝配過程中的裝配節(jié)拍、裝配工具、自動(dòng)加工裝配單元的使用要求等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)最終的裝配工藝的影響進(jìn)行分析，主要包括：對(duì)裝配工序數(shù)量的影響對(duì)裝配順序的影響對(duì)零件輸送、搬運(yùn)、抓取的影響對(duì)裝配連接固定操作的影響對(duì)裝配精度的影響對(duì)裝配效率的影響對(duì)工裝夾具的影響裝配的產(chǎn)品檢驗(yàn)影響產(chǎn)品可裝配性的因素主要有：零件數(shù)量材料特性零件結(jié)構(gòu)裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系精度連接方式在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，考慮產(chǎn)品最終的裝配工藝方法和可裝配性，需要重點(diǎn)著眼于簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，采用新材料、新工藝，最大限度減少零件數(shù)量，降低裝配時(shí)間和成本，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化、模塊化方法，形成標(biāo)準(zhǔn)化裝配單元，便于整體自動(dòng)裝配的實(shí)現(xiàn)。零件設(shè)計(jì)要設(shè)法做出明顯特征，便于自動(dòng)供料，避免采用易于形成纏繞的凸臺(tái)、鉤狀等結(jié)構(gòu)，使零件包含方便裝配時(shí)自對(duì)準(zhǔn)的特征，如導(dǎo)條、凸緣、倒角等。下面給出一