可制造性設(shè)計(jì)(DFM)

1、可制造性設(shè)計(jì)(DFM)進(jìn)入九十年代以后，世界市場(chǎng)發(fā)生了根本的變化，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和產(chǎn)品的上市時(shí)間成為競(jìng)爭(zhēng)的主要因素。 為此，企業(yè)必須掌握并很好地利用先進(jìn)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)，盡可能縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和產(chǎn)品的上市時(shí)間, 才能使自己在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中得以生存和發(fā)展?？芍圃煨栽O(shè)計(jì)(DFM,DeSign for ManUfaCtUre)是并行工程中最重要的內(nèi)容之一，其主要目標(biāo)是；提高新產(chǎn)品 開(kāi)發(fā)全過(guò)程(包括設(shè)計(jì)、工藝、制造、銷(xiāo)售服務(wù)等)中的質(zhì)量，降低新產(chǎn)品全生命周期中的成本(包括產(chǎn)品設(shè) 計(jì)、工藝、制造、發(fā)送、支持、客戶(hù)使用乃至產(chǎn)品報(bào)廢等成本)，縮短產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)周期(包括減少設(shè)計(jì)反復(fù), 降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備

2、、制造及投放市場(chǎng)的時(shí)間)?？芍圃煨栽O(shè)計(jì)(DFM)是把CAECAD CAPP / CAM的集成化和可制造性分析結(jié)合起來(lái)，在設(shè)計(jì)的初期就把制造因 素考慮進(jìn)去。其組成部分有：(1)確認(rèn)當(dāng)前制造過(guò)程的能力和限制。產(chǎn)生生產(chǎn)過(guò)程的結(jié)構(gòu)化分析和數(shù)據(jù)流向圖, 由相應(yīng)部門(mén)對(duì)其進(jìn)行審査，剔除多余的操作并驗(yàn)證實(shí)際過(guò)程。(2)對(duì)設(shè)計(jì)的新部件及其裝配關(guān)系，進(jìn)行可制造 性、可裝配性、可測(cè)試性、可維護(hù)性及整體設(shè)計(jì)質(zhì)量的論證和檢査?，F(xiàn)代技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，促使新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程跟著迅速的變化。面對(duì)來(lái)自市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力， 企業(yè)的財(cái)政前景在很大程度上依賴(lài)于新產(chǎn)品的推出。新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期包括產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)兩個(gè)階

3、段。在產(chǎn)品的要領(lǐng)設(shè)計(jì)階段可以采取的方法有：可制造性設(shè)計(jì)原理(PDFM, PrinCiPIeS Of DeSign for ManUfaCtUr e)方法：質(zhì)量功能配置(QFD, QUaIity FUnCtiOn DePlOyment)方法。一、可制造性設(shè)計(jì)原理方法和質(zhì)量功能配置方法1. 可制造性設(shè)計(jì)原理方法可制造性設(shè)計(jì)原理方法是一種結(jié)構(gòu)化方法，它從一系列的功能要求出發(fā)，完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。可制造性設(shè)計(jì)原理 方法可用于開(kāi)創(chuàng)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。它是由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MlT)的Nam Suh提出來(lái)的，它把設(shè)計(jì)過(guò)程看成功能 要求的開(kāi)發(fā)，把這些要求通過(guò)設(shè)計(jì)矩陣映射成設(shè)計(jì)參數(shù)，然后再映射成制造過(guò)程的參數(shù)。功能要求

4、和設(shè)計(jì)參數(shù) 是層次性的，應(yīng)將其分解成為子要求和子參數(shù)。在設(shè)計(jì)中存在兩類(lèi)約束條件：輸入約束，由產(chǎn)品說(shuō)明描述決定; 另一類(lèi)是系統(tǒng)約束，由產(chǎn)品的使用條件決定。設(shè)計(jì)函數(shù)由這兩類(lèi)約束條件限定?？芍圃煨栽O(shè)計(jì)原理方法中有兩條基本的設(shè)計(jì)原則：獨(dú)立性原則，保持功能要求的獨(dú)立性；最小信息量原則，使 設(shè)計(jì)的信息量最小。從這兩條基本設(shè)計(jì)原則出發(fā)可得到一些推論(設(shè)計(jì)準(zhǔn)則)：耦合設(shè)計(jì)的去耦；功能要求的 最小化；物理部件的集成、標(biāo)準(zhǔn)化；對(duì)稱(chēng)性；最大的公差。2. 質(zhì)量功能配置方法質(zhì)量功能配置方法屬于設(shè)計(jì)質(zhì)量工程的范疇，于70年代初起源于日本三菱覓工的神戶(hù)造船廠。福特公司于198 5年在美國(guó)率先采用QFD方法，使福特公司的產(chǎn)品

5、市場(chǎng)占有率得到很大的改善。現(xiàn)在美國(guó)很多公司都采用QFD方 法。質(zhì)量功能配置方法是在產(chǎn)品生命周期的較早階段實(shí)現(xiàn)的，著重于用戶(hù)的輸入。質(zhì)重功能配置方法可作為系 列產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。在這種情況，用戶(hù)已熟悉產(chǎn)品功能、預(yù)期的用途，設(shè)計(jì)技術(shù)也己成熟。為了保證產(chǎn)品滿(mǎn)足 顧客需求，能為顧客所接受，企業(yè)必須認(rèn)真研究和分析顧客需求，并將這些需求通過(guò)產(chǎn)品規(guī)劃矩陣、零件配置 矩陣、工藝規(guī)劃矩陣、工藝/質(zhì)量控制矩陣映射成技術(shù)需求(最終產(chǎn)品特征)、零件特征、工藝特征如質(zhì)量控 制方法。質(zhì)童功能配置方法的最為顯著的特點(diǎn)是要求企業(yè)不斷地傾聽(tīng)顧客的意見(jiàn)和需求，然后通過(guò)合適的方法 和措施在開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中體現(xiàn)這些需求。所以說(shuō)，質(zhì)量功能配

6、置方法是一種顧客驅(qū)動(dòng)的方法。二、工藝設(shè)計(jì)規(guī)范、公差分析、魯棒設(shè)計(jì)1. 制造工藝設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)可制造性設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)工藝設(shè)計(jì)規(guī)范非常重要。大多數(shù)工藝設(shè)計(jì)規(guī)范方法最初是作為人工裝配的準(zhǔn)則，以后發(fā)展 到包活自動(dòng)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(dòng)化程度很高的大 公司所采用，如汽車(chē)制造和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的大公司。由于這個(gè)原因，人們普遍認(rèn)為這些設(shè)計(jì)規(guī)范方法只對(duì)那些 大批量生產(chǎn)的制造企業(yè)有益。然而，它們對(duì)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(zhuān)門(mén)的加工設(shè)備和備件的成本也在不斷地增加，這些行業(yè)的重點(diǎn)在于降低產(chǎn)品的制造和現(xiàn)場(chǎng)支持的成本2. 公差分析現(xiàn)代制造技

7、術(shù)要研究幾何尺寸和公差及其在可制造性設(shè)計(jì)中的關(guān)系。幾何尺寸和公差(GDT, Geometry DimenSiO n and TOleranCe)能使設(shè)計(jì)師從功能和制造前景兩方面客觀評(píng)價(jià)產(chǎn)品。而且，這是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段進(jìn)行 的，所以，GDT經(jīng)常被稱(chēng)為是可制造性設(shè)計(jì)的有利工具。GFT已被證實(shí)具有可重復(fù)性、能降低零件成本、擴(kuò)展公 差、具有更好的互換性、概念表達(dá)清晰等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)際生產(chǎn)的零件之間，還存在一定的尺寸差別。設(shè)計(jì)因而被分成完全不同的兩類(lèi)：原型設(shè)計(jì)和第二次的生 產(chǎn)設(shè)計(jì)。每個(gè)階段的目的不同，所以

8、制造、裝配的工藝以及勝任都不同。如果意識(shí)不到這一點(diǎn)，就意味著要冒 很大的失敗危險(xiǎn)。常常存在這樣的情況，產(chǎn)品在原型樣品階段完美無(wú)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(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)非常有益，能起到促進(jìn)作用。但是，應(yīng)注意到的是公差分析涉及到對(duì)產(chǎn)品功 能的理解，以及制造零件時(shí)的工藝知識(shí)等等。即使采用CAD制作原型樣品，仍要進(jìn)行一個(gè)單獨(dú)的公差分析研究。一個(gè)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(zhì)上各不相同，而且零 件規(guī)定的公差也會(huì)有一個(gè)很大的范圍。薄板零件與機(jī)械加工零件相比，要求有一個(gè)更寬的公差帶。塑料模制零 件

9、，一旦模具制成，并規(guī)定工藝，各批零件的尺寸偏差就會(huì)非常小。而用機(jī)械加工制成的零件，每批產(chǎn)品的尺 寸偏差就會(huì)不同。了解制造工藝可以防止過(guò)于保守的設(shè)計(jì)，而保守的設(shè)計(jì)必定會(huì)增加成本。三、可制造性設(shè)計(jì)（DFM）工程項(xiàng)目的管理可制造性設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目的管理是非技術(shù)的，但又是非常重要的一個(gè)方面。其主要的內(nèi)容是可制造性設(shè)計(jì)工作組 （Teawork）的組織、管理和評(píng)估?？芍圃煨栽O(shè)計(jì)工程項(xiàng)目工作組是多學(xué)科項(xiàng)目組，是由各功能小組（如設(shè)計(jì)、可靠性、制造、質(zhì)量等）的人員， 以及采購(gòu)人員、供應(yīng)商及用戶(hù)等組成。這種工作組把設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的各個(gè)技術(shù)方面統(tǒng)統(tǒng)管理起來(lái)，并將其集 成。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人具有更多的責(zé)、權(quán)、利，掌握更多的權(quán)限。

10、小組成員向項(xiàng)目負(fù)責(zé)人匯報(bào)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人再向更上 一級(jí)的管理人員匯報(bào)。很顯然，這種管理方式有可能引起職能部門(mén)管理人員的不滿(mǎn)，他們會(huì)認(rèn)為他們的權(quán)限被 篡奪。在傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)內(nèi)成功的運(yùn)行可制造性設(shè)計(jì)，就必須克服這種觀念上的障礙。同時(shí)全體工作人員必須有這樣 的態(tài)度：即可制造性設(shè)計(jì)是每個(gè)人的事。四、實(shí)施可制造性設(shè)計(jì)在信息技術(shù)方面需要解決的問(wèn)題1. 統(tǒng)一的模型統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型是實(shí)現(xiàn)集成的關(guān)鍵，它保證產(chǎn)品信息的唯一性，使設(shè)計(jì)人員使用“同一種語(yǔ)言”對(duì)同一產(chǎn) 品進(jìn)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(jì)算機(jī)環(huán)境，是為了使各工作小組中的技術(shù)人員有效地進(jìn)行各自的工作，在各自的 工作站和微機(jī)上共享統(tǒng)一的

11、產(chǎn)品信息模型，利用各自的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、仿真、評(píng)論、并提出 改進(jìn)意見(jiàn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)保證了它們之間的信息傳遞。3. 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放式集成框架在制造環(huán)境中，要以計(jì)算機(jī)可識(shí)別的形式來(lái)表示和存儲(chǔ)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并在各個(gè)自動(dòng)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(shù)設(shè)計(jì)部門(mén)之間；（b）設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和加工部門(mén)之間；（C）組裝 廠家與零部件供應(yīng)商之間；（d）不同時(shí)期研制的產(chǎn)品型號(hào)之間；（e）不同用途的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)之間；（f） 同一 CAD / CAPP / CAM系統(tǒng)的不同版本之間?，F(xiàn)有的CAD / CAPP / CAM系統(tǒng)大多是以

12、單元自動(dòng)化為目標(biāo)來(lái)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu) 上存在較大差異，給數(shù)據(jù)交換帶來(lái)困難，因此，產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換就成為亟待解決的問(wèn)題。利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo) 準(zhǔn)和開(kāi)放式集成框架，提供統(tǒng)一的圖形用戶(hù)界面（GUl）,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和異族工具的互操作。STEP是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISo 10303從1984年開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（StBndard for thd EXChange Of PrOd UCt MOdeI Data）,是一套關(guān)于產(chǎn)品全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)的表達(dá)與交換的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它的一些應(yīng)用協(xié)議已陸續(xù)開(kāi) 發(fā)完成并在工業(yè)中應(yīng)用。4.自動(dòng)化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDMProduct Data M

13、anagement)技術(shù)在制造企業(yè)中，產(chǎn)品的制造活動(dòng)不僅是一個(gè)物料轉(zhuǎn)換的過(guò)程，而且是一個(gè)復(fù)雜的信息變換過(guò)程、信息傳遞是否 正確，直接影響著制造活動(dòng)能否正常進(jìn)行。因此，對(duì)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(shè)計(jì)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(cuò)誤以及數(shù)據(jù)査找困 難等問(wèn)題。企業(yè)對(duì)工程數(shù)據(jù)管理問(wèn)題以前沒(méi)有引起足夠重視，大量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依靠人工管理，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)査找困 難，重用性差，而且經(jīng)常發(fā)生錯(cuò)誤。總之，在制造企業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造環(huán)境中，在現(xiàn)代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)過(guò)程自 動(dòng)化需求的驅(qū)動(dòng)下，能夠集數(shù)據(jù)庫(kù)的管理數(shù)據(jù)能力、網(wǎng)絡(luò)的通信能力以及過(guò)程的控制能力與一體，能夠?qū)崿F(xiàn)分 布式環(huán)境下設(shè)計(jì)活動(dòng)的信息交換與共享并對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)高速與監(jiān)控的PDM系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。PDM技術(shù)的功能有：設(shè)計(jì)檢索；BOM (BilI Of MateriaI)與配置管理；版本管理；工作流及過(guò)程管