研究生現(xiàn)代設計之面向“”的設計

.2面向制造的設計方法概述DFM方法如圖2所示，要緊包括:可能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決策對其他因素的阻礙圖2從圖2能夠看出,DFM方法是從可能選定方案的制造成本開始的,可能制造成本能夠關(guān)心開發(fā)組推斷出部件、裝配和輔助生產(chǎn)中哪一個成本最高.使開發(fā)組在以后的開發(fā)過程中采取措施降低成本,不斷地改進產(chǎn)品設計直到它達到一定的程度為止.2.3可能制造成本圖3所示為一個簡單的制造系統(tǒng)輸入與輸出模型,其中輸入包括原材料、外購件、工人的勞動、能量與設備；輸出包括加工出的產(chǎn)品與廢物。制造成本確實是系統(tǒng)輸入花費與處理廢物的花費之和。制造成本的構(gòu)成下圖所示為制造成本的構(gòu)成。制造成本要緊由：部件成本、裝配成本和間接成本組成圖3（1）可能標準件成本可能標準件成本有兩種方法：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，該方法要緊用于小部件的成本估算。詢問供貨商或賣主。該方法要緊用于大部件的成本估算。（2）可能定制件成本定制件是由制造者或賣主提供的，為某產(chǎn)品專門設計的部件．當定制件是一個單獨部分的時候，是把原材料、加工和工裝成本相加來得到其成本．當它是由幾個部分組成時，就把它當一個產(chǎn)品，將其部件成本、裝配成本和間接成本相加．原材料成本通過計算原材料量獲得．加工成本包括設備操作工的工資和設備消耗．工裝成本則由刀具、模具和夾具的設計和裝配費構(gòu)成．（3）可能裝配成本大部分的裝配差不多上由手工完成的．手工裝配成本可由裝配操作的時刻乘以勞動率可能出．依照部件尺寸，操作難度和部件數(shù)量的不同，裝配操作時刻為４至６０Ｓ．在大量生產(chǎn)中，可利用工具以輔助生產(chǎn)．（４）可能間接成本大部分公司使用間接率來計算間接費用．間接率是由一個或兩個成本驅(qū)動因素來確定的．間接成本是依照驅(qū)動因素大小，由直接成本按一定比例計算出來的．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，加工時刻和工人勞動．2.4減少部件成本了解生產(chǎn)制約條件和成本驅(qū)動因素生產(chǎn)制約條件和成本驅(qū)動因素關(guān)于部件的成本有專門大的阻礙.生產(chǎn)制約條件在某些情況下能夠以設計規(guī)律的形式準確地把信息傳遞給設計者,設計出易于加工的產(chǎn)品,降低部件的制造成本.關(guān)于各種機械產(chǎn)品常有一個要緊參數(shù),即加工過程的成本驅(qū)動因素,對其成本有較大的阻礙,操縱那個參數(shù),即可操縱成本的增長.改進設計部件以簡化加工過程通過對已有方案的簡化,能夠使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化,降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本.為了實現(xiàn)簡化設計,應注意的差不多原則:(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).能夠通過把過去要求專門多零部件裝配成的復雜部件實行整體加工及整體鑄造,成為一個部件,來簡化設計.(2)盡可能實現(xiàn)零、組、部件的標準化、系列化與通用化,操縱非標零、組、部件的比率.（3）盡可能采納通過考驗的可靠性有保證的零、組、部件以至整機．為加工過程選擇適當?shù)慕?jīng)濟規(guī)模產(chǎn)品產(chǎn)量升高時，單位產(chǎn)品的制造成本就會下降，那個現(xiàn)象稱為“規(guī)模經(jīng)濟”，規(guī)模經(jīng)濟產(chǎn)生的緣故：（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備，如此句就可降低變動成本．制造成本可分為固定成本和變動成本，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；變動成本則是由產(chǎn)量決定．低固定成本高變動成本的加工過程適合小量生產(chǎn)；高固定成本低變動成本的加工過程適合于大量生產(chǎn)．部件和加工過程標準化標準部件是多個產(chǎn)品中共有的，產(chǎn)品中提高標準件的數(shù)量能夠使部件產(chǎn)量提高，如此部件的單位成本就會降低，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)那個部件，如此供貨商就能夠設計出最小成本的部件．2.5減少裝配成本面向裝配的設計(DFA:DesignForAssembly)是DFM的一個組成部分,它的目標是減少裝配成本,對大部分產(chǎn)品來講,裝配成本只是總成本中的專門小一部分,然而減少裝配成本會帶來專門大間接效益。下面是輔助DFA決策的原則：利用評分組合部件使裝配變得更容易利用評分通常建議使用“裝配效率”的概念評分．這是由理論裝配最小時刻與實際裝配時刻的比值來確定的．那個概念關(guān)于推斷出裝配成本中的驅(qū)動因素是專門有用的．DFA系數(shù)的公式：DFA系數(shù)＝(理論最小部件數(shù))*(3)秒/實際的總裝配時刻公式中的“３秒”表示理論上裝配部件的最小時刻最小部件數(shù)可由下面三個問題來確定：＃該部件在裝配時需要相關(guān)于其它部分移動＃由于物理的緣故該部件必須采納與其它部件不同的材料＃在替換或維修時是否需要把該部件拆下來組合部件關(guān)于在理論上沒有限定是獨立的部件，能夠與其它一個或多個部件合成一個部件，來減少成本．部件組合的優(yōu)點：*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、定位和插入一個部件的時刻取決于該部件的幾何形狀和部件的安裝方式，因此即使部件數(shù)量相同的不同產(chǎn)品其裝配時刻也是不同的．要使裝配變得容易來減少裝配成本．在裝配中，理想的部件特征應是：部件從頂部裝入；部件有對準標志；部件不需要定向；只需要一只手就能夠裝配；裝配不需要工具；部件以一種直線運動的方式裝入；部件一經(jīng)裝入就被加固．降低系統(tǒng)的復雜性:系統(tǒng)的復雜性隨著輸入、輸出和轉(zhuǎn)換過程的增多而增加，為了保證生產(chǎn)的正常運行，企業(yè)必須花費大量的資金監(jiān)視、治理、處理這些變量，增加了輔助成本．系統(tǒng)的復雜性是由產(chǎn)品設計帶來的，能夠通過改變設計方案的復雜性來降低系統(tǒng)的復雜性，減少輔助成本，從而減少產(chǎn)品的制造成本．錯誤預防:DFM的一個重要方面確實是預測系統(tǒng)可能發(fā)生的錯誤并在開發(fā)過程中采取適當?shù)拇胧?。這種方法就叫錯誤預防．2.7面向制造的設計決策對其他方面的阻礙DFM對開發(fā)時刻的阻礙開發(fā)時刻是極其寶貴的,關(guān)于一個重要的開發(fā)項目來講,在做DFM決策時不僅要考慮對制造成本的阻礙,而且要考慮對開發(fā)時刻的阻礙。DFM可能減少開發(fā)時刻也可能增加開發(fā)時刻．例如：組合部件方法增加了產(chǎn)品的復雜性，相應的增加了模具的復雜性，使制作模具的時刻增長從而使開發(fā)時刻增長．DFM對開發(fā)成本的阻礙DFM能夠增加開發(fā)時刻，而開發(fā)成本和開發(fā)時刻有緊密關(guān)系，因此開發(fā)成本也會增加．DFM對產(chǎn)品性能的阻礙在用DFM作決策前，開發(fā)組應可能對產(chǎn)品性能的阻礙。在理想情況下，降低產(chǎn)品制造成本的措施會提高產(chǎn)品性能。只是，在實踐中，有些降低制造成本的方法會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生不良阻礙。DFM對外部因素的阻礙設計決策不只是對開發(fā)項目有阻礙，它必定對開發(fā)項目以外的事物有阻礙。要緊是對部件的使用和壽命周期成本產(chǎn)生阻礙。3、面向拆卸的設計3.1面向拆卸的設計和特點廢棄產(chǎn)品的零部件通過維修和廢棄產(chǎn)品的材料通過一定的再生技術(shù)都能夠被再利用，這就要求這些產(chǎn)品便于拆卸；假如廢棄產(chǎn)品的材料通過一定的再生技術(shù)能夠被利用，那么由這些材料構(gòu)成的零部件也必須首先能夠方便地拆卸，因此產(chǎn)品拆卸是產(chǎn)品回收再生的前提，面向拆卸的設計（DFD：DesignForDsiassembly）的設計思維和方法應運而生。拆卸的定義是：從產(chǎn)品或部件上有規(guī)律地拆下有用的零部件的過程，同時保證不因拆卸過程而造成該零部件的損傷。拆卸的目的有三類：產(chǎn)品零部件的重復應用產(chǎn)品報廢后并不意味著所有的零部件均成為廢品，有些稍加修正后能夠重新利用元器件回收關(guān)于電子產(chǎn)品，由于組成材料多種多樣，更新?lián)Q代周期短，因此要采取專門工藝對其進行回收．材料回收報廢產(chǎn)品的某些零件材料回收后能夠生產(chǎn)同種零件，還有些零件材料回收后，因為材料成分或性能達不到原零件要求，則可用來加工不的產(chǎn)品．對應與拆卸的目的，拆卸有三類類型：破壞性拆卸即拆卸活動以使零部件分離為要緊宗旨，不管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的破壞程度部分破壞性拆卸即拆卸過程中只損壞部分廉價零件，其余部分則要安全可靠分離非破壞性拆卸即拆卸過程中不能損壞任何零部件面向拆卸的設計與傳統(tǒng)設計相比的優(yōu)點使可回收零件和材料再次重用所需的工作量大大減少；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化，統(tǒng)一化，使產(chǎn)品有較大的預測能力；拆卸操作簡單快捷；拆下的零部件易于手工和自動處理；回收材料和殘余廢棄物易于分類和后處理；減少產(chǎn)品使用過程中的變化．3.2面向拆卸的設計準則面向拆卸的設計準則確實是為了將產(chǎn)品的拆卸性要求及回收約束轉(zhuǎn)化為具體的產(chǎn)品設計而確定的通用或?qū)Ｓ玫脑O計原則。拆卸準則要緊有以下幾種：拆卸工作量最少準則與結(jié)構(gòu)有關(guān)的準則易于拆卸準則易于分離準則產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可預估性準則拆卸工作量最少準則

拆卸工作量最少包含兩層含義，一是產(chǎn)品在滿足功能和使用要求的前提下，盡可能簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和外形，減少零件材料種類；另一層含義是簡化維護及拆卸回收工作，降低對維護拆卸回收人員的技能要求．減少拆卸工作量的方法有：明確所要拆卸的零部件功能集成，減少零件數(shù)量減少材料種類材料相容性準則有害材料的集成準則拆卸目標零件易于接近準則與結(jié)構(gòu)有關(guān)的準則

設計過程中要盡量采納簡單的連接方式，盡量減少緊固件數(shù)量，同意緊固件類型，并使拆卸過程具有良好的可達性及簡單的拆卸運動．易于拆卸準則盡量在要拆卸的零件上預留可供抓取的表面，幸免產(chǎn)品中有非剛性零件存在，將有毒有害物質(zhì)密封在同一單元結(jié)構(gòu)內(nèi)，提高拆卸效益，防止環(huán)境污染．易于分離準則在產(chǎn)品設計時，盡量幸免零件表面的二次加工，幸免零件及材料本身的損壞，也不能損壞機器，并為拆卸回收材料提供便于識不的標志．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可預估性準則

產(chǎn)品在使用過程中的污染、腐蝕、磨損以及維修、維護都會使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不確定性，即產(chǎn)品的最終狀態(tài)與原始狀態(tài)之間產(chǎn)生了較大的改變．為了使產(chǎn)品廢棄淘汰時，其結(jié)構(gòu)的不確定性減少，設計時應遵循以下準則：（１）幸免將易老化或易被腐蝕的材料與所需拆卸、回收的材料零件組合；（２）要拆卸的零部件應防止被污染或腐蝕．3.3產(chǎn)品拆卸信息描述產(chǎn)品拆卸所需信息包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)（零件圖、工藝文件、零件差不多數(shù)據(jù)、零部件結(jié)構(gòu)、功能及所用材料等信息）和使用數(shù)據(jù)(產(chǎn)品使用條件和場所、產(chǎn)品使用中的維修及零部件更換數(shù)據(jù)）。如下圖所示拆卸信息的描述方法基于圖形的表示方法用結(jié)點表示DFD中的各種實體；連接弧表示實體之間的拓撲關(guān)系，這種方法簡單、直觀、易于理解。基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的方法采納關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲實體及其關(guān)系，這種方法的信息組織維護方便。面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ箤嶓w表達具有繼承性和封裝性，對象（實體）的層次可分為若干類及相關(guān)屬性，如物理屬性、幾何屬性、特征屬性等，拆卸方法由對象的類型確定。3.4面向拆卸的設計評價面向拆卸的設計評價是對設計方案進行評價－－修改－－再評價－－再修改直至滿足設計要求的動態(tài)過程。評價面臨的問題要緊是:如何樣評價產(chǎn)品的拆卸性用什么指標評價用什么標準衡量拆卸評價要從兩方面進行:一方面是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的拆卸難易程度另一方面是與拆卸過程有關(guān)的時刻、費用、能耗、環(huán)境問題評價指標要緊由兩方面的指標組成：與拆卸有關(guān)的指標：拆卸費用：指與拆卸有關(guān)的一切費用，即人力費用和投資費用．是衡量結(jié)構(gòu)拆卸性好壞的要緊指標．拆卸費用高則回收重用的價值就?。鹦稌r刻：拆下某一連接所需要的時刻，包括拆卸時刻和輔助時刻．拆卸時刻長，講明拆卸性能差．拆卸能耗；包括人力能耗和外加動力消耗（如電能，熱能）．環(huán)境阻礙：要緊表現(xiàn)為噪聲及排放到環(huán)境中的污染物種類和數(shù)量．與連接結(jié)構(gòu)性有關(guān)的指標：可達性：即拆卸工具接近拆卸部位的難易程度．該問題可從三方面入手：第一是看得見－視覺可達；第二是實體可達；第三是足夠的拆卸空間．標準化程度：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復雜程度4、面向回收的設計4.1面向回收的設計的差不多概念面向回收的設計（DFR:DesignForRecycling&Recovering）在進行產(chǎn)品設計時，充分考慮產(chǎn)品零部件及材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等一些列問題，以達到零件材料資料和能源的充分有效利用，并在回收過程中對環(huán)境污染為最小的一種設計方法。面向回收的設計與傳統(tǒng)的設計的比較那個地點的回收是廣義的回收，即不僅考慮最差不多的材料回收，而更關(guān)懷的是在新產(chǎn)品中利用使用過的或廢棄產(chǎn)品的零部件和材料．該定義的特點確實是明確指出了回收的目的確實是最有效地在新產(chǎn)品中使用回收再生后的零部件和材料．從上表中可看出，回收設計和傳統(tǒng)設計有專門大的區(qū)不．回收設計在產(chǎn)品設計初期就考慮消除或減少廢棄物的產(chǎn)生，并在產(chǎn)品廢棄淘汰時，對其進行經(jīng)濟有效的回收和使廢舊產(chǎn)品的零部件得到重用和移用．4.2面向回收設計的特點可使材料資源得到最大限度地使用可減少環(huán)境污染，愛護生態(tài)環(huán)境有利于持續(xù)進展戰(zhàn)略的實施擴大了就業(yè)門路，提供更多的就業(yè)機會產(chǎn)品回收是一個社會化綜合工程，系統(tǒng)工程，會涉及到專門多部門物流的閉合性回收過程本身是清潔生產(chǎn)，應該對環(huán)境無害，不造成對環(huán)境的二次污染4.3面向回收的設計的要緊內(nèi)容要緊內(nèi)容包括：可回收材料及其標志可回收工藝及方法回收的經(jīng)濟性回收產(chǎn)品及結(jié)構(gòu)工藝可回收材料及其標志：產(chǎn)品報廢后，其零部件及材料能回收，取決于其原有性能的保持性及材料本身的性能．因此在設計時要了解產(chǎn)品報廢后的零件材料性能大變化，以確定可用程度．目前，常用的標志方法有：`(1)產(chǎn)品生產(chǎn)時，在零件上模壓出材料代號或用不同一顏色表明材料的可回收性或注明專門的分類編碼代號；(2)在材料零件上作出條形碼標志，具有條形碼的塑料零件可采納激光掃描儀會機器人進行分類(3)在材料回收過程中，人們往往需要識不出材料添加劑的比例和種類，同時要求材料識不技術(shù)成本低，易操作，能用于不同材料的識不，并能適應工廠車間的工作環(huán)境回收工藝及方法回收的經(jīng)濟性是零件材料能否有效回收的決定性因素．在產(chǎn)品設計中就應該掌握回收的經(jīng)濟性及支持可回收材料的市場情況，以求最經(jīng)濟和最大限度地使有限的資源，使產(chǎn)品具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性．回收的零件的結(jié)構(gòu)工藝性可回收零件的結(jié)構(gòu)必須具有良好的拆卸性能，以保證回收的可能和便利．4.4面向回收的設計準則面向回收設計的差不多要求；(1)對設計過程的要求它除了注重產(chǎn)品的差不多功能、性能等指標外，更注重產(chǎn)品的壽命、結(jié)構(gòu)及環(huán)境友好性。(2)對產(chǎn)品設計人員的要求產(chǎn)品設計人員不僅具有專業(yè)知識，還必須了解產(chǎn)品預定的回收工、環(huán)境愛護等方面的知識。(3)對生命周期過程治理的要求回收過程依靠科學的治理，在設計時期要考慮到這一點。面向回收的設計準則設計的結(jié)構(gòu)易于拆卸盡可能的選取可整新的零件潔凈的凈化工藝可充用零部件材料要易于識不分類機構(gòu)設計要有利于維修調(diào)整限制材料種類采納系列化和結(jié)構(gòu)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)考慮材料的異化再使用方法盡可能的利用回收零部件和材料考慮材料的相容性5、面向質(zhì)量的設計5.1面向質(zhì)量的設計思想的產(chǎn)生設計是質(zhì)量保證的首要環(huán)節(jié)，是質(zhì)量保證實施的源頭，是生產(chǎn)質(zhì)量實現(xiàn)的前提。質(zhì)量保證應從傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程質(zhì)量操縱向產(chǎn)品設計／開發(fā)質(zhì)量操縱轉(zhuǎn)變，從制造過程操縱向前推進到設計過程操縱，因此提出了面向質(zhì)量的設計DFQ（DesignForQuality）5.2面向質(zhì)量的設計的差不多概念DFQ確實是建立一個知識系統(tǒng)，它能為設計者實現(xiàn)產(chǎn)品或過程的要求質(zhì)量提供所必需的知識。但由于質(zhì)量概念的模糊性和不確定性，使DFQ的概念難以確定，許多研究者把Q分為兩類：Q外－－外部質(zhì)量，指顧客能感受到的質(zhì)量，及最終產(chǎn)品所表現(xiàn)的特征和特性；Q內(nèi)－－內(nèi)部質(zhì)量，指企業(yè)內(nèi)部所進行的一切生產(chǎn)活動的質(zhì)量，如采購、設計、生產(chǎn)、裝配等質(zhì)量。設計過程實際確實是設計相應的Q內(nèi)來保證Q外的過程。質(zhì)量模型：5.3面向質(zhì)量設計的實現(xiàn)策略和方法DFQ的實現(xiàn)策略DFQ是質(zhì)量驅(qū)動的集成化產(chǎn)品和過程開發(fā)形式。其模型如下頁所示。它強調(diào)每一設計時期中制定目標、合成、評價決策過程的分離，通過對每一過程實施相應的方法和工具來加強質(zhì)量保證的可能性。由于質(zhì)量分解、合成的引入，使設計時期綜合考慮到一切與產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)的活動，將質(zhì)量治理和操縱活動融入設計中，將質(zhì)量設計到產(chǎn)品中，保證設計的完善性。DFQ的方法和工具DFQ方法和