面向制造和装配的设计

如何简化----体系结构之模块化体系结构与综合 体系结构的区分
模块体系结构
综合体系结构
•产量更高时可以有机会进行 标准化生产并降低成本
•更大的设计灵活性
•诊断和替换模块时的检修费 用降低
•增加相互的连接部分及相应 成本
•中间连接最少化
•对于特定应用有最适合的体系 结构
•无法标准化、产量低、成本高
•诊断、维修或替换服务的费用 高
部件装配
• 减少加工表面、插入及装配动作 ➢需要额外时间来重新调整人或装配的方向 ➢需要额外的固定
• 在开阔的视角下进行装配—避免仅依靠触觉进行的盲装配 ➢仅仅依靠触觉进行的装配会显著的增加装配时间 ➢不正确装配的可能性大大增加
部件装配---避免两手的装配
• 从侧面或底面装配式通常需要两只手将部件放在合适的位置， 直到他们链接或者扣紧
部件处理----锐利（伤害避免）
• 避免有锋利边缘或尖角的对作业者产生伤害的部件 ✓ 玻璃 ✓ 薄片金属 ✓ 带刺部件 ✓ 锋利的针或尖端
• 对设计特征进行处理，以避免处理会导致伤害性的边缘或 者尖端特性
部件处理----影响度分类
部件特性 1 中等大小，没有复杂的处理特性，可以用一只手控制 2 中等大小，可能比较薄，尖锐或者磨损 3 中等大小，粘性的，油滑的，热的，易碎的或有弹性的部件 4 很小的部件，需要工具协助 5 大或者重的部件，需要两只手或工具 6 中等大小，但是装配复杂，严重纠结缠绕 7 很大或者很重的部件，需要两个人或起重设备
降低劳动力成本也会影响配置分配，面向制造/装配的设计 （DFM/A）也可以自动化过程以及所购材料的可制造性以及成 本
面向制造/装配的设计（DFM/A）与低产 通过理解面向制造/装配的设计（DFM/A）原则，当应用于低
量的产品无关
产量的产品时，可能会相当有效
质量是通过检验、测试、补救质量问题来 设计质量是通过简化、防误措施，并在处理能力范围内进行设
最大影响 4、确定防误措施的时机和步骤
➢ 首先着眼于预防 ➢ 然后才是检测
部件处理----重量
• 设想部件的重量 • 不要设计要求两个人才能抬起或超出所使用起重设备的最
大起重量的部件 • 考虑部件和装配的重量限制，分解或替换部件
----考虑重量，范围和需将其提升的高度
部件处理----大小
• 为了便于分拣和处理，需要考虑部件的尺寸和厚度因素
部件处理----部件方向
• 将部件做成对称的，用来避免操作工需要判断部件的方向 或者重新调整部件的方向。
• 当部件无法对称时，强调一下不对称性。 • 有隐藏的不对称方位时，需要提供外部特征或引导界面来
帮助调整部件的方向。
部件处理----定位
• 提供多种特性将部件引导到适当的装配位置----"落入装配 位置” ➢提供自定位特性 ➢提供便于插入的特性：斜面、 ➢锥度、边缘、导引槽等。
要求：
• 管理政策和指示
• 首选的/已认可的部件清单以及体系标准（我们想要的标准部件、 组件或者模块是什么样的？）
• 部件以及组件的命名方法和分类系统
• 检索和查阅项目类别的方法和能力
如何简化----部件标准化
注意：
• 标准化不应该抑制创新
• 不停的探索能否改进，以获得更低成本的部件和模块
• 在单个产品最优化的部件的收益和在企业中整体实行标准化的收 益之间进行权衡
参数
• 升级生产和供应链规划 • 再设计回顾中确认可制造性
面向加工/装配的设计（DFM/A)过程
调查
概念开发/ 可行性
确认并启 动
• 生产过程定案 • 从供应商处获得对初期产品的反馈 • 通过试做报告获得反馈 • 合作来京链设计的可制造性 • 升级产品估算 • 升级面向加工/装配的设计（DFM/A）衡量参
如何简化----连接的设计
• 连接部分是一件产品中最昂贵也是最不可靠的组成部分 • 划分子系统以减少连接部分 • 组合并调整子系统，使得连接部分的成本和装配难度最小
如何简化----部件最少化
为了确定一个部件是不是理论上必需的请回答以下问题：
1. 这个组件的运行与其他所有的组件有关吗？（仅需考虑全局的 运动，小的局部运动可以通过弹性绞索或者柔软的部件来提供， 故不适用。）
（DFM/A）协作
• 生产和供应链规划 • 概念设计回顾
产品
面向加工/装配的设计（DFM/A)过程
调查
概念开发/ 可行性
确认并启 动Байду номын сангаас
产品
• 设计中的制造商和供应商协作 • 参考面向加工/装配的设计（DFM/A）指导方
针
• 初步的生产规划和定义 • 面向加工/装配的设计（DFM/A）评估 • 成本估计 • 公差分析 • 工程建造方面反馈 • 测量面向加工/装配的设计（DFM/A）的衡量
简化部件的创意几何学和更低 生产成本的特性
改良/更低成本的创意对加工过 程标准化工具和简化的工作夹
具的设计
概念/体系结构设计----简化体系结构
• 通过体系结构以及系统设计概念原则来简化设计
• 使用通用模块或子系统 如果可以以较低的总成本替代另一个相似的模块或子系统， 那么我们应该扩展该模块或子系统的能力
• 定期升级至新的部件和模块标准
放错装配
防误措施是面向加工/装配的设计（DFM/A）的一个必不可少 的组成部分
• 产品中的控制或特征，以及预防错误、促进正确生产的过 程
• 产品中简单的，花费不多的控制和特性以及在每步操作时 发现（然后纠正）错误的过程
防误措施原则
高
消除 通过重新设计产品或过程使得任务和零件不再被需要
并行工程/面向制造/装配的设计（DFM/A）步骤
产品设计 & 面向加工/装配的设计（DFM/A）
概念/体系结构设计
装配设计
部件、材料以及过 程选择 部件设计
过程、工具和装置 设计和选择
对简化的体系结构和接口的 创意(减少互相连接）
部件合并的创意对装配的灵活性 和固定部件和防误措施的设计
对更经济的部件材料以及过程 的标准化和创意
• 提供让部件一个和一个对齐或者和装配对齐的特性 • 避免设计柔软的部件，因为它们更难插入，定位和/或排列
部件处理----柔软的部件
• 避免柔软的部件并最小化连接部件的数量，它们会消耗大量 的装配时间并且难以实现自动化操作
➢使用嵌入式板、底板、柔性印刷电路、导电油墨等，用 来取代线束和电缆。
➢避免弹簧或者部件内部的整体弹簧设计。 ➢使用直接的机械连接而不是使用皮带 ➢使用刚性的管道材料而不是使用柔软的材料
部件的再次设计提供了一个更加稳定的底座 部件，使重心更低
面向加工/装配的设计（DFM/A)过程
调查
概念开发/ 可行性
确认并启 动
• 推进质量计划编制 • 概念开发和面向加工/装配的设计（DFM/A）
互相协作
• 面向加工/装配的设计（DFM/A）概念评估 • 初步成本估算 • 早期的供应商反馈 • 概念选择和精炼包括加工/装配的设计
为什么要面向制造/装配的设计
• 设计对成本的影响
错误的看法
事实
面向制造/装配的设计（DFM/A）会延长 产品投放市场的时间
面向制造/装配的设计（DFM/A）避免了费时的重新设计、降 低了成本的所需耗费的努力以及产品投放上的问题：缩短了投 放市场所需的时间并显著改善了盈利所需的时间
如果产品的人工劳动含量低，面向制造/ 装配的设计（DFM/A）就不重要了
数
• 在产品生产准备就绪时再次回顾确认可制造 性
产品
面向加工/装配的设计（DFM/A)过程
• 解决关键的可生产问题
调查
• 进行产品回顾，确保关键的可生产问题已经
解决，得到的教训都已经捕获
概念开发/ 可行性
确认并启 动
生产
提升质量规划---类似产品和过程回顾
• 收集现有产品的可制造性和质量问题的信息，为了避免未 来的产品发生相似的问题来制定对策
组合特性而不是装配部件
将独立的支架和螺丝 钉装配成完整的
成型的支架
如何简化----减少部件（案例）
如何简化----减少部件（案例）
如何简化----减少部件（举例）
如何简化----部件标准化
避免左手/右手的部件；如有可能，尽可能让部件普遍相同
左手部件
右手部件
对称部件
如何简化----部件标准化
来消除犯错误的可能性
替换 替换更可靠的装配，部件或过程来防止错误，提高持
久性
预防 设计产品或过程使得根本没有可能犯错
简化 使用产品，过程设计技术和机制使得更轻松的正确实
现工作
探查 使用方法来在进一步工作进行之前检测错误,使用户
能够迅速纠正问题
低
减轻 试图将错误的影响最小化
防误措施过程
1、确定装配次序 2、对于每个装配步骤，要确认可能会发生什么样的错误。 3、判断哪些错误是最容易出现或者将对优先考虑的行动产生
感谢！
• 需要生产，质量以及供应工程师的参与 ➢收集数据 ➢同项目组一同工作来研究对策 ➢建议使用更正式的经验获取，数据收集，以及分析系统 来支持这项活动
• 关键不是系统，而是需要建立对潜在问题的重视并制定对 策的机制
• 迫使生产，质量以及供应工程师尽早参与
面向加工/装配的设计（DFM/A）的10个步骤
达到的
计来实现的（面向制造/装配的设计（DFM/A）对象）
面向加工/装配的设计（DFM/A）时间表的影响
• 经历了并行工程和面向加工/装配的设计（DFM/A）对开发 日程的影响
概念开发 细节化设计
3%
27%
反复进行建立、测试、修复、重 新设计
55%
传统方法
制造试运行
15%
20%
13%
22%
5%
40%
• 柔软部件的装配经常也需要两只手来拿住，然后插入/定位 部件
• 尽量避免需要两只手完成的扣紧----一只手固定部件（用工 具或手），另一只手扣紧部件（用工具或手）
部件装配---自上而下的装配
• 基本部件—稳定的，自固定的，低重心的 • 统一的轴装配来避免调整方向 • 自上向下安装 • 使用重力将组件放置到合适的位置 • 推动简单的机器人技术和插入自动化
2. 这个组件是不是必须使用与其他部件不同的材料制成或者需要 同其他所有的部件隔离开来？（仅仅适用于与材料特性有关的 根本原因。）
3. 为了装配和分解时的便利或对产品的服务有利，这个组件是否 必须是独立的？
如果以上三个问题的答案均为“否”，则这个部件就不是理论上 必需的，可以被取消或者将它的功能与其他的部件合并。
如何简化----减少部件
每一个附加的组件以及操作步骤都会带来如下的问题：
• 缺陷或装配错误的机会增加： ---一个合格的组件被正确装配的概率如果是0.999 ---那么要装配400个部件，合格的装配机率则只有 0.999400=67%
• 制作工艺、装配难度以及成本均会增加
如何简化----减少部件（案例）
• 使用双重功能模块和子系统 使用组件来提供结构的框架而不是使用独立的结构装配 （例如：汽车单体式结构设计）
如何简化
生产线简化/SKU最小化
组装简化
部 件 数
体系结构/概念设计
组装设计和部件/材料的 数目
拼接部件设计和特性的数 量/复杂性
独立部件
部件简化
几 何 部 件
过程设计和操作的数量
部件特征
SKU=Stock Keeping Unit（库存量单位）即库存进出计量的单位
面向制造和装配的设计 （ DFM/A）
为什么要面向制造/装配的设计
• 假设任何东西都可以生产---问题是代价有多高 • 面向制造/装配的设计（DFM/A）将设计要求和生产能力进
行均衡以达到低成本和高品质 • 越接近生产能力的极限，成本就越高，并且质量问题的风
险也相应增加
• DFM/A--- Design for Manufacturing and Assembly
1. 使用产品开发小组，尽早介入生产过程，和明确DFM/A职 责
2. 确定原先的可制造性、质量问题和所得到的教训并提出 它们
3. 使供应商尽早介入，获取他们的意见用来协助DFM/A 4. 让工程师熟悉加工能力 5. 开发出设计指导方针 6. 发挥创造性：考虑概念/设计的选择余地 7. 在产品设计进行的同时并行进行过程设计 8. 使用DFM/A分析工具 9. 在回顾设计时包括面向加工/装配的设计（DFM/A） 10.确定DFM/A的衡量参数并测定性能
很薄的部件（<2毫米）很难 操纵
很小的部件（<12毫米）很 难处理，甚至使用镊子等工 具也很难装配
部件处理----表面处理
• 将部件设计得容易抓取和放置 • 有平行的，平坦的表面方便拿起和固定/握持
✓ 包含处理特性 ✓ 平坦的表面有利于真空吸附器 • 当提交给操作工或者机器时能使其明确了解部件方向才能 在装配时放入正确的位置