设计工艺性检查

设计工艺性检查

随着科学技术的飞速发展，现代产品的构造和功能越来越复杂，在保证产品性能、质量要求的前提下，如何降低制造成本和缩短产品的研制生产周期，是市场竞争取胜的关键。另外，在产品全寿命周期中，设计对产品的性能、质量和成本控制起着关键作用。一般情况下，设计费用约占产品总成本的5％，但却决定了产品总成本的约70％，而约80％的设计差错要到制造、使用过程才能发现。制造业公认的”十倍定律”表明，如果在概念设计阶段发现并改正一个错误所需费用为1，那么改正同一错误，在详细设计阶段所需费用为10，在生产制造阶段所需费用为100，并且直接造成制造周期的延长。

设计工艺性是产品设计工作中的一项重要因素，也是产品的固有属性之一，它直接决定了产品的可制造性，是采用经济、合理和可靠的方法制造产品的基础。因此，产品设计中选用合理的结构、合适的材料及工艺，在制造源头提高产品的设计工艺性，对保证产品的质量和可靠性、提高快速研制水平、增强产品批生产能力和有效控制成本有着重要的现实意义。

1、设计工艺性的内涵

设计工艺性与可制造性或可生产性在很大程度上表示的意义是一致的。美国军用标准MIL—STDl528《生产管理》中给出的定义是：”设计工艺性是多种特性的综合，即通过产品设计和生产策划，形成最有效的和经济的方法，进行产品的制造、装配、检查、试验、安装、检验和验收”；美国军用手册MIL—HDBK—727《可制造性设计导则》给出的定义是：”可制造性是设计要素、特性和生产策划的综合，通过折中权衡，在满足质量和性能要求前提下，使设计描述的产品，在最小可能成本和最短时间的优化方案下进行生产和检验”；美国国防部指令50000．34《生产管理》给出的定义是：”可制造性就是相对容易地生产出受设计特性和要求规定的产品或系统，即采用可利用的生产技术经济地制造、装配、检验和试验产品或系统”；原苏联航空工艺与生产组织科学研究院编写出版的《飞机构造工艺性指南》对设计工艺性的定义为：”构造工艺性是指在保证产品使用质量的条件下，在产品制造过程中，可以达到高生产指标的那些构造特性”；对工艺性的定义是：”在一定的产量和生产条件下，经综合权衡后，能以尽可能低的成本和短的周期制造出来，并能符合必须的使用性能和质量要求”的那些结构特性。

归纳上述定义可以看到：在从产品设计、材料、加工、装配、检验、试验到使用、维护的全寿命周期中均体现了产品的设计工艺性。因此，具有良好工艺性的设计应该是：具有适当技能的操作者，通过合理、经济的方法，采用经济和易获得的材料，在较短时间内，

制造出满足技术要求的产品。

设计工艺性的内涵，可以归结为以下三点：

1)设计工艺性是产品的固有属性，产品结构设计的各种要素都对设计工艺性产生影响。

2)设计工艺性是对产品性能、生产周期、全寿命成本、可靠性、安全性和可维护性等的综合平衡优化的结果，其目标是在满足产品性能和可靠性要求的前提下，满足经济高效生产的要求。

3)设计工艺性不但与产品结构的要素相关，而且与工艺布局、设备条件等生产要素密切相关，同时与产品的生产批量密切相关。

2、设计工艺性工作的目标

设计工艺性是设计人员进行产品设计时必须考虑的重要因素之一。设计人员在产品设计伊始，不但要考虑产品性能和可靠性等方面的要求，还要考虑产品生产时的可制造性问题。另外，随着新材料、新工艺技术不断涌现，先进的制造方法不断发展，在材料、工艺、质量和可靠性等方面人员的合作和支持下，在产品研制和生产过程中不断对结构和工艺方法等进行各种权衡和优化，以持续改善产品的可制造性。

产品设计工艺性的目标概括来说，就是在满足产品性能、进度、质量、可靠性等要求的同时，依据现有生产条件，以最合理、最经济和最可靠的方式将其快捷地生产出来。

提高产品设计工艺性的目的主要是在以较低的成本、较短的生产周期得到产品的同时，对使用性能、可靠性和可维护性等设计要求不产生负面影响。

3、设计工艺性相关要素

设计工艺性虽不是一个独立的学科，但它涵盖了从产品设计、材料科学、工艺技术、制造工程、工业经济等到质量、可靠性、有效性和可维护性等诸多学科和领域。因此，与设计工艺性相关的影响要素很多。下面重点从设计和生产两个方面，对影响设计工艺性的要素进行分析。

3.1．设计相关要素

3.1.1．简化设计、实现产品可生产

满足产品技术要求是设计产品的最基本要求，对产品技术要求的全面、正确理解对实现工艺性良好的产品至关重要。由于对产品技术要求理解不全面，往往导致对所设计产品的某一特性提出过高要求，可能对产品的工艺性产生严重损害。例如，对产品表面粗糙度提出过高的要求，有时会导致产品合格率下降、制造周期和成本大幅提高。另外，采用复杂的方法满足设计要求将导致制造成本增加，也会影响生产周期，同时增加可靠性、有效性和可维护性的成本。如图3-1；图3-2所示。

图3-1

图3-2

DFA的实质是：使所设计的产品结构：减少产品结构中的零件数，减少所需装配工序与装配方法。

DFM的实质是：使所设计的产品结构：能便于制造，成本最少，能符合企业现有的生产能力。

3.1.2．元器件、原材料选择

对于选择材料满足产品设计目标要求，材料的力学、物理和化学性能构成了基本的设计准则，这些性能将影响制造工艺的选择。因为在可成形性、可加工性、连接、热处理及表面处理等方面存在相互影响。设计应规定尽可能多的材料选择，以拓宽潜在制造工艺的种类，并且允许用非稀缺材料和非战略材料进行替代，仅指定一种材料的设计将限制其与制造过程的兼容性。如图3-3所示。

图3-3

3.1.3．工艺选择

仅有一种材料或制造工艺才能满足产品设计目标要求的情况很少，多数情况下，多种材料和工艺中的任何一种都可以制造出满足要求的产品。通过预计由于材料短缺或可应用工艺不足形成的”瓶颈”而确定替代材料和工艺，会极大提高产品的可制造性。

3.1.4．容错及公差要求

不必要的严格公差和表面粗糙度要求对可制造性是极为不利的，有时需要采用更专用、特殊的工艺过程或依赖操作者的特殊技能才能保证达到严格的公差和粗糙度要求。因此，应规定满足产品要求的最低的质量等级。

3.1.5 产品技术基线状态确定

技术状态确定原则

1)在设计和研制中，选择满足用户需求和技术指标要求的成熟资源平台作为技术状态基线，产品的方案、技术和产品尽量继承资源平台系列产品以及成熟的产品或设计技术；