可制造性設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用

林蒞蒞，張雪，王蘇安

（昆山登云科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 昆山 215300）

當(dāng)前開發(fā)技術(shù)已經(jīng)得到了前所未有的發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)于產(chǎn)品本身的要求也越來越高，不僅看重其基本性能，而且對(duì)其外觀也有著更高的要求。采取可制造性設(shè)計(jì)的方法，能夠有效減少開發(fā)周期，并降低資金成本，同時(shí)還能提升產(chǎn)品本身的質(zhì)量。

1 可制造性設(shè)計(jì)的定義

所謂可制造性設(shè)計(jì)，其定義便是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的本身開始，將其可制造性與可測(cè)試性考慮進(jìn)來，促使設(shè)計(jì)工作與實(shí)際產(chǎn)品的制造產(chǎn)生直接聯(lián)系，以此完成從設(shè)計(jì)本身到制造一次性處理的效果，這種新穎的設(shè)計(jì)理念促使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生了改變。比起傳統(tǒng)的方法，可制造性設(shè)計(jì)更注重產(chǎn)品本身的首次開發(fā)，在實(shí)際制造的過程中，可能有諸多問題出現(xiàn)，工作人員可以提前在設(shè)計(jì)階段將其解決。如此一來，看似在產(chǎn)品制造的前期花費(fèi)了比較多的時(shí)間，然而事實(shí)上卻縮短了產(chǎn)品投放于市場(chǎng)的時(shí)間。其主要原因是產(chǎn)品在每一項(xiàng)內(nèi)容的細(xì)節(jié)方面均已經(jīng)得到了有效分析，早在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的階段，其自身的問題與不足均已得到了消除。

2 可制造設(shè)計(jì)的應(yīng)用價(jià)值

2.1 降低使用成本

降低成本并提高產(chǎn)出是所有公司企業(yè)的終極目標(biāo)，采取可制造性設(shè)計(jì)，可以盡可能充分利用公司的內(nèi)部資源，并同時(shí)在最具工作效率的情況下生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。如果產(chǎn)品本身缺乏可制造性，同時(shí)也不符合公司生產(chǎn)的具體特點(diǎn)，則將會(huì)在后期市場(chǎng)投入時(shí)，花費(fèi)更多資源，甚至還會(huì)導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭力的下降。

2.2 提高生產(chǎn)效率

可制造性設(shè)計(jì)可以有效地將企業(yè)自身的設(shè)計(jì)工作與生產(chǎn)工作進(jìn)行結(jié)合，從而完成信息相互傳遞的具體目標(biāo)，促使前期的設(shè)計(jì)工作能夠與后期的生產(chǎn)工作進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，以此促進(jìn)生產(chǎn)工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。此外，可制造性設(shè)計(jì)還可以確保設(shè)備實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，以此減少在生產(chǎn)測(cè)試工作中產(chǎn)生的重復(fù)投入。

2.3 加強(qiáng)部門溝通

如今許多企業(yè)由于自身生產(chǎn)規(guī)模有限，因此許多生產(chǎn)工作需要進(jìn)行外包。而采用可制造性設(shè)計(jì)能夠有效加強(qiáng)公司內(nèi)部各部門的合作，促使部門之間的制造技術(shù)完成平穩(wěn)轉(zhuǎn)移，進(jìn)而做到快速生產(chǎn)，并促進(jìn)企業(yè)本身的全球化生產(chǎn)工作。

2.4 提供測(cè)試基礎(chǔ)

如果沒有采取可制造性設(shè)計(jì)的方法，當(dāng)產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)入后期工作時(shí)，將會(huì)有一大堆本應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該解決的問題出現(xiàn)。如果此時(shí)采取方法進(jìn)行改正，必然會(huì)造成資金成本的浪費(fèi)，并延長生產(chǎn)周期。因此，產(chǎn)品在開發(fā)的過程中，除了要注重自身的功能性，還需要注重可制造性。

2.5 趨勢(shì)

現(xiàn)如今，電子組裝的技術(shù)不斷進(jìn)步，為了盡快占領(lǐng)當(dāng)前市場(chǎng)，就需要緊跟時(shí)代步伐，采用最新的技術(shù)。采取可制造性設(shè)計(jì)的方法，可以促使整個(gè)設(shè)計(jì)工作更為規(guī)范化，從而順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

3 可制造型設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用方案

從20世紀(jì)80年代末期，國外一些研究機(jī)構(gòu)就已經(jīng)開始了鑄件的研究工作。近些年，人們提出采取可制造性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行工作，以此提升產(chǎn)品的基本質(zhì)量。

現(xiàn)如今的制造設(shè)計(jì)，最為常用的方法便是基于產(chǎn)品本身特征的設(shè)計(jì)方法。這種方法從設(shè)計(jì)階段開始，就將產(chǎn)品特征與產(chǎn)品模型進(jìn)行有效結(jié)合，同時(shí)并提供相關(guān)產(chǎn)品信息，從而完成信息的分享工作。在特征信息的傳輸方面，可以采取用戶交互輸入的方法，根據(jù)具體的應(yīng)用領(lǐng)域，并從產(chǎn)品特征本身進(jìn)行識(shí)別而獲得。

為了解決特征方面的問題，可以建立基于特征本身的數(shù)據(jù)庫，采取模數(shù)法的方式對(duì)于產(chǎn)品本身的工藝性進(jìn)行評(píng)估。我們認(rèn)為，為了確保能夠獲得有效的可鑄造性的評(píng)價(jià)，其相關(guān)幾何數(shù)據(jù)庫必須可以有效展示可制造性相關(guān)知識(shí)的重要特征，同時(shí)還能展現(xiàn)各特征之間的關(guān)聯(lián)性。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們主要采取了2種不同特征方式：第一種是主特征，其主要對(duì)于產(chǎn)品本身的外形以及初始零件的基本造型進(jìn)行詳細(xì)描述。第二種則是輔助特征，其主要是指相關(guān)附件或者一些局部位置的幾何圖形，例如凸臺(tái)以及空洞等。此外，在實(shí)驗(yàn)中我們還在其側(cè)凹、分型面以及拔摸斜度方面的相關(guān)特征進(jìn)行了一系列嘗試，從而獲得了不小的進(jìn)展。

由于鑄件本身的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，很難有效開發(fā)出基于鑄件本身的特征集。如果只是單純依靠原有技術(shù)進(jìn)行工作，只會(huì)增加工作人員的負(fù)擔(dān)，從而造成不必要的時(shí)間浪費(fèi)。同時(shí)，特征的相關(guān)識(shí)別技術(shù)也無法有效完成所有工作。所以，結(jié)合特征識(shí)別技術(shù)，獲取下游階段具體開發(fā)的實(shí)際信息，從而完成鑄件設(shè)計(jì)的特征信息與數(shù)據(jù)的全面結(jié)合。

在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，為了減少由于缺陷造成的不必要返工，在設(shè)計(jì)階段就需要對(duì)于方案本身進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而可以在設(shè)計(jì)階段完成基本方案的評(píng)估工作，進(jìn)而能夠改進(jìn)其原本的不合理性。在進(jìn)行問題評(píng)價(jià)工作時(shí)，根據(jù)詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)則，我們一共總結(jié)出大約30個(gè)函數(shù)，從而完成評(píng)價(jià)特征本身對(duì)于可鑄造性產(chǎn)生不良影響。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，我們對(duì)其重新優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前而言，此系統(tǒng)在正常工作中主要適用于通常的砂型鑄造的工藝。而這些相關(guān)準(zhǔn)則函數(shù)分別與分型、芯子以及鑄件的具體特征有所關(guān)聯(lián)。

在該公式中，為權(quán)系數(shù)，其主要是對(duì)于鑄造品的實(shí)際質(zhì)量以及成本進(jìn)行有效反映，從而可以稱作為準(zhǔn)則的具體評(píng)估值。

鑄造工作人員往往具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，可以給予可鑄造性的基本規(guī)則完成設(shè)計(jì)。目前而言，采用最多的方法便是產(chǎn)生式的基本規(guī)則以及框架原有結(jié)構(gòu)的相關(guān)表達(dá)手段。

由于現(xiàn)如今以及開發(fā)出基于知識(shí)本身的新型系統(tǒng)EX-CAST，可以對(duì)當(dāng)前可鑄造信息提供合理的反饋，為具體設(shè)計(jì)活動(dòng)提供參考依據(jù)。實(shí)際專家知識(shí)的具體反饋通常為2種不同的形式，一是框架，二是產(chǎn)生的規(guī)則。另外，由外國研究人員所建立的CAD集成系統(tǒng)，在采用框架結(jié)構(gòu)的前提下，能夠?qū)⑻卣髋c知識(shí)本身進(jìn)行合理結(jié)合。如此一來，產(chǎn)品本身的可鑄造性便能得到有效保證，設(shè)計(jì)質(zhì)量也會(huì)有所提高，進(jìn)而減少了開發(fā)周期。

此外，可制造性設(shè)計(jì)還需要基于優(yōu)化成本的原則，對(duì)于成本進(jìn)行預(yù)估。對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，通過進(jìn)行成本預(yù)估能夠?qū)唧w產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)方案進(jìn)行全面對(duì)比，從而選擇最為合適的方案。對(duì)于工程師而言，盡快對(duì)成本進(jìn)行估算，可以第一時(shí)間獲得訂單，進(jìn)而提升報(bào)價(jià)的實(shí)際速度。

我們開發(fā)了可以面向于制造工程的成本預(yù)算工具。通過具體調(diào)查，可以快速找出影響成本最大的負(fù)面因素。采取能夠和成組技術(shù)相關(guān)的編碼技術(shù)對(duì)產(chǎn)品本身進(jìn)行重新分組，根據(jù)具體情況，建立不同種類的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中的每一位數(shù)字代碼均與成本值保持一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，整體成本可以通過代碼的具體組合，再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算來獲得。

成本預(yù)估的工作往往非常耗時(shí)。因此，需要基于知識(shí)的專家系統(tǒng)，從而建立金屬鑄造的成本預(yù)估體系，最終完成成本的核算工作。

4 結(jié)語

綜上所述，在未來可制造性設(shè)計(jì)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，其應(yīng)用價(jià)值也會(huì)隨之不斷擴(kuò)大，因此值得我們對(duì)其加以推廣。

[1]陳正浩．電子裝聯(lián)可制造性設(shè)計(jì)[J]．電子工藝技術(shù),2006,27(3):177-181．

[2]趙珉,楊清華,劉明等．可制造性設(shè)計(jì)在納米SOC中的應(yīng)用和發(fā)展[J]．微納電子技術(shù),2007,44(6):282-288．

[3]楊偉．并行工程與型號(hào)產(chǎn)品可制造性設(shè)計(jì)[J]．航天制造技術(shù),1998,(3):30-32．