可制造性設(shè)計理論研究

張 雪，林蒞蒞，楊 閩

（昆山登云科技職業(yè)學(xué)院 江蘇 昆山 215300）

1 引言

設(shè)計是產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，產(chǎn)品的質(zhì)量是設(shè)計與制造出來的，而不是檢驗與維修出來的，在當前制造業(yè)環(huán)境中，提高設(shè)計的質(zhì)量，在設(shè)計中進行可制造性設(shè)計，能夠使后續(xù)的生產(chǎn)部門在生產(chǎn)、組裝更為便利，使生產(chǎn)效率提升。同時還能夠降低生產(chǎn)成本，尤其是材料加工工藝方面，故而對其設(shè)計理論進行探究極為必要。本文對該問題進行探究，以為相關(guān)設(shè)計人員提供一定的參考。

2 可制造性設(shè)計概述

2.1 可制造性設(shè)計核心

可制造性設(shè)計（DFM，Design for Manufacturing）是將制造系統(tǒng)進行總體優(yōu)化的一種設(shè)計，設(shè)計人員在對產(chǎn)品本身的物理特性研究的基礎(chǔ)上，分析制造系統(tǒng)與這些產(chǎn)品物理特征之間的關(guān)系，這樣方能夠使整個制造流程實現(xiàn)一體化，最終縮短生產(chǎn)時間，提升產(chǎn)品的工作效率。從可制造性設(shè)計的本質(zhì)上來看，其核心是從產(chǎn)品的初步規(guī)劃到產(chǎn)品的投入生產(chǎn)中對產(chǎn)品進行設(shè)計，使產(chǎn)品更加標準化，簡單化，同時還能不影響到產(chǎn)品的功能。通常情況下，進行可制造性設(shè)計，能夠使產(chǎn)品的工藝流程簡化，尤其是需要生產(chǎn)的是標準的元器件，故而可以減少模具的制造，從而降低生產(chǎn)的成本。

2.2 可制造性設(shè)計過程

可制造性設(shè)計的過程主要有五步，即尋求建立DFM規(guī)范→建立DFM檢查表→DFM報告→DFM測試→DFM分析評價。尋求建立DFM規(guī)范即所設(shè)計的文件應(yīng)當結(jié)合本公司的生產(chǎn)設(shè)計特點，同時還應(yīng)當進行創(chuàng)新，設(shè)計出更加實用的產(chǎn)品。建立DFM檢查表則有利于系統(tǒng)更加全面的分析產(chǎn)品，對產(chǎn)品的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行處理。從內(nèi)容上來看，DFM檢查表需要包括產(chǎn)品信息、產(chǎn)品流程、執(zhí)行組裝的各項要求。DFM報告能夠?qū)φ麄€設(shè)計過程中的問題進行反饋，從而使設(shè)計流程更加合理。DFM測試則可以通過各種測試使設(shè)計周期加快，其測試的內(nèi)容包括產(chǎn)品的影響、產(chǎn)品的作用等，準確合理的測試報告能夠使設(shè)計者較為迅速的得知設(shè)計中的問題，進行改正。DFM分析評價是總結(jié)評審的過程，合理的評審結(jié)果能夠為后續(xù)的活動奠定基礎(chǔ)。

3 可制造性設(shè)計原理方法

3.1 結(jié)構(gòu)化方法

可制造性設(shè)計原理方法中最重要的一種方法便是結(jié)構(gòu)化方法。結(jié)構(gòu)化方法要求在進行設(shè)計之前考慮所需求的各種功能，將各種功能“結(jié)構(gòu)化”，即將生產(chǎn)的過程劃分為不同的結(jié)構(gòu)，每一個結(jié)構(gòu)便看成是開發(fā)功能的環(huán)節(jié)，以此實現(xiàn)開創(chuàng)性的產(chǎn)品設(shè)計。具體來說，在設(shè)計時將各種功能要求通過設(shè)計矩陣映射成設(shè)計參數(shù)，分析這些設(shè)計參數(shù)并將這些設(shè)計參數(shù)映射成制造過程的參數(shù)。因為參數(shù)是依照功能進行設(shè)計的，所以這些參數(shù)具備層次性，考慮到具體的設(shè)計流程，還需要將這些參數(shù)劃分為“子參數(shù)”，依照“子參數(shù)”來設(shè)計“子功能”，從而確保設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)的合理性。不過在采用該種方法時候需要確保兩點原則，分別是獨立性原則以及最小信息量原則，在確保每一個功能獨立性的基礎(chǔ)上保證設(shè)計的信息量最小，這樣才能使設(shè)計更加合理。

3.2 質(zhì)量功能配置方法

質(zhì)量功能配置方法是顧客驅(qū)動的方法，也是是系列產(chǎn)品設(shè)計的準則。具體來說，在某產(chǎn)品的生命周期較早階段，用戶開始接觸這一產(chǎn)品并且對產(chǎn)品的功能已比較熟悉，而且在使用的基礎(chǔ)上還會對產(chǎn)品的預(yù)期功能進行推斷，所以在后續(xù)的設(shè)計中應(yīng)當考慮到該產(chǎn)品本身的特性，并且從顧客的角度出來確保產(chǎn)品的質(zhì)量。具體來說，在設(shè)計之前，要充分對已有顧客進行調(diào)研，分析這些顧客的需求，在分析的基礎(chǔ)上劃分“產(chǎn)品規(guī)劃矩陣”、“工藝規(guī)劃矩陣”以及“材料配置矩陣”等等，在滿足各個矩陣聯(lián)系的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，在設(shè)計過程中，也需要繼續(xù)傾聽顧客的需求，增加矩陣的內(nèi)容，并將這些內(nèi)容付諸于實踐，在開發(fā)設(shè)計過程中將這些需求體現(xiàn)出來。

4 可制造性設(shè)計規(guī)范分析

4.1 制造工藝設(shè)計規(guī)范

可制造性設(shè)計中設(shè)計規(guī)范極為重要，尤其是在材料方面，因為設(shè)計規(guī)范直接影響著后續(xù)的自動裝配以及柔性裝配等。例如塑料模具加工、金屬薄板加工等，隨著科技的發(fā)展，這些簡單的加工在一些大公司會實現(xiàn)自動化，使人力成本大量降低。制造工藝設(shè)計規(guī)范所包含的內(nèi)容較多，包括材料加工的工藝路線、材料加工的工序中具體的加工內(nèi)容、切削用量等等，這樣方能確保所制造的產(chǎn)品的規(guī)范性。確定制造工藝設(shè)計規(guī)范，無論對大企業(yè)還是小公司來說，均有重要的作用。

4.2 公差分析

公差分析在可制造性設(shè)計中也有重要的作用，是可制造性設(shè)計的有利工具，因為現(xiàn)代制造技術(shù)中對產(chǎn)品的質(zhì)量進行評價的基準之一便是材料的結(jié)合尺寸以及公差的合理性。在產(chǎn)品生產(chǎn)中，人們已經(jīng)意識到公差的作用，并且指出公差具有可重復(fù)性、互換性、概念表達清晰等優(yōu)點。具體來說，對公差進行分析所分析的主要是零件功能以及可裝配性，所以在進行可制造性設(shè)計時候需要依照不同階段的不同目的設(shè)計合理的工藝，從而確保設(shè)計的合理性。另外，因為不同材料所制成的零件在性質(zhì)有較大的不同，所以公差要求也各不相同，故而在設(shè)計之時需要考慮到材料的特性，以確保尺寸偏差最小化。

4.3 可制造性設(shè)計管理

可制造性設(shè)計項目的完成需要多個部門共同合作，比如設(shè)計部門、制造部門、質(zhì)量監(jiān)管部門、可靠性檢測部門等，甚至還需要包括供應(yīng)商、用戶，所以在可制造性設(shè)計規(guī)范中必須要重視管理活動，使各個部門能夠在同一的指導(dǎo)下進行，以確保設(shè)計的合理性。具體來說，可以設(shè)計分層次的管理體系，小組成員向項目負責(zé)人匯報設(shè)計情況，項目負責(zé)人再向更高一層極的負責(zé)人進行回報，這樣方能使可制造性設(shè)計活動落實到實處，為后續(xù)的活動提供規(guī)范。

5 可制造性設(shè)計在材料方面要解決的問題

5.1 統(tǒng)一的模型

在材料方面實行可制造性設(shè)計，必須要重視模型，統(tǒng)一的模型才能實現(xiàn)各種材料的集成，才能使設(shè)計人員能夠運用“統(tǒng)一的語言”進行設(shè)計，對各種材料的數(shù)據(jù)進行操作，這樣既能減輕設(shè)計人員的設(shè)計負擔，同時還能夠保障產(chǎn)品信息的唯一性。不過由于制造中受到不同材料特性的影響，統(tǒng)一的模型建立的難度相對比較大，加之產(chǎn)品生產(chǎn)受客戶需求影響較大，而客戶需求也不同，故而可制造性設(shè)計在確定模型之時必須在考慮客戶需求以及材料特性的基礎(chǔ)上進行構(gòu)建。

5.2 自動化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理

產(chǎn)品的制造并不單單只是對物料進行轉(zhuǎn)化，還包含著各種信息傳遞、信息變化等活動，期間所涉及的數(shù)據(jù)較多，如果數(shù)據(jù)不準確信息傳遞錯誤，會影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)。另外，隨著社會的發(fā)展，可制造性設(shè)計的產(chǎn)品也逐漸可以實現(xiàn)“自動化”，在當前“大數(shù)據(jù)”的時代下，必須要對各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行管理，例如構(gòu)建數(shù)據(jù)庫等，以確保“自動化”生產(chǎn)的正常進行。

6 結(jié)語

本文是對可制造性設(shè)計理論的探究，文章對可制造性設(shè)計理論的核心、過程、原理方法、設(shè)計規(guī)范進行了分析，并指出了需要解決的問題，以期為設(shè)計人員提供一定的參考。同時拋磚引玉，希望有更多的學(xué)者參與其中進行探討，以使材料生產(chǎn)成本進一步降低，使材料生產(chǎn)流程更為優(yōu)化，從而促進企業(yè)、社會的發(fā)展。

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