先进制造技术(8课)

第二节面向“X”的设计（ Design for X， DFX（P65）

一、概述

1.传统的设计不足

•产品设计决定产品制造成本的70％～80％。

•传统设计产品可满足产品的功能要求，但制造成本高，返修率高，制造周期长，很难综合满足用户的

要求。

•生产产品的市场竞争力削弱，利润下降，甚至会使企业破产。

2.“TeamWork”的工作方式

背景：

•强调在设计阶段就开始考虑产品寿命循环的各个阶段、各个方面的因素。

•开始采用“TeamWork”的工作方式

•“TeamWork”含义：

由产品寿命循环各个方面的专家共同组成工作小组，采用并行工程的原理工作，力图设计出具有好造、好修、好用等特点的产品。

3.面向“X”的设计

•最初以DFM(面向制造的设计)和DFA(面向装配的设计)出现，目前已发展成DFX(面向“X”的设计)技

术。

•DFM强调在设计过程中考虑可加工性和加工的方便性。

•DFA技术强调在设计中考虑可装配性、装配方便性和降低装配费用。

•DFX是将设计进一步扩展到产品寿命循环的所有其他领域，逐渐形成一个“技术族”。

4.DFX和并行设计的区别

主要体现在两个方面：

(1)着重点不同（DFX的重点是在“因素”上，而并行设计的重点是在“过程”上）

•面向“X”的设计强调在设计过程中考虑“X”因素，“X”专家在设计过程中向设计人员提供咨询，

帮助其考虑问题更全面。

•并行设计强调设计和其他过程（特别是生产准备过程和设计过程）的并行进行。

•即设计、工艺设计同时进行，工艺设计结果随时反馈修改意见给设计者。

(2)最佳的效果差别

•面向“X”的设计（DFX），只强调单个的“X”因素，相对难得到最佳化设计。

•并行工程强调各阶段的专家共同工作，可以随时将意见反馈给设计者。可得到整体最佳的效果。

5.DFX包括的内容

•面向制造、面向装配（有时前者包括后者）

•面向回收、面向质量

•面向成本、面向包装运输

•面向均衡寿命、面向操作

•面向环保、面向可靠性的设计等。

二、面向制造的设计(DesignforManufacture， DFM)

1.DFM产生背景：

两方面的需求：

•需要有一种崭新的产品设计方法以缩短新产品的研制周期

•需要由先进的生产系统(如FMS)来替代传统的生产系统

•问题：计算机辅助设计对产品的设计过程与传统的设计概念和方法有区别吗？

•回答：没有本质的区别。为什么？

•还是局限于在产品的设计阶段，很少考虑所设计的产品的成本、工艺性、装配性等可能在加工中产生的问题。只能在生产过程中发现问题，并反馈给设计部门，进行反复的修改。

•落后的设计思想和方法与先进生产系统带来的高生产率形成尖锐的矛盾。

•要求有先进的设计思想和方法与之相适应。

•基于并行工程(Concurrent Engineering CE)的设计正是在这种背景下产生的。

•CE着眼于整个产品的生命周期，在设计阶段先行优化各个环节，从而获得全局最优的设计结果，提高

生产率，降低成本，提高质量。

2.面向制造的设计涵义

• (DFM)面对整个制造系统，追求整个生产制造过程的优化，是实现并行工程的基础。

•产品的生产活动一般分为

产品设计

材料选择

零部件加工

质量控制

装配最后产品

•为什么设计要面向产品制造?

•产品设计是产品制造的开始，设计的费用在制造系统中所占的比例虽然不大，但对产品制造成本的影响很大。

•影响产品制造质量、成本、生产率的因素大约80％在设计阶段就决定。

•把产品设计放在整个制造系统中来考虑，以满足制造要求为目标，可以得到一个全局最优化的产品设计。

3.考虑可加工性和可装配性的DFM

•在产品详细设计阶段考虑设计的零件可加工性-----即零件的工艺性

•在产品设计、构思产品结构时，考虑可装配性因素-----即进行可装配性分析，从装配的观点确定产品结构。（前提是产品功能首先应得到满足）

4.DFM设计理论公理

[公理1) 在设计中必须保持功能要求的独立性。

•公理1表明过多的不必要的功能要求或功能要求的不足都是不好的设计。

•功能要求的独立性是否就是要求每个零件只满足一个功能要求?

•而恰恰相反，如果一个零件能独立地满足所有必要的功能要求，那么它是最好的设计。

[公理2] 在设计中必须使信息量最少

•公理2的目的是

简化人们的设计工作

容易建立数学模型

减少设计中各因素的相互影响

•公理2也表明好的设计是：

用最简单的结构满足所必需的功能要求。（吸盘挂钩）

5.面向装配的设计（Design for Assembly DFA）

(1).DFA系统结构

该系统采用专家系统技术，由九个模块和两个专用数据库组成。见下图

(2) 面向装配的设计（DFA）规则

1)模块化设计

优点：

•模块结构成熟，装配方便；

•易保证装配质量；

•增加生产批量，降低制造成本；

•缩短交货周期；

•为产品的回收利用创造了条件。

2)使用最少的零件

优点:

•减少零件数目

•设计工作量大大降低(计算、制图）

•管理成本大大降低（采购、资金、设备、人员）

•增加了系统可靠性

•容易装配和维修

缺点: