标题：面向制造与装配的设计
面向制造和装配的设计概述[1]
在传统的部门制及串行工程的产品开发模式中．产品设计过程与制造加工过程脱节．使产品的可制造性、可装配性和可维护性较差，从而导致设计改动量大、产品开发周期长 产品成本高和产品质量难以保证，甚至有大量的设计无法投入生产．从而造成了人力和物力的巨大浪费。面向制造和装配的设计(DFMA．Design forManufacturing and Assembly)这一设计理念的提出．向传统的产品开发模式提出了挑战。应用DFMA的设计思想和相关工具．设计师可以在设计的每一个阶段都获得有关怎样选择材料、选择工艺以及零部件的成本分析等设计信息。它是一种全新的更加简单 更为有效的产品开发方法，为企业降低生产成本，缩短产品开发周期．提高企业效益提供了一条可行之路。 
DFMA是并行工程关键技术的重要组成部分，其思想已贯穿企业开发过程的始终。它涵盖的内容很多，涉及产品开发的各个阶段．除了上面所提到的DFMA．还包括面向成本的设计个通用的产品模型．以达到易于装配、提高装配效率和降低装配成本的目的。 
在制造业日益发达的今天．在满足各种行业标准和法规的前提下，许多公司都形成了各具特色的产品开发模式。任何一种行而有效的产品开发方法，都必须在充分考虑目前现有的产品开发和生产能力的同时进行最优化的产品设计。 
对一个新产品来讲，产品的成本和开发周期是决定这个设计成败的关键因素。国际上有一个著名的影子理论：产品设计开支虽然只占产品总成本的5% ，但它却影响产品整个成本的70%。还有一个著名的“28“原则：产品设计约占整个新产品开发周期的20% ．但它却决定了产品总成本的80% 。可以看出仅占产品成本5%的产品设计在很大程度上决定了整个产品的成本及质量。
DFMA的主要内容
DFMA设计概念的提出是为了解决由于设计与制造．装配各自独立而造成的产品成本增加和产品开发周期长等现实问题．它的核心是通过各种管理手段和计算机辅助工具帮助设计者优化设计，提高设计工作的一次成功率。 
1、设计简单化、标准化 
设计简单化．就是在满足美观和功能要求的前提下．使设计尽量简单．减少零件的个数．减少以装饰功能为主的附件设计。当然．同时也减少了加工工序．生产成本随之降低．生产周期也相应缩短。同样．在设计时尽量用标准件替代自行开发零部件．不仅可以帮助设计师节省大量的时间，而且可以减少制造加工时间．也节省了设计成本。成组技术(GT)的基本原理是把一些相似的零件划分为零件族，从而揭示和利用它们的基本相似性获得最大的效益。美国、英国等工业发达国家的企业都在使用GT技术．取得了很好的效果。 
2、向设计师提供符合企业现有情况的产品设计原则 
如果在设计初期企业能够向设计师提供符合企业实际生产制造情况的一些设计原则，则可以进一步地指导设计师进行设计 以下是一些可以提高设计效率的简单的设计原则。 
a)减少零件个数和种类．并尽量使用标准件。 
b)在可能的情况下尽可能采用组合设计的方法。 
C)使设计的产品方便检验和测量。 
d)产品的精度要求应符合实际生产能力．零件的上下偏差最好取尺寸公差的平均值。 
e)稳健性设计。稳健性设计有助于提高产品生产、测试及使用过程中的稳定性。 
f)充分考虑产品的定位，减少一些没有实际作用或可有可无的附加设计，同时使所设计产品的功能、用途更加清晰明确。 
g)简化装配过程。尽可能采用易于装配的简单零部件，并且简化备组件间的连接设计。 
h)采用常用结构和材料．避免采用特殊材料以及需特殊工艺加工的零部件或组件。 
i) 考虑产品维修保养问题．使产品便于拆装和维修。在实际的新产品设计过程中，企业还应根据自身的情况以及以往的经验向设计师们提供更多更详细的信息。 
3、多方案分析 
DFM要求设计者在概念设计阶段就要进行多方面的比较分析，一些很小的改动或完善，可能会给后续的设计工作带来极大的收益。只有通过多个方案的对比分析，设计者才能够达到最终优化设计的目的。 
多方案分析的实现建立在两个基础之上。一是要在设计创意阶段收集一定数量的设计方案．二是要有科学的分析评价手段和工具。 
DFMA软件将设计．装配．材料和加工工艺的知识集成在一起．从装配、制造和维护等方面出发创建一个系统的程序来分析已提出的设计方案，使独立的设计者自己就能够利用这些信息做出合理的选择。它为设计、制造和工艺等相关人员提供了一个共同工作的平台，让大家都在同一时间考虑同～ 问题，方便了彼此之间的交流。与当前的产品开发方法相比，应用DFMA软件的结果是以更低的成本和更短的时间得到了更高质量的产品．促进产品并行设计和创新设计的实现。据统计，DFMA可以缩短产品从设计到投产的周期高达50% ，减少零部件数量达30% ～70% ．减少装配时间达5O% ～80% 。目前国际和国内许多公司和科研机构都致力于DFMA专用软件的开发。
DFMA的实施条件
从DFMA 的特征和成本分析方法可知，DFMA 将设计、工艺和制造等相关部门联系在一起．为他们并行工作提供了一个平台。如果利用DFMA软件帮助设计,在概念设计阶段中工艺、制造等相关人员就参与设计，对设计方案的可装配性、可制造性和成本进行估计，以成本为核心对方案进行优化。由此可见，DFMA提供的设计理念与传统的设计理念有本质的区别。企业要实施DFMA技术必须具备如下条件： 
1．建立有利于实施DFMA的组织结构，在产品开发初期，保证设计、工艺 制造等部门的人员参与到设计中来，即建立跨部门多专业的新产品开发团队。 
2，DFMA是一种并行设计软件，为了使团队成员能够及时沟通，必须建立分布式网络环境。同时，网络的配置方面需要作一些授权处理，通过网络实现在产品的方案设计后设计人员应用DFA对装配成本进行分析的同时工艺人员可以对方案浏览并应用DFM对产品的制造成本进行分析，而网络的实施可以建立在现有工厂PDM 管理平台上。 
3．企业内部已推广应用CAX技术和PDM技术，能为实施DFMA 提供技术保障。 
4．企业主要领导认同DFMA的开发模式，并给予强有力的支持。
DFMA技术展望
无论是DFM还是DFA．都必须符合产品设计、生产过程中的实际情况和客观规律，而且需要在新产品设计的初期就要对设计工作进行规范和约束。 
在美国，DFMA的设计理念和相关产品已广泛应用于汽车、飞机制造、航空和国防等行业．成功地为企业节省了数十亿美元的费用。我国的制造业水平相对落后，但国家已十分重视研发阶段新技术的开发，从1 995年到现在．国家已经在部分企业实施了并行工程，并取得了一定的成效。作为并行工程的关键技术．DFMA也得到了越来越多的企业的关注。在引进一些国外优秀DFMA先进技术的同时，国内一些大软件公司和研究机构如清华大学 上海交通大学等已经对DFMA相关技术着手研究，并开始自主开发相关软件，已取得较好的成果。
DFMA是并行工程的核心技术
一、产品设计在产品开发工程中的作用一般说来，产品开发的整个过程包括这些环节:市场调研、设计、工艺、制造、检验、销售、售后服务、回收处理等，设计是最重要的一个环节。一般说来，产品设计虽然只占产品整个成本的5%，但它确影响产品整个成本的70%。 
二、传统产品设计的弊端传统的产品设计是采用“串行”的方法进行的，这种设计方式的弊端是各个环节缺少交流和沟通，设计很少考虑其下游的工艺、制造、装配、检测、维修、对环境的影响、直至报废处理方面道德内容，这样往往在产品被制造出来以后，还要多次返回进行设计更改，从而造成巨大浪费，增加产品成本，推迟产品上市时间。 
三、关于DFMA技术DFMA技术是DFX的另一种统称，该技术是并行工程关键技术的重要组成部分，其思想已贯穿企业开发过程的始终。它涵盖的内容很多，涉及及产品开发的制造、装配、检测、维护、报废处理等各个阶段，DFMA的系列技术包括：DFA(Desgin For Assembly,面向装配的设计)、DFM(Desgin For Manufacture,面向制造的设计)、DFA(Desgin For Testing,面向测试的设计、DFS(Desgin For Serivice,面向维护的设计)、DFE(Desgin For Environment,面向环境的设计)、DFD(Desgin For Discarding,面向报废的设计)等。目前应用较多的是机械领域的DFA和DFM，使机械产品在设计的早期阶段就解决了可装配性和可制造性问题，为企业带来了显著的效益。DFA指在产品设计早期阶段考虑并解决装配过程中可能存在的问题，以确保零件快速、高校、低成本地进行装配。 
DFA是一种针对转配环节的统筹兼顾的设计思想和方法，就是在产品设计过程中利用各种技术手段入分析、评价、规划、仿真等充分考虑产品的装配环节以及与其相关的各种因素的影响，在满足产品性能与功能调教下改进产品的装配结构、使设计的产品是可以装配的，并尽可能降低装配成本和产品成本。DFA是一种优化产品结构的方法，同时也是一种设计哲理。其作用方式有两种:可装配性分析评价工具和装配设计指南。前者指产品装配性的各种因素，对产品设计进行到一定的程度后，通过系统分析影响产品装配性的进行评价，在此基础上给出再设计建议。后者指先将装配专家的有关知识和经验整理成具体设计指南，然后在它们的指导下进行产品设计，相当与在这些专家的直接帮助下选择设计方案，确定产品结构。DFA在产品开发过程中的作用和地位主要表现在减少零件数(从而精简产品结构)、改进装配性能、降低产品成本等方面。DFM则指在产品设计的早期阶段考虑与制造有关的约束，指导设计师进行同一零件的不同材料和工艺的选择，对不同制造方案进行制造时间和成本的快速定量估计，全面比较与评价方案各种设计与工艺方案，设计团队根据这些定量的反馈信息，在零件的早期设计阶段就能够及时改进设计，确定一种最满意的设计和工艺方案，正是由于DFMA的这些特点和功能，使DFMA技术成为并行工程的核心技术。
图书信息
基本信息书 名:      面向制造和装配的产品设计指南 
作　者： 钟元 
出版社： 机械工业出版社 
出版时间： 2011-5-1 
ISBN: 978-7-111-34008-9 
开本：A5 
定价: 28.00元 
内容简介面向制造和装配的产品设计是企业以“更低的开发成本、更短的开发周期、更高的产品质量”进行产品开发的关键。本书详细介绍了面向制造和装配的产品设计指南，包括面向装配的设计指南、塑胶件设计指南、钣金件设计指南和压铸件设计指南等，辅以图形和真实案例，并提供面向制造和装配的产品设计检查表，具有非常高的实用价值。 
本书适合从事产品开发的工程师阅读，也可供高等院校机械类专业学生学习。 
前言产品开发如同奥林匹克竞技。更低的产品开发成本、更短的产品开发周期、更高的产品质量，永远是企业追求的最高境界。在全球化的背景下，企业之间的竞争日益加剧，在产品开发中任何一个环节稍有落后，就可能被竞争者超越，甚至被淘汰出局。 
企业如何才能以“更低的成本、更短的时间、更高的质量”进行产品开发呢？面向制造和装配的产品设计正是这样的一个有效手段。它从提高产品的可制造性和可装配性入手，在产品开发阶段就全面考虑产品制造和装配的需求，同时与制造和装配团队密切合作，通过减少产品设计修改、减少产品制造和装配错误、提高产品制造和装配效率，从而达到降低产品开发成本、缩短产品开发周期、提高产品质量的目的。 
本书首先介绍了面向制造和装配的产品开发；然后重点介绍了面向制造和装配的设计指南，其中包括面向装配的设计指南、塑胶件设计指南、钣金件设计指南、压铸件设计指南和公差分析等；最后提供了面向制造和装配的产品设计检查表，用于系统化地检查产品设计是否满足产品制造和装配的需求。 
本书根据作者多年产品开发实际经验编写，并结合了国内外先进的产品开发理念和产品设计思想，具有以下特色： 
1.详细介绍面向装配的设计指南 
同产品的制造一样，产品的装配处于同等重要甚至更为重要的地位，但长期被忽视。本书详细介绍了面向装配的设计指南，以确保产品设计符合产品装配的要求，减少装配错误，降低装配成本，提高装配效率和装配质量。 
2.实用性强 
本书没有复杂的理论，而是从产品开发的实际应用着手，介绍了面向制造和装配的设计指南。每一条设计指南都来源于真实的产品开发经验和教训总结，违反其中任何一条设计指南都可能会造成产品开发成本的增加、产品开发周期的延长和产品质量的降低。 
另外，本书提供的产品设计检查表能够帮助机械工程师系统化地检查产品设计，确保产品设计符合制造和装配的要求，其有非常高的实用性。 
3.实例丰富、强调实践 
本书的设计指南辅以图形和真实案例，简单易懂。作者从一个机械工程师的角度来分析和讲述每一条设计指南对产品开发的影响，指导机械工程师利用每一条设计指南来提高产品开发的质量。 
图书目录前言 
第1章面向制造和装配的产品开发 
1.1绪论 
1.1.1产品开发模式的进化 
1.1.2产品设计的重要性 
1.1.3产品设计的要求 
1.2传统产品开发模式 
1.2.1传统产品开发流程 
1.2.2传统产品开发模式的弊端 
1.3面向制造和装配的产品开发模式 
1.3.1面向制造和装配的产品开发流程 
1.3.2面向制造和装配的产品开发的优点 
1.3.3面向制造和装配的产品开发与并行工程 
1.4面向制造和装配的产品开发的实施 
1.4.1实施的障碍 
1.4.2实施的关键 
第2章面向装配的设计指南 
2.1面向装配的设计 
2.1.1装配的定义 
2.1.2最好和最差的装配工序 
2.1.3面向装配的设计的定义 
2.1.4面向装配的设计的目的 
2.1.5面向装配的设计的历史 
2.2设计指南 
2.2.1减少零件数量 
2.2.2减少紧固件的数量和类型 
2.2.3零件标准化 
2.2.4模块化产品设计 
2.2.5设计一个稳定的基座 
2.2.6设计零件容易被抓取 
2.2.7避免零件缠绕 
2.2.8减少零件装配方向 
2.2.9设计导向特征 
2.2.10先定位后固定 
2.2.11避免装配干涉 
2.2.12为辅助工具提供空间 
2.2.13为重要零部件设计装配止位特征 
2.2.14防止零件欠约束和过约束 
2.2.15宽松的零件公差要求 
2.2.16防错的设计 
2.2.17装配中的人机工程学 
2.2.18线缆的布局 
第3章塑胶件设计指南 
3.1塑胶 
3.1.1塑胶的定义 
3.1.2塑胶的特性 
3.1.3注射成型 
3.2塑胶材料选择 
3.2.1塑胶材料的分类 
3.2.2常用塑胶材料性能 
3.2.3塑胶材料选择原则79 
3.3设计指南 
3.3.1零件壁厚 
3.3.2避免尖角 
3.3.3脱模斜度 
3.3.4加强肋的设计 
3.3.5支柱的设计 
3.3.6孔的设计 
3.3.7提高塑胶件强度的设计 
3.3.8改善塑胶件外观的设计 
3.3.9降低塑胶件成本的设计 
3.3.10注射模具可行性设计 
3.3.11注射模具讨论要点 
3.4塑胶件的装配方式 
3.4.1卡扣装配 
3.4.2机械紧固 
3.4.3超声波焊接 
第4章钣金件设计指南 
4.1钣金 
4.2设计指南 
4.3钣金常用装配方式 
第5章压铸件设计指南 
5.1压铸简介 
5.2常用压铸材料介绍 
5.3设计指南 
第6章公差分析 
6.1公差分析简介 
6.2公差分析的步骤 
6.3公差分析指南 
6.4利用Excel进行公差分析 
第7章面向制造和装配的设计检查表 
7.1和谐的设计 
7.2设计检查表  
参考文献