可制造性设计和全面的产品开发

传统上，产品的设计方式无法有效地制造它们。他们的设计通常已经发布用于生产，并且只有在由经验丰富的技术人员对原型进行建模和组装的车间进行制造时，才能制造并设法发挥作用。有效的产品开发必须超越获取和实施设计技术作为解决方案的传统步骤。它应侧重于考虑客户需求的管理实践，包括产品设计中的这些要求，并确保工厂及其供应商都具有有效生产产品的能力。

最初将产品概念化，以提供特定的功能并满足性能目标和某些规格。根据这些规格，可以用不同的方式设计产品。设计师的目标应该是使用他的生产系统来优化产品设计。公司的生产系统包括其供应商，物料搬运系统，制造过程，劳动力能力和产品分配系统。

通常，设计人员在只能进行最小限度修改的现有生产系统的环境中工作。但是，在某些情况下，将结合产品设计来设计或重新设计生产系统。当设计工程师和制造工程师一起设计和简化产品和生产支持流程时，此过程称为端到端生产。设计者对可制造性，成本，可靠性和易于维护的设计考虑，是集成产品开发的起点。

设计师的主要目标是设计一种在给定的经济和编程约束下工作的产品。但是，研究表明，在设计期间做出的决定占产品成本的70％，而在生产期间做出的决定仅占20％。另一方面，在产品设计的前5％中做出的决定可以决定产品成本，质量和制造特性的绝大部分。这表明可制造性（DFM）设计对公司的盈利能力和成功具有巨大影响。

但是，DFM的应用通常必须考虑设计的经济问题。您必须在与设计开发和优化相关的工作量和成本与可以实现的成本和质量影响之间取得平衡。换句话说，以更高的价值或更高的产量证明优化产品设计的更大努力是合理的。

在以下情况下，将提高设计的效率并促进其集成：

a.-很少有活动部件通过标准化，简化和分组技术来检索与现有或首选产品和过程有关的信息。

b.-通过结合DFM惯例提高了可生产性。

c.-在发布产品之前，对设计替代方案进行评估，并使用设计工具来开发更成​​熟和可生产的设计。

d.-产品和过程包括一种平衡产品质量与设计工作和产品坚固性的结构。

设计分析的兴趣在于可制造性分析。在全球竞争增长的背景下，最重要的是优化制成品投放市场的时间。及时的可制造性分析是实现此目标的重要工具。

设计的可制造性是可以根据一组可用的机械，工具和过程进行生产的可能性。到目前为止，对可制造性的优化还不包括生成详细的工艺计划或成本估算。实际上，这是计划过程之前的一个阶段。这种方法是一种新颖的方法，可以在将设计发送到流程计划系统之前优化设计的质量，避免浪费未计划的设计流程的计划所涉及的资源。

2.简化和标准化

当设计从概念发展到产品的详细级别时，要求包含根据零件应如何容纳和运行而定义的物理和功能要求。在这种方法的限制内，设计人员必须设计或选择要使用的零件。设计人员可能有几种选择来设计满足这种方法要求的零件。

从设计师的角度来看，设计定制零件或选择新零件可能是满足要求的最佳方法，但对于公司而言，这可能不是最佳方法。需要特定制造能力的特殊产品的泛滥会对产品成本和质量造成负面影响。

通过标准化将活动部件的数量减至最少，不仅简化了产品设计，而且降低了运营效率和库存。正式的零件标准化政策，并强调对某些基本项目使用认可的零件清单（APL）。

组技术（GT）和组件供应商管理（CSM）系统可以通过检索要在新设计基础中使用的相似零件来促进标准化。使用分类结构来存储和检索设计信息，工程师可以避免必须执行冗余的设计步骤，并且设计的功能可以朝着使用标准的方向发展。 CSM系统维护有关批准方及其供应商的信息，从而使访问和交叉引用变得容易。

工程师将确定产品所需零件的特性，并确定可能可用和可追溯的相似零件。这些部分之一可能以相同的方式工作，或者某个地方可能存在一些可以满足这两种需求的非关键性规范。如果现有设计不令人满意，则可以使用设计数据来促进新零件的设计，尤其是借助计算机辅助设计工具。可以扩展此方法以标识可以使用的工具和附件，从而避免进行其他重新设计。

除了标准化之外，简化产品设计还为降低成本和提高质量提供了重要机会。设计人员需要评估是否有更简单的方法来实现零件功能。制造设计（DFM）工具和原理为寻求简化设计提供了一种结构化方法。通过使用模块化的构件进行产品组装，可以降低产品的复杂性。通过标准的产品模块，可以从数量有限的模块中组装出各种各样的产品，从而简化了设计和制造过程。

通过简化和标准化设计，建立设计定位机制，以及将首选制造工艺纳入首选零件清单，可以提高设计和生产效率。

3.产品设计指南

已经建立了通用设计准则，以实现更高的质量，更低的成本，自动化和维护方面的改进。作为这些可制造性设计准则的示例，我们有：

•组件的防错设计，避免了过程中的歧义。

•验证产品及其组件的设计，以提供物品的自然测试或检验测试。

•在零件公差的中间范围内，避免超出制造过程和设计的自然能力的严格公差。

•产品的设计稳健性，以补偿产品制造，测试和使用中的不确定性。

•设计时要考虑零件的方向及其处理，以最大程度地减少不增加价值的工作，避免零件的方向和混合不明确，从而有助于自动化。

•设计时考虑到通过使用简单的运动方式来简化组装，从而最大程度地减少了夹紧步骤。

•使用通用零件和材料来促进设计活动，以最大程度地减少系统中的库存量并标准化处理和组装操作。

•设计模块化产品，以利于使用组件块和子组件进行组装。

•设计时要考虑到产品维修的简便性。

除了这些准则之外，设计人员还需要更多地了解其公司的生产系统，例如其功能和局限性。这是为了建立有效和特定的设计规则，以促进公司生产系统中产品设计的优化。例如，他们需要了解某些制造过程的公差限制。

4.设计替代方案的评估

使用传统方法，设计人员将开发一个初始概念并将其转换为产品设计，并根据要求进行一些小的修改以符合规范。 DFM要求设计人员在初始过程中通过考虑各种设计概念替代方案来开始该过程。在这一点上，很少在设计替代方案上进行投资，而通过专注于更有效的设计过程可以收获很多。确保我们朝着最佳设计迈进的唯一方法是考虑多个设计方案。使用一些以前的设计规则作为参考框架，设计人员创造性地需要开发设计替代方案。随后，在DFM的目标范围内评估替代方案。

在典型的计算机辅助设计（CAD）环境中，重新设计分析周期中会取得设计进展。在该循环中进行的分析可以是例如功能分析或应力分析。尽管可用于设计的计算能力不断提高，可以将更多的见解纳入重新设计周期，但始终由设计者控制。该计算机执行复杂的设计测试，并为设计人员提供高级结果。设计者使用这些结果和他的经验来修改它，然后再将其提交给计算机。自然而然的进步是，在可能的情况下，取代人类在这一周期中的弱点，弱点被理解为速度和可用性，不仅仅是适应性或设计质量。

设计自动化工具可以协助多种设计替代方案的经济发展及其评估。这些设计工具包括计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程（CAE），实体建模，有限元分析，组技术（GT）和计算机辅助过程计划（CAPP）。 CAD / CAE工具可帮助设计人员有效地支付设计替代方案的开发和分析费用。 CAD / CAE和专家系统可以使用制造准则来开发可生产的设计。实体建模可帮助设计人员可视化零件，了解它们与其他组件的关系，例如它们的方向以及它们在组装过程中的间距，并支持检测错误和组装困难。有限元分析和其他设计工具可用于在制造之前评估设计满足功能要求的能力，以及评估产品及其零件的耐用性。在产品开发过程中可以使用计算机辅助过程计划，以帮助设计人员评估设计的可制造性。如果没有CAPP工具，则通常要等到设计发布生产后才能进行制造评估级别。然而，应该管理使用这些工具来提高设计效率，因为这可能会使设计人员产生诱惑，使他们行使过多的创造力并轻轻松松地设计零件，而不是选择建议的标准化流程。

除了这些用于设计的生产率工具外，还有其他一些工具可以帮助DFM分析，并提出一些互补的改进机会。这些主要集中在分析设计的对称性，零件易于处理，供应和方向以及零件总数上。他们还可以分析装配操作，针对实践和公差要求的设计评估。

一旦设计人员对DFM有基本的了解，他们还应该学习如何与制造工程师以及其他可以提供一些DFM建议反馈以纠正某些问题的工程师紧密合作。总之，这种设计方法和支持工具应有助于：

•根据各自的经济考虑因素确定设计方案及其开发。

•就DFM的目标评估这些替代方案

•基于DFM原理建立设计标准，可以快速检索新产品

•利用包括制造商参与设计过程在内的设计评审来发展可生产性准则。

5. 结论

可制造性和全面产品开发的设计可能需要在设计过程的早期阶段付出额外的努力。但是，通过业务实践，管理理念和技术工具将产品与设计过程集成在一起，将使产品更加制造化，从而更好地满足客户需求，并且实现无缝过渡。快速直接地面向制造并降低了生命周期成本。

在日益激烈的全球竞争中，产品设计和客户服务可能是区分公司能力的基本方法。由于产品设计的当前重要性，可制造性设计和全面产品开发的概念对于公司的成功至关重要。通过全面的产品协同作用和设计过程，在制造过程中开发高质量，高功能和高效的产品，这将是获得和维持竞争优势的关键。

如今，将设计支持工具用于可制造性的用途不仅限于大型公司或高科技公司。计算机的普遍使用允许这些工具越来越多地用于任何类型的产品的任何设计和生产以及任何行业。

6. 参考