设计中的DFX技术实用教案

1、6258955969087629095在开发过程中大量应用的质量保证手段33272850457110010053318385质量功能配制产品故障模式与影响分析工艺故障模式与影响分析故障树分析实验设计实验评估统计工艺控制质量圈产品评估系统评估波卡约基占企业百分比一般企业优质企业主要应用领域开发过程生产过程第1页/共42页第一页，共42页。确定(qudng)要求概念(ginin)开发详细(xingx)设计制造系统的概念开发工序设计服务与支持QFDQFD、DFM和PDCAQFD、产品FMEA田口方法和DFMQFD、 PDCA和工序FMEAQFD、 工序FMEA、田口方法、过程能力统计过程设计PDCA

2、产品开发中普遍采用的并行工程技术和方法第2页/共42页第二页，共42页。统计过程控制(kngzh)与质量管理方法 1、制造过程质量问题的预防 2、在小批量产品(chnpn)制造中的应用 3、面向过程的质量控制 4、在产品(chnpn)生命周期其它环节的应用 5、SPC理论及模型的研究与改进 6、多变量多过程的监测控制第3页/共42页第三页，共42页。一、制造过程(guchng)(guchng)质量问题的预防 通过SPC，预测制造(zhzo)质量和制造(zhzo)过程状况、能力的发展趋势，以便对可能发生的质量问题预先采取相应的预防措施。传统的质量控制是基于评价的系统，即根据输出对过程作出评价，也

3、就是，按照某种打分原则，对输出进行检验并分类，有缺陷的要么返修，要么报废。这种方法通常费用较高。第4页/共42页第四页，共42页。 一种替代方法是预防检测和评价，即在缺陷形成之前就进行检测和评价，对产生质量问题的根源进行分析(fnx)，找出造成质量问题的原因，对其予以预防和消除。第5页/共42页第五页，共42页。二、在小批量产品制造(zhzo)(zhzo)中的应用 SPC一般建立在大量样本统计的基础(jch)上，然而，当代企业和市场正在向着多品种小批量生产的方向发展。 如何利用SPC理论对多品种小批量生产过程的质量进行控制，成为SPC应用研究需要解决的问题。 在这方面国内外已有相应研究。 第6

4、页/共42页第六页，共42页。 SPC是在戴明1950年从美国引入日本的，经过30多年的努力，日本的质量和生产率已处于国际领先。美国和日本的产品质量的差距(chj)已和明显。以汽车零件的不合格率为例，北美的汽车零件不合格率为1%4%，而日本的为0.001%，仅此一项，北美的汽车装配线现场零件的储备就达10亿美元。美国的质量管理学者说：日本成功的基石之一就是SPC.第7页/共42页第七页，共42页。三、面向过程(guchng)(guchng)的质量控制 传统的SPC，通过检验产品的最终质量参数如零件/工件尺寸及表面精度，对检验结果进行统计分析，进而判断是否(sh fu)符合产品设计和工艺设计要求

5、。这种质量控制实际上带有一定的被动性。 新的观念是对整个生产过程的过程参数，如设备运行参数、刀具参数及各种工艺参数等进行监控，利用SPC对各参数进行统计分析，判断过程是否(sh fu)正常或是否(sh fu)有不正常的发展趋势，以预防质量问题的发生，从而从根本上消除质量问题隐患。 第8页/共42页第八页，共42页。四、在产品(chnpn)(chnpn)生命周期其它环节的应用 SPC最初是应用于制造过程的质量控制(kngzh)，实际上，产品开发整个过程都可以看做是同制造过程相似的过程，它们都存在各自的过程参数。这些过程参数也可以通过统计方法进行分析。 因此，目前许多研究将SPC应用于制造过程之外

6、的产品开发过程，如市场调研、产品设计、工艺过程设计、原材料准备、以及售后服务等。 第9页/共42页第九页，共42页。五、SPCSPC理论(lln)(lln)及模型的研究与改进 SPC的基础是传统的概率与统计理论，它建立在对大量原始数据统计与分析的基础上。当原始数据不足时，其分析结果准确性就较差。另外，对以前数据的分析比较有效，对未来过程(guchng)发展趋势的预测显得不足。 新的研究正在寻找SPC与其它方法相结合或改进的算法，如将人工神经网络(Artificial Neural Networks, ANN)应用到SPC中，利用ANN的统计概率模型，发挥人工智能在SPC中作用，解决原始数据不足

7、或预测困难的问题。 第10页/共42页第十页，共42页。六、多变量多过程(guchng)(guchng)的监测控制 传统的SPC用在制造过程质量控制时，大多针对单一过程和变量。 现代(xindi)工业的大型化和复杂化，如在CIMS中，过程和过程变量已变得越来越复杂，要将SPC用在其中，SPC模型必须能适应多变量多过程的监测与控制。 因此，许多学者致力于研究适用于现代(xindi)企业多变量过程控制的SPC算法与模型。 第11页/共42页第十一页，共42页。稳健(wn jin)(wn jin)设计与SPCSPC 稳健设计用到的主要方法以统计理论为基础。CE及先进的产品开发与生产模式对质量保证的要

8、求，使得稳健设计技术(jsh)不断发展，并为稳健设计技术(jsh)的发展注入新的活力。第12页/共42页第十二页，共42页。稳健设计中主要(zhyo)(zhyo)涉及的方法 稳健设计的内容包括产品设计和工艺设计两个方面，分系统设计、参 数 设 计 和 容 差 设 计 三 个 阶 段 ， 利 用 质 量 损 失 函 数 ( L o s s Function)，即由于参数的波动引起(ynq)的费用损失来衡量质量，进而对设计进行优化。 第13页/共42页第十三页，共42页。一、系统(xtng)(xtng)设计 常用的分析方法有： 试验设计(Design of Experiment, DOE)、 失效

9、模式(msh)及效果分析(Failure Model and Effects Analysis, FMEA)、 价值工程(Value Engineering, VA)、 可靠性理论 仿真技术、优化与决策等。 第14页/共42页第十四页，共42页。二、参数(cnsh)(cnsh)设计 在参数设计阶段，要用到系统设计中常用的各种方法(fngf): 响应面法(Response Surface Method, RSM)、 故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA) 相关分析 方差分析 灵敏度法 随机模型法等方法(fngf)第15页/共42页第十五页，共42页。三、容差设计(shj)

10、(shj) 容差设计的方法： 故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA) 相关(xinggun)分析 方差分析以及RSM 灵敏度法和随机模型法第16页/共42页第十六页，共42页。现代质量管理(gunl)(gunl)与先进设计、制造系统 质量管理的观念和方法一直在更新： 质量检验(Quality Inspect) 统计质量管理(Statistical Quality Control, SQC)， 全面质量管理(Total Quality Management，TQM)， 以统计理论为基础的统计过程控制(Statistical Process Control, SPC)主要用

11、于制造过程的质量控制。在将质量控制的范围由制造过程扩展至设计乃至整个产品生命周期之后，可靠性理论、稳健(wn jin)设计等质量保证方法也逐渐得到认可和采用。 第17页/共42页第十七页，共42页。 各种先进的产品开发模式如: 并行工程(Concurrent Engineering, CE) 先进制造技术如敏捷制造(Agile Manufacturing, AM)、 精良生产(shngchn)(Lean Production, LP)、 虚拟制造(Virtual Manufacturing, VM)、 及时生产(shngchn)(Just in Time, JIT) 快速响应制造(Quick

12、Response Manufacturing, QRM)等的出现，对产品的质量保证提出了新的和更高的要求。 第18页/共42页第十八页，共42页。 同时也为产品质量保证(bozhng)(bozhng)开辟了新的途径。尤其是在: : 计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)、 现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS)和CE环境下，质量保证的要求和传统生产模式下的质量保证之间有较大的差别。 例如，CIMS要求从设计到制造各环节的质量保证实现集成，

13、包括产品设计、生产安排、工艺(gngy)过程设计和制造、装配等相互之间质量保证的集成，组成CIMS的集成质量保证系统。 第19页/共42页第十九页，共42页。一、DFX技术(jsh) DFX是CE的关键技术，主要包括: 面向制造的设计(Design for Manufacturing, DFM)、 面向装配的设计(Design for Assembly, DFA)、面向质量的设计(Design for Quality, DFQ)、 面向可靠性的设计(DF Reliability)、 面向可维修性的设计(DF Maintainability) 面向互换性的设计(DF Change ability

14、)设计等。 它们(t men)都是实现产品质量保证及控制的积极有效方法。第20页/共42页第二十页，共42页。 DFX是TQM在并行工程中的体现。TQM的观点认为，质量管理中的用户不仅是使用产品的最终用户，在产品形成过程中的每个环节(hunji)，下一环节(hunji)就是上一环节(hunji)的用户，如产品设计是市场调研的用户，工艺过程设计是产品设计的用户，制造/装配是工艺过程设计的用户，销售是制造/装配的用户等。 第21页/共42页第二十一页，共42页。 而DFX正是体现产品设计过程中除满足最终用户对产品质量的要求外，还应满足其后续环节作为广义用户的要求。 因此(ync)通过DFX更能体现

15、TQM“三全”中“全面”的特点。第22页/共42页第二十二页，共42页。二、并行(bngxng)(bngxng)设计问题 CE的核心是产品开发全过程中所有活动的并行、交叉和一体化进行。并行设计(shj)是其要点。并行设计(shj)体现在质量保证方面就是质量活动的并行进行。 第23页/共42页第二十三页，共42页。 并行工程的关键原则之一就是促使开发者从设计一开始(kish)就考虑产品生命周期整个过程中的各种问题，因此DFX技术被广泛地应用于并行工程。DFX主要包括： 为制造而设计（DFMDesign For Manufacture ） 为装配设计(DFADesign For Assembly)

16、。DFX技术(jsh)第24页/共42页第二十四页，共42页。DFM典型(dinxng)的原则有：1、设计中要尽量减少零件(ln jin)的种类和个数，尽量使用标准件；2、产品中相似的特征尽量设计成统一的尺寸；3、避免内表面加工而采用外表面加工设计；4、避免使用单独的紧固件；5、在可能的条件下尽量采用成组设计方法；6、减少对零件(ln jin)的搬运次数等。DFX技术(jsh)第25页/共42页第二十五页，共42页。DFA（为装配(zhungpi)设计） DFA与DFM相似，主要考虑(kol)设计出来的各种零部件能否在现有条件下安装并避免误装。 它的两个基本原则是设计的大量零部件必须易于搬运与

17、安装。DFX技术(jsh)第26页/共42页第二十六页，共42页。 除了DFA与DFM 外，DFX还包括要求设计者采取只要用简单工具和设备就很容易进行工程分析的方案，以减少设计次数，缩短(sudun)制造周期、提高质量和减低成本的： 为 工 程 分 析 而 设 计 （ D F E A D e s i g n F o r Engineering Analysis） 为 维 修 性 而 设 计 （ D F M D e s i g n F o r Maintainability）、 为可靠性设计(DFMDesign For Reliability) 现在强调为环境保护而设计。DFX技术(jsh)第2

18、7页/共42页第二十七页，共42页。CAX技术(jsh) CAX技术主要是指一系列计算机辅助技术，包括： 用于设计阶段检查设计对整个产品生命周期影响的计算机辅助设计（computer aided designCAD）； 能自动生成所设计的零件加工方法并分析(fnx)设计对制造影响的计算机辅助制造（computer aided manufactureCAM）第28页/共42页第二十八页，共42页。 包含三个成份的： CAD和CAM数据库界面 工艺选择指南 工业(gngy)工艺流程策划指南 计算机辅助工艺规划（computer aided process planningCAPP）。 这些计算机辅

19、助技术最初并不是专门为并行工程开发地，而多数是在计算机集成制造系统（CIMS）的发展过程中开发成的。第29页/共42页第二十九页，共42页。各种质量保证技术的有机(yuj)结合 由于各种质量保证和控制技术都是为适应某特定过程或场合而设计的，在CE、AM等先进生产系统和模式中，对质量保证和控制的集成(j chn)性、并行性和交叉性的要求，使得它们相互间独立运用已变得不适应，只有集成(j chn)及相互结合，才能发挥积极作用。第30页/共42页第三十页，共42页。一、QFD与田口方法(fngf)的结合 QFD可用于田口设计中的系统设计，通过QFD的顾客需求到工程特性及工程特性到零件技术特性这两个质

20、量屋，得出(d ch)产品工程特性及零部件技术特性的重要程度，以此作为田口系统设计的依据。 第31页/共42页第三十一页，共42页。二、QFD与统计(tngj)方法的结合 当前，对QFD与统计方法(fngf)特别是与SPC的结合研究主要反映在QFD各阶段应用到各种统计方法(fngf)，如在零件配置阶段对所选择的初步设计方案进行可能存在的故障分析时用到FTA和FMEA。在工艺规划和工艺/质量控制配置阶段用到SPC中的各种工具等； 而通过QFD与SPC的集成实现设计与制造过程质量保证的集成方面的研究还较少。 第32页/共42页第三十二页，共42页。三、QFD与其它(qt)管理技术的结合 许多文献对

21、Q FD在可靠性设计、系统工程( Sys te m E ngi ne e ri ng, SE ) 、价值工程 ( Va l u e Engineering, VE)、TQM及QIS中的应用或与QFD与这些技术的结合( jih)进行了研究。 第33页/共42页第三十三页，共42页。CIMS中的集成(j chn)质量系统 CIMS的特点是要求企业的各环节之间从功能(gngnng)和信息上有机集成，组成一个不可分割的整体。这些环节主要包括产品设计、工艺过程设计、生产组织与安排、质量计划、物料需求计划以及制造和装配等。 第34页/共42页第三十四页，共42页。 国内外对CIMS集成质量系统的研究(yn

22、ji)也不少。我国863/CIMS主题专门设立“集成质量系统” (Integrated Quality System, IQS)专题，对集成质量系统开展研究(ynji)。 十多年来，在CIMS集成质量系统研究(ynji)方面取得较大进展 。当前在这方面的研究(ynji)主要在集中在以下几个方面： 第35页/共42页第三十五页，共42页。一、集成(j chn)(j chn)质量系统的结构 质量保证系统应该(ynggi)看作为一个复杂的控制系统，该系统能够实现对整个制造过程的监视。CIMS中质量保证系统，应该(ynggi)与从产品设计到制造的各个环节集成在一起，形成全面质量集成系统。在这个系统中，产品设计、制造及使用等环节的内部活动构成局部质量控制环，质量保证系统构成全局质量监测和控制环，对产品整个生命周期的活动进行监测。 第36页/共42页第三十六页，共42页。集成质量系统(xtng)(xtng)的特点 1.任何质量控