DFMA原理和应用方法课件

1、BDI -DFMA原理和应用方法BDI-DFMA软件简介Boothroyd Dewhurst Inc.是开发DFX领域的分析软件的专业公司。公司的两位创立者Geoffrey Boothroyd和 Peter Dewhurst是“面向制造与装配的产品设计”领域的知名专家，提出了面向制造与装配设计的系统分析方法，在许多企业得到了成功应用。以他们的方法为基础，在1983发布了第一个BDI-DFMA软件。现在，BDI软件包括4个主要模块：Design For Assembly， Design For Manufacture，Design For Environment， Design For Serv

2、iceBDI-DFMA软件简介（续）面向装配的设计模块Design for Assembly 9.4Dfa 9.4 Item LibraryDfa 9.4 Operation Library面向制造的设计模块Dfm Concurrent Costing 2.3DfmCost 2.3 Machine LibraryDfmCost 2.3 Material LibraryDfmCost 2.3 Operation LibraryB&D DFMA基本原理B&D DFMA方法对制造和装配做以下定义：制造是指产品或装配中的单独零件的制造。装配是指增加或联接若干零件来形成一个完整产品的过程面向制造的设计是

3、指，在零件装配成产品之前，简化和方便零件制造的产品设计。面向装配的设计是指，简化和方便装配的产品设计。B&D DFA方法用减少独立零件数目的标准，确定产品零件的理论最小数目。确定设计方案的装配时间。通过实验研究，测定了零件的搬运时间和插装时间。计算装配效率，用DFA效率指标比较不同方案的可装配性。B&D DFM方法依据零件形状、尺寸、加工工艺、工时、设备等基础数据，定量地计算成本。减少独立零件数目的标准标准1：所考虑的零件与所有其它已经装配的零件之间必须有相对运动？标准2：所考虑的零件必须与其它零件隔离开？所考虑的零件与已经装配的零件相比，必须用一种不同的材料？标准3：为了避免影响到其它独立零

4、件的装配或拆卸，所考虑的零件必须与所有其它已经装配的零件分离？如果对以上问题的回答都是否定的，设计者要考虑所考虑的零件与其它零件合并。装配效率与零件的理论最小数目Boothroyd最先提出了“零件的理论最小数目”概念。根据产品的设计约束，用独立零件分析标准确定满足产品功能要求的最少装配项，这就是理论上的零件最小数目。装配效率(DE)NM：零件的理论最小数目Ta：基本装配时间，设定为3秒TM：总装配时间装配成本与时间影响装配成本的主要因素产品的零件总数零件搬运、插装和连接的难度两个零件的装配时间分为两类搬运时间(Handling time)：Identifying orientation, gr

5、asping, carrying插装时间(Insertion time)：Orient, insert, fastenDFA分析的基本步骤B&D DFA分析按照5个基本步骤进行。步骤1：确定装配顺序步骤2：确定子部件的装配时间步骤3：确定子部件的装配参数总装配时间，TM总装配成本，CM零件的理论最小数目，NM装配效率，DE步骤4：对所有子部件重复步骤2、3步骤5：对最终装配件/产品重复步骤2、3Motor original designMotor - 2.75 dia x 4.752 motor screws - 0.2 dia x 0.6Sensor - 0.187 dia x 1Set s

6、crew - 0.06 dia x 0.12Cover - 16 gage low carbon steel with soldered seams and painted 4.5 x 2.75 x 2.4All dimensions in Inches4 cover screws - 0.12 dia x 0.3Base - Aluminum, machined4 x 2.2 x 12 bushings - brass, machined0.5 dia x 0.8Grommet - plastic, injection molding0.7 dia x 0.4End plate - low

7、carbon steel painted 4.5 x 2.25 x 1.32 end plate screws - 0.2 dia x 0.5零件的理论最小数目为4：基座、电机（外购件）、传感器、外罩。DE=5.99Motor redesignMotor - 2.75 dia x 4.752 motor screws - 0.2 dia x 0.6Sensor - 0.187 dia x 1Set screw - 0.06 dia x 0.12Base - nylon, machined 4 x 2.2 x 1Cover - injection molding 4.5 x 2.75 x 2.4

8、All dimensions in InchesDE=14.92BDI DFA的界面结构图：由装配项目和装配操作组成的装配树。问题板：与DFA分析相关的问题、分析结果、图形等。分析结果BDI DFA的主要操作步骤创建新的装配分析或导入已经创建的装配分析。创建新的文件或插入新的分析。给出主装配信息。装配件的名称、编号。在结构图中按照装配顺序增加对象（在BDI软件中称为条目，Entry），建立装配树。在问题板中，回答关于每个对象的DFA问题。在全部对象添加完毕后回答这些问题，或同时进行；可以保存回答问题的状态。查看分析结果。包括报告、图表和产品表单。结构图(Structure Chart)结构图是

9、一个树状列表，包括组成分析对象的零件(Part)、子装配件(Subassembly)和操作(Operation)。装配树根条目是产品或装配件。软件提供了6种结构图显示方式，用户还可以修改显示方式。选择ViewStructure Chart Customize ，显示对话框“Structure Chart View”，可以修改显示方式。结构图(续)结构图列表中的项目和操作统称为条目(Entry)，其添加方式如下：Add PartAdd SubassemblyAdd OperationAdd Library Item 保存在数据库内的零件或子装配，已经进行过DFA分析。Add DFM Item 在

10、BDI DFM模块中分析过的项目。结构图(续)结构图可以由多个页面组成，每个页面代表一个独立的装配分析。增加装配分析的操作如下：Insert New AnalysisCopy Current AnalysisImport DFA AnalysisImport Text file可选择按照装配顺序或拆卸顺序建立装配树。问题板(Questions Panel)问题板包含了完成DFA分析所需要回答的问题。随着用户在结构图中选择不同的对象，问题板的内容也相应地变化。选择“View Questions Customize”之后，用户可以在对话框中改变问题板的显示内容或方式。DFA分析的问题进行DFA分析

11、必须为结构列表中的每个Entry提供输入数据。在BDI DFA软件中，用户通过回答问题的方式提供输入数据。DFA问题包括两部分，Basic Question，Extended Question。用户必须要回答基本DFA问题。根据基本问题的答案，确定某个条目所需的装配时间、装配成本。主装配的DFA问题Life volume，装配总数Labor rate，人员工资Overall plant efficiency，总体效率在Setting问题板中选择计算费用、时间和重量的单位，英制或公制。设定取用工具或物品的默认距离。基本DFA问题基本DFA问题如下：DefinitionSubassembly da

12、taSecuring methodOperation characteristicsMinimum part criteriaEnvelope dimensionsSymmetryHandling difficultiesInsert difficultiesLabor time在BDI DFA软件中，根据DFA原则提出了若干组问题。根据用户的回答和软件的内部数据库保存的基本数据，将装配操作时间定量化。Definition项目名称零件或子装配的编号数目项目类型Minimum Part Criteria按照减少独立零件数目的准则判定该项目是否需要被消除。根据零部件符合哪一条准则，在题板中选择相应

13、项。Base partMaterialMovementAssembly或者，把零部件标记为可以消除的对象：fastener, connector, otherSecuring method(紧固方式)Secured later由后续的其它项目或操作来固定。Crimp fastening可以产生塑性变形的机械紧固方式，通常用于金属件。Electrical connection电线或电缆的一端连接到装配件上Push or press fasteningPress方式是直线装配操作，操作者用手来提供插入零件所需的压力。Puss方式也是手工操作，但是要克服更大的阻力，因此需要跟多的装配时间。装配后的零

14、件被完全固定。Rivet fastening铆接Self stick fastening在零件上预先涂有粘接层。在安装自粘接零件之前，要揭去背纸；定位也要很小心。Snap fastening用简单操作固定零件Staking紧固件与基座连为一体Threading fastening螺丝、螺栓连接其它需要旋转360度以上的连接Operation characteristics对于螺纹连接、铆接、卡扣、电气连接方式，还要回答几个问题。Auto fedHand tightenManual fedScrewdriverWrenchNumber of revolutionSymmetry对称性参照物件上的

15、对称轴或插入方向来定义。对称性的指标有两个，Alpha symmetry，两个可选插入方向之间的最小夹角。Beta symmetry，绕插入轴方向可转动的最小角度。应用零件的对称性指标，建立了零件对称性与零件定向所需要时间之间的关系。定义总对称角如下，总对称角=+实验研究表明，定向所需要时间与总对称角成正比，接近线性。Handling Difficulties确定搬运一个物件的难度，即取物件、抓住物件或固定物件方向的难度。零件嵌套或掺结严重时，使搬运时间增加1.5秒以上。零件重量和移动距离对搬运时间有影响双手操作一般要用1.5的惩罚系数零件厚度小于2mm时，会增加搬运时间。中小型零件的尺寸变化

16、对搬运时间有明显影响。零件太尖、太滑、太软、太大影响搬运。Insertion Difficulties确定将一个物件在装配件中定位或插装的难度。装配位置的可视性、可达性使用工具的难度定位和对准的难度插装的深度题板中的项目可以多选。Labor Time工作时间被分解为若干部分，Item handling and fetching time取和搬运物品的时间。Tool fetching and prep time包括取、准备和放回工具的时间。Insertion/operation time根据紧固方式、操作特征和插装难度等计算出插装和连接时间。Envelope dimensions轮廓尺寸分成回转

17、体和非回装体两类。回转体的轮廓尺寸就是包容该回转体的最小圆柱体的尺寸。非回转体的轮廓尺寸，是包容该物体的最小立方体尺寸。Subassembly data选中结构图中的主装配或子装配条目后，可以看到子装配数据框。Exclude，如果不需要对某个子装配进行分析，可以作为单个零件处理。Labor rate，人员工资Overall plant efficiency，平均效率Manufacture Data输入制造成本数据Piece part cost不含工具折旧Item cost包含工具折旧Tool investment加工该零件需要的工具投资与DFM模块连接Picture & notes装配列表中的

18、条目可以与一张图片关联。可以使用的图形文件格式有JEPG, Bitmap, Icon, Windows metafile(*.wmf), enhanced metafile(*.emf)在记事框当中，可以添加一些注释或建议、分析。分析结果结果窗口包括两列分析结果，Entry totals, Product。可以逐项给出分析结果。包括以下条目CountMinimum countLabor timeLabor costTool/fixture costOther operation costItem costTotal costDFA Index报告与图表生成多种形式的报表供分析对比。Sugges

19、tions for Redesign，依据问题分类给出设计改进建议。设计改进建议的分类fasteners, connectors, unnecessary items, separate operation, holding down, alignment, access and vision, handling difficulties, severe handling difficulties, grasping tools, bulky or awkward, crane accessories, resistance, regrasping, supporting weight, er

20、gonomic difficulties项目库(Item Library)常用项目(零件和子装配)连同相应的DFA问题可以保存在项目库中。避免了重复输入数据，加快分析进度。可以把整个DFA分析或其中的一个项目添加到项目库。把DFM Cost程序中的零件添加到项目库。操作库常用操作保存在操作库中。操作时间和成本的模型用公式描述，每个操作都包括了公式。用户可以编辑公式。添加DFM项目B&D DFA和DFM Cost能够关联起来，在结构图中可以直接添加DFM项目。DFM Concurrent Costing简介提供材料、工艺和设备信息，根据用户输入的零件形状和尺寸数据快速估算零件的制造成本。确定哪些

21、零件对产品成本的影响最大。对比采用不同工艺、不同材料加工同一个零件时的制造成本。分析不同设计方案，以降低制造成本。可分析的工艺包括：机加工、吹塑成形、压力铸造、热锻、喷射成形、挤压、粉末烧结、板料成形和PCB装配等。DFM Costing 界面工艺图结果面板右侧面板的内容随着工艺图中的条目变化。最初显示的是零件的形状、轮廓尺寸和成形方向。响应面板(Response panel)确定零件形状尺寸、加工工艺、材料之后，需要确定的基本变量在响应面板中定义。响应面板的内容随条目变化，软件为所有变量设置初始值。DFM Costing的操作步骤建立制造成本分析或导入一个已有的成本分析。创建新的DFM文件时

22、，同时建立了一个新的成本分析。设定基本单位。设定零件的形状、轮廓尺寸、加工方向，选择工艺与材料，创建工艺图中的第一个条目。按照加工步骤，依次建立加工操作。给加工工艺、设备输入相关的数据或者使用软件提供的数据。计算制造成本。查看分析报告。建立工艺图建立新的分析后，工艺图是空白的，必须设定零件的形状、轮廓尺寸、加工方向，然后指定材料和第一道工艺。Forming direction与工艺有关。选中工艺图中的一个条目，在这个操作之后增加一个操作。加工操作分为以下两类，Operation：加工工艺Machine Tool：机加工，包括工装、装载和卸载操作在内。软件中提供了许多加工设备工选择。加入机加工(

23、Machine tool)之后，工装、装载和卸载操作也被添加。在机加工条目下添加相应的加工内容Turning, BoringGroove, CutoffDrill, ReamingTapping, MillingThreadingGear hobbing成本分析的结果给出零件的尺寸、加工工时、工装时间、加工费率等，就能计算制造成本。Material costPiece part cost，包括材料、工装、加工Process costRejectsSetup costTooling cost，工具成本报表形成多种形式的报表成本分解表成本批量图成本分析结果报告响应报告DFM的操作库机加工、焊接、热处理、抛光、检测等操作分类定义在操作库中。每个操作都有响应的说明可以添加新的类、子类，添加新的操作。每个操作对应的时间和成本用公式描述。用户可以修改操作模型，添加变量