研究生现代设计之面向“”的设计

.2面向制造的设计方法概述DFM方法如图2所示，要紧包括:可能制造成本降低部件成本降低装配成本降低辅助生产成本考虑DFM决策对其他因素的阻碍图2从图2能够看出,DFM方法是从可能选定方案的制造成本开始的,可能制造成本能够关心开发组推断出部件、装配和辅助生产中哪一个成本最高.使开发组在以后的开发过程中采取措施降低成本,不断地改进产品设计直到它达到一定的程度为止.2.3可能制造成本图3所示为一个简单的制造系统输入与输出模型,其中输入包括原材料、外购件、工人的劳动、能量与设备；输出包括加工出的产品与废物。制造成本确实是系统输入花费与处理废物的花费之和。制造成本的构成下图所示为制造成本的构成。制造成本要紧由：部件成本、装配成本和间接成本组成图3（1）可能标准件成本可能标准件成本有两种方法：将部件与公司已制造或购买的相似部件相比较来确定其成本，该方法要紧用于小部件的成本估算。询问供货商或卖主。该方法要紧用于大部件的成本估算。（2）可能定制件成本定制件是由制造者或卖主提供的，为某产品专门设计的部件．当定制件是一个单独部分的时候，是把原材料、加工和工装成本相加来得到其成本．当它是由几个部分组成时，就把它当一个产品，将其部件成本、装配成本和间接成本相加．原材料成本通过计算原材料量获得．加工成本包括设备操作工的工资和设备消耗．工装成本则由刀具、模具和夹具的设计和装配费构成．（3）可能装配成本大部分的装配差不多上由手工完成的．手工装配成本可由装配操作的时刻乘以劳动率可能出．依照部件尺寸，操作难度和部件数量的不同，装配操作时刻为４至６０Ｓ．在大量生产中，可利用工具以辅助生产．（４）可能间接成本大部分公司使用间接率来计算间接费用．间接率是由一个或两个成本驱动因素来确定的．间接成本是依照驱动因素大小，由直接成本按一定比例计算出来的．除了上述的分类方法，另一种分类方法是分为固定成本和变动成本，固定成本是指不随产量而变化的成本．可变成本是指与产量成比例增长或减少的成本，如原材料的成本，加工时刻和工人劳动．2.4减少部件成本了解生产制约条件和成本驱动因素生产制约条件和成本驱动因素关于部件的成本有专门大的阻碍.生产制约条件在某些情况下能够以设计规律的形式准确地把信息传递给设计者,设计出易于加工的产品,降低部件的制造成本.关于各种机械产品常有一个要紧参数,即加工过程的成本驱动因素,对其成本有较大的阻碍,操纵那个参数,即可操纵成本的增长.改进设计部件以简化加工过程通过对已有方案的简化,能够使产品结构简化,降低产品的生产成本.为了实现简化设计,应注意的差不多原则:(1)尽可能减少产品组成部分的数量及其相互间的联结.能够通过把过去要求专门多零部件装配成的复杂部件实行整体加工及整体铸造,成为一个部件,来简化设计.(2)尽可能实现零、组、部件的标准化、系列化与通用化,操纵非标零、组、部件的比率.（3）尽可能采纳通过考验的可靠性有保证的零、组、部件以至整机．为加工过程选择适当的经济规模产品产量升高时，单位产品的制造成本就会下降，那个现象称为“规模经济”，规模经济产生的缘故：（１）规模越大，摊在单位产品上的固定成本就越少．（２）规模越大，公司能选用高效的加工过程和设备，如此句就可降低变动成本．制造成本可分为固定成本和变动成本，一旦开始生产，固定成本就形成了，不随产品产量而变化；变动成本则是由产量决定．低固定成本高变动成本的加工过程适合小量生产；高固定成本低变动成本的加工过程适合于大量生产．部件和加工过程标准化标准部件是多个产品中共有的，产品中提高标准件的数量能够使部件产量提高，如此部件的单位成本就会降低，也就降低了制造成本．用“黑匣子”法获得部件在该方法中，开发组只提供部件的功能描述，而不告诉供货商如何去生产那个部件，如此供货商就能够设计出最小成本的部件．2.5减少装配成本面向装配的设计(DFA:DesignForAssembly)是DFM的一个组成部分,它的目标是减少装配成本,对大部分产品来讲,装配成本只是总成本中的专门小一部分,然而减少装配成本会带来专门大间接效益。下面是辅助DFA决策的原则：利用评分组合部件使装配变得更容易利用评分通常建议使用“装配效率”的概念评分．这是由理论装配最小时刻与实际装配时刻的比值来确定的．那个概念关于推断出装配成本中的驱动因素是专门有用的．DFA系数的公式：DFA系数＝(理论最小部件数)*(3)秒/实际的总装配时刻公式中的“３秒”表示理论上装配部件的最小时刻最小部件数可由下面三个问题来确定：＃该部件在装配时需要相关于其它部分移动＃由于物理的缘故该部件必须采纳与其它部件不同的材料＃在替换或维修时是否需要把该部件拆下来组合部件关于在理论上没有限定是独立的部件，能够与其它一个或多个部件合成一个部件，来减少成本．部件组合的优点：*被组合的部件之间不再需要装配；*组合件成本通常比组合前部件成本低；*在组合件中，被组合件间的尺寸精度更高．使装配变得更容易拿起、定位和插入一个部件的时刻取决于该部件的几何形状和部件的安装方式，因此即使部件数量相同的不同产品其装配时刻也是不同的．要使装配变得容易来减少装配成本．在装配中，理想的部件特征应是：部件从顶部装入；部件有对准标志；部件不需要定向；只需要一只手就能够装配；装配不需要工具；部件以一种直线运动的方式装入；部件一经装入就被加固．降低系统的复杂性:系统的复杂性随着输入、输出和转换过程的增多而增加，为了保证生产的正常运行，企业必须花费大量的资金监视、治理、处理这些变量，增加了辅助成本．系统的复杂性是由产品设计带来的，能够通过改变设计方案的复杂性来降低系统的复杂性，减少辅助成本，从而减少产品的制造成本．错误预防:DFM的一个重要方面确实是预测系统可能发生的错误并在开发过程中采取适当的措施。这种方法就叫错误预防．2.7面向制造的设计决策对其他方面的阻碍DFM对开发时刻的阻碍开发时刻是极其宝贵的,关于一个重要的开发项目来讲,在做DFM决策时不仅要考虑对制造成本的阻碍,而且要考虑对开发时刻的阻碍。DFM可能减少开发时刻也可能增加开发时刻．例如：组合部件方法增加了产品的复杂性，相应的增加了模具的复杂性，使制作模具的时刻增长从而使开发时刻增长．DFM对开发成本的阻碍DFM能够增加开发时刻，而开发成本和开发时刻有紧密关系，因此开发成本也会增加．DFM对产品性能的阻碍在用DFM作决策前，开发组应可能对产品性能的阻碍。在理想情况下，降低产品制造成本的措施会提高产品性能。只是，在实践中，有些降低制造成本的方法会对产品性能产生不良阻碍。DFM对外部因素的阻碍设计决策不只是对开发项目有阻碍，它必定对开发项目以外的事物有阻碍。要紧是对部件的使用和寿命周期成本产生阻碍。3、面向拆卸的设计3.1面向拆卸的设计和特点废弃产品的零部件通过维修和废弃产品的材料通过一定的再生技术都能够被再利用，这就要求这些产品便于拆卸；假如废弃产品的材料通过一定的再生技术能够被利用，那么由这些材料构成的零部件也必须首先能够方便地拆卸，因此产品拆卸是产品回收再生的前提，面向拆卸的设计（DFD：DesignForDsiassembly）的设计思维和方法应运而生。拆卸的定义是：从产品或部件上有规律地拆下有用的零部件的过程，同时保证不因拆卸过程而造成该零部件的损伤。拆卸的目的有三类：产品零部件的重复应用产品报废后并不意味着所有的零部件均成为废品，有些稍加修正后能够重新利用元器件回收关于电子产品，由于组成材料多种多样，更新换代周期短，因此要采取专门工艺对其进行回收．材料回收报废产品的某些零件材料回收后能够生产同种零件，还有些零件材料回收后，因为材料成分或性能达不到原零件要求，则可用来加工不的产品．对应与拆卸的目的，拆卸有三类类型：破坏性拆卸即拆卸活动以使零部件分离为要紧宗旨，不管产品结构的破坏程度部分破坏性拆卸即拆卸过程中只损坏部分廉价零件，其余部分则要安全可靠分离非破坏性拆卸即拆卸过程中不能损坏任何零部件面向拆卸的设计与传统设计相比的优点使可回收零件和材料再次重用所需的工作量大大减少；产品结构模块化，统一化，使产品有较大的预测能力；拆卸操作简单快捷；拆下的零部件易于手工和自动处理；回收材料和残余废弃物易于分类和后处理；减少产品使用过程中的变化．3.2面向拆卸的设计准则面向拆卸的设计准则确实是为了将产品的拆卸性要求及回收约束转化为具体的产品设计而确定的通用或专用的设计原则。拆卸准则要紧有以下几种：拆卸工作量最少准则与结构有关的准则易于拆卸准则易于分离准则产品结构可预估性准则拆卸工作量最少准则

拆卸工作量最少包含两层含义，一是产品在满足功能和使用要求的前提下，尽可能简化产品结构和外形，减少零件材料种类；另一层含义是简化维护及拆卸回收工作，降低对维护拆卸回收人员的技能要求．减少拆卸工作量的方法有：明确所要拆卸的零部件功能集成，减少零件数量减少材料种类材料相容性准则有害材料的集成准则拆卸目标零件易于接近准则与结构有关的准则

设计过程中要尽量采纳简单的连接方式，尽量减少紧固件数量，同意紧固件类型，并使拆卸过程具有良好的可达性及简单的拆卸运动．易于拆卸准则尽量在要拆卸的零件上预留可供抓取的表面，幸免产品中有非刚性零件存在，将有毒有害物质密封在同一单元结构内，提高拆卸效益，防止环境污染．易于分离准则在产品设计时，尽量幸免零件表面的二次加工，幸免零件及材料本身的损坏，也不能损坏机器，并为拆卸回收材料提供便于识不的标志．产品结构可预估性准则

产品在使用过程中的污染、腐蚀、磨损以及维修、维护都会使产品的结构产生不确定性，即产品的最终状态与原始状态之间产生了较大的改变．为了使产品废弃淘汰时，其结构的不确定性减少，设计时应遵循以下准则：（１）幸免将易老化或易被腐蚀的材料与所需拆卸、回收的材料零件组合；（２）要拆卸的零部件应防止被污染或腐蚀．3.3产品拆卸信息描述产品拆卸所需信息包括产品数据（零件图、工艺文件、零件差不多数据、零部件结构、功能及所用材料等信息）和使用数据(产品使用条件和场所、产品使用中的维修及零部件更换数据）。如下图所示拆卸信息的描述方法基于图形的表示方法用结点表示DFD中的各种实体；连接弧表示实体之间的拓扑关系，这种方法简单、直观、易于理解。基于关系数据库的方法采纳关系数据库存储实体及其关系，这种方法的信息组织维护方便。面向对象的方法使实体表达具有继承性和封装性，对象（实体）的层次可分为若干类及相关属性，如物理属性、几何属性、特征属性等，拆卸方法由对象的类型确定。3.4面向拆卸的设计评价面向拆卸的设计评价是对设计方案进行评价－－修改－－再评价－－再修改直至满足设计要求的动态过程。评价面临的问题要紧是:如何样评价产品的拆卸性用什么指标评价用什么标准衡量拆卸评价要从两方面进行:一方面是产品结构的拆卸难易程度另一方面是与拆卸过程有关的时刻、费用、能耗、环境问题评价指标要紧由两方面的指标组成：与拆卸有关的指标：拆卸费用：指与拆卸有关的一切费用，即人力费用和投资费用．是衡量结构拆卸性好坏的要紧指标．拆卸费用高则回收重用的价值就小．拆卸时刻：拆下某一连接所需要的时刻，包括拆卸时刻和辅助时刻．拆卸时刻长，讲明拆卸性能差．拆卸能耗；包括人力能耗和外加动力消耗（如电能，热能）．环境阻碍：要紧表现为噪声及排放到环境中的污染物种类和数量．与连接结构性有关的指标：可达性：即拆卸工具接近拆卸部位的难易程度．该问题可从三方面入手：第一是看得见－视觉可达；第二是实体可达；第三是足够的拆卸空间．标准化程度：产品结构的复杂程度4、面向回收的设计4.1面向回收的设计的差不多概念面向回收的设计（DFR:DesignForRecycling&Recovering）在进行产品设计时，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等一些列问题，以达到零件材料资料和能源的充分有效利用，并在回收过程中对环境污染为最小的一种设计方法。面向回收的设计与传统的设计的比较那个地点的回收是广义的回收，即不仅考虑最差不多的材料回收，而更关怀的是在新产品中利用使用过的或废弃产品的零部件和材料．该定义的特点确实是明确指出了回收的目的确实是最有效地在新产品中使用回收再生后的零部件和材料．从上表中可看出，回收设计和传统设计有专门大的区不．回收设计在产品设计初期就考虑消除或减少废弃物的产生，并在产品废弃淘汰时，对其进行经济有效的回收和使废旧产品的零部件得到重用和移用．4.2面向回收设计的特点可使材料资源得到最大限度地使用可减少环境污染，爱护生态环境有利于持续进展战略的实施扩大了就业门路，提供更多的就业机会产品回收是一个社会化综合工程，系统工程，会涉及到专门多部门物流的闭合性回收过程本身是清洁生产，应该对环境无害，不造成对环境的二次污染4.3面向回收的设计的要紧内容要紧内容包括：可回收材料及其标志可回收工艺及方法回收的经济性回收产品及结构工艺可回收材料及其标志：产品报废后，其零部件及材料能回收，取决于其原有性能的保持性及材料本身的性能．因此在设计时要了解产品报废后的零件材料性能大变化，以确定可用程度．目前，常用的标志方法有：`(1)产品生产时，在零件上模压出材料代号或用不同一颜色表明材料的可回收性或注明专门的分类编码代号；(2)在材料零件上作出条形码标志，具有条形码的塑料零件可采纳激光扫描仪会机器人进行分类(3)在材料回收过程中，人们往往需要识不出材料添加剂的比例和种类，同时要求材料识不技术成本低，易操作，能用于不同材料的识不，并能适应工厂车间的工作环境回收工艺及方法回收的经济性是零件材料能否有效回收的决定性因素．在产品设计中就应该掌握回收的经济性及支持可回收材料的市场情况，以求最经济和最大限度地使有限的资源，使产品具有良好的环境协调性．回收的零件的结构工艺性可回收零件的结构必须具有良好的拆卸性能，以保证回收的可能和便利．4.4面向回收的设计准则面向回收设计的差不多要求；(1)对设计过程的要求它除了注重产品的差不多功能、性能等指标外，更注重产品的寿命、结构及环境友好性。(2)对产品设计人员的要求产品设计人员不仅具有专业知识，还必须了解产品预定的回收工、环境爱护等方面的知识。(3)对生命周期过程治理的要求回收过程依靠科学的治理，在设计时期要考虑到这一点。面向回收的设计准则设计的结构易于拆卸尽可能的选取可整新的零件洁净的净化工艺可充用零部件材料要易于识不分类机构设计要有利于维修调整限制材料种类采纳系列化和结构化的产品结构考虑材料的异化再使用方法尽可能的利用回收零部件和材料考虑材料的相容性5、面向质量的设计5.1面向质量的设计思想的产生设计是质量保证的首要环节，是质量保证实施的源头，是生产质量实现的前提。质量保证应从传统的生产过程质量操纵向产品设计／开发质量操纵转变，从制造过程操纵向前推进到设计过程操纵，因此提出了面向质量的设计DFQ（DesignForQuality）5.2面向质量的设计的差不多概念DFQ确实是建立一个知识系统，它能为设计者实现产品或过程的要求质量提供所必需的知识。但由于质量概念的模糊性和不确定性，使DFQ的概念难以确定，许多研究者把Q分为两类：Q外－－外部质量，指顾客能感受到的质量，及最终产品所表现的特征和特性；Q内－－内部质量，指企业内部所进行的一切生产活动的质量，如采购、设计、生产、装配等质量。设计过程实际确实是设计相应的Q内来保证Q外的过程。质量模型：5.3面向质量设计的实现策略和方法DFQ的实现策略DFQ是质量驱动的集成化产品和过程开发形式。其模型如下页所示。它强调每一设计时期中制定目标、合成、评价决策过程的分离，通过对每一过程实施相应的方法和工具来加强质量保证的可能性。由于质量分解、合成的引入，使设计时期综合考虑到一切与产品质量有关的活动，将质量治理和操纵活动融入设计中，将质量设计到产品中，保证设计的完善性。DFQ的方法和工具DFQ方法和