机械CAD及其应用 第五章 产品装配设计技术

第五章产品装配设计技术

5.1产品装配设计的地位与内容产品设计进程可以粗略地分作四个阶段：产品规划、方案设计、结构设计(又称技术设计)和详细设计(又称施工设计)。结构设计——产品装配设计或面向装配的设计(DFA)一、装配设计的重要性其重要性主要表现在以下几个方面：(1)满足功能要求的关键(2)设计计算的基础(3)提高质量，降低成本(1)

概念设计到结构设计的映射(2)可装配性分析与评价三、装配设计在集成化产品设计中的作用与地位(1)

拟定结构方案，优化装配结构(2)

改进装配性能，降低装配成本(3)

产品可制造性的基础和依据(4)产品并行设计的技术支持和保障二、装配设计的内容可装配性就是产品及其装配元件(零件和子装配体)容易装配的能力和特性，其评价应兼顾三个方面的特性：

技术特性—装配必须合理、可行。技术上不可行的装配经济特性—保证质量的前提下应尽可能降低装配成本从而降低总的生产成本。

社会特性—可维护性、材料的可回收性、环保等。5.2产品装配设计的评价产品可装配性评价的基本结构树图产品可装配性技术特性经济特性社会特性进给性能(套叠，缠结)

元件抓取(尺寸，重量，对称性等)

位置可达(倒角，圆角，装拆顺序)

定位可靠(自定位，预定位)

检测可及

工具利用(操作空间)

联接方法(插装，铆，焊胶接等)

合成方向(多向，单向，垂直向下)

位姿调整(装拆便利，稳定性)装配效率(生产纲领，作业方式)

资源利用(设备，工具，人力)

精度保证(公差分布，质量控制)

标准化(标准件比例，零件类数)

材料消耗可拆卸(结构，操作，顺序)

可重用(零件子装配)

可回收(材料重用)

环保(装配，拆卸，报废)成本分析法——是将评价指标折算成实施装配操作所耗费的成本，通过成本分析量化产品或部件的可装配性。加权评分法——是对各级评价指标赋予相应的权重，按一定标准打分，然后自底向上逐层加权汇总，进而得到可装配性的总评分值。

从原理上讲，可装配性评价具体实现的量化方法有两种：成本分析法和加权评分法。5.3DFA的方法及应用

5.3.1早期DFA方法1.DFA产生的背景在满足技术条件下，从全局出发考虑产品成本，以简化化产品结构为先决条件，首先考虑产品的可装配性，其次才考虑零件的可加工性。“尽量将产品设计得易于装配”

2.几种早期的DFA方法AEM(assemblabilityevaluationmethod)，即可装配评价方法。AEM符号与扣分示例零部件装配操作AEM符号0扣分总计20S向下移动锡焊最早出现的两种DFA方法：HitachiAEM方法和BoothroydDFA方法。

(1)

选择装配方法根据产品年产量及所含零件数确定装配方法（手工方式、机器人方式或者机器自动装配）。(2)

计算理论最少零件数根据三个基本判据以提问形式考察每一个零件存在的必要性，若满足所有判据则为理论上必须存在的零件。(3)

估算实际装配时间和成本根据专用装配时间标准库来计算。(4)

计算DFA指标具体指标为装配效率，它是理论最少装配时间与实际装配时间的比率。(5)

在上述分析、计算的基础上提出修改意见。

BoothroydDFA方法的内容和步骤为:(1)主要用作可装配性的分析评价工具(2)对产品设计早期阶段的影响甚微5.3.2广义设计中的同步DFA方法1.产品开发过程中的广义设计观传统的产品开发进程的五个基本环节：产品设计——生产规划——样机验证——生产准备——产品制造。并行环境下的产品开发过程可以看成由信息处理和物质处理两个子过程组成，前者强调产品的定义与表达，后者强调产品的物化过程。

广义设计的概念如下：广义设计是产品开发过程中按照并行工程哲理组织的拓广了的设计过程，包括发生于真实制造之前为产品定义和表达而进行的所有信息处理活动。3.早期DFA方法的主要特点产品定义产品规划方案设计结构设计详细设计生产规划加工工艺规划装配工艺规划装配系统规划过程仿真加工过程仿真装配过程仿真产品运行仿真生产准备制造资源准备装配系统配置原料准备外协件购买产品制造零件加工部件装配产品装配质检、包装市场转换投放信息处理过程物质处理过程并行工程环境下的产品开发过程需求

(1)全面设计(2)并行设计(3)群组工作(4)可操作的数字化模型(5)协同设计

2.基于广义设计过程的同步DFA方法广义设计过程中，影响可装配性的因素主要表现在产品、装配工艺和装配系统着三个相互制约的方面。并行工程环境下的广义设计具有如下特点：装配系统系统种类系统配置系统元件(外因)产品产品种类产品结构零部件装配工艺装配策略装配结构工艺过程产品可装配性(外因)(内因)影响产品可装配性的主要因素其一，面向装配的设计不仅进行产品自身的定义，同时还要拟定合适的装配工艺和装配系统。——装配工艺规划、装配系统规划与产品定义集成于设计过程之中，相对并行地开展；而装配工艺过程能否实现，产品是否满足与装配有关的性能要求（如运动机构不与周围环境碰撞干涉、质量质心的对中和动平衡等），则以仿真手段进行可视化和验证。一种基于广义设计过程的同步DFA方法。其核心思想在以下两个方面：产品定义装配系统规划装配工艺规划装配过程及有关性能仿真面向装配的广义设计过程①装配性能良好的数字化产品模型；②合适的装配工艺；③合适的装配系统；④与装配有关的过程及性能均可得到验证。其二，同步DFA方法强调DFA活动与产品设计过程的同步递进。

DFA活动总的来说包括两个方面：可装配性设计指南与可装配性分析评价。前者是定性指导，是产品设计本身朝着装配性能良好的目标方向发展；后者为量化评估，及时发现和纠正设计缺陷并提供改进意见。其设计结果具有以下特点：DFA设计指南产品种类—模块化组织装配结构—分解与缩减—统一与简化结合部位—减少与统一—简化零件结构—对称与稳定—防止嵌套DFA分析评价技术特性分析—元件抓取—元件定位—工具操作……经济特性分析—资源利用—材料消耗……社会特性分析—可重用—可回收……产品设计产品定义—产品规划—方案设计—结构设计—详细设计装配工艺规划—装配策略—装配结构—装配工艺装配系统规划—装配种类—系统配置—系统元件可装配性DFA活动随产品设计过程同步递进设计活动DFA的作用和影响作用性质指南型评价型产品规划需求分析明确地将便于装配作为一种需求目标☆

可行性分析考察、分析装配资源的充分利用☆☆方案设计确定子功能原理方案针对装配技术因素(操纵、联接等)选择原理设计特征☆

选择原理方案原理方案的可装配性分析评

☆生成设计概念变型考虑尺寸、形状、标准化等因素，限制概念变型范围☆

选择设计概念变型设计概念变型的可装配性分析评价

☆结构设计总体结构具体化总装配结构的分解，装/拆优先顺序和操作空间的安排☆

总体结构的改进总体结构的可装配性分析评价

☆部件结构具体化部件装配结构设计，材料匹配、模块化、标准化的考虑☆

部件结构的改进部件结构的可装配性分析评价

☆结构设计总评与决策产品结构设计的可装配性综合分析评价

☆详细