略论DFA与电气附件产品设计的优化

略论DFA（可装配性设计）与电器附件产品设计的优化当前，自动装配技术正越来越广泛的应用到电器附件产品的生产过程中。自动化技术的应用优化了生产过程，提高了生产效率，更好的保障了产品品质。但是自动化的应用也带来了新的问题，就是在改造传统手工生产方式的过程中，自动化的工艺转换面临很多实际的问题，不少问题直接与产品的设计密切相关。要深入开展自动化生产方式，充分发挥其应有的作用，就必须对产品的设计进行必要的优化。就是说产品在设计阶段，就要充分考虑产品的可装配性。国际上很早就进行了这方面的研究工作，形成了系统的理论并得以快速发展。1980年，美国Massachusetts大学的Boothroyd教授提出了DFA（DesignforAutomation）这—概念，系统化的总结和研究了产品可装配性的要素和方法，得到逐步推广。近年来，随着自动化技术的迅速发展，对DFA的关注度迅速提高，发展明显加速，相继出现了—些有影响的DFA定量分析方法。它们都是基于容易装配原则来考察影响产品可装配性的各种因素，并使用列表的形式对各个项目进行评分，以此来追踪产品设计中不利于装配的薄弱环节并及时加以修正。这些方法的实际应用，有力地推动了DFA技术的发展，在实际应用中，产品的可装配性得以明显提高。●DFA的概念及其运用方法1．DFA的基本概念装配是一项劳动密集型的工作。据统计，装配成本在产品总成本中的比重可以达到40％。对于大多数产品而言，装配自动化的一个主要障碍是：通常的产品设计不是面向装配的，这使产品装配已成为制造业最薄弱的环节之一。如何有效地降低装配费用，是当今企业所面临的突出问题。DFA就是为了解决这一问题而成长起来的一项新技术。简单地说，DFA是一种优化产品设计，以获得最低装配费用的技术。DFA在产品设计阶段，通过分析影响产品可装配性的各种因素，对产品的可装配性进行评价，并在此基础上，给出产品再设计的建议，通过改进设计，使产品易于装配，以达到降低产品装配费用的目的。目前，DFA已经成为一种广义的装配设计方法，覆盖范围包括产品生命周期中与装配有关的所有环节，一般包含以下几方面的内容：自上而下的产品设计；产品装配结构和装配性能分析；数字化预装配；产品装配序列规划；装配公差综合与分析；机构运动综合与分析。其综合体系如图3所示。数字化预装配产品装配建模产品功能建模数字化预装配产品装配建模产品功能建模装配公差分析与综合机构运动分析与综合装配过程规划产品结构装配性能分析装配公差分析与综合机构运动分析与综合装配过程规划产品结构装配性能分析装配尺寸链提取机构运动链提取装配尺寸链提取机构运动链提取装配顺序规划产品装配结构改进装配公差综合与优化机构运动学求解装配公差综合与优化机构运动学求解装配路径规划装配资源规划图1面向装配的设计系统体系结构2．可装配性分析装配活动可以分为逻辑上的两个阶段：一是零件的获取阶段，即零件从进料地点到达装配位置；二是零件的装配阶段，在这一阶段，零件和零件进行连接。影响可装配性的因素可以分为三类：零件因素、系统因素和工艺因素。DFA通过考察这些因素在不同装配阶段的表现来完成对候选设计可装配性的评价。(1)零件因素零件是装配的基本单元，其性质对产品的可装配性影响较大。在获取阶段，零件的影响主要表现在尺寸和形状两方面；在装配阶段，零件的影响主要表现在稳定性方面。(2)工艺因素依赖于所使用的装配工艺。在获取阶段，工艺因素对可装配性的影响有许多方面，包括所采用的输送手段和输送距离等。在装配阶段，则表现为紧固方法和装配路径等。(3)系统因素是指零件与零件之间的相互作用。在获取阶段，系统因素表现为零件之间的嵌套或缠绕。在装配阶段，主要表现为两个零件之间的配合间隙和配合区段长度。3.运用DFA进行定量分析的方法以Lucas方法(流程图见图1)为例，DFA定量分析方法的主要步骤是：设计效率设计效率设计面向装配的设计输送分析设计配合分析设计功能需求功能分析产品设计面向装配的设计输送分析设计配合分析设计功能需求功能分析产品设计设计效率设计夹持分析设计效率设计夹持分析设计图2LUCAS方法流程图(1)功能分析目的是在保持产品功能不变的前提下减少零件的数目。在Lucas方法中，减少零件数目采用了Boothroyd提出的最少零件数原则，即一个零件不能与其它零件合并，必须具有下述三条原因之一：a．与其它零件之间有相对运动要求；b．由于性能要求而必须使用同其它零件不同的材料；c．为了维护和替换，要求能够拆卸。(2)输送分析通过分析零件的形状、尺寸、重量等来确定零件是否易于传送和定向，给出其输送指数和输送率。输送率过大，表明输送性能不佳，有必要改进设计或选择合适的输送技术。(3)配合分析通过分析零件在装配过程中的装配方向、装配力大小以及是否需要特殊工具等因素，来确定零件的配合指数和配合率。配合率过大，表明配合设计不佳，需要改进。(4)夹持分析用于机器人等自动线装配，以确定零件是否有适宜的夹持表面以及零件的易碎性等。近年来，面向并行工程的DFA技术正逐渐成为制造自动化领域的研究热点。并行工程把DFA作为它的一个子集纳入其总体框架之下，并赋予了其新的内涵。现有的DFA方法基本上是属于一种数学计算方法，它通过评分来显示设计中不利于装配的薄弱环节。而实际上，DFA评价和再设计的许多知识都是属于启发式知识或经验性知识，难以用精确的数学模型和计算公式来表达。因此，要实现有针对性的DFA分析并给出再设计建议，必须运用知识处理技术如专家系统来解决。大量的DFA规则被存入知识库，推理机根据装配信息，扫描知识库，一旦发现对该方案的可行性进行分析：该自动线中主要的装配动作包括物料的输送、选料、零件的抓取、拧螺丝单元、包装单元等，基本可以采用成熟设备和工艺，技术上可行。影响自动装配效果的主要问题是构成产品的零件的材料品质、成型的标准化程度、尺寸精度、零件的形状及其相互间的配合特征等等。从对该产品及其自动生产线的特点进行分析并试验、制作的过程中，我们可以看出，产品的可装配性与产品结构密切相关，主要包括材料、形状、连接方式、精度等，应当方便进行搬运、定位、连接、检验等工作，还要满足自动装配过程中的装配节拍、装配工具、自动加工装配单元的使用要求等。产品设计过程中，需要对最终的装配工艺的影响进行分析，主要包括：对装配工序数量的影响对装配顺序的影响对零件输送、搬运、抓取的影响对装配连接固定操作的影响对装配精度的影响对装配效率的影响对工装夹具的影响装配的产品检验影响产品可装配性的因素主要有：零件数量材料特性零件结构装配结构关系精度连接方式在产品设计阶段，考虑产品最终的装配工艺方法和可装配性，需要重点着眼于简化产品结构，采用新材料、新工艺，最大限度减少零件数量，降低装配时间和成本，尽量采用标准化、通用化、系列化、模块化方法，形成标准化装配单元，便于整体自动装配的实现。零件设计要设法做出明显特征，便于自动供料，避免采用易于形成缠绕的凸台、钩状等结构，使零件包含方便装配时自对准的特征，如导条、凸缘、倒角等。下面给出一