面向“X”的设计DFX教材课程

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1、2020/8/28,1,面向“X”的设计DFX,2020/8/28,2,第一节 概述 第二节 面向制造的设计 第三节 面向拆卸的设计 第四节 面向回收的设计 第五节 面向质量的设计,目录,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,3,面向“X”的设计最初是以DFM（面向制造的设计）和DFA（面向装配的设计）出现的，DFM技术强调在设计过程中考虑加工因素，即可加工性和加工的方便性；DFA技术强调在设计过程中考虑装配因素，即可装配性、装配的方便性和减少装配价格；DFX技术中的“X”是将面向制造的设计和面向装配的设计进一步扩展到产品寿命周期的所有领域，并逐渐形成一个技术族，力图设计好造、好

2、修、好用的产品。,7.1 概 述,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,5,面向制造的设计(DFX)是最常用的DFX方法贯穿整个开发过程,它在不降低产品质量的情况下降低制造成本. 面向制造的设计的思想、原理 面向制造的设计方法概述 估计制造成本 减少部件成本 减少装配成本 减少辅助成本 面向制造的设计决策对其他方面的影响,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,6,1 面向制造的设计的思想、原理 DFX是在产品的设计阶段就尽早地考虑与产品制造有关的约束（如可制造性）、全面评价产品设计和工 艺设计，同时提供产品设计的 反馈信息，在设计过程中完成

3、可制造性预测，以使产品的结 构合理、制造简单、装配性好， 并实现全局优化从而缩短产品 的开发周期。,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,7,1 面向制造的设计的思想、原理 DFMA思想贯穿企业开发过程的始终。它涵盖的内容很多，涉及产品开发的制造、装配、监测、维护、报废处理等各个阶段。,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,8,2 面向制造的设计方法概述 DFX方法如下图所示主要包括: 估计制造成本 降低制造成本 降低装配成本 降低辅助生产成本 考虑DFX决策对其他因 素的影响,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X

4、”的设计DFX,2020/8/28,9,3 估计制造成本 下图所示为一个简单的制造系统输入与输出模型,其中包括原材料、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。制造成本就是系统输入花费与处理废物花费的和。,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,10,制造成本的构成 生产成本主要由： 部件成本、装配成本和间接成本,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,11,3 估计制造成本 固定成本和变动成本 估计标准件成本 估计定制件成本 估计装配成本 估计间接成本,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计D

5、FX,2020/8/28,12,3 估计制造成本 固定成本和变动成本 固定成本不随产量而变化的成本；例如：购买新的模具 可变成本与产量成比例增长或减少；例如：原材料的成本、加工时间等 估计标准件成本 估计方法：A将部件与公司已制造或购买的相似部件相比较，从而确定其成本；B询问供货商或卖主,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,13,3 估计制造成本 估计定制件（非标准件）成本 原材料成本、加工成本、工装成本 估计装配成本 估计间接成本,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,14,4 减少部件成本 减少部件成本主要从以下

6、几个方面来进行： 了解生产制约条件和成本驱动因素 改进设计部件以简化加工过程 为加工过程选择适当的经济规模 部件加工过程标准化 用“黑匣子”法获得部件,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,15,5 减少装配成本 面向装配的设计(DFA:Design For Assembly)是DFM的一个组成部分,它的目标是减少装配成本,对大部分产品来说,装配成本只是总成本中的很小一部分,但是减少装配成本会带来很大间接效益。 辅助DFA决策的原则： 利用评分 组合部件 使装配变得更容易 考虑用户的装配,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8

7、/28,16,5 减少装配成本 利用评分 DFA系数：理论装配最小时间与实际装配时间的比值 DFA系数（理论最小部件数）（3秒）实际装配时间 组合部件 如果一个部件在理论上没有限定是独立的，那么就可以与其他一个或多个部件合成一个部件。优点： 被组合的部件之间不需要装配 组合件成本通常比组合前部件成本低 在组合件中，被组合件的尺寸精度更高,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,17,5 减少装配成本 使装配变得更容易 理想部件的特征： 部件从顶部装入； 部件有对准标志；部件不需要定向； 只需要一只手就可以装配；装配不需要工具； 部件以一种直线运动的方式装入；

8、 部件一经装入就被加固； 考虑用户的装配,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,18,6 减少辅助成本 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，系统的复杂性是由产品设计带来的，可以通过改变设计方案的复杂性来降低系统的复杂性 错误预防: DFM的一个重要方面就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。 一种经常发生的错误是由于两种产品差别很小而产生混淆，可以通过消除差异或夸大差异来避免。,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,19,7 面向制造的设计决策对其他方面的影响 DFM对

9、开发时间的影响 开发时间是极其宝贵的,对于一个重要的开发项目来说,一日抵万金,正是这个原因,在做DFM决策时不仅要考虑对制造成本的影响,而且要考虑对开发周期的影响。 DFM对成本的影响 开发时间越长，开发成本越高,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,20,7 面向制造的设计决策对其他方面的影响 DFM对产品性能的影响 在用DFM作决策前，开发小组应估计对产品性能的影响 DFM对成本的影响 设计决策不仅会对开发项目有影响，还会对外在的事物产生影响 如：部件的再用：在一个项目中开发出来的低成本部件可以用于其他开发项目； 寿命周期成本：在产品的寿命周期中，某些

10、产品可能会带来没在制造成本中考虑的社会成本；,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,21,8 面向制造的设计的软件 BDI公司（Boothroyd Dewhurst Inc.）一种面向产品生命周期的优化设计软件系统、由DFA和DFM系列软件组成的工具集，可以缩短产品设计和制造周期；目前在美国非常流行， 著名公司如英特尔、摩托罗拉、 惠普、通用、福特、奔驰、波 音等都是它的用户,7.2 面向制造的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,22,面向拆卸的设计及其特点 面向拆卸的设计准则 产品拆卸信息描述 面向拆卸的设计评价,7.3 面向拆卸的

11、设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,23,1 面向拆卸的设计及其特点 废弃产品的零部件经过维修和废弃产品的材料经过一定的再生技术都可以被再利用，这就要求这些产品便于拆卸，面向拆卸设计（DFD：Design For Dsiassembly）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。,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,24,1 面向拆卸的设计及其特点 拆卸的目的有三类： 产品零部件的重复应用、元器件回收、原材料回收 拆卸被分为三类： 破坏性拆卸，部

12、分破坏性拆卸和非破坏性拆卸 面向拆卸的设计包括： 面向拆卸的产品设计、面向拆卸的工艺设计和面向拆卸的系统设计,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,25,1 面向拆卸的设计及其特点 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；,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,26,2 面向拆卸的设计准则 产品拆卸困难的

13、原因: 产品设计不宜于连续拆卸和回收（连接结构复杂、材料多样性、产品结构基于功能和装配的优化导致拆卸步骤复杂） 产品在使用阶段由于修理、污染和损坏而发生了变化 需要拆卸的产品缺乏完整的产品信息,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,27,2 面向拆卸的设计准则 面向拆卸的设计准则就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。 拆卸工作量最少原则 与结构有关的原则 易于拆卸原则 易于分离原则 产品结构可预估性准则,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,28,2 面向拆卸的设计准则

14、拆卸工作量最少原则 简化产品结构和外形，减少零件材料种类；简化维护及拆卸回收工作，降低对维护、拆卸回收人员的技术要求。 明确所要拆卸的零部件 功能集成 减少材料种类 有害才来哦的集成准则 拆卸目标零件易于接近准则,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,29,2 面向拆卸的设计准则 与结构有关的原则 结构尽量采用简单的连接方式，尽量减少紧固件数量，统一紧固件类型，并使拆卸过程具有良好的可达性及简单的拆卸运动。 易于拆卸原则 易于分离原则,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,30,2 面向拆卸的设计准则 产品结构可预估性

15、准则 避免将易老化或易腐蚀的材料与所需拆卸、回收的材料零件组合； 要拆卸的零部件应防止被污染或腐蚀；,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,31,3 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、零件基本数据、零部件结构、功能及所用材料等信息）和使用信息（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 这些信息可归纳为三个方面： 拆卸过程信息 拆卸零部件信息 拆卸约束信息（功能约束、几何 约束、工夹具约束等）,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,32,3 产品拆卸信息描述 基于

16、图形的表示方法 用节点表示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 采用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，拆卸方法有对象的类型确定。,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,33,4 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。 评价指标主要由两方面的指标组成： 与拆卸过程有关的指标： 拆卸费用、拆卸时间、拆卸过程的能量消耗和拆卸过程的环境影响。 与连接结构性有关的指标： 可达性 标准化程度 产品结构的复杂程度,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,34,4 面向拆卸的设计评价 与拆卸过程有关的指标： 拆卸费用 拆卸时间 拆卸过程的能量消耗 拆卸过程的环境影响,7.3 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2020/8/28,35,4 面向