DFSS及公差设计与分析课件

DFSS及公差设计与分析及公差设计与分析概要概要一、DFSS 的概念及其与PRO-launch的关系二、公差分析及优化设计三、常用的公差分析表格介绍和应用2Example:如何设定你的起床时间？如何设定你的起床时间？要求要求:1.不会迟到，或者迟到次数不多于4次/月；2.不能太早或是太晚到达公司，最好能够8：20刷上班卡，留10分钟吃早餐。现有的数据现有的数据:洗漱+穿戴：10.02.0mins走到公车站台：5.01.0mins等车：5.05.0mins坐车：15.05.0mins下车走到公司刷卡：3.01.0mins分析1.如果提早52mins起床，则永远不会迟到；但有时也会到达公司太早。2.如果24mins52mins之间任取一个值，那么，如何保证迟到次数不多于4次/月？3.如果任取的这个中间值，无法保证迟到次数不多于4次/月，你该选择哪个环节做改善对结果影响最大？4.如果有N个中间值，都满足迟到次数不多于4次/月，你如何选择？DFSS可以回答并解决以上的第可以回答并解决以上的第2、3、4项！项！平均时间(mins)最快(mins)最慢(mins)洗漱+穿戴10812走到公车站台546等车5010坐车151020下车走到公司刷卡324total3824523一、一、6的概念的概念6方法体系是由摩托罗拉公司于1987年首创，作为满足客户需求的关键经营战略，经过十多年的发展，逐渐被众多一流公司采用。6方法体系分为 DMAIC 和 DFSS 两种。早期的早期的6 方法方法DMAIC(D定义、M测量、A分析、I改善、C控制)用于对企业现有的流程进行梳理和改善,但实践表明：一旦流程的能力达到了4 4.5的时候，就很难再取得突破，只有通过对流程或产品的重新设计才能达到更高的能力。质量首先是设计出来的，质量首先是设计出来的，80%的的产品质量产品质量是在早期设计阶段决定的，因此一套应用于新产品和流程设计的是在早期设计阶段决定的，因此一套应用于新产品和流程设计的6方法论方法论(DFSS)应运而生。应运而生。对应的良率：对应的良率：99.73%99.9993%99.9999998%4一、一、6的概念的概念DFSS 六西格玛设计(Design For Six Sigma)的英文缩写.DFSS面向产品的全生命周期，从项目的开始阶段，按照合理的流程、运用科学的方法准确理解客户需求，并把关键的客户需求融入产品设计过程中，从而确保产品的开发速度以及在低成本下实现6质量水平。DFSS适用于任何行业、任何产品或流程的设计。利用适用于任何行业、任何产品或流程的设计。利用DFSS，产品的设计、生产以及投放市场具有更强的可靠性和更高的性价比。，产品的设计、生产以及投放市场具有更强的可靠性和更高的性价比。“DFSS”Vs“早期的6方法”5DFSS:A Process+Methods&ToolsPROlaunchNPD1:Gather Voice of Customer(VoC)Value Cycle2:Establish Critical to Quality Characteristics(CTQs)Quality Function DeploymentProduct Scorecard3:Create/Select Design Concepts Trade-off Matrix/Pugh Concept5:Find Critical Parameters and quantify their impact on CTQs via transfer functionsScience/Engineering EquationsAnalysis Tools(FEM,Tests etc.)DOE&RegressionCost&Reliability Analysis6:Optimize Robust Design Maximize performance Minimize sensitivity to variationProcess Capability FlowupMulti Objective Optimization8:Test&Validate DesignReliability AssessmentLife,ALT,Reliability GrowthP-Diagram&Risk Matrix/FMEA4:Identify Potential Risks7:Determine TolerancesStatistical Tolerancing/AllocationAudit/FRACAS9:Launch Robust Product aligned with VoCActivitiesTypical Methods and ToolsMonte Carlo Analysis1.Concept2.Definition3.Design&Development4.Validation5.Launch6一、一、DFSS 与与PRO-launch的关系的关系Pro-launchPhaseDFSS PhaseDFSS工具目的Phase 01CONCEPTQFD1.将客户的需求展开成工程语言及规格2.判断出哪些是关键的客户需求Concept Trade-Off&Selection 1.方案的选择方法Design Score Cards 1.以现有的制程能力，预估有几成的把握满足客户的规格Phase 2DEFINITIONP-diagram 1.分析设计方案的输入因子/干扰因子/期望结果/偏差结果DFMEA/FTA1.失效模式分析，找出潜在的风险Phase 3DESIGN&DEVELOPMENTMeasurement System Analysis1.分析测量系统，确保测量数据的真实、准确Design of Experiments1.找出系统的关系式2.找出系统的主要影响因子3.确认影响因子的分布规律Monte Carlo Simulation 1.采用采用Monte Carlo优化设计优化设计Statistical Tolerancing 1.公差的优化设计及分析公差的优化设计及分析Control Plan1.建立制程的控制计划Phase 4VERIFYRobust Design Verification/Validation Plan with Test procedures Capability Analysis/Robustness assessment of CTQs1.关键特性的制程能力分析Reliability Analysis of Life Test Data1.验证产品的可靠度Reliability Analysis of Accelerated Life Test Data对于机构工程师来说，对于机构工程师来说，phase 3的的 优化设计及公差设计分析乃是优化设计及公差设计分析乃是DFSS 的核心。的核心。知道Part1、Part2、Part3的公差，如何确认组装之后的总公差？知道Part1、Part2、Part3、Part4的公差，如何设定Gap,并且得知不出现干涉的概率达到预设的水平？反之，如果给定Gap,如何合理的给各Part分配公差？二、为何要公差设计二、为何要公差设计Part3Part2Part1如何设定如何设定Gap？Part 4设计值最小值最大值公差(T)Part 1(X1)32.93.10.1Part 2(X2)43.94.10.1Part 3(X3)54.85.20.2Part 4(X4)12.512.212.80.3设计值最小值最大值公差(T)Part 1(X1)32.93.10.1Part 2(X2)43.94.10.1Part 3(X3)54.85.20.2Part3Part2Part1Xasm?Tasm?二、公差设计概述二、公差设计概述公差设计可以分为两类：公差分析(Tolerance Analysis,又称正计算),即已知各Part的尺寸和公差,分析装配后的总体公差；公差分配(Tolerance Allocation,又称反计算),即已知装配尺寸和公差,求解并分配各Part的公差。由于公差分配是公差分析的反计算，故，此次培训只讲解公差分析。由于公差分配是公差分析的反计算，故，此次培训只讲解公差分析。91.明确要解决的问题点.2.创建2D模型，并在2D中标明尺寸链3.建立尺寸链的关系式（方程式）4.给各尺寸赋予初始的Tolerance（初始设计）5.选择合适的Tolerance Analysis Method进行分析6.根据Tolerance Analysis优化设计.二、公差分析的步骤二、公差分析的步骤10二、公差分析方法理论二、公差分析方法理论情形二：如右图，如何确认组装不会有干涉？最小 Gap=最小的X4-最大的（X1+X2+X3）=(X4-T4)-(X1+T1)+(X2+T2)+(X3+T3)=(X4-X1-X2-X3)-(T1+T2+T3+T4)=设计的Gap Tasm同理，最大 Gap=最大的X4-最小的（X1+X2+X3）=设计的Gap+Tasm 总公式是：实际的实际的Gap=设计的设计的Gap Tasm Part3Part2Part1Part3Part2Part1GapPart 4情形一：如右图，如何计算组装后的尺寸及公差？(Xi)Tasm，其中，Xi-各个Part的设计值；Tasm-所有Part的叠加累积公差注意，这里的注意，这里的 Tasm=T1+T2+T3+T4，Tasm是否还有不同的计算方法？是否还有不同的计算方法？11二、公差分析的方法二、公差分析的方法根据 Tasm不同的计算方法，公差分析分为：1.Worst-Case Method(最大最小极限法).2.Statistical Method(统计分析法)a.Root Sum Squared(RSS)(方和根法方和根法)b.Monte Carlo Analysis（蒙特卡罗）（蒙特卡罗）12二、公差分析的方法二、公差分析的方法(Worst-Case)定义：又称最大最小值法、极限法、最差分析法。即使每个零件都处于极限值，组装也不会出现干涉。W-C的特征：累积公差的计算：Tasm=(Ti),即，对所有公差的求和。尺寸链为线性的，如：Gap=X4-X1-X2-X3-X1更适用于尺寸的数量3零件即使处在最极端的情况下，整个组装设计也OK。即，良率达到100%。Worst-case保证了零件的完全装配和互换性。但正因为如此，对零件的精度要求会很高，导致带来高的加工成本。保证了零件的完全装配和互换性。但正因为如此，对零件的精度要求会很高，导致带来高的加工成本。13二、公差分析的方法二、公差分析的方法(Worst-Case)最小 Gap=设计的Gap Tasm=0.5-0.7=-0.2(干涉！)最大 Gap=设计的Gap+Tasm=0.5+0.7=1.2Part3Part2Part1Part3Part2Part1如何设定如何设定Gap？Part 4所以，组装后的尺寸：(Xi)Tasm=120.4设计的Gap=X4-X1-X2-X3=0.5优化设计，有优化设计，有3个方案个方案1.加大加大“设计的设计的Gap”0.2mm，但代价是，但代价是接受最大的接受最大的Gap达到达到1.4mm.例如：例如：2.减小组装后的公差累计减小组装后的公差累计“Tasm”0.2mm，但代价是，但代价是需要提高单个或多个需要提高单个或多个Part的精度要求，导致的精度要求，导致cost的上升。的上升。3.同时调整同时调整“设计的设计的Gap”和和“Tasm”，使各考虑点达到平衡。，使各考虑点达到平衡。14二、公差分析的方法（二、公差分析的方法（RSS）定义：对各零件公差的平方求和，再开方。假设各零件的公差都符合正太分布，那么，累积公差也会是正太分布。RSS的特征：累积公差的计算：尺寸链为线性的各尺寸为正态分布更适用于尺寸的数量4允许不良率存在，故，比Worst-