DFX面向产品生命周期的设计课堂PPT

1DFX 面向产品生命周期的设计 20112011年年7 7月月2出现背景出现背景n自自80年代以来年代以来,市场竞争的国际化市场竞争的国际化,促使制促使制造业企业不断寻求产品开发的新思路、新造业企业不断寻求产品开发的新思路、新方法并应用于有竞争力的产品的开发方法并应用于有竞争力的产品的开发3n一个典型的例子是美国企业在承受着日本一个典型的例子是美国企业在承受着日本70年代以后在汽车、半导体等行业逐步确年代以后在汽车、半导体等行业逐步确立的世界市场优势地位的压力下立的世界市场优势地位的压力下,积极调整积极调整产业结构产业结构,学习和采用新的产品开发思想、学习和采用新的产品开发思想、策略、方法策略、方法,如并行工程、虚拟制造、敏捷如并行工程、虚拟制造、敏捷制造、精良生产等等制造、精良生产等等,为美国经济在为美国经济在90年代年代的振兴产生了重要的促进作用的振兴产生了重要的促进作用4nDFX即为这些新的产品开发思想、手段、即为这些新的产品开发思想、手段、方法之一。在介绍方法之一。在介绍DFX思想与方法之前思想与方法之前,首首先有必要讨论产品生命周期概念和并行工先有必要讨论产品生命周期概念和并行工程思想。程思想。5产品生命周期产品生命周期n正如生物的诞生、成长直至消亡构成其生正如生物的诞生、成长直至消亡构成其生命周期一样，人类有意识地创造出来的人命周期一样，人类有意识地创造出来的人工物，包括各种产品也被赋予了生命，亦工物，包括各种产品也被赋予了生命，亦即也有诞生、成长、消亡的过程，分别对即也有诞生、成长、消亡的过程，分别对应其开发过程、使用过程和报废回收处理应其开发过程、使用过程和报废回收处理过程。这些过程构成了产品的生命周期。过程。这些过程构成了产品的生命周期。6产品生命周期图产品生命周期图7并行工程与串行工程并行工程与串行工程n并行工程是一种新的产品开发方法，旨在并行工程是一种新的产品开发方法，旨在改善产品质量、降低开发成本、缩短开发改善产品质量、降低开发成本、缩短开发周期、提高生产率。周期、提高生产率。n与之相对，传统的新产品开发是串行工程与之相对，传统的新产品开发是串行工程8串行工程串行工程n长期以来产品开发工作一直采用传统的串长期以来产品开发工作一直采用传统的串行工程方法，先进行市场需求分析，将分行工程方法，先进行市场需求分析，将分析结果交给设计部门，设计人员进行产品析结果交给设计部门，设计人员进行产品设计，然后将图纸交给工艺部门进行工艺设计，然后将图纸交给工艺部门进行工艺设计和制造准备，采购部门根据要求进行设计和制造准备，采购部门根据要求进行采购，一切齐备后进行生产加工和测试，采购，一切齐备后进行生产加工和测试，结果不满意时再修改设计与工艺，如此循结果不满意时再修改设计与工艺，如此循环直到满意。环直到满意。9串行方法的弊端串行方法的弊端n串行方法设计在设计中各个部门独立工作，串行方法设计在设计中各个部门独立工作，设计中不能及早考虑制造及质保等问题，设计中不能及早考虑制造及质保等问题，造成设计与制造脱节，导致产品开发成为造成设计与制造脱节，导致产品开发成为设计改动量大、开发周期长、成本高的大设计改动量大、开发周期长、成本高的大循环循环10并行工程并行工程n“并行并行”是相对传统产品开发的是相对传统产品开发的“串行串行”而而言，其实还是有时间先后的言，其实还是有时间先后的n由于这种方法能够较好地兼顾产品生命周由于这种方法能够较好地兼顾产品生命周期中的各阶段的需求，并将它们在设计中期中的各阶段的需求，并将它们在设计中加以考虑，因此也称为加以考虑，因此也称为“生命周期工程生命周期工程”11并行工程并行工程生命周期工程生命周期工程n集成地、并行地设计产品及其相关的各种集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造与支持）过程（包括制造与支持）n要求产品开发人员在设计一开始就考虑产要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素处理的所有因素n强调一切设计活动尽早开始，力争一次获强调一切设计活动尽早开始，力争一次获得成功，关键是产品及其相关过程设计工得成功，关键是产品及其相关过程设计工作的并行集成作的并行集成12竞争竞争并行工程并行工程串行工程串行工程产品质量产品质量 较好，在生产前已经注意到产品较好，在生产前已经注意到产品的制造问题的制造问题设计与制造之间沟通不足，设计与制造之间沟通不足，导致产品质量无法达到最导致产品质量无法达到最优化优化生产成本生产成本 由于产品的易制造性提高，成本由于产品的易制造性提高，成本低低开发成本较低，但制造成开发成本较低，但制造成本可能较高本可能较高生产柔性生产柔性 适于小批量、多品种、高技术产适于小批量、多品种、高技术产品品适于大批量、单一品种、适于大批量、单一品种、低技术产品低技术产品产品创新产品创新 较快速推出新产品，能从产品开较快速推出新产品，能从产品开发中学习及时修改的方法及创新发中学习及时修改的方法及创新意识，新产品投放市场块竞争力意识，新产品投放市场块竞争力强强不易获得最新技术以及市不易获得最新技术以及市场需求变化趋势，不利于场需求变化趋势，不利于产品创新产品创新串行工程与并行工程的对比串行工程与并行工程的对比13DFX与并行工程与并行工程n并行工程是一种哲理，涉及人员管理以及并行工程是一种哲理，涉及人员管理以及产品开发过程管理产品开发过程管理n并行工程也提供技术和方法，以并行工程也提供技术和方法，以DFX技术技术和方法为代表。和方法为代表。14DFX的发展历程的发展历程nDFX思想最早产生于二战时期思想最早产生于二战时期n50年代末，长期的设计开发经验的积累形年代末，长期的设计开发经验的积累形成了成了DFX的原型的原型n60、70年代后，年代后，DFX研究得到重视研究得到重视15DFX的含义的含义nDFX是是Design for X的缩写。其中，的缩写。其中，X代表代表产品生命周期或其中某一环节，也可以代产品生命周期或其中某一环节，也可以代表产品竞争力或决定产品竞争力的因素表产品竞争力或决定产品竞争力的因素n其中的其中的Design不仅仅指产品的设计，也指不仅仅指产品的设计，也指产品开发过程和系统的设计产品开发过程和系统的设计16DFX的内涵的内涵nDFX是一种哲理、方法、手段、工具是一种哲理、方法、手段、工具n所有的产品开发人员都应该认识到所有的产品开发人员都应该认识到,在设计阶段在设计阶段尽早地考虑产品全生命周期将有益于产品竞争力尽早地考虑产品全生命周期将有益于产品竞争力的提高。的提高。n产品设计人员、产品开发管理人员应该积极应用产品设计人员、产品开发管理人员应该积极应用DFX方法于产品设计方法于产品设计n借助计算机实现的借助计算机实现的DFX工具可以有效地辅助产品工具可以有效地辅助产品设计人员按照设计人员按照DFX方法进行产品设计方法进行产品设计17DFX的内涵的内涵nDFX是一种设计方法论，但它本身并不是是一种设计方法论，但它本身并不是设计方法，不直接产生设计方案而是设计设计方法，不直接产生设计方案而是设计评价分析方法，为设计提供依据评价分析方法，为设计提供依据nDFX不仅用于改进产品本身，而且用于改不仅用于改进产品本身，而且用于改进产品相关过程（如装配和加工）和系统进产品相关过程（如装配和加工）和系统18n以往当产品设计完毕以往当产品设计完毕,再接着进行过程再接着进行过程设计（体现串行工程思想）设计（体现串行工程思想）nDFX方法强调产品设计和过程设计的方法强调产品设计和过程设计的同时进行（体现了并行工程思想）同时进行（体现了并行工程思想）19典型的典型的DFX方法方法nDFA(Design for Assembly)面向装配的设计面向装配的设计nDFM(Design for Manufacture)面向制造的设计面向制造的设计nDFI(Design for Inspection)面向检验的设计面向检验的设计nDFS(Design for Service/Maintain/Repair)面向面向维修的设计维修的设计nDFR(Design for Recycling)面向回收的设计面向回收的设计nDFC(Design For Cost)面向成本的设计面向成本的设计nDFQ（Design For Quality）面向质量的设计）面向质量的设计20DFA 面向装配的设计面向装配的设计n最早，目前最成熟的最早，目前最成熟的DFX方法方法n旨在提高装配的方便性以减少装配时间、旨在提高装配的方便性以减少装配时间、成本的设计成本的设计21DFA 面向装配的设计面向装配的设计n原则：原则：1.减少零件数减少零件数 2.采用标准紧固件和其他标准零件采用标准紧固件和其他标准零件 3.零件的方位保持不变零件的方位保持不变 4.采用模块化的部件采用模块化的部件 5.设计可直接插入的零件设计可直接插入的零件 6.尽量减少调整的需要尽量减少调整的需要 7.适合自动生成线生产适合自动生成线生产22DFM 面向制造的设计面向制造的设计n这里的制造主要指构成产品的单个零件的这里的制造主要指构成产品的单个零件的冷热变形加工过程冷热变形加工过程n为了减少该类加工的时间与成本，提高加为了减少该类加工的时间与成本，提高加工质量工质量23DFM 面向制造的设计面向制造的设计n原则：原则：1.简化零件的形状简化零件的形状 2.尽量避免切削加工因为切削加工尽量避免切削加工因为切削加工 成本高成本高 3.选用便于加工的材料选用便于加工的材料 4.尽量设置较大公差尽量设置较大公差 5.采用标准件与外购件采用标准件与外购件 6.减少不必要的精度要减少不必要的精度要求24DFI 面向检验的设计面向检验的设计n着重考虑产品、过程、人的因素以便提高着重考虑产品、过程、人的因素以便提高产品检验的方便性产品检验的方便性n加工中的产品检验是为了提供快速精确的加工中的产品检验是为了提供快速精确的加工过程反馈加工过程反馈,而维修中的产品检验则是为而维修中的产品检验则是为了快速而准确地确定产品结构或功能的缺了快速而准确地确定产品结构或功能的缺陷陷,及时维修以保证产品使用的安全及时维修以保证产品使用的安全25DFI 面向检验的设计面向检验的设计n产品检验方便性取决于色彩、零件内部可产品检验方便性取决于色彩、零件内部可视性、结构等等诸多因素视性、结构等等诸多因素26DFS 面向维修的设计面向维修的设计n售后服务是现代企业非常重视的环节之一。售后服务是现代企业非常重视的环节之一。产品的售后服务主要是指产品维修产品的售后服务主要是指产品维修n维修总是伴随着拆卸和重装，产品维修性维修总是伴随着拆卸和重装，产品维修性主要取决于产品故障确定的容易程度、产主要取决于产品故障确定的容易程度、产品的可拆卸性和可重装性，减少拆卸重装品的可拆卸性和可重装性，减少拆卸重装的时间与成本是的时间与成本是DFS的重要问题的重要问题n维修性也取决于产品的可靠性，要尽量使维修性也取决于产品的可靠性，要尽量使容易发生故障的零部件处于容易拆卸的位容易发生故障的零部件处于容易拆卸的位置置,从而有利于维修时间与成本的减少从而有利于维修时间与成本的减少27DFS 面向维修的设计面向维修的设计n原则：原则：1.提高产品可靠性提高产品可靠性 2.经常需要维护的零件和易磨损易失经常需要维护的零件和易磨损易失 效的零件置于易发现和接近处效的零件置于易发现和接近处 3.零件的拆卸尽量不需移动其他零件零件的拆卸尽量不需移动其他零件 4.尽量减少需要使用的维修工具种类尽量减少需要使用的维修工具种类 5.模块化设计并采用标准件模块化设计并采用标准件 6.留有足够的维修空间留有足够的维修空间28DFR 面向回收的设计面向回收的设计n当今社会环保问题的严峻性促使产品回收当今社会环保问题的严峻性促使产品回收开始成为企业的责任。企业产品开发必须开始成为企业的责任。企业产品开发必须将产品回收问题提到日程上来。将产品回收问题提到日程上来。n面向产品回收的设计重点集中在产品的可面向产品回收的设计重点集中在产品的可拆卸性的提高和材料方面。拆卸性的提高和材料方面。n产品的可拆卸性取决于零件数、产品结构、产品的可拆卸性取决于零件数、产品结构、拆卸动作种类、拆卸工具种类等因素。拆卸动作种类、拆卸工具种类等因素。29典型应用典型应用n日本富士胶卷公司于年投放市场的一次性日本富士胶卷公司于年投放市场的一次性相机又称带镜头的胶卷是面向回收的设计相机又称带镜头的胶卷是面向回收的设计的代表产品。的代表产品。n齐齐哈尔车辆厂铁路货车开发并行工程思齐齐哈尔车辆厂铁路货车开发并行工程思想的想的DFX方法后，大大缩短了产品的开发方法后，大大缩短了产品的开发周期，减少了产品试制次数和试制费用，周期，减少了产品试制次数和试制费用，提高了产品质量水平，增加了出口量提高了产品质量水平，增加了出口量30DFC面向成本的设计面向成本的设计n面向成本的设计(DFC)是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，并通过分析和研究产品全生命周期的设计、加工制造、装配、检测、销售、使用、维护、回收和报废等多种成本因素，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，最终达到降低成本的目的。31DFC面向成本的设计面向成本的设计n以最低成本，在最短时间内生产出高质量的产品已成为制造企业竞争的焦点，其中成本已成为决定产品竞争力的核心因素，如何有效的降低成本是一个研究热点。降低产品成本的方法很多，如企业产品成本核算等，但通过设计降低成本则是最有效的。研究表明，设计阶段的实际投入费用虽然只占产品总成本的5，但是却决定了7080的产品成本。如何在产品设计初期准确的估算出产品成本并提出有效降低成本的设计修改方案是成本问题的研究难点。32DFC面向成本的设计面向成本的设计n面向成本的设计（Design For Cost）和按费用设计（Design To Cost）是不同的，DFC与DTC的不同之处主要在于：DFC是一种设计方法，DTC在很大程度上属于管理方法；DFC主动地运用各种方法降低产品的成本，而DTC是为了获得一个满足给定的目标成本并符合用户要求的设计。两者的相同之处主要体现在从设计入手考虑产品的全生命周期成本。从两者对成本的重视程度、对设计的改进和产生的时间顺序看，可以说DFC是DTC的进一步发展。33DFQ面向质量的设计面向质量的设计n面向质量的设计，它要求把一系列的质量保证措施与设计系统有机地集成，在设计阶段进行质量保证的方法，在产品和过程设计阶段就开始进行质量保证。质量是产品的生命，可以理解为产品满足使用要求的程度。34原则：1，产品易于检查 2，采用标准件 3，采用模块化设计 4，图纸标准清楚、规范 5，尺寸公差设置合理DFQ面向质量的设计面向质量的设计35DFQ面向质量的设计面向质量的设计采用方法：质量功能配置QFD（Quality Function Deployment）、故障模式和效益分析FMEA（Failure Mode and Effect Analysis）、鲁棒性设计RD（Robust Design）、优化设计、质量信息反馈的有效利用等36DFQ面向质量的设计面向质量的设计n质量是个综合概念，这里我们主要是指在生产过程中的产品质量保证过程，可以说质量的优先级应该是最高的，即一个产品首先必须是符合一定质量标准的产品（比如安全Design for safety），然后才会谈到成本和绿色性问题。通过DFM/DFA/DFS/DFE/DFC方法集成设计出的产品就是为了得到一个高质量的产品。从这个意义上说，本课所讨论的全部内容都是与DFQ相关的，即全面质量管理体系。37头脑风暴：nDesign for X是一种哲学，请问是一种哲学，请问“X”还能还能是哪些因素？是哪些因素？nDesign for SafetynDesign for Six SigmanDesign for EnvironmentnDesign for ConversionnDesign for VisionnDesign for YounDesign for 38谢谢大家！