面向装配的设计指南-DFA-钟元

DFMA第2部分：面向装配的设计指南Design for Assembly GuidelinesDFA钟元 135642277952013/05/23 内容：1. DFA 介绍2. 减少零件数量3. 减少紧固件的数量和类型4. 零件标准化5. 模块化产品设计6. 设计一个稳定的基座7. 设计零件容易抓取8. 避免零件互相缠绕9. 减少零件装配方向 10.设计导向特征 DFMA11.先定位后固定12.避免零件装配干涉13.为辅助工具提供空间14.为重要零部件提供止位特征15.防止零件欠约束和过约束16.宽松的零件公差要求17.装配中的人机工程学18.电缆的设计19.防错的设计 20.重要提示2 DFMA1. DFA的介绍A.装配的三层含义：零件组装在一起实现相应的功能产品质量的载体对装配的不正确看法： 装配就是把零件组装在一起，装配就是锁螺丝而已对装配不重视，轻视装配 3 DFMA1. DFA的介绍B. 一个零件装配的详细步骤（装配工序）：放置好基座零件识别零件抓取零件移动零件到装配位置零件调整到正确位置零件被固定功能测试 4 最好的装配工序最差的装配工序1.零件很容易识别1.零件很难识别2.零件很容易被抓起和放入装配位置2.零件不容易被抓起，容易掉到任何位置3.零件能够自我对齐到正确的位置3.零件需要操作人员不断的调整才能对齐4.在固定之前，零件只有一个唯一正确的装配位置4a.在固定之前零件能够放到两个或者两个以上的位置4b.很难判断哪一个装配位置是对的4c.零件在错误的位置可以被固定5紧固件很少，快速装配5.螺钉、螺柱、螺母牙型多种、长度多种、头 型多种，令人眼花缭乱6.不需要工具或夹具的辅助6.需要工具或夹具的辅助7.零件尺寸超过规格，依然能够顺利装配7.零件尺寸在规格范围之内，但依然装不上8.装配过程不需要过多的调整8.装配过程需要反复的调整9.装配过程很容易很轻松9.装配过程很难很费力 DFMA1. DFA的介绍C. 最好的装配工序和最差的装配工序： 5 DFMA1. DFA的介绍D. DFA概念：面向装配的设计（Design for Assembly, 简称DFA）：是指在产品设计阶段设计产品使得产品具有良好的可装配性，确保装配工序简单、装配效率高、装配质量高、装配不良率低和装配成本低。E. DFA目的： 简化产品装配工序缩短产品装配时间减少产品装配错误减少产品设计修改降低产品成本提高产品装配质量提高产品装配效率降低产品装配不良率提高现有设备使用率6 DFMA1. DFA的介绍 7 减少成本减少零件数量减少装配时间减少零件数量提高零件的易识别性减少装配过程的调整装配时间=金钱！ DFMA2. 简化产品设计，减少零件数量 KISS原则（Keep It Simple, Stupid）:产品的设计越简单越好，简单就是美，任何没有必要的复杂都是需要避免的。 乔布斯传Jonathan Ive：“只要不是绝对必须的部件，我们都想办法去掉”，“为达成这一目标，就需要设计师，产品开发人员，工程师以及制造团队的通力合作。我们一次次的返回到最初，不断问自己：我们需要那个部分吗？我们能用它来实现其它部分的功能吗？” 最完美的产品是没有零件的产品； 把产品设计得复杂，是一件简单的事情；把产品设计得简单，是一件复杂的事情。 8 DFMA 9 2. 简化产品设计，减少零件数量产品开发中一个零件的生命周期 CAE分析DFMA检查DFMEA分析公差分析详细 工 零设计修改样品制作料号申请零件报价模具讨论图纸发行概念设计概念讨论样品验证设计修改模具设计模具制作零件验证设计修改工程变更模具承认零件承认图纸更新模具修改零件再次试模 DFMA减少零件数量对产品的质量、成本和开发周期具有非常大的帮助： 更少的零件需要进行设计更少的零件需要进行制造更少的零件需要进行测试更少的零件需要进行购买更少的零件需要进行存储更少的零件需要进行运输更少的产品质量问题出现可能性更少的供应商更少的装配工具或夹具更少的装配时间10 2. 简化产品设计，减少零件数量 DFMA 原始的设计优化的设计零件A焊接零件A 11 2. 简化产品设计，减少零件数量A. 考查每个零件，考虑去除每个零件的可能性：零件B DFMA 相邻的零件没有相对运动相邻的零件由一种材料组成相邻零件的合并不会阻止其他零件的固定、拆卸和维修等相邻零件的合并不会造成零件制造复杂、产品整体成本增加12 2. 简化产品设计，减少零件数量B. 把相邻的零件合并成一个零件.合并的原则： DFMAC. 把相似的零件合并成一个零件：零件A零件A 零件B优化的设计原始的设计 13 2. 简化产品设计，减少零件数量 DFMAD.把对称的零件合并成一个零件：零件A零件A 零件B优化的设计原始的设计 14 2. 简化产品设计，减少零件数量 DFMA 原始的设计优化的设计 2. 简化产品设计，减少零件数量E.合理选用零件制造工艺、设计多功能的零件零件A零件B零件A零件C 使用钣金件代替机械加工件15 DFMA 原始的设计优化的设计压铸件代替塑胶件和不锈钢弹片的组合16 2. 简化产品设计，减少零件数量不锈钢弹片或导电布塑胶件压铸件 DFMA 原始的设计优化的设计压铸件代替钣金件和五金件的组合17压铸件 2. 简化产品设计，减少零件数量定位柱衬套 钣金件 DFMA 原始的设计优化的设计18 2. 简化产品设计，减少零件数量 设计多功能塑胶件代替束线带或线夹 DFMA 优化的设计 2. 简化产品设计，减少零件数量 原始的设计利用塑胶的弹性特性来代替弹簧19 DFMA 优化的设计 2. 简化产品设计，减少零件数量 原始的设计指甲刀的进化20 DFMA 优化的设计 2. 简化产品设计，减少零件数量 原始的设计接线盒的进化21 DFMA2. 简化产品设计，减少零件数量 手机的进化22 DFMAG. 减少紧固件的数量和类型H. 减少电缆的种类和数量 23 2. 简化产品设计，减少零件数量F. 去除标签原始的设计优化的设计标签通过模具成型 DFMA3. 减少紧固件的数量和类型A. 使用同一种类型的紧固件好处： 减少在设计和制造过程中对多种类型紧固件的管控对紧固件的购买带来批量上的成本优势减少装配线上辅助工具的种类减少操作员的培训简化装配，提高装配效率防错，防止产生装配错误原始的设计优化的设计24 DFMA原始的设计3. 减少紧固件的数量和类型螺柱M3L6 螺柱M3L6螺柱M3L7钣金1mm高度凸包优化的设计 25 DFMA 成本卡勾 3. 减少紧固件的数量和类型B. 使用卡勾代替紧固件 拉钉螺钉螺栓螺母26装配效率螺栓螺母是最后的选择！ DFMA 原始的设计优化的设计折边27 3. 减少紧固件的数量和类型B. 使用卡勾代替紧固件 DFMA3. 减少紧固件的数量和类型B.使用卡勾代替紧固件实例：每台设备节省20个螺栓螺母，公司每年该设备出货量1000台，总共有10个类似机型，一套螺栓螺母成本3元；1.成本节省：螺栓螺母成本：20 X 1000 X 10 X 3 = ￥600，000.00装配成本： 20 X 1000 X 10 X 2 X 20/60 = ￥ 133,333.002.装配效率： 装配时间节省：20 X 1000 X 10 X2 = 400,000.00分钟另外，由于装配更为简单，装配效率大大提高；3.装配质量由于装配更为简单，出现质量问题的几率就变小了；28 3. 减少紧固件的数量和类型C. 避免分散的紧固件设计 原始的设计优化的设计 DFMA 29 DFMA4. 零件标准化标准化的好处：零件标准化能够减少定制零件所带来的新零件开发时间和精力的浪费，缩短产品开发周期零件标准化能够带来零件成本的优势避免出现零件质量问题的风险标准化的实施： 制定常用零件的标准库和零件优先选用表，并在企业内部不同产品之间实行标准化策略，鼓励在产品开发中从标准库中选用零件，鼓励重复利用之前产品中应用过的零件五金零件例如螺钉、螺柱、导电泡棉等选用供应商的标准零件30 DFMA4. 零件标准化零件的定制会带来时间、成本的增加，以及零件质量的不可控制。 31 DFMA5. 模块化产品设计产品 零件1零件2零件3零件4零件6零件5零件7零件N非模块的设计 32 DFMA5. 模块化产品设计模块化产品设计是指把产品中多个相邻的零件合并成一个子组件或模块，一个产品由多个子组件或模块组成。产品模块1模块2模块3模块N购买自供应商 33 DFMA5. 模块化产品设计好处： 缩短产品总装配工序，提高总装配效率提高装配灵活性，在不同的模块合理使用人工或机械装配质量问题尽早发现，提高产品质量互换性设计，避免因质量问题而造成整个产品返工或报废提高产品的可拆卸性和可维修性（可靠的零件或模块最先装配，把较容易出现问题的零件模块最后装配）按单定制 34 DFMA5. 模块化产品设计 汽车座椅的模块化设计35 DFMA面板模块光驱支架模块硬盘支架 模块主板模块侧盖模块（图中未显示）台式计算机的模块化设计 36 5. 模块化产品设计电源模块散热模块机箱模块 DFMA6. 设计一个稳定的基座A. 设计一个稳定的基座；产品装配中一个稳定的基座能够保证装配顺利进行，同时可以简化产品装配工序，提高装配效率，减少装配质量问题一个稳定的基座应当具备： 基座必须具有较大的支撑面和足够强度以支撑后续零件，并辅助后续零件的装配在装配件的移动过程中，基座应当支撑后续零件的固定而不发生晃动以及脱落基座应当包括导向或定位特征来辅助其他零件的装配 37 6. 设计一个稳定的基座A. 设计一个稳定的基座； 原始的设计优化的设计 DFMA 38 DFMA6. 设计一个稳定的基座B. 最理想的装配方式：最理想的装配方式是金字塔式装配方式，一个大而且稳定的零件充当产品基座放置于工作台上，然后依次至上而下装配较小的零件，最后装配最小的零件；同时基座零件能够对后续的零件提供定位和导向功能 金字塔式装配39 DFMA6. 设计一个稳定的基座C. 避免把大的零件置于小的零件上装配： 原始的设计优化的设计40 DFMA7. 设计零件容易抓取A. 避免零件太小、太滑、太热和太软B. 避免零件锋利的边和角C. 设计零件抓取特征 原始的设计优化的设计抓取特征41 DFMA8. 避免零件互相缠绕A. 避免零件本身互相缠绕如果零件缠绕在一起，在装配时，操作人员在抓取零件时，不得不耗费时间和精力把缠绕的零件分开，而且还可能造成零件的损坏。如果产品是自动化装配，那么零件互相缠绕在一起会造成零件无法正常进料 原始的设计优化的设计42 DFMA8. 避免零件互相缠绕B. 避免零件在装配过程中卡住不合适的零件形状可能造成零件在装配过程中卡住，降低装配效率和产生装配质量问题 原始的设计优化的设计43 DFMA9. 减少零件装配方向A. 零件的装配方向越少越好零件装配方向越少越好，装配方向过多造成在装配过程中对零件进行移动、旋转和翻转等动作，降低零件装配效率，使得操作人员容易产生疲惫，同时零件的移动、旋转和翻转等动作容易造成零件与操 作台上的设备碰撞而发生质量问题原始的设计优化的设计44 DFMA9. 减少零件装配方向B. 零件的装配方向从上至下最好 45 利用零件自身的重力，设计零件的装配方向从上至下，零件就可以轻松地被放置到预定的位置，然后进行下一步的固定工序重力是装配时最好的助手装配方向 DFMA 46 9. 减少零件装配方向B. 零件的装配方向从上至下最好 原始的设计优化的设计 DFMA9. 减少零件装配方向B. 零件的装配方向从上至下最好避免从下至上的装配方式，避免与重力做斗争 47 DFMA10. 设计导向特征A.设计导向特征导向特征能够使得零件能够自动对齐到正确的位置，从而可以减少装配过程中零件位置的调整，减少零件互相卡住的可能性，提高装配质量和效率；对于盲装，更应该使用导向导向特征；盲装：指视线受阻的装配如果零件没有设计导向特征，遇到操作人员野蛮装配的情况，就很有可能造成零件发生碰撞而损坏； 48 DFMA 最差的设计较好的设计最好的设计或 10. 设计导向特征A.设计导向特征 49 DFMA10. 设计导向特征没有导向，后果很严重！ 50 DFMA10. 设计导向特征A.设计导向特征：连接器的导向特征设计：斜角导向导向柱 51 DFMA10. 设计导向特征B.导向特征应该是装配最先接触点 52原始的设计优化的设计 在装配时，导向特征应该先于零件的其它部分与对应装配件接触，否则，不能起导向作用导向柱 DFMA 导向特征越大越好 10. 设计导向特征C.导向特征越大越好导向特征越大，导向效果越好 53原始的设计优化的设计 DFMA 原始的设计优化的设计 11. 先定位后固定先定位后固定：零件的装配如果先定位后固定，在固定之前零件自动对齐到正确位置，这能够减少装配过程的调整，大幅提高装配效率。特别是对那些需要通过辅助工具如电批、拉钉枪等来固定的零件，在固定之前零件先定位，能够减少操作人员手工对齐零件的调整，方便零件的固定，提高装配效率 54 零件B零件B零件A零件A DFMA11. 先定位后固定PCB的定位方法：A. 四周增加限位四周限位 55 DFMA11. 先定位后固定PCB的定位方法：B. 使用定位柱定位柱 56 DFMA12. 避免零件装配干涉A.避免零件在装配过程中干涉避免零件在装配过程中发生干涉，在产品的装配路线上应当没有零件阻挡装配过程的完成；这是产品设计最基本最简单的常识，但这是机械工程师最容易犯的错误之一可以在三维软件中进行动态模拟B.避免零件在运动过程中干涉 很多产品包含运动零件，运动零件在运动过程中需要避免发生干涉，否则这会阻碍产品实现相应的功能，造成产品故障甚至损坏可以在三维软件中进行动态模拟 57 DFMA12. 避免零件装配干涉发生干涉，后果很严重！ 58 DFMA 原始的设计优化的设计 13. 为辅助工具或设备提供空间为辅助工具或设备提供空间在产品设计中需要为辅助工具或设备提供足够的空间，使得辅助工具和设备能够顺利完成装配工序，如果产品设计提供的空间不够大，阻碍辅助工具的正常使用，势必会影响装配的质量，严重的情况下使得装配工序无法完成 59 DFMA14. 为重要零部件提供止位特征A.重要零部件装配到正确位置后止位产品设计需要确保这些重要零部件在装配和使用过程中不被损坏。最容 产品设计也需要阻止零件装配到正确位置后继续前进，防止损坏已经装配好的其他重要零部件60易发生的失效方式是这些重要零部件装配到正确位置后，由于操作人员或者消费者用力不当，使得零部件继续前进，碰到其他零件而损坏。在产品中应当设计止位特征阻止重要零部件装配到正确位置后继续前进U型止位槽连接器B.其它零部件装配到正确位置后止位 DFMA15. 防止零件欠约束和过约束完全约束：如果零件在六个自由度上均存在约束，称之为零件完全约束。欠约束：如果零件在一个或一个以上的自由度上不存在约束，称之为零件欠约束。过约束：如果零件在一个自由度上有两个或者两个以上的约束，称之为零件过约束。 零件的自由度61 DFMA15. 防止零件欠约束和过约束A.避免零件欠约束B.避免零件过约束 原始的设计优化的设计零件都通过了检查，尺寸都在公差范围之内，为什么还是装配不上？-迷茫的工程师零件A零件A零件B零件B 62 DFMA15. 防止零件欠约束和过约束B.避免零件过约束 原始的设计优化的设计原始的设计优化的设计63 DFMA15. 防止零件欠约束和过约束B.避免零件过约束长圆孔大孔 小孔（定位孔）多个螺钉固定时64 DFMA16. 宽松的零件公差要求 本的关系 宽松的零件公差要求：零件公差越严格，零件制造成本就越高，产品的成本就越高。严格的零件公差要求意味着：更高的模具费用；更精密的设备和仪器；额外的加工程序；更长的生产周期；更高的不良率和返工率；要求更熟练的操作员和对操作员更多的培训；更高的原材料质量要求及其产生的费用。 机械加工件公差与成65 DFMA Commerical 66 Fine 16. 宽松的零件公差要求注塑成型PC零件的公差与成本的关系：精密级公差约为普通级公差的1.3倍 注塑成型PC零件的公差 DFMA16. 宽松的零件公差要求A.设计合理的间隙设计合理的间隙，防止零件过约束，避免对零件尺寸的不必要的公差要 对于重要的装配尺寸，在产品最初设计阶段就要重点加以关注，简化产品的装配关系，避免重要装配尺寸涉及更多的零件，从而减少尺寸链中尺寸的数目，达到减少累积公差的目的，产品设计于是能够允许零件宽松的公差要求67求，不合理的零件间隙设计会带来对零件不合理的公差要求合理间隙零件A零件B零件CB.简化产品装配关系，缩短装配尺寸链 DFMA16. 宽松的零件公差要求C.使用定位特征在零件的装配关系中增加可以定位的特征，例如定位柱等，定位特征能够使得零件准确的装配在产品之中，产品设计只需要对定位特征相关的尺寸公差进行制程管控，对其他尺寸就可以允许宽松的公差要求D.使用点或线或小平面与平面配合代替平面与平面配合使用点或线与平面配合的方式代替平面与平面的配合方式，避免平面的变形或者平面较高的粗糙度阻碍零件的顺利运动，从而可以对零件的平面度和粗糙度允许宽松的公差。 原始的设计优化的设计68 DFMA17. 装配中的人机工程学A.避免视线受阻的装配操作人员应当可以通过视觉对整个装配工序过程进行掌控，需要避免发生操作人员视线被阻挡的情况，或者操作人员不得不弯下腰、偏着头或者仰着脖子等非正常方式才能看清楚零件的装配过程，甚至通过触觉来感受装配过程、通过反复的移动调整才能对齐到正确的位置，这样的装配效率非常低，而且容易出现装配质量问题 原始的设计优化的设计69 DFMA17. 装配中的人机工程学B.避免装配操作受阻的装配在进行装配操作时，操作人员会有诸如抓取零件、移动零件、放置零件、固定零件等动作，产品设计应当为这些动作提供足够的操作空间，避免受到阻碍，从而造成装配错误甚至造成装配无法进行 原始的设计优化的设计70 DFMA17. 装配中的人机工程学B.避免装配操作受阻的装配在开阔的空间装配 原始的设计优化的设计71 DFMA17. 装配中的人机工程学C. 避免操作人员（或消费者）受到伤害在产品装配过程中必须保障操作人员（或消费者）的安全，不正确的产品设计很可能给操作人员（或消费者）的人身造成伤害。例如，钣金机箱中如果有锋利的边、角，就很容易刮伤操作人员（或消费者）的手指，造成伤害。因此，对于机箱中操作人员（或消费者）容易接触的边、角，在产品设计时必须增加压毛边工序，以保障操作人员（或消费者）的安全D. 减少工具的使用种类、避免使用特殊的工具 装配线上工具的种类过多会增加装配的复杂度，同时会造成操作人员使用错误的工具，引起产品装配错误特殊的工具会增加装配线的复杂度，同时操作人员熟悉特殊的工具也需要一定的时间72 DFMA17. 装配中的人机工程学E. 设计特征辅助产品的装配操作人员的推、拉、举、按等施力动作都有一定的极限，当产品的装配所需操作人员的施力超出极限或者容易造成操作人员疲劳时，应当通过产品设计减少产品装配过程中所需的施力，辅助产品的装配把手 内存插座73 DFMA18. 电缆的设计A. 减少电缆的种类和数量 74 过多的电缆种类和数量不但增加成本，而且增加装配的复杂度，使得产品装配效率低，容易出现质量问题；产品结构优化；使用印刷电路板使用板对板连接器 装配效率 DFMA 75 18. 电缆的设计A. 减少电缆的种类和数量 原始的设计优化的设计 DFMA18. 电缆的设计B. 合理的电缆布局在产品的设计阶段，合理规划电缆的走向和布局，可以大幅提高产品装配效率、同时避免复杂电缆布局引起机箱散热或电磁辐射等问题； 通过使用线夹等五金件或者产品自身特征来控制电缆的走向和布局；在产品设计图中完整绘制各种电缆76原始的设计优化的设计 DFMA18. 电缆的设计C. 对电缆进行保护在电缆走向周围需要防止零件锋利的边、角刮伤电缆，电缆被刮伤容易造成短路，既而损坏产品中的电子原器件。例如电脑机箱一般由钣金组成，在电缆的走向上钣金需要压毛边、或反折压平、或加上塑胶护线套保证电缆不被刮伤 77钣金反折拍平护线套 DFMA18. 电缆的设计D. 合理的设计电缆的长度电缆长度过长，浪费成本，增加产品结构复杂度，而且可能带来散热与电磁辐射等问题；电缆长度过短，电缆无法装配；E. 电缆的防错 单个电缆的连接器需要防错，使得电缆只有一个正确的插入方向，避免电缆插反；各种电缆的连接器应当不同，以防止电缆插错；F. 为电缆的装配提供足够的空间电缆的装配需要提供足够的空间，否则会造成电缆无法装配；78 DFMA对于任何一条设计指南都不能盲目的遵守！ 79 20. 重要提示 DFMADFM (Design for Manufacturing)DFA (Design for Assembly) 80 20. 重要提示 设计方案原始的设计优化的设计模型 成本对比零件费用：$0.678模具分摊：$0.119制造成本：$0.797装配成本：$0.100总体成本：$0.897(假设产品产量为100,000台)零件费用：$0.900模具分摊：$0.092制造成本：$0.992装配成本：$0.000总体成本：$0.992(假设产品产量为100,000台) DFMA 81 20. 重要提示 DFMA 82 谢 谢 ！