面向“X”的设计DFX.ppt

2023/10/31,1,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,2,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,2023/10/31,3,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、好修、好用的产品。,7.1 概 述,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,4,DFX包括的内容：面向制造的设计 面向装配的设计面向维修的设计 面向回收的设计面向质量的设计 面向成本的设计面向包装运输的设计面向测试的设计面向后勤服务的设计面向环境的设计,7.1 概 述,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,5,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,2023/10/31,6,1 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,2023/10/31,7,1 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,2023/10/31,8,2 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”的设计DFX,2023/10/31,9,3 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,2023/10/31,10,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,2023/10/31,11,3 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DFX,2023/10/31,12,3 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,2023/10/31,13,3 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,2023/10/31,14,4 减少部件成本减少部件成本主要从以下几个方面来进行：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,2023/10/31,15,5 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,2023/10/31,16,5 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,2023/10/31,17,5 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；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,2023/10/31,18,6 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,2023/10/31,19,7 面向制造的设计决策对其他方面的影响DFM对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,2023/10/31,20,7 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,2023/10/31,21,8 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,2023/10/31,22,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 面向拆卸的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,23,1 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,2023/10/31,24,1 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,2023/10/31,25,1 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,2023/10/31,26,2 面向拆卸的设计准则产品拆卸困难的原因: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,2023/10/31,27,2 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,2023/10/31,28,2 面向拆卸的设计准则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,2023/10/31,29,2 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,2023/10/31,30,2 面向拆卸的设计准则产品结构可预估性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,2023/10/31,31,3 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,2023/10/31,32,3 产品拆卸信息描述基于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,2023/10/31,33,4 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,2023/10/31,34,4 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,2023/10/31,35,4 面向拆卸的设计评价与连接结构性有关的指标：可达性：拆卸工具接近拆卸部件的难易程度；看得见、摸得着、足够的拆卸空间标准化程度：采用标准化系数来衡量；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,2023/10/31,36,面向回收的设计的基本概念面向回收设计的特点面向回收设计的主要内容面向回收的设计准则,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,37,1 面向回收的设计的基本概念面向回收的设计（DFR），在进行产品设计时，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等一些列问题，以达到零件材料资料和能源的充分有效利用，并在回收过程中对环境污染为最小的一种设计思想和方法目标：资源回收和再利用途径：原材料的再循环和零部件的再利用,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,38,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,39,2 面向回收的设计的特点可使材料资源得到最大限度地使用可减少环境污染，保护生态环境有利于持续发展战略的实施扩大了就业门路，提供更多的就业机会产品回收是一个社会化综合工程，系统工程，会涉及到很多部门物流的闭合性回收过程本身是清洁生产，应该对环境无害，不造成对环境的二次污染,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,40,3 面向回收的设计的主要内容可回收材料及其标志可回收工艺及方法回收的经济性回收产品及结构工艺,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,41,3 面向回收的设计的主要内容可回收材料及其标志：产品生产时，在零件上模压出材料代号或用不同一颜色表明材料的可回收性或注明专门的分类编码代号；在材料零件上作出条形码标志，具有条形码的塑料零件可采用激光扫描仪或机器人进行分类；在材料回收过程中，人们往往需要识别出材料添加剂的比例和种类，同时要求材料识别技术成本低，易操作，能用于不同材料的识别，并能适应工厂车间的工作环境。,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,42,3 面向回收的设计的主要内容回收工艺及方法回收的经济性零件材料能否有效回收的决定性因素回收的零件的结构工艺性,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,43,4 面向回收设计准则面向回收设计的基本要求：对设计过程的要求：除了注重产品的基本功能、性能等指标外，更注重产品的寿命、结构及环境友好性；对产品设计人员的要求：产品设计人员不仅具有专业知识，还必须了解产品预定的回收工、环境保护等方面的知识；对生命周期过程管理的要求：回收过程依靠科学的管理，在设计阶段要考虑到这一点。,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,44,4 面向回收设计准则面向回收的设计准则：设计的结构易于拆卸尽可能的选取可整新的零件洁净的净化工艺可充用零部件材料要易于识别分类机构设计要有利于维修调整,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,45,4 面向回收设计准则面向回收的设计准则：限制材料种类采用系列化和结构化的产品结构考虑材料的异化再使用方法尽可能的利用回收零部件和材料考虑材料的相容性,7.4 面向回收的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,46,面向质量的设计思想的产生面向质量设计的基本概念面向质量设计的实现策略和方法面向质量的设计的关键技术,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,47,1 面向质量设计思想的产生设计是质量保证的首要环节，是质量保证实施的源头，是生产质量实现的前提。质量保证应从传统的生产过程质量控制向产品设计开发质量控制转变，从制造过程控制向前推进到设计过程控制，因此提出了面向质量的设计DFQ(Design For Quality),7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,48,2 面向质量设计的基本概念DFQ就是建立一个知识系统，它能为设计者实现产品或过程的要求质量提供所必需的知识。但由于质量概念的模糊性和不确定性，使DFQ的概念难以确定，许多研究者把Q分为两类：Q外外部质量，指顾客能感受到的质量，及最终产品所表现的特征和特性；Q内内部质量，指企业内部所进行的一切生产活动的质量，如采购、设计、生产、装配等质量。设计过程实际就是设计相应的Q内来保证Q外的过程。质量模型如下页所示：,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,49,2 面向质量设计的基本概念质量模型如下所示：,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,50,3 面向质量设计的实现策略和方法3.1DFQ的实现策略 DFQ是质量驱动的集成化产品和过程开发（IPPD：Integrated Product And ProcessDevelopment）形式。其模型如下页所示。它强调每一设计阶段中制定目标、合成、评价决策过程的分离，通过对每一过程实施相应的方法和工具来加强质量保证的可能性。由于质量分解、合成的引入，使设计阶段综合考虑到一切与产品质量有关的活动，将质量管理和控制活动融入设计中，将质量设计到产品中，保证设计的完善性。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,51,DFQ的过程模型,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,上图所示为：顺序设计的DFQ流程右图所示的为：并行设计的DFQ流程,2023/10/31,52,3 面向质量设计的实现策略和方法3.2DFQ的方法与过程帮助设计者进行概念设计及详细设计的合成方法和工具稳健设计法：运用正交表来安排试验方案，通过误差因素模拟各种干扰，并以信噪比（SN）作为质量评价体系，同时引入灵敏度分析，来寻求最佳的即稳健性好的参数组合。相应模型法：应用统计学模型通过对设定的设计参数名义值及其误差大小对功能值表的影响，以及产品质量指标的精确分析来选定设计方案。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,53,帮助设计者进行概念设计及详细设计的合成方法和工具原理设计方法：指出并证明了要控制产品质量，设计必须满足独立原理，者即寻求可行方案的依据。信息原理用来在设计可行域内寻求最优解，并可推导出几条原理和准则以指导设计，在设计早期阶段控制质量。适应性分析：通过分析预测零部件在生产、装配过程中的变化性风险，以及对设计可接受性、质量成本的影响，从而在设计阶段及早的发现解决潜在的加工能力的问题，使设计方案切实可行。DFX技术：在设计阶段尽早的考虑与材料、加工方法、工艺规划、装配、测试、成本等有关的约束，保证产品设计一次成功。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,54,3 面向质量设计的实现策略和方法3.2DFQ的方法与过程评价决策和工具失效模式和效应分析：在系统设计过程中，通过对系统各组成单元潜在的各种失效模式及其对系统功能的影响产生后果的严重程度进行分析，提出可能采取的预防改进措施以提高产品的可靠度。故障树分析：根据产品或系统可能产生的失效，利用失效树图分析，寻求一切可能导致此失效的原因。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,55,评价决策和工具设计评审：运用科学原理和工程方法，发挥集体智慧，在设计的各个阶段对设计进行评议审查，及早的发现和消除设计缺陷，以便对设计提出改进或为转入下一阶段提供决策依据。多目标优化：同时考虑多个目标在某种意义下的最优化问题，在工程设计、生产管理等领域比单目标优化更具有现实意义。模糊综合评判：利用隶属度函数和权重来表达指标优劣的模糊性和相对重要性，从而对模糊多目标进行评价和决策。信息铺熵分析：用信息熵测度产品关键性满足顾客需求的不确定性，以此作为别选方案中择优的依据。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,56,4 面向质量设计的关键技术4.1DFQ系统信息处理过程建模DFQ的本质是系统化、模块化的设计过程，模块间通过前馈作用，模块内部通过反馈作用形成一反复迭代过程，使每一步的输出都满足质量要求。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,57,4 面向质量设计的关键技术4.2基于知识的专家系统的研究基于知识的专家系统将不同的设计基本型和部件的设计、性能记录及有关的设计推理、决策之间的所有联系存入事例库和部件库中，进行设计知识和经验的积累，作为以后设计重新应用的基础。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,58,4 面向质量设计的关键技术4.3设计模型的建立设计人员的主要任务之一是确定设计变量。这需要借助于一定的数学模型或实验模型。数学模型中目标函数及约束条件的建立，实验模型中实验涵盖范围、实验次数等的确定对设计质量有着重大影响。特别是设计的早期阶段，如何利用有限的定量信息及模糊的、尚不具体的定性信息，依据顾客需求、设计原理、物理关系等建立求解模型。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,2023/10/31,59,4 面向质量设计的关键技术4.4产品设计质量的评价模型的建立与评价方法的研究产品设计质量的评价涉及到很多因素，各因素重要程度也不同，有些指标是定量的，有些是定性的，甚至是模糊的。而且，质量的概念又是动态的、相对的。这就有待于研究建立合理的评价模型，采用先进的评价方法，依据既定目标对设计的每一阶段进行正确合理的评价，从而作出决策。,7.5 面向质量的设计,第七章 面向“X”的设计DFX,