进阶篇：4）面向装配的设计DFA总章

本章目的：理解装配的重要性，明确结构工程师也要对装配进行设计。

1.基础阅读

①进阶篇：1）DFMA方法的运用；

②需要一台FDM3d打印机:请查看

基础篇：8）结构设计装备必备；

2.为什么要学习DFA

这里就需要解释：什么是DFA？什么是装配？怎么算好装配？DFA的作用和来源等。

2.1 装配的概念

装配是指把多个零件组装成产品,使得产品能够实现相应的功能并体现产品的质量。

从装配的概念可以看出,装配包含三层含义:

a）把零件组装在一起;

b）实现相应的功能;

c）体现产品的质量。

装配不仅仅是拧螺钉,不是简单地把零件组装在一起,更重要的是组装后产品能够实现相应的功能,体现产品的质量。装配是产品功能和产品质量的载体。

对于任何一种产品来说,在经过零件的加工制造并成为产品之前,都需要经过装配的过程。产品包含的零件从几个到几百万个不等。一个订书机有几十个零件,一部手机有几百个零件,一辆汽车有几万个零件,而一架飞机则有超过几百万个零件。装配是产品制造过程中的重要组成部分,装配过程对于产品质量、产品成本、产品开发周期等都具有很大的影响。

2.2 实际设计中，关于装配不正确的理解及看法

现实中，工程师对装配的不正确看法常有：

错1：装配就是把零件组装在一起，装配就是锁螺丝而已；

错2：对装配不重视，轻视装配；

这些错误的看法常常导致国内工程师就算抄袭一个国外的标杆产品，制造的每一个零件都优于标杆，整体的质量和性能却不如标杆。

所谓的抄都抄不好的工程师，可以看看DFA。有用，作者试过！

2.3 一个装配工序的分解：7个步骤

产品装配过程中最基本的元素是装配工序,一个产品的装配往往由一个或多个装配工序组成。一个典型的产品装配工序包括以下关键步骤(人或者机器人):

1）放置好零件基座；

零件的基座未必指的是工装，也可能是另一个零件。比如定子的绕线，相对于漆包线，定子骨架就是一个零件基座。

2）识别零件；

在现代化设计中，识别零件也很重要。比如O型圈的颜色，如果O型圈和零件都是黑色，就不利于视觉系统的识别和检测。

3）抓取零件；

需要考虑手工和自动化工装的区别。过软、过滑等都不利于装配抓取。

4）移动零件到装配位置；

零件装配最好一次到位，途中没有干涉。

5）零件调整到正确位置；

考虑能自动调整的强辅助：导向特征。

6）零件被固定；

每个工序的零件最好全约束，再进行下一个工序。

7）检测；

一个工序的终结。

 

人工装配和自动化装配的工序会有稍许不同。

但所有的装配设计要求都源于这七个基础步骤，所以这是要强记得。一定要记住的！记住后自己在脑海中演练一下。

结构设计师一般对装配工序的理解基于这7步骤就可以了，但装配工艺工程师却需要知道地更多，比如来料放置的位置，工作台的排布与效率，产线工人具体装配手法等。所以，结构工程师做完DFA之后，是需要和装配工程师商量的。你家公司自动化程度越高，越是需要。很多时候省一个机械手就能省下你一年的工资（虽然不能丢进你的口袋）。

把装配的工作分一部分给结构后，装配的工作未必少了。一个是因为现代化设计对自动化要求高了，二是装配可靠性设计等新的方法，如PFMEA等。所以说结构工程师抢了装配工程师的工作不是完全对的说法。

2.4 最好的装配工序和最差的装配工序

装配工序有好坏与优劣之分,不同的装配工序对产品的影响千差万别。从装配质量、装配效率和装配成本等方面来看,最好的和最差的装配工序的特征见表2-1。

2.5 DFA概念

面向装配的设计( Design For Assembly,DFA)是指在产品设计阶段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。

面向装配的设计的研究对象是产品的每一个装配工序,通过产品设计的优化,使得产品的每个装配工序具有表2-1列出的最好装配工序的特征。

2.5.1 DFA概念追述

面向装配的设计(DFA)应该在设计过程的所有阶段都有所考虑,尤其是在设计的早期阶段。在设计团队考虑多种方案时,需要认真考虑产品或部件的装配难易程度。
设计团队需要一个DFA工具来有效地分析产品或部件的装配难易程度。设计工具应能快速地提供结果,且简单、易操作。它应能确保产品可装配性评估的连贯性和完整性。它还应该可以消除装配设计中的主观判断,允许自由联想,易于对不同的设计进行比较,确保能对最终解决方案进行科学评估,确定装配问题的范围,并能够提供简化产品结构的多种替代方法,从而降低制造和装配的成本。

//美国那边的工具常指的是软件，机械理论的提出和软件工具的研发常常是同一时段的。但日本却喜欢用表格。中国学日本的做法，风气原因却导致表格只是一张纸，而研发机械软件却又没有余力。作者提供的是表格。

通过DFA的应用,可以改善制造和设计之间的交流,而且在产品设计过程中产生的想法、推理以及所做的决策都能成为良好的记录,以备将来参考。

面向装配的产品设计是从大学的研究成果拓展而来。最近又开发出软件的产品形式,可以系统地提升和改进产品的易装配性。DFA的这个功能是通过在设计过程的概念阶段,以合乎逻辑的和组织化的形式提供装配信息来实现的。这种方式也清晰地定义了一个以装配的难易程度来评估设计的程序。这种方法的使用能够提供一个反馈循环帮助设计人员评估由于特殊设计变更而得到的改进。这个程序也可作为一种激励设计人员的工具,让他们通过这种方法来评估自己的设计,如果可能的话,还可以改善自己的设计。在这两种情况下,在概念设计阶段研究和改善设计,在产品制造和装配之前,设计是易于变更且变更费用低廉。

//这里的软件是boothroyd公司的软件，该公司的DFMA软件最早和苹果二代电脑是一起问世的。

DFA方法通过以下方式来尝试达到这些目的:
①为那些设计者或者团队提供一个工具,要确保他们对产品复杂性和装配性的考虑只发生在最初设计阶段。这能够避免设计者在设计初期阶段只专注于产品的功能而对产品成本和竞争力缺乏足够考虑的风险。

②引导设计人员或者设计团队简化产品,从而实现装配成本和零件成本的降低。

③搜集通常由有经验的设计工程师所拥有的经验资料,并整理这些资料,以一种便利的方式提供给缺少经验的设计工程师使用。

④建立一个数据库,这个数据库包含各种设计状态和生产条件下的装配时间和成本要素。

对于易于装配的产品设计进行分析在很大程度上取决于以下几个因素:产品是否手工装配?是否是专用自动化装配?是否是通用自动化装配(机器人)?或者是这些方面的结合。例如,易于自动进料和定向的简易性标准要比那些手工处理零件的标准更加严格。因为我们总是利用手工装配成本作为一个比较的基准。本章将介绍面向手工装配的设计。此外,即使重点考虑自动化装配时,仍然有一些操作还是需要手工完成,在分析过程中必须把这些操作成本考虑进去。

2.6 DFA目的

通过面向装配的设计,产品开发能够达到以下目的：

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。
降低产品装配成本。
降低产品装配不良率。
提高产品装配质量。
提高产品装配效率。
提高现有设备使用率。

//目的很多，不过作者是记不住全的^_^

2.7 面向装配的设计的历史

20世纪六七十年代,人们根据实际设计经验和装配操作实践,提出了一系列有利于装配的设计建议,以帮助设计人员设计出容易装配的产品,这些设计建议并辅以真实的案例告诉人们如何从产品设计着手来改善产品的装配。1977年, Geoff Boothroyd教授第一次提出了“面向装配的设计( Design for assembly,DFA)”这一概念,并被广泛接受。面向装配的设计旨在提高零件的可装配性,以缩短装配时间、降低装配成本和提高装配质量。1982年, Boothroyd教授在《自动化装配》一书中,提出了一套评估零件可装配性的体系,并以此为基础,开发出面向装配的设计软件。

面向装配的设计自诞生之初就受到很多企业的重视,并取得了很好的应用效果。1981年,施乐公司的制造经理 Sidney Liebson估计施乐公司因为实施面向装配的设计而节省了几百万美元。1988年,福特公司因为面向装配设计模式的实施节省了10亿美元。

3.怎么学习DFA

3.1 装配是由设计而非工艺决定的

首先要改变观念，装配过程是由结构设计师决定的，装配工艺工程师只是实现它，绝对不要搞错了！这是现代的设计理念。但凡碰到装配艰难等问题时不要再简单丢锅给装配工艺的人了。当然，有些公司的流程迫使你不得不把工作推给工艺，作者也不会说什么。

3.2 明确产品的装配流程

且实施DFA检查之前，要了解产品所有的装配过程，即明确装配流程图。这对于详细学习了DFA章节的工程师而言，不管是设计出装配流程还是逆推一个标杆的装配流程，都并非很难的事情。作者有过经历，运用DFA的原理逆向推导德国B公司的一个汽车产品，十分地有用。

而且就作者的观察而言，越是靠近近期生产的国外产品，对DFA的要求越高。作者拆过三*ling的PTC的加热器，由于首次出厂年代久远，工艺为较粗糙的压铸，所以PCB为古老的四角螺钉装配方式，没有导入螺柱和定位特征。但后来近期出厂的BM*的钣金小型的加热器，就明显有这类的特征，为了导入和定位特意焊接了两个螺柱，可谓十分注重而不择手段。

作者也拆解过Panas*的一些国外发送产品，即是是小型的电子消费类产品，对DFA的要求的痕迹也明显有。

但国内的产品需要注意，因为历史和国内环境的原因，国内产品并不是非常注重DFA设计，所以装配顺序很是“混乱”。需要练习请找一些可靠公司的产品。

3.3 DFMA优化

详见DFMA总章，运用DFA设计原则，逐个优化装配工序。

DFMA的方法强就强在它可以反复迭代优化一个产品，直到最优。

//写这句话的时候，作者感觉在描述个小说的武功，越练越强什么的╮(╯▽╰)╭

 

4.DFA推书

DFM和DFA的设计介绍，具体可以参见这两本书。

①《面向制造和装配的产品设计指南》-钟元著；

钟元老师的书最大好处是符合国人的阅读习惯，浅显易懂。作者的DFMA检查表绝大部分内容就是根据此书的设计准则制成的。

 

②《面向制造及装配的产品设计》-（美）布斯罗伊德著

这本书应该是原作，上面一本书的内容很多部分出自此书。可以作为DFMA表格的补充，但外文的书籍翻译内容多少和原文有些出入，阅读起来会有一些难度，适合专业人士，否则容易出现一些错误的理解。所以作者建议先理解上一本书的内容后再看此书，也可以看看国外先进的设计理念。

 

5.DFMA章节对应的资料

原本作者分享一些资料，是想做些互动。

也想要更好的沟通和多一些朋友。

可以去关注作者的微信公总号：mdmodule；

作者的邮箱：zjc9915@qq.com，可以写一些长感想，作者一般会回。

下面是本章对应的网盘资料，很多都是作者用心做和花钱买的，值得想要的人一看。

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