ＤＦＡ分析的定量化研究

[摘 要] 將定量化分析方法引入產品DFA分析的專家系統中，用于評估零件裝配困難度，使產品的DFA分析結果數值化，這不僅使產品的DFA分析更加直觀，而且更快、更容易。

[關鍵詞] 面向裝配的設計 定量化分析 CAD

DFA(Design for Assembly)是一種面向裝配的設計方法，它可用來優化產品設計，降低產品裝配的復雜性，從而降低產品裝配成本，提高產品在市場上的競爭力。由于大多數DFA分析方法都要求對產品零部件的幾何特性、物理特性進行詳細的分析，這些工作若用手工完成，當零部件非常多時，則相當繁瑣費時。因此，設計一種自動化且能直觀分析結果的定量化自動分析軟件顯得尤其重要。

一、產品DFA分析的自動化系統總體結構

自動化系統主要由以下部分構成:

1.知識庫部分。存放DFA領域的專家知識、經驗和一般處理問題的方法。

2.推理機構。使用正向推理來利用知識庫中存放的各種知識解決問題。主要由規則驅動程序構成，規則驅動程序以數據驅動方式根據規則的前提條件執行相應的操作，得出各零部件的裝配困難度。

3.產品再設計建議程序。根據產品各零部件裝配困難度，為設計者提供零部件再設計的參考意見。

4.解釋程序。負責解釋專家系統中專家的行為。

5.產品零部件圖形修改系統。在AutoCAD中對產品的零件、組件和部件進行再設計制圖。

6.接口程序。實現系統控制模塊與AutoCAD的連接。

7.系統控制。完成系統與用戶的交互活動。

二、產品各零部件裝配困難度定量化分析

利用該自動化系統對產品進行DFA分析所需做的工作是回答一系列與設計有關的問題。筆者用自動化系統對一禮品盒的機芯進行DFA分析，參考該系統在該產品DFA分析過程中所提出的建議，對該產品進行面向裝配的再設計，主要做了一系列的改進，如將發條盒與橋夾板改為一個整體零件;去掉發條盒與蝸輪小端軸承座附近的鉚釘柱的一對配合;將蝸輪小齒輪端加一圓角或0.2×45°的倒角;蝸輪中段的錐體改為圓柱體等。自動化系統給出的該產品再設計前和再設計后各零部件的裝配困難度如表中所示。

表中，裝配困難度1：產品再設計前各零部件的裝配困難度;裝配困難度2:產品再設計后各零部件的裝配困難度;裝配困難度值的確定方法:首先，對各零部件的幾何特性、物理特性進行分析，求出零部件特性的各項特征值。然后，求出每個零部件的各項特征值之和，就得到了每個零部件的裝配困難度。每個零部件的裝配困難度之和便是產品總裝配困難度。裝配困難度值確定的具體細節可參閱參考文獻。

從表中可以看出:這一產品經過DFA分析和產品再設計后，產品零部件中的蝸輪、過齒輪、阻尼組件、發條盒、橋夾板、音筒組件和支承螺釘的裝配困難度均降低了，具體數值見上表。產品零部件總的裝配困難度從產品再設計前的20520分下降到17933分，共降低了2587分，占產品再設計前零部件總裝配困難度的12.61%。該產品的裝配困難度和裝配成本大大下降。由此可見，借助自動化系統對該產品進行DFA分析，效果顯著。

三、結論

自動化系統可以模擬工程師對產品進行DFA分析的思想和過程。這種定量化的DFA分析軟件能快速自動的判斷產品零部件裝配困難度，并提供數值化的評估結果，極大地加快了產品的再設計進程。本文所述的自動化系統的應用實例驗證了這些功能，也說明了該系統有應用和推廣價值。

參考文獻:

[1]Boothroyd G. and Dewhurst P. Design for assembly handbook，Uiniversity，of Massachusetts，USA，1983

[2]M.Myrup Andreason，S.Kaehler，T.Lund.Design for assembly，Berlin：SpringerVerlag，1983

[3]Gerard J.Kim，George A.Bekey.AEX：a DFA analysis and advisor system，Proceedings of the 1990 IEEE Conference on Robotics and Automation，1990：563～565

[4]Hubert K.Rampersad.Integrated and simultaneous design for robotic assembly，Chichester：John Wly Sons，1994

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