可制造性設計理論研究

張 雪，林蒞蒞，楊 閩

（昆山登云科技職業學院 江蘇 昆山 215300）

1 引言

設計是產品質量的基礎，產品的質量是設計與制造出來的，而不是檢驗與維修出來的，在當前制造業環境中，提高設計的質量，在設計中進行可制造性設計，能夠使后續的生產部門在生產、組裝更為便利，使生產效率提升。同時還能夠降低生產成本，尤其是材料加工工藝方面，故而對其設計理論進行探究極為必要。本文對該問題進行探究，以為相關設計人員提供一定的參考。

2 可制造性設計概述

2.1 可制造性設計核心

可制造性設計（DFM，Design for Manufacturing）是將制造系統進行總體優化的一種設計，設計人員在對產品本身的物理特性研究的基礎上，分析制造系統與這些產品物理特征之間的關系，這樣方能夠使整個制造流程實現一體化，最終縮短生產時間，提升產品的工作效率。從可制造性設計的本質上來看，其核心是從產品的初步規劃到產品的投入生產中對產品進行設計，使產品更加標準化，簡單化，同時還能不影響到產品的功能。通常情況下，進行可制造性設計，能夠使產品的工藝流程簡化，尤其是需要生產的是標準的元器件，故而可以減少模具的制造，從而降低生產的成本。

2.2 可制造性設計過程

可制造性設計的過程主要有五步，即尋求建立DFM規范→建立DFM檢查表→DFM報告→DFM測試→DFM分析評價。尋求建立DFM規范即所設計的文件應當結合本公司的生產設計特點，同時還應當進行創新，設計出更加實用的產品。建立DFM檢查表則有利于系統更加全面的分析產品，對產品的各個關鍵環節進行處理。從內容上來看，DFM檢查表需要包括產品信息、產品流程、執行組裝的各項要求。DFM報告能夠對整個設計過程中的問題進行反饋，從而使設計流程更加合理。DFM測試則可以通過各種測試使設計周期加快，其測試的內容包括產品的影響、產品的作用等，準確合理的測試報告能夠使設計者較為迅速的得知設計中的問題，進行改正。DFM分析評價是總結評審的過程，合理的評審結果能夠為后續的活動奠定基礎。

3 可制造性設計原理方法

3.1 結構化方法

可制造性設計原理方法中最重要的一種方法便是結構化方法。結構化方法要求在進行設計之前考慮所需求的各種功能，將各種功能“結構化”，即將生產的過程劃分為不同的結構，每一個結構便看成是開發功能的環節，以此實現開創性的產品設計。具體來說，在設計時將各種功能要求通過設計矩陣映射成設計參數，分析這些設計參數并將這些設計參數映射成制造過程的參數。因為參數是依照功能進行設計的，所以這些參數具備層次性，考慮到具體的設計流程，還需要將這些參數劃分為“子參數”，依照“子參數”來設計“子功能”，從而確保設計的每一個環節的合理性。不過在采用該種方法時候需要確保兩點原則，分別是獨立性原則以及最小信息量原則，在確保每一個功能獨立性的基礎上保證設計的信息量最小，這樣才能使設計更加合理。

3.2 質量功能配置方法

質量功能配置方法是顧客驅動的方法，也是是系列產品設計的準則。具體來說，在某產品的生命周期較早階段，用戶開始接觸這一產品并且對產品的功能已比較熟悉，而且在使用的基礎上還會對產品的預期功能進行推斷，所以在后續的設計中應當考慮到該產品本身的特性，并且從顧客的角度出來確保產品的質量。具體來說，在設計之前，要充分對已有顧客進行調研，分析這些顧客的需求，在分析的基礎上劃分“產品規劃矩陣”、“工藝規劃矩陣”以及“材料配置矩陣”等等，在滿足各個矩陣聯系的基礎上進行設計，在設計過程中，也需要繼續傾聽顧客的需求，增加矩陣的內容，并將這些內容付諸于實踐，在開發設計過程中將這些需求體現出來。

4 可制造性設計規范分析

4.1 制造工藝設計規范

可制造性設計中設計規范極為重要，尤其是在材料方面，因為設計規范直接影響著后續的自動裝配以及柔性裝配等。例如塑料模具加工、金屬薄板加工等，隨著科技的發展，這些簡單的加工在一些大公司會實現自動化，使人力成本大量降低。制造工藝設計規范所包含的內容較多，包括材料加工的工藝路線、材料加工的工序中具體的加工內容、切削用量等等，這樣方能確保所制造的產品的規范性。確定制造工藝設計規范，無論對大企業還是小公司來說，均有重要的作用。

4.2 公差分析

公差分析在可制造性設計中也有重要的作用，是可制造性設計的有利工具，因為現代制造技術中對產品的質量進行評價的基準之一便是材料的結合尺寸以及公差的合理性。在產品生產中，人們已經意識到公差的作用，并且指出公差具有可重復性、互換性、概念表達清晰等優點。具體來說，對公差進行分析所分析的主要是零件功能以及可裝配性，所以在進行可制造性設計時候需要依照不同階段的不同目的設計合理的工藝，從而確保設計的合理性。另外，因為不同材料所制成的零件在性質有較大的不同，所以公差要求也各不相同，故而在設計之時需要考慮到材料的特性，以確保尺寸偏差最小化。

4.3 可制造性設計管理

可制造性設計項目的完成需要多個部門共同合作，比如設計部門、制造部門、質量監管部門、可靠性檢測部門等，甚至還需要包括供應商、用戶，所以在可制造性設計規范中必須要重視管理活動，使各個部門能夠在同一的指導下進行，以確保設計的合理性。具體來說，可以設計分層次的管理體系，小組成員向項目負責人匯報設計情況，項目負責人再向更高一層極的負責人進行回報，這樣方能使可制造性設計活動落實到實處，為后續的活動提供規范。

5 可制造性設計在材料方面要解決的問題

5.1 統一的模型

在材料方面實行可制造性設計，必須要重視模型，統一的模型才能實現各種材料的集成，才能使設計人員能夠運用“統一的語言”進行設計，對各種材料的數據進行操作，這樣既能減輕設計人員的設計負擔，同時還能夠保障產品信息的唯一性。不過由于制造中受到不同材料特性的影響，統一的模型建立的難度相對比較大，加之產品生產受客戶需求影響較大，而客戶需求也不同，故而可制造性設計在確定模型之時必須在考慮客戶需求以及材料特性的基礎上進行構建。

5.2 自動化的產品數據管理

產品的制造并不單單只是對物料進行轉化，還包含著各種信息傳遞、信息變化等活動，期間所涉及的數據較多，如果數據不準確信息傳遞錯誤，會影響到產品的生產。另外，隨著社會的發展，可制造性設計的產品也逐漸可以實現“自動化”，在當前“大數據”的時代下，必須要對各種產品數據進行管理，例如構建數據庫等，以確保“自動化”生產的正常進行。

6 結語

本文是對可制造性設計理論的探究，文章對可制造性設計理論的核心、過程、原理方法、設計規范進行了分析，并指出了需要解決的問題，以期為設計人員提供一定的參考。同時拋磚引玉，希望有更多的學者參與其中進行探討，以使材料生產成本進一步降低，使材料生產流程更為優化，從而促進企業、社會的發展。

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