軍工科研單位DFM工作的推廣策略

文/王威 張偉 劉劍 王羚薇

1 引言

隨著工業生產的發展，產品的功能與結構日趨復雜，產品設計決定產品內在和外在的品質。有關資料表明：產品總成本的60%取決于產品的最初設計，其中可制造性設計只占5%，但它決定了產品總制造成本的75%，而產品制造過程中遇到的問題，無論是和工藝、設備、工具或材料有關的，其中80%以上是可以通過設計來預防和糾正的。由此可見，產品設計的好壞，對于生產成本、研制周期、產品質量的影響可謂至關重要，尤其對于科研型企業，設計能力的高低更是其核心競爭力最根本的體現。

目前，并行工程CE(Concurrent Engineering)作為一種有效的提高產品設計水平的解決方案被業內廣泛認可。并行工程是指對產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)進行并行的、一體化設計的一種系統化的工作模式，其核心是并行設計CD(Concurrent Design)。并行設計是指在設計階段盡早地綜合考慮其生命周期中工藝規劃、制造、裝配、測試等環節的影響，及時全面評價產品設計，提出改進的反饋信息及時改進產品設計，保證產品設計、工藝設計、制造一次成功，以達到降低產品成本，提高產品質量和縮短產品開發周期的目的。

圖2：DFM工作的推行策略

圖3：SMT-DFM建立策略

并行設計中，面向制造的設計（Design For Manufacture，DFM）是最核心的技術。DFM工作強調設計與工藝緊密結合，發揮各自的專業優勢，在方案論證和產品設計階段就充分考慮可制造性因素，選擇最便于生產的設計方案，同時做好產品制造方案的策劃和設計。

DFM是CE的思想核心，也是CE實現的關鍵技術，因為設計與制造是產品生命周期中最重要的兩個環節。所謂并行工程，最重要的是產品設計與制造過程設計的并行。在設計階段就能考慮可制造性是并行工程最基本的優勢所在。此外，DFM方法所提倡的在設計中考慮制造工藝，根據加工能力來設計產品及其零件的方法必然是CE的設計方法，因此CE是DFM的推廣和延伸。

DFM作為一種工作方法和理念在工業發達國家極受重視，并且產生了巨大的效益。統計發現：DFM應用于印制電路板組裝行業后，能減少三分之二的制造費用和組裝時間，同時能使首次生產的合格率由89%提高到99%。

2 軍工科研生產的特點

軍工科研單位生產，在具有普通制造業特點的同時，也有其特殊性，主要表現為：

（1）大部分為多品種、小批量的研制型產品。軍工單位的訂單是以總體任務目標的完成為導向，因此無法像民用電子企業一樣根據經濟指標和市場需求對任務訂單進行篩選；另一方面軍工電子產品的適用范圍決定了每款產品的數量不可能像民用行業的產品一樣具有巨大的訂單需求，因此必然是相對低效的和成本更高的生產。

（2）產研并行。受制于資金來源、國家財政政策、戰略定位等原因，軍工科研單位對研發廠房、量產廠房的定位、建設、資金投入程度很難做到理想的系統分區和規劃，無法像民用電子企業一樣將量產和研發廠房分別建立和運行，而只能采用研發和生產在同一條生產線的模式，即產研并行模式，這對生產線的專項高效利用都提出更大的挑戰。

（3）緊急訂單較多且性能指標臨時變更頻繁。在軍工技術快速發展的大背景下，軍工訂單緊急程度的提升或降低、性能指標的提升等情況以常態形式存在，給生產的排產、工藝維穩等帶來較大的困難，需要生產過程具有更大的柔性，能夠快速滿足任務變更需求。

（4）可靠性指標要求高。軍工產品覆蓋海、陸、空、天，使用環境范圍從深海到高原，從低空到宇宙，一般需考慮復雜電磁干擾強、高低溫變化大、真空密閉要求高等特點，因而軍工產品對工藝可靠性指標具有極其嚴苛的要求。上述特點，都要求源頭設計的一次成功率，包括設計的可制造性和工藝的可靠性，而這些都是DFM的工作內容。

3 軍工科研單位推行DFM工作的困難

DFM工作本就是一項復雜的系統工程，它的推廣具有相當大的難度，不可能一蹴而就。而將DFM應用于軍工生產更是“難上難”，這與軍工單位的科研特點、人員架構和項目生產運行管理方式有關。推行DFM工作必須對困難有深刻的認識和準備，否則很容易由于各種局部問題導致整個工作的失敗。推行DFM工作的困難可歸結為管理和技術兩方面，如圖1所示。

圖4：SMT-DFM的主要內容

圖5：DFM運行管理體系

圖6：理想的DFM執行團隊

在諸多困難中，思想認識的轉變是軍工科研單位推行DFM工作的關鍵因素之一。這是因為目前國內相當一部分軍工科研單位的設計師存在以下幾個認識誤區：

（1）設計工作的本質是原理和功能實現，認為：“圖紙成功=產品成功”，能不能制造出來，跟設計無關，那是工藝和生產的事兒；

（2）設計方案不考慮后續制造，認為“我設計成啥樣，你就按啥樣來干”，把工藝的唯一價值視為彌補設計缺陷；

（3）不重視工藝審查，不給工藝人員留工藝審核時間，審核出問題也不愿意更改，甚至認為“工藝審查就是挑毛病、難為人，給項目研制添麻煩”，這種主觀上的錯誤認識，有時甚至會直接否定推行DFM工作的必要性。分析起來，造成這些錯誤認知的原因與軍工科研單位在管理模式、人員結構上的“科研屬性”有直接關系；一是軍工項目多品種、小批量、受重視程度高和可靠性要求高的特點決定了對成本控制和周期要求相對較寬松，因此“試制產品-發現問題-改正問題-再試制產品”的串行設計模式仍然是占據主流地位，尤其對于某些重大項目或航天項目，“初樣-鑒定-正樣”的研制模式仍是標準模式。實際上這種串行模式確實是保證產品可靠性的一種有效手段，但實際上也是設計能力不足的體現，會大大增加項目的研制成本和周期。實際上，隨著軍方對產品換代速度和成本控制要求的提升，盡量減少研制階段，甚至“一步到正樣”的呼聲已經越來越高；二是軍工項目技術難度高、應用環境復雜的特點決定了項目團隊對設計師的約束相對寬松，為保證產品的功能實現和關鍵指標完成，項目團隊會盡可能的為設計人員提供“方便”，為設計師“減負”，設計師只需集中精力做好原理設計、確保功能實現即可，而其它“非致命性”設計缺陷往往被認為是“可以接受”的情況，因此形成了“重設計、輕工藝、重研制、輕制造”的思想。

圖7：DFM人才培養策略

除了思想認知方面，推行DFM的困難還包括應用環境的差異性、涉及內容的復雜性以及專業人才的培養和執行機構設置等。首先，不同單位產品要求、工藝水平、設備能力和技術能力的千差萬別，不可能采用一套“普適”標準解決所有DFM問題；其次，DFM工作涉及內容比較復雜，以PCB-DFM為例，涉及范圍遠非焊盤、布局等常規內容還應包括板材/封裝選擇、焊裝工序要求、布線密度、熱防護、可維修性等諸多內容；另外，軍工科研單位“會設計、懂生產”的復合型人才普遍缺乏，該類人才的培養周期也較長。最后由于結構設置原因，軍工單位往往缺乏專門的制度制定、執行和監督部門來保證DFM工作的推進效果。

4 軍工科研單位DFM的推廣策略

推行DFM技術是一項系統工程，它涉及到產品全壽命周期的各個環節，包括設計、制造和使用維護等，結合軍工單位的科研特點，DFM工作的推行一般主要圍繞設計規范編制、管理和運行制度建立和專業人才隊伍建設三個方面進行，如圖2所示。

設計規范編制：可制造性設計規范和法規的制定需要結合單位實際情況大量學習、借鑒，設計研究，反復試驗和不斷實踐。首先，應統一思想，對所有相關人員強調可制造性設計理念的必要性和重要意義，特別是電路和結構設計人員應從思想上接收可制造性設計，并堅決執行。其次，應對設計人員進行可制造性設計技術培訓，加強對生產人員的基本技能和綜合技能培訓，不斷提高設計人員和生產人員的技術素質。最后也是最重要的一點是要充分發揮工藝人員的作用，使工藝設計標準化和規范化，并用標準化、規范化的工藝設計文件去反向規范設計、制約設計，同時用標準化、規范化的工藝設計文件去指導生產、規范生產。

在電子產品研制領域，對產品質量、成本和周期影響最大的就是印制電路板的設計，因為印制電路板是電子元器件裝焊的基本載體，其設計是表面組裝技術的源頭，設計方案可制造性的好壞最直接地影響后續的生產實現。所以，對于已廣泛實施SMT技術的航天電子產品研制單位而言，推行DFM工作最基礎的技術準備工作就是制定一套完整的SMT印制電路板的DFM規范。筆者所在單位SMT-DFM規范的建立的技術背景和關鍵策略如圖3所示。

SMT-DFM規范的主要內容如圖4所示。

管理和運行體系建立：DFM工作想要扎實推進，光靠規范的制定遠遠不夠，還需要一套科學合理的運行管理機制。這套管理機制應具有科學性和強制性，既要保證能達到最終目的，又要考慮大家的工作習慣問題，通過制度引導大家的工作方面，具體措施如圖5所示。

技術隊伍保障：除了技術規范和運行管理機制外，DFM工作的順利推行還要依賴專業的技術實施團隊。一個理想的DFM團隊，其成員在熟悉設計工作的同時，應具備制造專業的背景，掌握本單位的產品制造的工藝過程、設備能力和使用要求，如圖6所示。

這樣的成員可以是設計人員，也可以是工藝人員，在軍工單位中這樣的人員十分稀缺，從知識結構和便于短期培養的角度出發，一般以經驗豐富的工藝人員為宜。從長遠考慮，設計人員特別是，新入單位的設計人員，應接受專門的技術培新，多到生產現場參觀，了解本單位生產條件，同時從接觸設計工作之初建立起DFM的理念。DFM人才的培養策略可參考圖7所示。

5 結束語

DFM對航天軍工電子產品研制單位具有重要意義，特別是面臨項目研制周期大幅縮短和項目成本降低的新要求，盡快推行DFM工作勢在必行。推行DFM工作是一個難度很大的系統工程，不可能一蹴而就，需要軍工科研單位在頂層設計上給予足夠重視，統一思想，明確DFM工作的重要意義，同時在技術規范建立、管理制度制定和執行團隊建設方面投入足夠資源。只有在單位層面加強重視，從上而下的系統推進，通過管理部門、設計部門和工藝部門的共同努力，DFM工作才有可能取得成功！