淺談面向制造和組裝的設計在電動自行車中的應用

滿艷艷

摘要：產品的設計階段不僅僅決定了產品的外觀、屬性、接頭等，更是產品的成本和后期制造的難易程度的關鍵性因素。所以面向制造的設計就凸顯的尤為重要。本文對電動自行車設計對整車成本的控制、工時的控制、質量的提升、開發周期的影響做了一系列的闡述。

關鍵詞： 電動自行車;產品設計;工時控制;成本控制

在我們傳統的觀念中設計主要是決定產品的外觀、屬性、結構、使用性能等，對于電動自行車來說可以設計成時尚小巧型、實用功能型、特殊載貨型等等，不同的產品屬性使用不同的消費需求。然而設計并不只是決定了產品的這些特性，對于制造階段有著同樣重要的地位，尤其對于制造業的產品來說。產品的前期設計很大程度上決定了后期的制造。

一、產品設計的重要性

（一）產品設計決定了產品的成本

產品設計在很大程度上決定了材料成本、工時成本和管理成本，如果沒有產品設計的優化，材料、工時和管理對于降低產品成本影響很小。

1.產品設計決定材料成本

對于電動自行車來說，決定產品成本的零部件主要包括車架、外觀塑件裝飾件、四大電器部件（電機、電池、控制器、充電器）。而這些部分的材料成本和制造成本基本上是在設計階段就決定了的。

2. 產品設計決定了零件及整車的工時成本

產品零件設計的結構具有很高的可裝配性， 制造工藝對零件的設計要求確保零件容易制造和裝配，過程順利，減少工序數量，減少單個工序更換工具的次數，可以有效的控制整車的工時，從而節省人工費用。

（二）產品設計決定了產品的質量

通過面向制造和組裝的設計，提高了產品的可靠性和可裝配性，產品在開發階段就得到了優化和完善，因此避免了產品在后期制造和裝配中產生的質量問題，大大提高了產品質量。

（三）產品設計決定了產品的開發周期

影響產品開發周期的環節主要是產品設計、產品制造、產品組裝和產品修改幾個環節，其中產品制造和組裝時間相對固定和可控，而產品修改多少和修改次數相對不可預計，這部分時間的決定性因素就是產品設計，產品的設計直接決定了產品的開發周期。

二、面向制造的設計在控制產品成本中的應用

（一）在設計時控制材料成本

電動自行車的材料成本主要由車架、塑件裝飾件、四大電器件組成，這幾部分據定了整車材料成本的80%以上。

1. 車架部分

目前內銷市場暢銷的電動自行車車架主要由碳鋼和鋁合金兩種，而碳鋼由于其較低的價格應用的更加廣泛。碳鋼車架因其成熟的加工工藝和完整的供應體系，目前車架的價格是由單價x重量計算的，單價因加工工藝的難易程度而略有不同，所以重量就成了覺得車架價格的決定性因素。

降低車架重量可從以下幾方面考慮。

a. 在保證設計效果的基礎上盡量減短頭管的長度，通過調整前叉的組合高度來補償，因為目前不同組合高度的前叉價格是相同的。

b. 在保證性能和外觀風格的基礎上減小管料直徑及壁厚，有些車架一味追求粗獷的風格，整個車架大量使用過于粗大的管料，車架總重量大幅增加。

c. 一些受力要求不高的小件盡量采用鏤空設計。像鞍座固定片、踏板固定片這些相對面積較大的小件一般只有幾個固定孔是必須的，其余非必要的位置采用鏤空設計，即可降低重量，剩余邊料還可用于其他位置。

2. 塑件部分

常用于電動自行車塑件的材質主要有合金ABS、普通ABS和PP幾種，材料價格是合金ABS最高，ABS次之，PP相對低廉。可根據不同位置的性能要求選擇對應的材質，可有效的控制材料成本。外圍護板、腳踏板等可采用強度較高的ABS，電池盒底托、控制器盒等內部零件可采用價格相對低廉的PP。

（二）在設計時控制工時成本

對于電動自行車來說工時成本主要在整車組裝和包裝工時方面。整車組裝工時取決于此款車型工序的數量、需要固定的螺絲數量、需要插接的插頭數量、特殊及瓶頸工序花費的時間。減少工時可從以下幾方面考慮：

a. 盡可能把整車組裝的工序移到前期零部件中。例如折疊電動自行車中為保證折疊時主線不被誤操作損壞，一般在主線對應折疊盒位置纏繞尼龍網布，在主線制作時可以在對應位置增加彈簧護套，在整車組裝時可省掉工序。再比如一般車架平叉上帶鼓剎固定片，需由螺絲單獨固定鼓剎的角度，在制作車架時可在叉勾內側焊接1個固定柱，鼓剎可直接卡在叉勾上，節省了固定鼓剎角度的工序。

b. 左右護板及控制器盒等固定盡量用卡扣及掛鉤代替螺絲固定，鞍座、座墊和靠背用卡扣方式代替螺絲固定。

c. 控制器使用集成形式，集成控制器由原來的十個左右插件減少到三四個，可有效的降低工時。

d. 改進瓶頸工序：例如折疊電動自行車穿線是此類車型的瓶頸工序，插頭的集成可使主線方便快捷的從車架管中穿過，減少穿線時間;車架管設計在下方加入凹槽設計，主線可直接置于凹槽中，在保證美觀效果的同時減少了穿主線的時間。

三、面向制造的設計在提升產品質量中的應用

在傳統的思維中質量是檢驗和制造出來的，其實產品的質量首先是設計出來的，設計決定了產品的基因，同時也在很大程度上決定了產品的質量。研究證明80%的產品質量問題都是由設計造成的，20%的質量問題是在制造中產生的。設計中結構的設計、材質的選用、性能的要求直接決定了零件制造和整車組裝的難易程度，從而影響了產品的質量。

電動自行車在設計階段有效保證并提升產品質量可從以下幾方面著手：

a. 設計導向特征：電線上的插件設計清晰的導向指示，避免裝配錯誤，例如防水線插頭的箭頭指示和輪胎上的方向箭頭指示。

b. 盡量避免設計左右對稱的零件，在允許的條件下設計成左右通用：目前情況下電機防護片、擱腳、轉向燈、后視鏡等作為左右兩側部件，在裝配過程中錯裝的可能性較大，設計成左右通用的可以有效避免錯裝的發成率，并減少分辨零件的時間。

c. 為相似度過高的零件增加區別特征：有些零件外觀相似，但裝配尺寸和裝配點不同，在倉庫發料和生產組裝時有可能會混淆，導致錯裝。這些零件在不影響正常裝配和外觀要求的條件下增加明顯的區別特征或在零件上標識型號或編碼，易于區分。

四、面向制造的設計在縮短產品開發周期中的應用

對于電動自行車來說，產品的設計一般是由公司設計部門或外協設計公司來完成，這個階段更多的是關注產品的外觀設計。當設計方案評審通過后，在由對應的工程師進行制造和組裝的確認。在這個過程中經常會出現的問題就是設計方案中的車架壓彎角度等無法正常制造或車架某個部位強度不夠等，塑件裝飾件的設計模具不易分型、不易拔模或壁厚不合理等各種問題。問題出現后再反饋到設計師那里進行討論修改，修改后的方案再進行再次評審，有時設計-評審-制造-組裝這個循環會進行反復幾次，開發周期大大加長。

而面向制造和裝配的產品設計在考慮產品外觀、功能和可靠性的前提下，通過提高產品的可制造性和可裝配性，減少甚至省掉因制造和組裝發現的設計修改環節，減短開發的周期。

結語

面向制造和組裝的設計對產品從設計到實現的工程起著關鍵性的作用，尤其在像電動自行車這種勞動密集型產業來說，通過面向制造和組裝的設計可以簡化產品裝配工序、縮短產品裝配時間、減少產品裝配錯誤、減少產品設計修改、降低產品裝配成本、提高產品裝配質量。

作者單位：天津飛踏自行車有限公司