面向制造设计 PPT课件

1 面向制造设计 DFM 2 目录 3 原始开发模式 产品的设计和制造工作都是由同一个人来完成 在原始产品开发模式下 铁匠既是产品设计者又是产品制造者 符合 我设计 我制造 的典型特点 但是生产效率很低 背景介绍 4 传统产品开发模式 亚当 斯密的劳动分工理论 分工越细 效率越高 产品开发过程分为产品设计阶段和产品制造阶段 分别由机械工程师和制造工程师负责 传统产品开发模式存在致命的弊端 产品设计和制造之间几乎没有沟通 这就形成了 我们设计 你们制造 的典型 抛墙式设计 模式 背景介绍 5 传统产品开发 PCB 现代许多产品趋向所谓 轻 薄 短 小 因此在产品设计上会缩小PCB 增加零件密度 及使用小型零件 但对制造而言 PCB缩小 零件密度增加及小型零件 都可能因此增加零件及产品组装甚至维修困难 此外 大部分的产品设计人员可能并不了解 焊接应该用不同的焊盘形式及尺寸等 而生产线人员可能也不了解设计上所谓 COMPONENTSLIBRARY EMI VIA孔径标准等各种设计上电气规格与需求 此类问题不只发生在业界 甚至许多国外具有数10年知名的厂商也同样存在 背景介绍 6 可制造性概念的来源 电子产品研发工程师 特别是硬件开发人员 普遍存在对制造工艺技术的不熟悉 可制造性概念比较模糊 对PCB布局设计 元件选择 制造工艺流程选择 热设计 生产测试手段等方面的实际经验不足 导致设计出的产品不具备可生产性或可生产性差 需要多次反复改板 影响了产品的推出日期 甚至影响了产品的质量和可靠性 不论我们从事的是什么产品 不论我们的顾客是内部或是外部顾客 他们对我们的要求都可说是一致的 他们的要求都离开不了三方面 即优良或至少满意的品质 相对较低的成本 或价格 和较短而及时的交货期 而身为一个产品的设计人员 对以上的三个方面是绝对有影响和控制能力的 目前新一代的设计师 他们的职责已不是单纯的把产品的功能和性能设计出来那么简单 而是必须对以上所提到的三方面负责 并做出贡献 背景介绍 7 面向制造的开发模式 在产品设计阶段就考虑到制造对产品的设计要求 使得机械工程师设计的产品具有很好的可制造性 从根本上避免在产品开发后期出现的制造和质量问题 达到 我们设计 你们制造 设计充分考虑制造的要求 这种开发模式 背景介绍 8 三种产品的开发模式 背景介绍 9 DFX含义 DFX是DesignforX 面向产品生命周期各 某环节的设计 的缩写 其中 X可以代表产品生命周期或其中某一环节 如装配 M 制造 T 测试 加工 使用 维修 回收 报废等 也可以代表产品竞争力或决定产品竞争力的因素 如质量 成本 C 时间等等 DFX的含义即是从产品的概念开始 考虑其可制造性和可测试性 使设计和制造之间紧密联系 相互影响 实现从设计到制造一次性成功 这种设计概念及设计方法可缩短产品投放市场的时间 降低成本 提高产量 发展历程 10 DFX的发展 发展历程 11 发展历程 DFX内容 12 DFM定义 面向制造的设计是指产品设计需要满足产品制造的要求 具有良好的可制造性 使得产品以最低的成本 最短的时间 最高的质量制造出来 当今的DFM是并行工程的核心技术 因为设计与制造是产品生命周期中最重要的两个环节 并行工程就是在开始设计时就要考虑产品的可制造性和可装配性等因素 所以DFM又是并行工程中最重要的支持工具 它的关键是设计信息的工艺性分析 制造合理性评价和改进设计的建议 DFM技术即可制造性技术是DFX重要的一部分 在机械产品和电子产品设计及装配制造上的应用尤为广泛 DFM的基本概念 13 DFM意义 DFM的基本概念 缩短产品开发周期 提高产品质量降低成本 提高产品竞争力优化生产过程 提高生产效率 14 DFM的基本概念 减少刀具种类 减少装夹次数 降低切削难度 15 DFM设计原则 DFM的基本概念 16 可制造性评价 是指产品设计定义与生产工艺能力之间适合度的评价 或者说是产品设计的质量 即设计的产品是否容易地利用一个企业或组织的制造资源而生产出来 可制造性可以通过产品的加工成本 工时 质量和品种等方面的指标来反映 通过评价指标衡量一个零件可制造性的好坏 如 识别能否被制造的状况 提供成本和质量信息等 通过评价 在设计零件的早期阶段向设计者反馈产品在制造过程中的信息 帮助设计者改进不合理的设计 以适应资源环境及满足功能要求 DFM的主要方法 17 定量分析法 Tanner等提出可制造性指标 ProductabilityIndex Pl 方法 该方法是对给定设计提供可制造性指标 来判断潜在的可制造性问题 Pl WPIF i OPD i 其中 WPIF为加权可制造性影响因子 它提供材料 标准化 精确度等各个方面的可制造性权重因子 OPD为观察加工难度值 对给定的设计 OPD可通过规则决策出来 PI值越大 表明可制造性越差 DFM的主要方法 18 定量分析法 特点 DFM的主要方法 19 仿真分析法 利用三维CAD系统 计算机图形学和仿真技术在计算机上仿真产品的实际装配过程 称为产品的装配仿真 装配仿真通过装配序列规划 装配路径规划和干涉检查等手段进行可装配性分析 协调产品结构设计 检查零部件的装配和拆卸情况 以可视化方式展示并改进产品的可装配性 DFM的主要方法 20 仿真分析法 特点 仿真分析法本质上是通过几何形体的干涉检查来发现一些结构设计问题 而不能发现产品结构中的一些技术性问题 这种方法用在可装配性分析上比较多 零件的可制造性分析上的研究较少 DFM的主要方法 21 基于知识的分析方法 DFM的主要方法 22 三种分析方法 特点 DFM的主要方法 23 DFM应用 半导体 DFM的应用 背景芯片尺寸曾经指数式地增长了数十年 后来已经趋近饱和 并会最终止步于6英寸掩膜 晶圆直径在过去的30年间从1英寸发展到12英寸 由于同样的原因可能不会再进一步增加 光学光刻技术看起来也接近其寿命的终点了 而且在成熟制造厂中半导体成品率已经接近100 理论的最大值 特征尺寸曾经是数微米 现在则由几十个纳米来表征 已经接近量子力学的极限 似乎半导体工业正在成熟 那些唾手可得的东西则越来越少 但不幸的是这些逐渐消失的东西正是遵循摩尔定律的基础 24 DFM应用 半导体 为继续按摩尔定律曲线发展 设计人员需要越来越多地考虑系统制造偏差的影响 这就要求考虑DFM 在福特公司 工程师们进行车辆组件间的干扰测试时 采用的就是基于虚拟现实系统技术的全电子化原型工具 在半导体工业