第2部分 面向装配的设计指南-DFA-钟元

1、,DFMA,第2部分：面向装配的设计指南,Design for Assembly Guidelines,DFA,钟元2013/05/23,内容： 1. DFA 介绍 2. 减少零件数量 3. 减少紧固件的数量和类型 4. 零件标准化 5. 模块化产品设计 6. 设计一个稳定的基座 7. 设计零件容易抓取 8. 避免零件互相缠绕 9. 减少零件装配方向 10.设计导向特征,DFMA 11.先定位后固定 12.避免零件装配干涉 13.为辅助工具提供空间 14.为重要零部件提供止位特征 15.防止零件欠约束和过约束 16.宽松的零件公差要求 17.装配中的人机工程学 18.

2、电缆的设计 19.防错的设计 20.重要提示 2,DFMA,1. DFA的介绍 A.装配的三层含义：, ,零件组装在一起 实现相应的功能 产品质量的载体,对装配的不正确看法：, ,装配就是把零件组装在一起，装配就是锁螺丝而已 对装配不重视，轻视装配,3,DFMA,1. DFA的介绍 B. 一个零件装配的详细步骤（装配工序）：, ,放置好基座零件 识别零件 抓取零件 移动零件到装配位置 零件调整到正确位置 零件被固定 功能测试,4,DFMA,1. DFA的介绍,C. 最好的装配工序和最差的装配工序： 5,DFMA,1. DFA的介绍 D. DFA概念：,面向装配的设计（Design for As

3、sembly, 简称DFA）：是指在产品设,计阶段设计产品使得产品具有良好的可装配性，确保装配工序简单、装 配效率高、装配质量高、装配不良率低和装配成本低。 E. DFA目的：, ,简化产品装配工序 缩短产品装配时间 减少产品装配错误 减少产品设计修改 降低产品成本 提高产品装配质量 提高产品装配效率 降低产品装配不良率,提高现有设备使用率,6,DFMA,1. DFA的介绍,7,减少成本,减少零件数量,减少装配时间,减少零件数量,提高零件的易 识别性,减少装配过程 的调整,装配时间=金钱！,DFMA,2. 简化产品设计，减少零件数量, KISS原则（Keep It Simple, Stupid

4、）:产品的设计越简单 越好，简单就是美，任何没有必要的复杂都是需要避免的。 乔布斯传Jonathan Ive：“只要不是绝对必须的部件， 我们都想办法去掉”，“为达成这一目标，就需要设计师， 产品开发人员，工程师以及制造团队的通力合作。我们一次 次的返回到最初，不断问自己：我们需要那个部分吗？我们 能用它来实现其它部分的功能吗？” 最完美的产品是没有零件的产品； 把产品设计得复杂，是一件简单的事情；把产品设计得简单， 是一件复杂的事情。 8,DFMA,9,2. 简化产品设计，减少零件数量 产品开发中一个零件的生命周期,CAE分析 DFMA检查,DFMEA分析 公差分析,详细 工 零,设计修改

5、样品制作 料号申请,零件报价 模具讨论 图纸发行,概念设计 概念讨论,样品验证 设计修改,模具设计 模具制作,零件验证 设计修改 工程变更,模具承认 零件承认 图纸更新,模具修改 零件再次试模,DFMA,减少零件数量对产品的质量、成本和开发周期具有非常大的帮 助：, ,更少的零件需要进行设计 更少的零件需要进行制造 更少的零件需要进行测试 更少的零件需要进行购买 更少的零件需要进行存储 更少的零件需要进行运输 更少的产品质量问题出现可能性 更少的供应商 更少的装配工具或夹具 更少的装配时间,10,2. 简化产品设计，减少零件数量,DFMA,原始的设计,优化的设计,零件A 焊接,零件A,11,2

6、. 简化产品设计，减少零件数量 A. 考查每个零件，考虑去除每个零件的可能性： 零件B,DFMA, ,相邻的零件没有相对运动 相邻的零件由一种材料组成 相邻零件的合并不会阻止其他零件的固定、拆卸和维修等 相邻零件的合并不会造成零件制造复杂、产品整体成本增加,12,2. 简化产品设计，减少零件数量 B. 把相邻的零件合并成一个零件. 合并的原则：,DFMA,C. 把相似的零件合并成一个零件： 零件A 零件A 零件B 优化的设计 原始的设计 13,2. 简化产品设计，减少零件数量,DFMA,D.把对称的零件合并成一个零件： 零件A 零件A 零件B 优化的设计 原始的设计 14,2. 简化产品设计，

7、减少零件数量,DFMA,原始的设计,优化的设计,2. 简化产品设计，减少零件数量 E.合理选用零件制造工艺、设计多功能的零件 零件A 零件B 零件A 零件C,使用钣金件代替机械加工件 15,DFMA,原始的设计,优化的设计,压铸件代替塑胶件和不锈钢弹片的组合 16,2. 简化产品设计，减少零件数量 不锈钢弹片,或导电布 塑胶件,压铸件,DFMA,原始的设计,优化的设计,压铸件代替钣金件和五金件的组合 17,压铸件,2. 简化产品设计，减少零件数量 定位柱 衬套 钣金件,DFMA,原始的设计,优化的设计,18,2. 简化产品设计，减少零件数量,设计多功能塑胶件代替束线带或线夹,DFMA,优化的设

8、计,2. 简化产品设计，减少零件数量 原始的设计,利用塑胶的弹性特性来代替弹簧 19,DFMA,优化的设计,2. 简化产品设计，减少零件数量 原始的设计,指甲刀的进化 20,DFMA,优化的设计,2. 简化产品设计，减少零件数量 原始的设计,接线盒的进化 21,DFMA,2. 简化产品设计，减少零件数量,手机的进化 22,DFMA,G. 减少紧固件的数量和类型 H. 减少电缆的种类和数量 23,2. 简化产品设计，减少零件数量 F. 去除标签,原始的设计,优化的设计,标签,通过模具成型,DFMA,3. 减少紧固件的数量和类型 A. 使用同一种类型的紧固件 好处：, ,减少在设计和制造过程中对多

9、种类型紧固件的管控 对紧固件的购买带来批量上的成本优势 减少装配线上辅助工具的种类 减少操作员的培训 简化装配，提高装配效率 防错，防止产生装配错误,原始的设计,优化的设计,24,DFMA,原始的设计,3. 减少紧固件的数量和类型 螺柱M3L6,螺柱M3L6,螺柱M3L7,钣金,1mm高度,凸包 优化的设计 25,DFMA,成本,卡勾,3. 减少紧固件的数量和类型 B. 使用卡勾代替紧固件 拉钉,螺钉,螺栓螺母,26,装配效率,螺栓螺母是最后的选择！,DFMA,原始的设计,优化的设计,折边,27,3. 减少紧固件的数量和类型 B. 使用卡勾代替紧固件,DFMA,3. 减少紧固件的数量和类型,B

10、.使用卡勾代替紧固件 实例： 每台设备节省20个螺栓螺母，公司每年该设备出货量1000台，总共有10个类 似机型，一套螺栓螺母成本3元； 1.成本节省： 螺栓螺母成本：20 X 1000 X 10 X 3 = ￥600，000.00 装配成本： 20 X 1000 X 10 X 2 X 20/60 = ￥ 133,333.00 2.装配效率： 装配时间节省：20 X 1000 X 10 X2 = 400,000.00分钟 另外，由于装配更为简单，装配效率大大提高； 3.装配质量 由于装配更为简单，出现质量问题的几率就变小了； 28,3. 减少紧固件的数量和类型 C. 避免分散的紧固件设计 原始

11、的设计,优化的设计,DFMA 29,DFMA,4. 零件标准化 标准化的好处：, ,零件标准化能够减少定制零件所带来的新零件开发时间和精力的浪费， 缩短产品开发周期 零件标准化能够带来零件成本的优势 避免出现零件质量问题的风险,标准化的实施：, ,制定常用零件的标准库和零件优先选用表，并在企业内部不同产品之间 实行标准化策略，鼓励在产品开发中从标准库中选用零件，鼓励重复利 用之前产品中应用过的零件 五金零件例如螺钉、螺柱、导电泡棉等选用供应商的标准零件,30,DFMA,4. 零件标准化,零件的定制会带来时间、成本的增加，以及零件质量的不可控 制。 31,DFMA,5. 模块化产品设计,产品,零

12、件1,零件2,零件3,零件4,零件6,零件5,零件7,零件N,非模块的设计 32,DFMA,5. 模块化产品设计,模块化产品设计是指把产品中多个相邻的零件合并成一个子组 件或模块，一个产品由多个子组件或模块组成。 产品,模块1,模块2,模块3,模块N,购买自 供应商 33,DFMA,5. 模块化产品设计 好处：, ,缩短产品总装配工序，提高总装配效率 提高装配灵活性，在不同的模块合理使用人工或机械装配 质量问题尽早发现，提高产品质量 互换性设计，避免因质量问题而造成整个产品返工或报废 提高产品的可拆卸性和可维修性（可靠的零件或模块最先装配，把较容 易出现问题的零件模块最后装配） 按单定制 34

13、,DFMA,5. 模块化产品设计,汽车座椅的模块化设计 35,DFMA 面板模块 光驱支架模块 硬盘支架,模块 主板模块 侧盖模块 （图中未显示） 台式计算机的模块化设计 36,5. 模块化产品设计 电源模块 散热模块 机箱模块,DFMA,6. 设计一个稳定的基座 A. 设计一个稳定的基座；,产品装配中一个稳定的基座能够保证装配顺利进行，同时可以简化产品,装配工序，提高装配效率，减少装配质量问题 一个稳定的基座应当具备：, ,基座必须具有较大的支撑面和足够强度以支撑后续零件，并辅助后续零 件的装配 在装配件的移动过程中，基座应当支撑后续零件的固定而不发生晃动以 及脱落 基座应当包括导向或定位特

14、征来辅助其他零件的装配,37,6. 设计一个稳定的基座 A. 设计一个稳定的基座； 原始的设计,优化的设计,DFMA 38,DFMA,6. 设计一个稳定的基座 B. 最理想的装配方式：,最理想的装配方式是金字塔式装配方式，一个大而且稳定的零件充当产 品基座放置于工作台上，然后依次至上而下装配较小的零件，最后装配 最小的零件；同时基座零件能够对后续的零件提供定位和导向功能 金字塔式装配,39,DFMA,6. 设计一个稳定的基座 C. 避免把大的零件置于小的零件上装配：,原始的设计,优化的设计,40,DFMA,7. 设计零件容易抓取 A. 避免零件太小、太滑、太热和太软 B. 避免零件锋利的边和角

15、 C. 设计零件抓取特征,原始的设计,优化的设计,抓取特征,41,DFMA,8. 避免零件互相缠绕 A. 避免零件本身互相缠绕,如果零件缠绕在一起，在装 配时，操作人员在抓取零件 时，不得不耗费时间和精力 把缠绕的零件分开，而且还 可能造成零件的损坏。如果 产品是自动化装配，那么零 件互相缠绕在一起会造成零 件无法正常进料,原始的设计,优化的设计,42,DFMA,8. 避免零件互相缠绕 B. 避免零件在装配过程中卡住,不合适的零件形状可能造成零件在装配过程中卡住，降低装配效率和产 生装配质量问题,原始的设计,优化的设计,43,DFMA,9. 减少零件装配方向 A. 零件的装配方向越少 越好,零

16、件装配方向越少越好， 装配方向过多造成在装配 过程中对零件进行移动、 旋转和翻转等动作，降低 零件装配效率，使得操作 人员容易产生疲惫，同时 零件的移动、旋转和翻转 等动作容易造成零件与操 作台上的设备碰撞而发生 质量问题,原始的设计,优化的设计,44,DFMA,9. 减少零件装配方向 B. 零件的装配方向从上至下最好, ,45,利用零件自身的重力，设计零件的装配方向从上至下，零件就可以轻松 地被放置到预定的位置，然后进行下一步的固定工序 重力是装配时最好的助手 装配方向,DFMA 46,9. 减少零件装配方向 B. 零件的装配方向从上至下最好 原始的设计,优化的设计,DFMA,9. 减少零件

17、装配方向 B. 零件的装配方向从上至下最好,避免从下至上的装配方式，避免与重力做斗争,47,DFMA,10. 设计导向特征 A.设计导向特征, ,导向特征能够使得零件能够自动对齐到正确的位置，从而可以减少装配 过程中零件位置的调整，减少零件互相卡住的可能性，提高装配质量和 效率； 对于盲装，更应该使用导向导向特征；盲装：指视线受阻的装配 如果零件没有设计导向特征，遇到操作人员野蛮装配的情况，就很有可 能造成零件发生碰撞而损坏；,48,DFMA,最差的设计,较好的设计,最好的设计,或,10. 设计导向特征 A.设计导向特征,49,DFMA,10. 设计导向特征,没有导向，后果很严重！ 50,DF

18、MA,10. 设计导向特征,A.设计导向特征： 连接器的导向特征设计： 斜角导向 导向柱 51,DFMA,10. 设计导向特征 B.导向特征应该是装配最先接触点,52,原始的设计,优化的设计,在装配时，导向特征应该先于零件的其它部分与对应装配件接触，否则， 不能起导向作用 导向柱,DFMA,导向特征越大越好,10. 设计导向特征 C.导向特征越大越好,导向特征越大，导向效果越好,53,原始的设计,优化的设计,DFMA,原始的设计,优化的设计,11. 先定位后固定 先定位后固定：,零件的装配如果先定位后固定，在固定之前零件自动对齐到正确位置， 这能够减少装配过程的调整，大幅提高装配效率。特别是对

19、那些需要通 过辅助工具如电批、拉钉枪等来固定的零件，在固定之前零件先定位， 能够减少操作人员手工对齐零件的调整，方便零件的固定，提高装配效 率,54,零件B,零件B,零件A 零件A,DFMA,11. 先定位后固定,PCB的定位方法： A. 四周增加限位 四周限位 55,DFMA,11. 先定位后固定,PCB的定位方法： B. 使用定位柱 定位柱 56,DFMA,12. 避免零件装配干涉 A.避免零件在装配过程中干涉, ,避免零件在装配过程中发生干涉，在产品的装配路线上应当没有零件阻 挡装配过程的完成；这是产品设计最基本最简单的常识，但这是机械工 程师最容易犯的错误之一 可以在三维软件中进行动态

20、模拟,B.避免零件在运动过程中干涉, ,很多产品包含运动零件，运动零件在运动过程中需要避免发生干涉，否 则这会阻碍产品实现相应的功能，造成产品故障甚至损坏 可以在三维软件中进行动态模拟,57,DFMA,12. 避免零件装配干涉,发生干涉，后果很严重！ 58,DFMA,原始的设计,优化的设计,13. 为辅助工具或设备提供空间 为辅助工具或设备提供空间,在产品设计中需要为辅助工具或设备提供足够的空间，使得辅助工具和 设备能够顺利完成装配工序，如果产品设计提供的空间不够大，阻碍辅 助工具的正常使用，势必会影响装配的质量，严重的情况下使得装配工 序无法完成,59,DFMA,14. 为重要零部件提供止位

21、特征 A.重要零部件装配到正确位置后止位,产品设计需要确保这些重要零部件在装配和使用过程中不被损坏。最容,产品设计也需要阻止零件装配到正确位置后继续前进，防止损坏已经装 配好的其他重要零部件,60,易发生的失效方式是这些重要零部件装配到正确位置后，由于操作人员 或者消费者用力不当，使得零部件继续前进，碰到其他零件而损坏。在 产品中应当设计止位特征阻止重要零部件装配到正确位置后继续前进 U型止位槽 连接器 B.其它零部件装配到正确位置后止位,DFMA,15. 防止零件欠约束和过约束, ,完全约束：如果零件在六个自由度上均存在约束，称之为零件完全约束。 欠约束：如果零件在一个或一个以上的自由度上不

22、存在约束，称之为零 件欠约束。 过约束：如果零件在一个自由度上有两个或者两个以上的约束，称之为 零件过约束。 零件的自由度 61,DFMA,15. 防止零件欠约束和过约束 A.避免零件欠约束 B.避免零件过约束,原始的设计,优化的设计,零件都通过了检查，尺寸都在公差范围之内，为什么还是装配不上？ -迷茫的工程师 零件A 零件A 零件B 零件B,62,DFMA,15. 防止零件欠约束和过约束 B.避免零件过约束,原始的设计,优化的设计,原始的设计,优化的设计,63,DFMA,15. 防止零件欠约束和过约束 B.避免零件过约束 长圆孔,大孔,小孔（定位孔） 多个螺钉固定时 64,DFMA,16.

23、宽松的零件公差要求,本的关系,宽松的零件公差要求： 零件公差越严格，零件制造 成本就越高，产品的成本就 越高。 严格的零件公差要求意味着： 更高的模具费用； 更精密的设备和仪器； 额外的加工程序； 更长的生产周期； 更高的不良率和返工率； 要求更熟练的操作员和对操 作员更多的培训； 更高的原材料质量要求及其 产生的费用。 机械加工件公差与成,65,DFMA Commerical 66,Fine,16. 宽松的零件公差要求 注塑成型PC零件的 公差与成本的关系： 精密级公差约为普 通级公差的1.3倍 注塑成型PC零件的公差,DFMA,16. 宽松的零件公差要求 A.设计合理的间隙,设计合理的间隙

24、，防止零件过约束，避免对零件尺寸的不必要的公差要,对于重要的装配尺寸，在产品最初设计阶段就要重点加以关注，简化产 品的装配关系，避免重要装配尺寸涉及更多的零件，从而减少尺寸链中 尺寸的数目，达到减少累积公差的目的，产品设计于是能够允许零件宽 松的公差要求,67,求，不合理的零件间隙设计会带来对零件不合理的公差要求 合理间隙 零件A 零件B 零件C B.简化产品装配关系，缩短装配尺寸链,DFMA,16. 宽松的零件公差要求 C.使用定位特征,在零件的装配关系中增加可以定位的特征，例如定位柱等，定位特征能,够使得零件准确的装配在产品之中，产品设计只需要对定位特征相关的 尺寸公差进行制程管控，对其他

25、尺寸就可以允许宽松的公差要求 D.使用点或线或小平面与平面配合代替平面与平面配合,使用点或线与平面配合的方式代替平面与平面的配合方式，避免平面的 变形或者平面较高的粗糙度阻碍零件的顺利运动，从而可以对零件的平 面度和粗糙度允许宽松的公差。,原始的设计,优化的设计,68,DFMA,17. 装配中的人机工程学 A.避免视线受阻的装配,操作人员应当可以通过视觉对整个装配工序过程进行掌控，需要避免发 生操作人员视线被阻挡的情况，或者操作人员不得不弯下腰、偏着头或 者仰着脖子等非正常方式才能看清楚零件的装配过程，甚至通过触觉来 感受装配过程、通过反复的移动调整才能对齐到正确的位置，这样的装 配效率非常低

26、，而且容易出现装配质量问题,原始的设计,优化的设计,69,DFMA,17. 装配中的人机工程学 B.避免装配操作受阻的装配,在进行装配操作时，操作人员会有诸如抓取零件、移动零件、放置零件、 固定零件等动作，产品设计应当为这些动作提供足够的操作空间，避免 受到阻碍，从而造成装配错误甚至造成装配无法进行,原始的设计,优化的设计,70,DFMA,17. 装配中的人机工程学 B.避免装配操作受阻的装配,在开阔的空间装配,原始的设计,优化的设计,71,DFMA,17. 装配中的人机工程学 C. 避免操作人员（或消费者）受到伤害,在产品装配过程中必须保障操作人员（或消费者）的安全，不正确的产,品设计很可能给操作人员（或消费者）的人身造成伤害。例如，钣金机 箱中如果有锋利的边、角，就很容易刮伤操作人员（或消费者）的手指， 造成伤害。因此，对于机箱中操作人员（或消费者）容易接触的边、角， 在产品设计时必须增加压毛边工序，以保障操作人员（或消费者）的安 全 D. 减少工具的使用种类、避免使用特殊的工具, ,装配线上工具的种类过多会增加装配的复杂度，同时会造成操作人员使 用错误的工具，引起产品装配错误 特殊的工具会增加装配线的复杂度，同时操作人员熟悉特殊的工具也需 要一定的时间,72,DFMA,17. 装配中的人机工程学 E. 设计特征辅助产品的装配,操作人员的推、