基于Dfx 技术的并行工程设计与应用

1引言

长期以来，传统的顺序工程设计方法在设计的早期不能全面地考虑后续工程的多种要求，如可制造性、可装配性、可测试性、质量保证等，使所制造的产品存在较多 缺陷。故此，要求对原设计进行必要的修改，构成从概念 设计到工艺过程设计的多次修改。同时可能在不同的环 节中多次重复这一过程，以致造成对原设计改动大，产品开发周期长。而市场的要求，则迫使企业必须改变其设计 和生产方式，进一步缩短新产品开发周期，提高产品质量，降低设计生产成本，加强售后服务。本文正是在这样 一种背景下，依据并行工程的原理，结合实际例子，强调在可 DFX 技术的前提下，如何快速地开发产品。

DFX 是并行工程中的关键使能技术。DFX 中 X 可以代表生命周期中的各种因素，如制造、装配、拆卸、检测、维护、支持等。它们能够使设计人员在早期就考虑设计决策对后续过程的影响。较常用的是 DFA 和 DFM。

DFA(design for assembly)的主要作用是：制定装配工艺规划，考虑装拆的可行性；优化装配路径；在结构设计过程 中通过装配仿真考虑装配涉。DFA 的应用将有效地减少产品最终装配向设计阶段的大反馈，能有效的缩短产品开发周期。同时，DFA 也可以优化产品结构，提高产品质量。

现有的商业化 CAD 系统以及相关研究都是以零件为对象的，整机设计则把设计完成的单个零件拼在一起。这种方法和实际采用的设计顺序和设计方法是恰恰相反的，和并行设计的要求也是矛盾的。正确的设计方法和并行设计都要求设计从产品装配体（整机）开始，根据给定的功能要 求和设计约束，首先确定产品的大致组成和形状，确定各组 成零部件之间的装配关系和相互约束关系，然后根据装配关系把一个产品分解成若干零部件，在总体装配关系的约束下，同步地进行这些零部件的概念设计和详细设计。DFA 为实现面向装配的产品设计提供了一种有效工具。

面向制造的设计（DFM：design  for  manufacturing）是一种设计方法，其主要思想是在产品设计时不但要考虑功能和性能要求，而且要同时考虑制造的可行性、高效性和经济性，即产品的可制造性（或工艺性）。其目标是在保证功能和性能的前提下使制造成本最低。在这种设计与工艺同步考虑的情况下，很多隐含的工艺问题能够及早暴露出来，避免了很多设计返工而且对不同的设计方案， 根据可制造性进行评估取舍，根据加工费用进行优化，能 显著地降低成本，增强产品的竞争力。

本实例完全是一个市场化的的产物。所具有的唯一条件是由 Raytek Company 提供的型号为 RAYST60 Pro plusTM 非接触测温，它具有较宽的测温区域（-32~600C）, 只需对准目标，扣扳机，便可精确而迅速（约半秒）地获得实时温度读数，并可从安全距离外，按 D:S=30:1  测量热的物体或移动物体的温度[1]。D:S 为枪与被测物体之距与被测物体实际直径之比。该产品使用 9V 直流电池供电，并可用小键盘设置工作模态，超温自动报警等。现在的要求是，要借用这个传感器，使得这支测温枪能够自动在一定角度扫描，长期工作，超过设定温度时系统自动报警并闪烁红灯。为了使产品外观美观，在产品外观上分别有电源三相插座一个，开关一个，电源指示灯一个，蜂鸣器一个，报警闪烁指示灯一个。

▲  结构部分功能分解图

5基于DFM 的并行设计

针对上述的控制和结构部分的功能分解，以及关键技术和可制造性，特构造了基于制造的并行设计方案图见下图。

▲ 基于制造的并行设计方案图

基于上述的并行设计方案图，控制部分选择专业的PCB 制造厂家，并重点突破了上述三项技术，结构部分同样选择专业的结构件制造厂家，全部工作由日本公司提供的FMS 冲压加工中心完成。很好地保证了结构部分的关键技术。这样，在很短的时间内我们就拿出了可供评价的样品，并迅速小批量投入市场。虽说初期的产品不一定完备，但产品投放市场的速度对市场的意义至关重要。图6[2]为产品的价格与投放市场的时间关系图。

所有的关键技术必须优先突破，试验阶段虽然短暂，但必不可少；试验阶段可以和制造阶段合为一起进行，但界限分明，信息并行；一旦确定的东西，必须马上做出；上述过程均表现为充分的并行；设计与制造最终有机地融为一体。