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第十二章:现代设计理论和方法— DFX

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生命周期设计

  DFX:面向产品生命周期的设计

     并行工程是一种哲理,涉及人员管理以及产品开发过程管理。并行工程也提供技术和方法,以

DFX技术和方法为代表。 

      正如生物的诞生、成长直到消亡构成其生命周期一样,人类有意识地创造出来的人工物,包括各

种产品也被赋予了生命。产品同样具有诞生、成长、消亡的过程。只是产品的诞生过程被称为产品

开发过程,产品的成长过程对应着产品使用过程,产品的消亡过程即为产品报废与回收处理过程。

这些过程构成了产品的生命周期。

     DFX是Design for X(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、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、时间等等。而这里的设计不仅仅指产品的设计,

也指产品开发过程和系统的设计。

    DFX是一种哲理、方法、手段、工具

    首先,所有的产品开发人员都应该认识到,在设计阶段尽早地考虑产品全生命周期将有益于产品

竞争力的提高。其次,产品设计人员,产品开发管理人员应该积极应用DFX方法于产品设计。最后借

助计算机实现的DFX工具可以有效地辅助产品设计人员按照DFX方法进行产品设计。

   DFX是一种设计方法论。因此,在设计论与设计方法论学术界得到广泛重视。但DFX方法本身不是

设计方法,不直接产生设计方案,而是设计评价分析方法,为设计提供依据。DFX方法的应用最终通

过再设计实现产品的优化。DFX方法不仅用于改进产品本身,而且用于改进产品相关过程(比如,装

配过程,加工过程等),而DFX强调产品设计和过程设计的同时进行。

                                                                        

  DFX的分类取决于X的分类。

   一类DFX的X代表决定产品竞争力的因素,如成本、质量等,可以统称为面向产品竞争力的设

计,(DFX(Design for Competitiveness),

   另一类DFX实际上是面向整个产品生命周期的某一环节,如加工、装配等,可以统称为面向产

品生命周期某环节的设计棗DFL(Design for life cycle)。

讨论X更详细的分类时,可以按照词的构成法将X分解成下式,再作考虑:X=x+ability

这里,X仍代表产品生命周期及其个别环节,而ability代表包括质量、成本等在内的性能因素。

1 DFX(design for assembly):面向装配的

设计

  DFX是最早也是目前最为成熟的DFX方法。

   装配指将零件结合成为完整的产品的生产

过程。

   所谓面向装配的设计是旨在提高装配的方

便性以减少装配时间、成本的设计、面向装

配的设计原则包括:

减少零件数;

采用标准紧固件和其它标准零件;

零件的方位保持不变;

采用模块化的部件;

设计可直接插入的零件;

尽量减少调整的需要,等等。

DFM (Design for Manufacture):面向制造的设计

    这里的制造主要指构成产品的单个零件的

切削、铸造、锻造、焊接、冲压等冷热变形加工

过程。DFM用于为了减少该类加工的时间与成

本,提高加工质量的零件设计评价。

    面向制造的一般设计原则主要有:

简化零件的形状;

尽量避免切削加工因为切削加工成本高;

选用便于加工的材料;

尽量设置较大的公差;

采用标准件与外购件;

减少不必要的精度要求,等等。

 

   3 DFI(DESIGN FOR INSPECTION):面向 

检验的设计

   DFI着重考虑产品、过程、人的因素以便提高产品检验的方便性。

    产品检验是加工和维修和主要工作。加工中

的产品检验是为了提供快速精确的加工过程反

馈,而维修中的产品检验则是为了快速而准确地

确定产品结构或功能的缺陷,及时维修以保证产

品使用的安全。产品检验方便性取决于色彩(比

如电路板上元器件的颜色以应不同种类),零件

内部可视性(比如油缸等液体容器应该直接显示

液面)、结构等等诸多因素。

 

4 DFE((design for Environment)面向环境的设计

      DFE着重考虑产品开发全过程中的环境因素,

目的在于尽量减少在生产、运输、消耗、维护与修

理、回收、报废等产品生命周期的各个阶段,产品

对环境产生的不良影响,如资源衰竭(生物与非生

物),污染(臭氧层破坏、全球暖化、酸雨、噪声

等),失调(干旱、地表变质等)等等。

      在充分意识到环境因素下开发出来的产品往往

不仅对环境产生的不良影响少,而且消耗少、成本

低、易为社会接受。因此重视面向环境的产品开发

的企业能够具有较大的竞争优势。产品开发中对环

境产生较大影响的主要因素包括材料、加工处理、

功能、形状、尺寸、配合与安装等。

     减少对环境不良影响的设计原则包括:

设计可重复使用、可回收的产品及其零件;

减少零件数;

减少使用材料的种类;

尽量少用玻璃、金属强化塑料等复合材料;

使用压模铭牌而不使用铭牌片,等等。

 

                         

  5 DFR(DESIGN FOR RECYCLING):面向回

收的设计

    日渐减少的自然资源,有限的垃圾填埋空

间,有害废物弃物的危害等现实已经近使一些工

业先进国家制订相关法规条例,促使产品回收开

始成为企业的责任。比如,德国的“电子废品

法”于1995年成为法律,日本于同年颁布实施的

“产品责任法”也有类似的条款。在这种环境

下,企业产品开发必须将产品回收问题提到日程

上来。

    面向产品回收的设计重点集中在产品的可拆

卸性的提高和材料方面。

    产品的可拆卸性取决于零件数,产品结构,

拆卸动作种类,拆卸工具种类等因素。

    日本富士胶卷公司于1987年投放市场的一次

性相机(又称带镜头的胶卷)是面向回收的设计

的代表产品。

  6 DFQ(design for quality):面向质量的设计质量是产品的生命

     质量可以理解为产品满足要求的程度。提高产品质量贯穿产品生命周期各个环节。面向质量设

计的主要的原则包括:

产品应易于检查;

采用标准件;

图纸标注清楚规范;

尺寸公差设置合理;

模块化设计,等等。

   7 DFR(design for reliability):面向可靠性的设计

 可靠性指产品在一定的使用条件下在特

定时期内令用户满意地实现其功能的概

率。可靠性与质量密切相关。不考虑质量

的可靠性的产品缺乏市场竞争力。面向可

靠的设计目的在于创造出具有可靠性的因

素包括产品复杂程度、零件的可靠性、冗

余件与备用件的使用、可维修性等等。因

此,改进产品可靠性的原则包括:

简化产品结构;

增加排除环境因素干扰的设计(如以密封件避免湿气,以屏蔽罩避免电磁与静电辐射等);

采用标准件和材料;

减少导致疲劳生效的设计,如减少应力集中点;紧固争取采用可锁定的;

提高零件的冗余度,等等。

       

8 DFS(design for service/Maintain/repair):面向维修的设计

     正如美国福特汽车公司坚持的“售后服

务与销售同等重要”原则所表明的,售后服务

是现代企业非常重视的环节之一。

    产品的售后服务主要是指产品维修,而产

品维修主要涉及产品拆卸和重装等工作,因此

产品维修性主要取决于产品故障确定的容易程

度、产品的可拆卸性和可重装性,也取决于产

品的可靠性。考虑零部件的可靠性的结果是要

尽量使容易发生故障的零部件处于容易拆卸和

重装,如何减少这些工作所需时间和成本是

DFS的重要问题。

    另一方面,考虑零部件的可靠性的结果是

要尽量使容易发生故障的零部件处于容易拆卸

的位置,从而有利一维修时间与成本的减少。

改进产品可维修性的原则包括:

提高产品可靠性;

经常需要维护的零件和易磨损易失效的零件置于易发现的易接近处;

零件的拆卸尽量不需要移动其它零件;

尽量减少需要使用的维修工具种类;

模块化设计;

采用标准件;

留有足够的维修空间,等等。

  

    设计过程:根据设计要求设计的设计方案或已有产品的设计方案通过应用DFX方法得到分析,从

而为再设计提供改进建议,最终得到新的改进的设计方案。DFX的主要步骤包括:

  产品分析(product analysis)

    DFX方法首先需要收集和明确目

标产品的相关信息。信息来源可以是

图纸(装配图和零件图)、操作手册

等。分析结果包括零件总数、同类零

件的统计、不同类零件的统计、材料

等等。

  过程分析(process analysis)

    DFX方法的第二步需要收集、整

理相关过程的相关数据和资源数据。

可以采用工序过程图和流程图分析产

品与过程的关系。分析结果包括活动

(工序)总次数、同类活动次数等

等。

  性能测定(measuring performance)

    DFX方法的第三步是在获取产品和过程信

息之后,根据相关的性能指标测定信息间的

相互关系。

  标准制定与问题发现(highlighting by benchmarking)

    DFX方法的第四步是先确定性能评判标

准,然后根据这些标准,判定设计的优劣。

主要是发现设计的不足之处或可以改进之

处。

  问题产生的原因分析(diagnosing for improvement)

    DFX方法的第五步是探究设计问题产生的原因,以便提出产品设计改进依据。

    改进方案(advising on change)DFX方法的第六步将通过对产品和过程进行删除、集成、组

合、简化、标准化、替代、修改等,从而提出产品设计改进方案。

  改进方案的排序

    DFX方法的最后一步是要对多个产品设计改进方案进行排序,以便确定需重点考虑采用的方案,

从而保证产品设计改进的效果。

 

Copyright 1999—2000 IMT,GDUT Prof.Dr.Wang Chengyong.

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