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DFX面向产品生命周期设计

2023-8-4 tianwen 工具方法

面向产品生命周期设计（DFX）是并行工程中最重要的核心技术，全名为Design For X。X是指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，同时包括产品竞争力因素：时间、成本、质量等。其中最受重视的是DFM和DFA。使用此流程方法的公司有通用电气、惠普、夏普、诺基亚、飞利浦、3M、INTEL、奔驰、波音等。

一、      DFX的价值

传统产品开发模式，主要有七个步骤：1定义产品规格→2概念设计→3样品制作→4产品制造→5产品装配→6产品测试→7产品量产，其中，3-6步发现了问题，再返回步骤2，修改产品设计，由此导致产品设计修改多，造成四项不良影响：开发时间长、产品质量低、开发成本高、人力浪费多。

在环节2和3之间增加DFX设计（DFM、DFA、DFI等）和DFX评审环节，可以有效的减少产品设计修改的次数，缩短开发时间、提高产品质量、降低开发成本、减少人力浪费。

二、      DFX的主要步骤

1． 产品分析 Product Analysis

DFX方法的第一步，需要收集和明确目标产品的相关信息。信息来源可以是各类型的图纸（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。

2． 过程分析 Process Analysis

DFX方法的第二步，需要收集、整理相关过程的工序数据和资源数据，可以采用工序过程图和流程图分析产品与过程的关系。分析结果包括工序总次数、同类工序次数等。

3． 性能测定 Measuring Performance

DFX方法的第三步，是在获取产品信息和过程信息之后，根据相关的性能指标测定和梳理信息之间的相互关系。

4． 标准制定与问题发现 Highlighting By Benchrnarking

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。此环节主要是发现设计的不足之处，或可以改进之处。

5． 问题诊断 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。此环节可用5M1E鱼骨图法，或因果链分析等TRIZ工具寻找。

6． 改进设计 Improving Design

DFX方法的第六步，是通过对产品和过程进行删除、集成、组合、简化、标准化、替代、修改等方法来提出产品设计的改进方案。此环节可用发明原理等TRIZ工具寻找。

7． 方案排序 Scheme Sorting

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。此环节主要是基于效益比和产品性能排序。

三、      DFX的设计技术分类

1． DFM面向制造的设计 Design for Manufacture

面向制造的设计中，“制造”是指构成产品的单一零件的铸造、切削、焊接、锻造、冲压、注塑等热冷变形的加工过程。通过面向制造的设计，可以简化零件结构，缩减材料成本，缩短或简化工艺，简化工装，有效减少该类加工的成本与时间，提高加工零件的质量。

2． DFA面向装配的设计 Design For Assembly

面向装配的设计中，“装配”是指多个零件通过组装变成半成品或成品的过程。通过面向装配的设计，可以提高装配的方便性，减少装配时间和成本。

3． DFI面向检验的设计 Design For Inspect

面向检验的设计中，“检验”是指评价整个产品、总装工艺、单零件工艺和单零件质量的方法和标准。通过面向检验的设计，可以提高检验的便捷性和速度，减少检验的疏漏。

DFX面向产品生命周期设计还包括：面向客户的设计、面向可靠性的设计、面向成本的设计、面向维修的设计、面向回收的设计、面向环境的设计等。

四、      DFX的设计原则

1． DFM面向制造的设计原则

常见的DFM设计原则有9条：①简化零件的形状；②均匀的零件壁厚；③尽量避免切屑加工（成本高）；④选用便于加工的原材料；⑤减少不必要的精度要求（尽量设置较大公差）；⑥避免尖角；⑦合适的脱模斜度；⑧设计对称零件；⑨采用标准件与外购件。

例如，模具DFM是指在模具设计的早期阶段，充分利用模具制造的资源信息，充分考虑产品制造过程中的制造相关性和制造约束，如结构工艺约束、装配工艺约束、设备资源约束等，通过模具的可制造性评价来提高模具设计的一次成功率。

2． DFA面向装配的设计原则

常见的DFA设计原则有16条：①减少零件数量；②减少紧固件的数量和类型；③模块化产品设计；④零件标准化；⑤设计一个稳定的基座；⑥设计零件容易抓取；⑦避免零件互相缠绕；⑧减少零件装配方向；⑨设计导向特征；⑩先定位后固定；⑪避免零件装配干涉；⑫为辅助工具提供空间；⑬为重要零部件提供止位特征；⑭防止零件欠约束和过约束；⑮宽松的零件公差要求；⑯装配中的人机工程学；⑱电缆的设计；⑲防错的设计。

减少零件的数量设计原则，可细化为：考察每个零件，考虑去除零件的可能性；把相邻／相似的零件合并成一个零件；把对称的零件合并成一个零件；合理选用零件制造工艺，设计多功能的零件；塑胶件上增加特征代替线束或线夹；将铰链和卡扣合并在盒体和上盖中；去除标签。

减少紧固件的数量和类型设计原则，可细化为：使用同一种类型的紧固件；减少螺柱的类型；钣金件上通过折边代替紧固件。

3． DFI面向测试的设计原则

常见的DFI设计原则有16条：①仅测试与功能和质量相关的指标（新增未发现的且有价值的功能除外）；②测试参数要贴近使用场景的极限值；③测试参数的获得应该容易且尽可能的数据化；④测试方案应尽可能的实现自动化；⑤测试的触点应尽可能少；⑥测试的触点应尽可能可靠；⑦测试的环节应该尽可能前置；⑧测试结果应容易判断；⑨测试得到的结果可用于反向推导原因；⑩测试应该相对独立；⑪测试成本应该低；⑫测试结果要全面；⑬测试获得的结果不重复；⑭测试方案不依赖其他数据。