下载文档原格式
产品研发中如何做好产品可制造性设计在当今竞争激烈的市场环境中，产品研发的成功不仅仅取决于其功能和性能的卓越，还在于能否高效、高质量且低成本地进行制造。
产品可制造性设计（Design for Manufacturability，简称 DFM）作为一种前瞻性的理念和方法，旨在从产品设计的早期阶段就充分考虑制造的需求和限制，从而最大程度地提高生产效率、降低成本、保证质量并缩短产品上市时间。
那么，在产品研发过程中，如何才能做好产品可制造性设计呢？首先，深入了解制造工艺是做好产品可制造性设计的基础。
设计人员需要对各种常见的制造工艺，如注塑成型、冲压、压铸、机加工、3D 打印等，有清晰的认识和理解。
包括每种工艺的原理、特点、适用范围、加工精度、成本构成等方面。
只有这样，在设计产品时，才能根据产品的功能和性能要求，选择最合适的制造工艺，并根据工艺的特点和限制来优化产品的结构和尺寸。
以注塑成型为例，如果产品设计不合理，可能会导致模具结构复杂、注塑周期长、废品率高。
例如，产品壁厚不均匀可能会引起收缩不均，导致产品变形；转角处没有足够的圆角可能会造成应力集中，影响产品强度和外观。
因此，设计人员在进行注塑产品设计时，应尽量保证壁厚均匀，转角处采用较大的圆角，并合理设计浇口和排气位置，以提高注塑成型的效率和质量。
其次，简化产品结构是提高产品可制造性的重要手段。
过于复杂的产品结构不仅会增加制造的难度和成本，还会降低生产效率和产品的可靠性。
因此，在满足产品功能和性能的前提下，应尽量简化产品的结构。
比如，在机械产品设计中，减少零件的数量可以降低装配的复杂度和成本。
通过采用一体化设计或功能集成的方法，可以将多个零件合并为一个零件，从而减少装配工序和装配误差。
此外，采用标准件和通用件也可以简化产品结构，降低采购成本和库存管理成本。
标准件和通用件通常具有成熟的制造工艺和稳定的质量，而且供应充足，可以大大缩短产品的制造周期。
再者，设计时充分考虑装配的便利性也是至关重要的。
制造可行性分析评价引言制造可行性分析是指在进行制造业务决策前进行的一项重要评价工作，用来确定某个产品是否可以在现有的制造条件下得以顺利生产。
该分析评价通过对制造流程、技术装备、人力资源等因素的评估，来确定生产方案的可行性和可持续性。
本文将对制造可行性分析进行详细探讨。
1. 制造流程评估制造流程是指产品从原材料采购到最终交付给客户的整个生产过程。
在制造可行性分析中，首先需要对制造流程进行评估，确定该流程是否符合产品生产的要求。
主要评估指标包括生产周期、生产效率、生产能力等。
2. 技术装备评估技术装备是制造产品所必需的工具和设备。
在制造可行性分析中，需要评估现有的技术装备是否能够满足产品的生产需求。
评估指标包括设备的功能、性能、精度等。
如果现有的技术装备无法满足需求，可能需要进行技术装备的更新或者采购。
3. 人力资源评估人力资源是制造业的核心资源，对于产品的生产和质量起着重要作用。
在制造可行性分析中，人力资源评估主要包括员工数量、员工素质、培训需求等方面的考虑。
如果现有的人力资源无法满足生产需求，可能需要进行员工的培训或者引进新的人才。
4. 可行性分析评估工具制造可行性分析需要借助于一些评估工具来进行决策支持，常用的工具包括：4.1. SWOT分析SWOT分析是制造可行性分析中常用的方法之一，用于评估企业内部和外部的优势、劣势、机会和威胁。
通过分析企业的优势和劣势，可以确定产品的生产潜力和竞争力。
同时，通过分析市场机会和竞争威胁，可以制定相应的应对策略。
4.2. 成本效益分析成本效益分析是制造可行性分析中的另一个重要工具，用于评估投入和产出之间的关系。
通过评估制造过程中的成本和相应的产出效益，可以帮助企业决策者判断是否值得进行生产。
4.3. 生产能力评估生产能力评估是制造可行性分析中广泛使用的工具之一，用于评估企业生产能力与生产需求之间的匹配程度。
通过评估企业的生产能力，可以确定是否需要进行生产扩容或者调整产能。
从实例探讨对生命周期评价的理解生命周期评价（life cycle assessment ，LCA ）是产品或服务的生命周期全过程来评价其潜在环境影响的方法，是目前国际上公认的、用来评估产品或服务潜在环境影响的有效方法，被认为是21世纪最有潜力的可持续发展支持工具，并在中国探索循环经济的过程中发挥着越来越重要的作用.本篇论文将通过对生命周期评价基本理论的认识以及通过塑料购物袋的具体实例对生命周期评价进行探讨。
一、生命周期评价的基本理论：生命周期评价通过对能量和物质的利用以及由此产生的环境废物排放进行分析和评估,即一种评价产品（包括服务或活动）从原材料开始，到产品制造、运销、使用、报废和最终处置全过程环境影响的方法。
从而达到使人们对资源消耗和造成的环境影响有一个彻底、全面、综合的了解，为人们寻求和利用改善影响的机会提供有益的帮助。
其本质是检查、识别和评估一种材料、过程、产品或系统在其整个生命周期中的环境影响。
生命周期评价的主要内容包括：①由于原料开采造成的大气、水和固体废物污染；②开采过程中的能量消耗;③产品生产过程中造成的污染；④产品分配和使用可能带来的环境影响；⑤产品最终处置产生的环境影响.生命周期评价的目的:确定产品或服务的环境负荷，比较产品和服务环境性能的优劣，从而以生命周期思想为依据对产品和服务进行设计。
产品生命周期评价具有以下特点:①面向的是产品系统②是对产品或服务“从摇篮到坟墓”的全过程的评价③是一种系统性、定量化的评价方法④是一种充分重视环境影响的评价方法⑤是一个种开放性的评价体系。
生命周期评价的技术框架如下：即生命周期评价的实施步骤分为目标与范围确定(确定评价的目的，并按照评价目的来界定研究的范围）、清单分析(即列出一份与研究系统相关的投入－产出清单，要对生命周期各个阶段的所有投入和所有产出，即对产品从“摇篮”到“坟墓”的整个生命周期中消耗的原材料、能源及固态废弃物、大气污染物、水质污染物等,根据物质平衡和能量平衡定律进行正确的调查）、影响评价（即对清单分析中所识别的环境负担的潜在影响进行定性或定量地确定、表征和评价)、结果解释（即系统地评估在产品、工艺或活动的整个生命周期内削减能源消耗、原材料使用以及环境释放的需求与机会)四个部分。
产品可装配性设计评价指标体系 郑寿森 祁新梅 杜晓荣 王治森(合肥工业大学CIM S所 合肥 230009) 摘要:本文在装配体二叉树模型的基础上,以装配单元为基础提出了可装配性指标体系,提出了经济、生产率及技术三个评价指标,建立了相应的评价模型、算法及总体框架。
关键词:可装配性,评价,指标体系。
1 前言 并行工程要求在产品设计阶段就要考虑整个产品生命周期内各个环节所关联的因素:包括可制造性、可装配性、可测试性、可维护性等。
其中可装配性设计(Desig n Fo r A ssembly DFA)对产品的整个开发周期、成本及质量的影响很大。
目前国内对可装配性设计各环节因素研究较多,但对产品的可装配性进行定量、定性的评价,并在评价结果的基础上提出改进设计的研究则较少,成熟的系统几乎没有。
国外虽有类似的系统,但由于商业、技术因素,我们对其深层次的系统逻辑及体系结构不得而知。
本文以前期研究的二叉树模型为基础,提出了层次指标体系、评价数学模型及框架结构。
2 可装配性的指标体系 二叉树模型及面向对象的技术要求每个装配单元(部件或零件)为独立的对象,即每个结点为一相对独立的对象。
因此,我们的指标体系即以装配单元为基础,后续的评价则体现为结点的迭代和遍历。
指标体系如图1所示。
图中装配关系体现了该装配单元在整个装配体及装配过程中的位置。
技术、经济、生产率属性则从三个层面反映了装配单元的可装配性指标。
模型中,零件也是一个特殊的装配单元,即叶结点,该结点做为装配单元,具有图中所示各种指标。
除此之外,还有其特殊性:虽然在装配模型中是叶结点,但并不是制造过程的起点,而是零件加工和装配的联接部分。
零件的可制造性在整个产品的开发过程中起着重要的作用。
因此,在本体系结构中有专门针对零件提出的指标,如零件的结构工艺性等。
对于非叶结点,该项为空;若是叶结点,图中的其它指标如基准、联接、运动均指零件的基准、零件之间的联接、运动等。
机械产品再制造性评价技术1 范围本标准规定了机械产品再制造性的定性、定量评价方法及机械产品再制造性评价流程。
本标准适用于再制造企业的机械产品再制造性评价，其设计部门的再制造性设计评价也可参考使用。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 28619 再制造术语GB/T 31207 机械产品再制造质量管理要求3 术语和定义GB/T 28619和GB/T 31207界定的术语和定义适用于本文件。
4 总则4.1 机械产品再制造性评价的目的是确定退役机械产品及（或）其零部件所具有的实际再制造性；对产品设计时的固有再制造性达标情况进行评估并对所暴露问题进行纠正。
4.2 本标准主要是对废旧机械产品及（或）其零部件再制造前的实际再制造性值进行评价。
4.3 再制造性评价的对象既可以是产品总成，也可以是产品的零部件。
4.4 再制造性评价应依据再制造方案开展，结合再制造企业所提供的保障设备、技术手段、再制造产品性能要求等实际执行时的条件而定。
4.5 机械产品的再制造性评价具有个体性。
4.6 机械产品再制造性评价由定性评价和定量评价两部分组成。
4.7 产品的再制造性由再制造时的技术可行性、经济可行性、环境可行性和再制造后的服役性综合确定。
4.8 机械产品再制造的技术可行性要求对废旧产品进行再制造加工在技术及工艺上可行，可以通过原产品恢复、升级恢复或提高原产品性能，其常用参数指标包括:可拆解率、清洗满足率、故障检测率等。
4.9 机械产品再制造的经济可行性要求进行废旧产品再制造所投入的资金成本小于其产出获得的经济效益，其利润率满足企业要求。
4.10 机械产品再制造的环境可行性要求废旧产品再制造加工过程及再制造产品使用过程所产生的环境污染影响小于原产品生产及使用过程所造成的环境污染影响。
公式 = 符合项目的总分数 / 总的分数75% < 黄色< 95%优先级A = 5 分
(对失效成本与客户的声音有很高的影响)颜色分级:优先级 B = 3 分(对失效成本与客户的声音有比较高的影响)绿色:完全通过进入下一批
优先级 C = 1 分(对失效成本与客户的声音有很小的影响)
黄色:有改善对策和计划后才能进入下一批备注:
红色:
直到问题验证OK 才能进入下一批
符合状况为 Y 此时完全符合 应得分数等级为A1=5,B1=3,C1=1
符合状况为 N 此时是不符合或不完全符合,此时应得分数应该符合点数比例来评比A2=3, A3=1, B2=1,B3=0,C2=0
符合状况为 N/A 此时是无关项在应得分等级处不填,最大分数无关,得分为零,不影响评比
产品名称(Item 编码):
评审时间:
产品面向项目级的设计记分卡
对策和计划后才能进入下一批OK才能进入下一批。
产品可制造性逐步评价方法*吴玉光1高曙明2陈子辰11浙江大学生产工程研究所杭州 3100272浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州 310027摘要本文提出一种面向并行工程的产品可制造性逐步评价方法，这种评价方法的评价对象可以是产品详细设计阶段的不完整的特征模型,因而可在设计过程中的任一时刻进行可制造性评价。
为了保证评价方法的连贯性和评价速度，仅对前一次评价之后可能产生新的可制造性问题的特征进行评价。
为此，本文通过对产品设计过程中的特征的改变状态进行了研究，提出了在产品设计过程中确定特征之间可制造性影响关系的方法，并通过影响关系找出确需进行评价的特征集合，然后，采用基于规则的方法来评价特征的可制造性。
关键词可制造性逐步评价特征并行工程 CAD/CAM中图法分类号: TP391.7; TH1220.引言所谓可制造性评价，通常指在现有制造资源条件下，对产品模型的各设计属性（形状、尺寸、公差、表面质量等）满足制造约束的程度进行分析，找出设计模型中不利于产品制造和产品质量的因素，从而及时地指导设计者进行产品设计。
因此，产品可制造性评价是实现面向制造的设计的重要手段，在产品设计过程中加入可制造性评价这一环节，使设计者在制造资源的约束下进行产品的结构设计，在设计的同时就能考虑到与制造相关的因素，从而提高产品的设计质量，加快产品的开发进度。
最早涉及可制造性评价这一领域的是Boothroyd 教授[1]从事的设计模型的装配成本估计方法的研究。
近年来，基于特征技术的可制造性评价方法成了人们研究的热点，提出了一些基于特征的可制造性评价方法。
Cutkosky等[2]开发了一个采用制造特征的设计系统NEXT_CUT，设计者通过相继从工件中减去制造特征体积来产生设计模型，随着制造特征体积从工件中减去，系统使用知识库来分析设计方案的可制造性，给出存在可制造性方面的特征。
Hsiao等[3]采用特征映射的方法将设计特征转化为制造特征，通过判断刀具运动所需条件来评价制造特征的可制造性方法性。
Ventatachlam[4]根据产品模型的几何边界信息提取制造特征，采用基于规则的专家系统自动进行可制造性评价。
Yannoalakis等[5]开发了一个轴对称零件的可制造性评价系统，该系统采用经验数据来估计加工参数，根据特征的加工时间来计算每个特征的可制造性指标。
Gupta等[6]提出了一种机加工零件的自动可制造性评价的系统方法，他们方法的核心是根据零件的制造特征解释生成多个候选的加工工艺，并以最优的加工工艺来计算零件的制造成本，作为零件的可制造性值。
Das等[7]在Gupta方法的基础上提出了以减少装夹成本为目标的再设计修改建议的产生方法，即在不改变零件的设计功能前提下，通过修改零件的设计特征的局部几何参数，如增加或修改过渡圆角半经、增加退刀槽等产生新的候选制造特征，将具有更优的可制造性值的候选特征作为再设计的修改建议。
Hayes[8]的可制造性分析方法建立在产品的一个初始工艺规划基础上，采用基于规则的语言OPS5来描述特征和毛坯的参数。
她的方法同样也通过修改特征的几何参数或采用候选特征来减少加工装夹次数，并以能降低制造成本的特征参数或候选特征作为评价的反馈信息。
Cherng等[9]为了实现制造的快速响应，开发了一个适用于轴类零件特征建摸和动态工艺规划集成的系统。
他们的系统也具有可制造性评价功能，其评价方法类似于专家系统，将标准的工艺逻辑和制造方法作为规则来判断零件的可制造性问题。
以上工作在不同的时期、面向不同的领域进行了可制造性评价的研究，由于这些评价方法是在产品的设计过程的最后才进行的，评价对象都是完整的产品模型，因此评价的反馈信息不够及时，未能在设计过程中及时引导设计人员对存在可制造性问题的设计进行修改。
此外，这些方法也分别存在着可制造性评价方法没有与设计系统进行有机集成以及算法费时、特征之间的相互关系考虑不全、特征的候选加工方法单一等问题，使得这些评价方法远未达到实用要求。
针对目前产品可制造性评价中存在的问题，为使产品可制造性评价能满足并行工程的需要，本文提出一种基于特征的产品可制造性逐步评价方法，该方法与设计系统实现紧密集成，可在产品设计过程的*本文得到国家自然科学基金项目(69973045)，国家863/CIMS应用基础研究项目(863-511-942-017)资助.任一时刻对当前特征模型进行评价。
该评价方法具有连贯性的特点，它充分利用前一次评价的结果对当前产品特征模型进行可制造性评价，从而提高评价速度。
1. 基本概念和方法概述1.1 可制造性逐步评价的特点在产品设计过程中加入可制造性评价这一环节，使得产品设计的各个任务，包括特征的编辑修改、可制造性评价和其它制造相关的工作递增式进行，组成一个个细化的设计循环。
在每个设计循环中，特征设计系统对设计模型完成增加、修改和删除等工作，然后，可制造性评价程序针对设计信息的改变，对产品模型进行制造工艺性评估，并将评价结果反馈给设计者，作为下一个设计循环的参考。
随着这些设计循环的交替，产品的特征模型从一个状态转化到另一个更完善的状态，最终得到设计功能和制造成本都是最优的设计方案。
逐步评价方法除了具有产品可制造性评价的一般特点之外，还有以下特点： ● 由于可以对产品设计过程中未完成的产品模型进行评价，因此可制造性逐步评价方法能更好的支持并行工程。
评价程序在整个产品设计过程中可反复的调用，设计与评价交替进行。
● 逐步可制造性评价具有整体评价的一切功能。
因为最后一次的逐步评价是对整体产品模型进行的。
● 逐步可制造性评价中产品模型是不断变化的，随着设计过程的进行，产品模型不断丰富、功能信息逐步完整，评价程序应具有连贯性，能充分利用过去的评价结果来决定需评价和重新评价的特征。
1.2制造特征的存在状态分类为了保证评价程序的连贯性，使得评价时间不随着设计进程而迅速增加，因此逐步评价方法必须动态确定需评价和重新评价的特征。
根据可制造性逐步评价的特点，由于评价程序的介入，产品的设计过程变成了特征编辑——可制造性评价——特征编辑的循环，如图1所示。
显然，逐步可制造性评价方法只需对上一次评价之后，由于对产品模型的编辑修改而产生新的可制造性问题的特征进行评价。
因此，为了找出需要进行评价的特征，我们引入制造特征的存在状态概念，将当前产品模型相对于上次评价时的产品模型中特征的存在关系定义为特征的存在状态。
制造特征的存在状态分为以下四种：1) 新增特征，即上次评价时产品模型中还不存在的特征。
2) 修改特征，该特征在上次评价时的产品模型中已存在，但上次评价之后经过设计操作，构成该特征的部分相关信息已发生了改变。
3) 删除特征，在上次评价时的产品模型中存在，但在产品模型的当前状态下不存在的特征。
4) 未变特征，构成该特征的全部相关信息自上次评价之后未发生任何变化。
1.3 不同状态的特征的确定方法制造特征存在状态是通过与前一次评价时的特征模型进行比较来确定的，为了记录上次评价时特征模型的状态，我们采用一个较为简单的方法：建立一个制造特征的索引表，并将特征的索引值作为属性加到该特征的所有加工面和特征的内边（本特征的加工面之间的实际相交边）中。
然后根据特征识别程序得到的特征的加工面和内边的索引号属性值对特征存在状态进行分类，具体方法如下：1． 确定新增特征 判断新增特征的条件由两个：1）特征有相同索引号的加工面和内边的数量之和小于等于加工面和内边总数的1/2。
2）特征具有相同索引号的加工面和内边的数量之和虽然大于加工面和内边总数的1/2，但该特征的类型与索引表中相应索引号所对应的特征类型不一致，则说明原特征类型已转化，作为新特征处理。
新增特征确定之后，需对其加工面和内边加上索引号属性值，对转化而来的新特征要用新的索引号来刷新。
2． 确定删除特征 评价程序的索引表的的索引号如果找不到相应的制造特征，则说明原特征已被删除或转化为别的特征类型。
3． 确定修改特征和未变特征 如果特征具有相同索引号的加工面和内边的数量之和大于加工面和内边总数的1/2，且本特征与索引表中相应索引所对应的特征类型符合，则该特征是修改特征或未变特征。
进而判断特征的所有参数，如果参数发生改变，则说明为修改特征，否则为未变特征。
1.4 制造特征的影响特征集合概念为了动态确定需评价和重新评价的特征，我们引入影响特征集合概念。
一个特征的存在会对相关特征产生可制造性影响，如改变相关特征的类型、加工方法的可行条件、加工方法的参数等。
因此，对这个特征的编辑修改，相关特征的可制造性也会产生影响，我们将受本制造特征影响的特征集合定义为该制造特征的影响特征集合。
因此，对一个特征的编辑修改所产生的新的可制造性问题，只能出现的该特征本身以及该特征的影响特征集合中，由此我们可以找出需评价的特征的范围。
显然，只有新增特征、修改特征和删除特征可能会对产品模型的可制造性产生新的影响。
1.5 产品可制造性逐步评价方法概述基于以上概念，本文提出的可制造性逐步评价方法的评价流程如图2 所示，主要由五个部分组成。
1. 建立制造特征：由于制造特征是产品可制造性评价的基本对象，因此我们首先采用基于最小条件子图的自动特征识别方法[10]将产品的设计特征模型和实体模型转化为产品的制造特征模型。
有关制造特征获取的内容参见文献[11]，本文不再介绍。
2. 制造特征的状态分类和加工方法的建立：通过对特征的存在状态进行分类，确定出可能产生新的可制造性问题的制造特征，同时根据产品的设计精度和制造资源为新增制造特征建立全部潜在可行的加工方法。
3. 建立制造特征的影响特征集合：根据特征之间的可制造性影响关系来建立制造特征的影响特征集合。
4. 评价特征的加工方法：对制造特征的全部潜在的加工方法根据具体加工方法的可行规则进行评价，当特征的所有潜在的加工方法都不满足加工方法条件时，则认为该特征无法加工。
5. 整体评价产品模型：当所有制造特征都存在可行的加工方法时，则进一步根据设计精度要求和加工方法的顺序约束来制订产品的加工操作顺序，根据加工操作顺序计算产品的制造成本，作为产品设计方案的总体可制造性值。
限于篇幅，该部分将另文介绍。
在上述五个方面中，建立制造特征的影响特征集合，建立需评价的制造特征集合以及进行制造特征加工方案初步评价是产品可制造性逐步评价方法的核心和特色内容，下面我们对它们进行重点介绍。
2．建立特征的影响特征集合特征在编辑过程中对其它特征的可制造性影响主要通过三个途径：1）通过几何相交；2）通过公差关系；3）通过加工方法。
根据这三个途径，确定出受本制造特征影响的所有特征。
2.1 通过公差关系确定影响特征对具有公差关系的特征进行编辑修改，会影响公差相关特征的加工方法或加工顺序。
