設(shè)計(jì)中的DFX技術(shù)

設(shè)計(jì)質(zhì)量中的一些相關(guān)問題6258955969087629095在開發(fā)過(guò)程中大量應(yīng)用的質(zhì)量保證手段33272850457110010053318385質(zhì)量功能配制產(chǎn)品故障模式與影響分析工藝故障模式與影響分析故障樹分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評(píng)估統(tǒng)計(jì)工藝控制質(zhì)量圈產(chǎn)品評(píng)估系統(tǒng)評(píng)估波卡—約基占企業(yè)百分比一般企業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)主要應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程確定要求概念開發(fā)詳細(xì)設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)的概念開發(fā)工序設(shè)計(jì)服務(wù)與支持QFDQFD、DFM和PDCAQFD、產(chǎn)品FMEA田口方法和DFMQFD、PDCA和工序FMEAQFD、工序FMEA、田口方法、過(guò)程能力統(tǒng)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)PDCA產(chǎn)品開發(fā)中普遍采用的并行工程技術(shù)和方法統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制與質(zhì)量管理方法1、制造過(guò)程質(zhì)量問題的預(yù)防2、在小批量產(chǎn)品制造中的應(yīng)用3、面向過(guò)程的質(zhì)量控制4、在產(chǎn)品生命周期其它環(huán)節(jié)的應(yīng)用5、SPC理論及模型的研究與改進(jìn)6、多變量多過(guò)程的監(jiān)測(cè)控制

一、制造過(guò)程質(zhì)量問題的預(yù)防

通過(guò)SPC，預(yù)測(cè)制造質(zhì)量和制造過(guò)程狀況、能力的發(fā)展趨勢(shì)，以便對(duì)可能發(fā)生的質(zhì)量問題預(yù)先采取相應(yīng)的預(yù)防措施。傳統(tǒng)的質(zhì)量控制是基于評(píng)價(jià)的系統(tǒng)，即根據(jù)輸出對(duì)過(guò)程作出評(píng)價(jià)，也就是，按照某種打分原則，對(duì)輸出進(jìn)行檢驗(yàn)并分類，有缺陷的要么返修，要么報(bào)廢。這種方法通常費(fèi)用較高。

一種替代方法是預(yù)防檢測(cè)和評(píng)價(jià)，即在缺陷形成之前就進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)產(chǎn)生質(zhì)量問題的根源進(jìn)行分析，找出造成質(zhì)量問題的原因，對(duì)其予以預(yù)防和消除。二、在小批量產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

SPC一般建立在大量樣本統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，然而，當(dāng)代企業(yè)和市場(chǎng)正在向著多品種小批量生產(chǎn)的方向發(fā)展。如何利用SPC理論對(duì)多品種小批量生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量進(jìn)行控制，成為SPC應(yīng)用研究需要解決的問題。在這方面國(guó)內(nèi)外已有相應(yīng)研究。

SPC是在戴明1950年從美國(guó)引入日本的，經(jīng)過(guò)30多年的努力，日本的質(zhì)量和生產(chǎn)率已處于國(guó)際領(lǐng)先。美國(guó)和日本的產(chǎn)品質(zhì)量的差距已和明顯。以汽車零件的不合格率為例，北美的汽車零件不合格率為1%~4%，而日本的為0.001%，僅此一項(xiàng)，北美的汽車裝配線現(xiàn)場(chǎng)零件的儲(chǔ)備就達(dá)10億美元。美國(guó)的質(zhì)量管理學(xué)者說(shuō)：日本成功的基石之一就是SPC.三、面向過(guò)程的質(zhì)量控制傳統(tǒng)的SPC，通過(guò)檢驗(yàn)產(chǎn)品的最終質(zhì)量參數(shù)如零件/工件尺寸及表面精度，對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而判斷是否符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)要求。這種質(zhì)量控制實(shí)際上帶有一定的被動(dòng)性。新的觀念是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程參數(shù)，如設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、刀具參數(shù)及各種工藝參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控，利用SPC對(duì)各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷過(guò)程是否正?；蚴欠裼胁徽５陌l(fā)展趨勢(shì)，以預(yù)防質(zhì)量問題的發(fā)生，從而從根本上消除質(zhì)量問題隱患。

四、在產(chǎn)品生命周期其它環(huán)節(jié)的應(yīng)用

SPC最初是應(yīng)用于制造過(guò)程的質(zhì)量控制，實(shí)際上，產(chǎn)品開發(fā)整個(gè)過(guò)程都可以看做是同制造過(guò)程相似的過(guò)程，它們都存在各自的過(guò)程參數(shù)。這些過(guò)程參數(shù)也可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。因此，目前許多研究將SPC應(yīng)用于制造過(guò)程之外的產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程，如市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、原材料準(zhǔn)備、以及售后服務(wù)等。

五、SPC理論及模型的研究與改進(jìn)SPC的基礎(chǔ)是傳統(tǒng)的概率與統(tǒng)計(jì)理論，它建立在對(duì)大量原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的基礎(chǔ)上。當(dāng)原始數(shù)據(jù)不足時(shí)，其分析結(jié)果準(zhǔn)確性就較差。另外，對(duì)以前數(shù)據(jù)的分析比較有效，對(duì)未來(lái)過(guò)程發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)顯得不足。新的研究正在尋找SPC與其它方法相結(jié)合或改進(jìn)的算法，如將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ArtificialNeuralNetworks,ANN)應(yīng)用到SPC中，利用ANN的統(tǒng)計(jì)概率模型，發(fā)揮人工智能在SPC中作用，解決原始數(shù)據(jù)不足或預(yù)測(cè)困難的問題。

六、多變量多過(guò)程的監(jiān)測(cè)控制傳統(tǒng)的SPC用在制造過(guò)程質(zhì)量控制時(shí)，大多針對(duì)單一過(guò)程和變量。現(xiàn)代工業(yè)的大型化和復(fù)雜化，如在CIMS中，過(guò)程和過(guò)程變量已變得越來(lái)越復(fù)雜，要將SPC用在其中，SPC模型必須能適應(yīng)多變量多過(guò)程的監(jiān)測(cè)與控制。因此，許多學(xué)者致力于研究適用于現(xiàn)代企業(yè)多變量過(guò)程控制的SPC算法與模型。

穩(wěn)健設(shè)計(jì)與SPC穩(wěn)健設(shè)計(jì)用到的主要方法以統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)。CE及先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)模式對(duì)質(zhì)量保證的要求，使得穩(wěn)健設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，并為穩(wěn)健設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。穩(wěn)健設(shè)計(jì)中主要涉及的方法穩(wěn)健設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)三個(gè)階段，利用質(zhì)量損失函數(shù)(LossFunction)，即由于參數(shù)的波動(dòng)引起的費(fèi)用損失來(lái)衡量質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用的分析方法有：試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DesignofExperiment,DOE)、失效模式及效果分析(FailureModelandEffectsAnalysis,FMEA)、價(jià)值工程(ValueEngineering,VA)、可靠性理論仿真技術(shù)、優(yōu)化與決策等。

二、參數(shù)設(shè)計(jì)在參數(shù)設(shè)計(jì)階段，要用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的各種方法:響應(yīng)面法(ResponseSurfaceMethod,RSM)、故障樹分析(FaultTreeAnalysis,FTA)相關(guān)分析方差分析靈敏度法隨機(jī)模型法等方法三、容差設(shè)計(jì)容差設(shè)計(jì)的方法：故障樹分析(FaultTreeAnalysis,FTA)相關(guān)分析方差分析以及RSM靈敏度法和隨機(jī)模型法現(xiàn)代質(zhì)量管理與先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)質(zhì)量管理的觀念和方法一直在更新：質(zhì)量檢驗(yàn)(QualityInspect)統(tǒng)計(jì)質(zhì)量管理(StatisticalQualityControl,SQC)，全面質(zhì)量管理(TotalQualityManagement，TQM)，以統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(StatisticalProcessControl,SPC)主要用于制造過(guò)程的質(zhì)量控制。在將質(zhì)量控制的范圍由制造過(guò)程擴(kuò)展至設(shè)計(jì)乃至整個(gè)產(chǎn)品生命周期之后，可靠性理論、穩(wěn)健設(shè)計(jì)等質(zhì)量保證方法也逐漸得到認(rèn)可和采用。

各種先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)模式如:并行工程(ConcurrentEngineering,CE)先進(jìn)制造技術(shù)如敏捷制造(AgileManufacturing,AM)、精良生產(chǎn)(LeanProduction,LP)、虛擬制造(VirtualManufacturing,VM)、及時(shí)生產(chǎn)(JustinTime,JIT)

快速響應(yīng)制造(QuickResponseManufacturing,QRM)等的出現(xiàn)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量保證提出了新的和更高的要求。

同時(shí)也為產(chǎn)品質(zhì)量保證開辟了新的途徑。

尤其是在:計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS)、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(ContemporaryIntegratedManufacturingSystems，CIMS)和CE環(huán)境下，質(zhì)量保證的要求和傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下的質(zhì)量保證之間有較大的差別。例如，CIMS要求從設(shè)計(jì)到制造各環(huán)節(jié)的質(zhì)量保證實(shí)現(xiàn)集成，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)安排、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)和制造、裝配等相互之間質(zhì)量保證的集成，組成CIMS的集成質(zhì)量保證系統(tǒng)。

一、DFX技術(shù)

DFX是CE的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括:面向制造的設(shè)計(jì)(DesignforManufacturing,DFM)、面向裝配的設(shè)計(jì)(DesignforAssembly,DFA)、面向質(zhì)量的設(shè)計(jì)(DesignforQuality,DFQ)、面向可靠性的設(shè)計(jì)(DFReliability)、面向可維修性的設(shè)計(jì)(DFMaintainability)面向互換性的設(shè)計(jì)(DFChangeability)設(shè)計(jì)等。它們都是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量保證及控制的積極有效方法。

DFX是TQM在并行工程中的體現(xiàn)。TQM的觀點(diǎn)認(rèn)為，質(zhì)量管理中的用戶不僅是使用產(chǎn)品的最終用戶，在產(chǎn)品形成過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，下一環(huán)節(jié)就是上一環(huán)節(jié)的用戶，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)是市場(chǎng)調(diào)研的用戶，工藝過(guò)程設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的用戶，制造/裝配是工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的用戶，銷售是制造/裝配的用戶等。

而DFX正是體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中除滿足最終用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求外，還應(yīng)滿足其后續(xù)環(huán)節(jié)作為廣義用戶的要求。因此通過(guò)DFX更能體現(xiàn)TQM“三全”中“全面”的特點(diǎn)。二、并行設(shè)計(jì)問題

CE的核心是產(chǎn)品開發(fā)全過(guò)程中所有活動(dòng)的并行、交叉和一體化進(jìn)行。并行設(shè)計(jì)是其要點(diǎn)。并行設(shè)計(jì)體現(xiàn)在質(zhì)量保證方面就是質(zhì)量活動(dòng)的并行進(jìn)行。

并行工程的關(guān)鍵原則之一就是促使開發(fā)者從設(shè)計(jì)一開始就考慮產(chǎn)品生命周期整個(gè)過(guò)程中的各種問題，因此DFX技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于并行工程。DFX主要包括：為制造而設(shè)計(jì)（DFM—DesignForManufacture）為裝配設(shè)計(jì)(DFA—DesignForAssembly)。DFX技術(shù)DFM典型的原則有：1、設(shè)計(jì)中要盡量減少零件的種類和個(gè)數(shù)，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件；2、產(chǎn)品中相似的特征盡量設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的尺寸；3、避免內(nèi)表面加工而采用外表面加工設(shè)計(jì)；4、避免使用單獨(dú)的緊固件；5、在可能的條件下盡量采用成組設(shè)計(jì)方法；6、減少對(duì)零件的搬運(yùn)次數(shù)等。DFX技術(shù)DFA（為裝配設(shè)計(jì)）

DFA與DFM相似，主要考慮設(shè)計(jì)出來(lái)的各種零部件能否在現(xiàn)有條件下安裝并避免誤裝。它的兩個(gè)基本原則是設(shè)計(jì)的大量零部件必須易于搬運(yùn)與安裝。DFX技術(shù)

除了DFA與DFM外，DFX還包括要求設(shè)計(jì)者采取只要用簡(jiǎn)單工具和設(shè)備就很容易進(jìn)行工程分析的方案，以減少設(shè)計(jì)次數(shù)，縮短制造周期、提高質(zhì)量和減低成本的：為工程分析而設(shè)計(jì)（DFEA—DesignForEngineeringAnalysis）為維修性而設(shè)計(jì)（DFM—DesignForMaintainability）、為可靠性設(shè)計(jì)(DFM—DesignForReliability)現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)為環(huán)境保護(hù)而設(shè)計(jì)。DFX技術(shù)CAX技術(shù)

CAX技術(shù)主要是指一系列計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，包括：用于設(shè)計(jì)階段檢查設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生命周期影響的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computeraideddesign——CAD）；能自動(dòng)生成所設(shè)計(jì)的零件加工方法并分析設(shè)計(jì)對(duì)制造影響的計(jì)算機(jī)輔助制造（computeraidedmanufacture—CAM）包含三個(gè)成份的：

CAD和CAM數(shù)據(jù)庫(kù)界面工藝選擇指南工業(yè)工藝流程策劃指南計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（computeraidedprocessplanning——CAPP）。

這些計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)最初并不是專門為并行工程開發(fā)地，而多數(shù)是在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)