设计中的DFX技术资料课件.ppt

1、设计质量中的一些相关问题6258955969087629095在开发过程中大量应用的质量保证手段在开发过程中大量应用的质量保证手段33272850457110010053318385质量功能配制产品故障模式与影响分析工艺故障模式与影响分析故障树分析实验设计实验评估统计工艺控制质量圈产品评估系统评估波卡约基占企业百分比一般企业优质企业主要应用领域开发过程生产过程确定要求概念开发详细设计制造系统的概念开发工序设计服务与支持QFDQFD、DFM和PDCAQFD、产品FMEA田口方法和DFMQFD、 PDCA和工序FMEAQFD、 工序FMEA、田口方法、过程能力统计过程设计PDCA产品开发中普遍采用

2、的并行工程技术和方法统计过程控制与质量管理方法n1、制造过程质量问题的预防n2、在小批量产品制造中的应用n3、面向过程的质量控制n4、在产品生命周期其它环节的应用n5、SPC理论及模型的研究与改进n6、多变量多过程的监测控制一、制造过程质量问题的预防n 通过SPC，预测制造质量和制造过程状况、能力的发展趋势，以便对可能发生的质量问题预先采取相应的预防措施。传统的质量控制是基于评价的系统，即根据输出对过程作出评价，也就是，按照某种打分原则，对输出进行检验并分类，有缺陷的要么返修，要么报废。这种方法通常费用较高。n 一种替代方法是预防检测和评价，即在缺陷形成之前就进行检测和评价，对产生质量问题的根

3、源进行分析，找出造成质量问题的原因，对其予以预防和消除。二、在小批量产品制造中的应用n SPC一般建立在大量样本统计的基础上，然而，当代企业和市场正在向着多品种小批量生产的方向发展。n 如何利用SPC理论对多品种小批量生产过程的质量进行控制，成为SPC应用研究需要解决的问题。n 在这方面国内外已有相应研究。 n SPC是在戴明1950年从美国引入日本的，经过30多年的努力，日本的质量和生产率已处于国际领先。美国和日本的产品质量的差距已和明显。以汽车零件的不合格率为例，北美的汽车零件不合格率为1%4%，而日本的为0.001%，仅此一项，北美的汽车装配线现场零件的储备就达10亿美元。美国的质量管理

4、学者说：日本成功的基石之一就是SPC.三、面向过程的质量控制n 传统的SPC，通过检验产品的最终质量参数如零件/工件尺寸及表面精度，对检验结果进行统计分析，进而判断是否符合产品设计和工艺设计要求。这种质量控制实际上带有一定的被动性。n 新的观念是对整个生产过程的过程参数，如设备运行参数、刀具参数及各种工艺参数等进行监控，利用SPC对各参数进行统计分析，判断过程是否正常或是否有不正常的发展趋势，以预防质量问题的发生，从而从根本上消除质量问题隐患。 四、在产品生命周期其它环节的应用n SPC最初是应用于制造过程的质量控制，实际上，产品开发整个过程都可以看做是同制造过程相似的过程，它们都存在各自的过

5、程参数。这些过程参数也可以通过统计方法进行分析。n 因此，目前许多研究将SPC应用于制造过程之外的产品开发过程，如市场调研、产品设计、工艺过程设计、原材料准备、以及售后服务等。 五、SPC理论及模型的研究与改进n SPC的基础是传统的概率与统计理论，它建立在对大量原始数据统计与分析的基础上。当原始数据不足时，其分析结果准确性就较差。另外，对以前数据的分析比较有效，对未来过程发展趋势的预测显得不足。n 新的研究正在寻找SPC与其它方法相结合或改进的算法，如将人工神经网络(Artificial Neural Networks, ANN)应用到SPC中，利用ANN的统计概率模型，发挥人工智能在SPC

6、中作用，解决原始数据不足或预测困难的问题。 六、多变量多过程的监测控制n 传统的SPC用在制造过程质量控制时，大多针对单一过程和变量。n 现代工业的大型化和复杂化，如在CIMS中，过程和过程变量已变得越来越复杂，要将SPC用在其中，SPC模型必须能适应多变量多过程的监测与控制。n 因此，许多学者致力于研究适用于现代企业多变量过程控制的SPC算法与模型。 稳健设计与SPCn 稳健设计用到的主要方法以统计理论为基础。CE及先进的产品开发与生产模式对质量保证的要求，使得稳健设计技术不断发展，并为稳健设计技术的发展注入新的活力。稳健设计中主要涉及的方法n 稳健设计的内容包括产品设计和工艺设计两个方面，

7、分系统设计、参数设计和容差设计三个阶段，利用质量损失函数(Loss Function)，即由于参数的波动引起的费用损失来衡量质量，进而对设计进行优化。 一、系统设计n常用的分析方法有：n 试验设计(Design of Experiment, DOE)、n 失效模式及效果分析(Failure Model and Effects Analysis, FMEA)、n 价值工程(Value Engineering, VA)、n 可靠性理论n 仿真技术、优化与决策等。 二、参数设计n 在参数设计阶段，要用到系统设计中常用的各种方法:n 响应面法(Response Surface Method, RSM)

8、、n 故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA)n 相关分析n 方差分析n 灵敏度法n 随机模型法等方法三、容差设计n容差设计的方法：n故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA)n相关分析n方差分析以及RSMn灵敏度法和随机模型法现代质量管理与先进设计、制造系统n质量管理的观念和方法一直在更新： 质量检验(Quality Inspect) 统计质量管理(Statistical Quality Control, SQC)， 全面质量管理(Total Quality Management，TQM)，n 以统计理论为基础的统计过程控制(Statistical

9、Process Control, SPC)主要用于制造过程的质量控制。在将质量控制的范围由制造过程扩展至设计乃至整个产品生命周期之后，可靠性理论、稳健设计等质量保证方法也逐渐得到认可和采用。 n各种先进的产品开发模式如:n 并行工程(Concurrent Engineering, CE)n 先进制造技术如敏捷制造(Agile Manufacturing, AM)、n 精良生产(Lean Production, LP)、n 虚拟制造(Virtual Manufacturing, VM)、n 及时生产(Just in Time, JIT)n 快速响应制造(Quick Response Manufa

10、cturing, QRM)等的出现，对产品的质量保证提出了新的和更高的要求。 同时也为产品质量保证开辟了新的途径。尤其是在:n计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)、 现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS)和CE环境下，质量保证的要求和传统生产模式下的质量保证之间有较大的差别。n 例如，CIMS要求从设计到制造各环节的质量保证实现集成，包括产品设计、生产安排、工艺过程设计和制造、装配等相互之间质量保证的集成，组成CIMS的集成质量保证系统

11、。 一、DFX技术n DFX是CE的关键技术，主要包括: 面向制造的设计(Design for Manufacturing, DFM)、n面向装配的设计(Design for Assembly, DFA)、面向质量的设计(Design for Quality, DFQ)、n面向可靠性的设计(DF Reliability)、n面向可维修性的设计(DF Maintainability)n面向互换性的设计(DF Change ability)设计等。n 它们都是实现产品质量保证及控制的积极有效方法。n DFX是TQM在并行工程中的体现。TQM的观点认为，质量管理中的用户不仅是使用产品的最终用户，在产

12、品形成过程中的每个环节，下一环节就是上一环节的用户，如产品设计是市场调研的用户，工艺过程设计是产品设计的用户，制造/装配是工艺过程设计的用户，销售是制造/装配的用户等。n n 而DFX正是体现产品设计过程中除满足最终用户对产品质量的要求外，还应满足其后续环节作为广义用户的要求。n 因此通过DFX更能体现TQM“三全”中“全面”的特点。二、并行设计问题nCE的核心是产品开发全过程中所有活动的并行、交叉和一体化进行。并行设计是其要点。并行设计体现在质量保证方面就是质量活动的并行进行。n n 并行工程的关键原则之一就是促使开发者从设计一开始就考虑产品生命周期整个过程中的各种问题，因此DFX技术被广泛

13、地应用于并行工程。DFX主要包括：n 为制造而设计（DFMDesign For Manufacture ）n 为 装 配 设 计 ( D FA D e s i g n F o r Assembly)。DFX技术DFM典型的原则有：1、设计中要尽量减少零件的种类和个数，尽量使用标准件；2、产品中相似的特征尽量设计成统一的尺寸；3、避免内表面加工而采用外表面加工设计；4、避免使用单独的紧固件；5、在可能的条件下尽量采用成组设计方法；6、减少对零件的搬运次数等。DFX技术DFA（为装配设计）n DFA与DFM相似，主要考虑设计出来的各种零部件能否在现有条件下安装并避免误装。n 它的两个基本原则是设计

14、的大量零部件必须易于搬运与安装。DFX技术n 除了DFA与DFM 外，DFX还包括要求设计者采取只要用简单工具和设备就很容易进行工程分析的方案，以减少设计次数，缩短制造周期、提高质量和减低成本的：n为工程分析而设计（DFEADesign For Engineering Analysis）n为 维 修 性 而 设 计 （ D F M D e s i g n F o r Maintainability）、n为可靠性设计(DFMDesign For Reliability)n现在强调为环境保护而设计。DFX技术CAX技术n CAX技术主要是指一系列计算机辅助技术，包括：n 用于设计阶段检查设计对整个

15、产品生命周期影响的计算机辅助设计（computer aided designCAD）；n 能自动生成所设计的零件加工方法并分析设计对制造影响的计算机辅助制造（computer aided manufactureCAM）n包含三个成份的： CAD和CAM数据库界面 工艺选择指南 工业工艺流程策划指南n计算机辅助工艺规划（computer aided process planningCAPP）。n 这些计算机辅助技术最初并不是专门为并行工程开发地，而多数是在计算机集成制造系统（CIMS）的发展过程中开发成的。各种质量保证技术的有机结合n 由于各种质量保证和控制技术都是为适应某特定过程或场合而设计的

16、，在CE、AM等先进生产系统和模式中，对质量保证和控制的集成性、并行性和交叉性的要求，使得它们相互间独立运用已变得不适应，只有集成及相互结合，才能发挥积极作用。一、QFD与田口方法的结合n QFD可用于田口设计中的系统设计，通过QFD的顾客需求到工程特性及工程特性到零件技术特性这两个质量屋，得出产品工程特性及零部件技术特性的重要程度，以此作为田口系统设计的依据。 二、QFD与统计方法的结合n当前，对QFD与统计方法特别是与SPC的结合研究主要反映在QFD各阶段应用到各种统计方法，如在零件配置阶段对所选择的初步设计方案进行可能存在的故障分析时用到FTA和FMEA。在工艺规划和工艺/质量控制配置阶

17、段用到SPC中的各种工具等；n而通过QFD与SPC的集成实现设计与制造过程质量保证的集成方面的研究还较少。 三、QFD与其它管理技术的结合n 许多文献对QFD在可靠性设计、系统工程(System Engineering, SE)、价值工程(Value Engineering, VE)、TQM及QIS中的应用或与QFD与这些技术的结合进行了研究。 CIMS中的集成质量系统n CIMS的特点是要求企业的各环节之间从功能和信息上有机集成，组成一个不可分割的整体。这些环节主要包括产品设计、工艺过程设计、生产组织与安排、质量计划、物料需求计划以及制造和装配等。 n 国内外对CIMS集成质量系统的研究也不

18、少。我国863/CIMS主题专门设立“集成质量系统” (Integrated Quality System, IQS)专题，对集成质量系统开展研究。n 十多年来，在CIMS集成质量系统研究方面取得较大进展 。当前在这方面的研究主要在集中在以下几个方面： 一、集成质量系统的结构n 质量保证系统应该看作为一个复杂的控制系统，该系统能够实现对整个制造过程的监视。CIMS中质量保证系统，应该与从产品设计到制造的各个环节集成在一起，形成全面质量集成系统。在这个系统中，产品设计、制造及使用等环节的内部活动构成局部质量控制环，质量保证系统构成全局质量监测和控制环，对产品整个生命周期的活动进行监测。 集成质量

19、系统的特点n1.任何质量控制活动都会影响整个生产过程；n2.质量性能数据和测试数据的变化包含在质量控制的输出报告中，并作为其它控制环节的输入；n3.全局质量控制环负责质量数据的交换，并提供测试要求。n质量保证系统在产品设计阶段的集成，主要以所设计产品的性能能满足顾客需求为宗旨，同QFD的思想一致。n质量保证系统与工艺过程设计的集成，以按照所设计工艺组织生产时，能得到最佳产品质量为目标，同时要求当制造环境改变时，保持制造质量的高度鲁棒性。 n在CIMS集成质量保证系统中，CAPP(Computer Aided Process Planning)给QIS (Quality Information System)的信息为重要工序检验卡和零件检验卡，QIS给CAPP反馈的信息包括工序要求、检测设备、检测工具、质量计划、检测规程及反馈质量信息如工序超差通知单和改进加工工序的建议书等。 n质量保证系统与制造过程的集成表现在两个方面，n一是对采购的原材料和半成品进行检验，必要时100%抽监；n二是对制造过程直接监视与控制。 二、集成质量系统的功能和任务nIQS应具有的功能，根据企业对质量控制的要求不同，在具体内容上有所不同，主要应包括：n(1) 质量计划n(2) 检测与质量数据采集n(3) 质量评价与控制n(4) 质量综合管理