1、面向制造设计(DFM) 发展历程2.DFM的基本概念3.1. 背景介绍 DFM的主要方法4.DFM的应用5.目录原始开发模式 产品的设计和制造工作都是由同一个人来完成。在原始产品开发模式下，铁匠既是产品设计者又是产品制造者，符合“我设计，我制造”的典型特点。但是生产效率很低。背景介绍传统产品开发模式 亚当斯密的劳动分工理论分工越细，效率越高。产品开发过程分为产品设计阶段和产品制造阶段，分别由机械工程师和制造工程师负责。 传统产品开发模式存在致命的弊端，产品设计和制造之间几乎没有沟通，这就形成了“我们设计，你们制造”的典型“抛墙式设计”模式。背景介绍设计制造修改设计n#再制造传统产品开发PCB
2、现代许多产品趋向所谓轻“, ”薄, 短, “小, 因此在产品设计上会缩小PCB, 增加零件密度, 及使用小型零件, 但 对制造而言, PCB缩小, 零件密度增加及小型零件, 都可能因此增加零件及产品组装甚至维修困难, 此外，大部分的产品设计人员可能并不了解, 焊接应该用不同的焊盘形式及尺寸等, 而生产线人员可能也不了解设计上所谓”COMPONENTS LIBRARY“ , ”EMI“, VIA 孔径标准等各种设计上电气规格与需求。 此类问题不只发生在业界, 甚至许多国外具有数10 年知名的厂商也同样存在. 背景介绍可制造性概念的来源 电子产品研发工程师，特别是硬件开发人员，普遍存在对制造工艺技
3、术的不熟悉，可制造性概念比较模糊。对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，热设计，生产测试手段等方面的实际经验不足，导致设计出的产品不具备可生产性或可生产性差，需要多次反复改板，影响了产品的推出日期，甚至影响了产品的质量和可靠性。 不论我们从事的是什么产品，不论我们的顾客是内部或是外部顾客，他们对我们的要求都可说是一致的。他们的要求都离开不了三方面。即优良或至少满意的品质、相对较低的成本（或价格）、和较短而及时的交货期。而身为一个产品的设计人员，对以上的三个方面是绝对有影响和控制能力的。目前新一代的设计师，他们的职责已不是单纯的把产品的功能和性能设计出来那么简单，而是必须对以上所提到的三
4、方面负责，并做出贡献。背景介绍面向制造的开发模式 在产品设计阶段就考虑到制造对产品的设计要求，使得机械工程师设计的产品具有很好的可制造性，从根本上避免在产品开发后期出现的制造和质量问题，达到“我们设计，你们制造，设计充分考虑制造的要求”这种开发模式。背景介绍面向制造设计修改设计1#制造三种产品的开发模式 产品简单 我设计，我制造 效率低原始产品开发 产品较复杂 我们设计，你们制造 修改多，成本高，时间长，质量低传统产品开发 产品很复杂 我们设计，你们制造，设计充分考虑制造要求 修改少，成本低，时间短，质量高面向制造开发背景介绍DFX含义 DFX是Design for X(面向产品生命周期各/某
5、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(M-制造，T-测试)、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(C)、时间等等。 DFX的含义即是从产品的概念开始，考虑其可制造性和可测试性，使设计和制造之间紧密联系、相互影响，实现从设计到制造一次性成功。这种设计概念及设计方法可缩短产品投放市场的时间、降低成本、提高产量。发展历程DFX的发展发展历程1966 一本名为“Manufacturing Producibility Handbook”手册的出版,标志着可制造性研究己经开始。这本手册为设计师列出了大量资料,强调零件设
6、计的可生产性,但该手册涉及到装配方面的知识很少。70年代前 Boothroyd教授对DFA(面向装配的设计)进行了一系列的研究,涉及到了装配方法、装配约束、成本等方面,并同Dewhurst教授共同提出 Boothroyd & Dewhurst法。1988 Stoll把DFA的思想发展成为DFM(design for manufacture),不仅仅进行可装配性分析,而对制造过程中涉及到的所有过程和阶段进行分析。Henstoek提出DFR(design for recyclability)的思想。1991 Leonard提出了DFE(design for environment)思想, Alti
7、ng etc.提出DFLC(design for life-cycle)思想。90年代后 对DFX的研究和应用进入了一个高潮,大量的论文和著作获得发表和出版,许多的系统出现并得到应用。 可制造性设计 DFM（Design for Manufacture） 可采购设计 DFP（Design for Procurement） 可诊断性设计 DFD（Design for Diagnosibility） 可测试性设计DFT（Design for Test） 可装配性设计 DFA（Design for Assembly） 可环保性设计DFE（Design for Environment） 为PCB可制造
8、而设计DFF（Design for Fabrication of the PCB） 可服务性设计DFS（Design for Serviceability ） 低成本设计DFC（Design for Cost）发展历程DFX内容DFM定义 面向制造的设计是指产品设计需要满足产品制造的要求，具有良好的可制造性，使得产品以最低的成本、最短的时间、最高的质量制造出来。 当今的DFM是并行工程的核心技术，因为设计与制造是产品生命周期中最重要的两个环节，并行工程就是在开始设计时就要考虑产品的可制造性和可装配性等因素。所以DFM又是并行工程中最重要的支持工具。它的关键是设计信息的工艺性分析、制造合理性评价
9、和改进设计的建议。 DFM技术即可制造性技术是DFX重要的一部分，在机械产品和电子产品设计及装配制造上的应用尤为广泛。DFM的基本概念DFM意义DFM的基本概念 缩短产品开发周期，提高产品质量 降低成本，提高产品竞争力 优化生产过程，提高生产效率DFM的基本概念减少刀具种类减少装夹次数降低切削难度DFM设计原则DFM的基本概念原则减少零件的总量标准件设计特征的标准化以设计功能和简单为目标在不同的生产线中使用相同的零件设计零件承担多个功能所设计的零件应易于加工避免要求过高的公差减少辅助工艺和精整操作利用工艺的特殊性质可制造性评价 是指产品设计定义与生产工艺能力之间适合度的评价,或者说是产品设计的
10、质量,即设计的产品是否容易地利用一个企业或组织的制造资源而生产出来。可制造性可以通过产品的加工成本、工时、质量和品种等方面的指标来反映。 通过评价指标衡量一个零件可制造性的好坏,如:识别能否被制造的状况;提供成本和质量信息等。通过评价,在设计零件的早期阶段向设计者反馈产品在制造过程中的信息,帮助设计者改进不合理的设计,以适应资源环境及满足功能要求。DFM的主要方法定量分析法 Tanner等提出可制造性指标(Productability Index,Pl)方法,该方法是对给定设计提供可制造性指标,来判断潜在的可制造性问题: Pl=WPIF(i)OPD(i) 其中:WPIF为加权可制造性影响因子,
11、它提供材料、标准化、精确度等各个方面的可制造性权重因子;OPD为观察加工难度值,对给定的设计,OPD可通过规则决策出来;PI值越大,表明可制造性越差。DFM的主要方法定量分析法特点DFM的主要方法大多采用经验公式来评价可制造性产品和生产条件的复杂多样性,用于评价的数据难以获取（如生产率、加工成本）依赖用户手工填写计算表格和绘制装配顺序流程图,或者在计算机系统支持下通过人机对话方式要求用户回答大量问题,不仅繁琐、效率低,而且容易出错。仿真分析法 利用三维CAD系统、计算机图形学和仿真技术在计算机上仿真产品的实际装配过程,称为产品的装配仿真。装配仿真通过装配序列规划、装配路径规划和干涉检查等手段进
12、行可装配性分析,协调产品结构设计,检查零部件的装配和拆卸情况,以可视化方式展示并改进产品的可装配性。DFM的主要方法仿真分析法特点 仿真分析法本质上是通过几何形体的干涉检查来发现一些结构设计问题,而不能发现产品结构中的一些技术性问题。这种方法用在可装配性分析上比较多, 零件的可制造性分析上的研究较少。DFM的主要方法基于知识的分析方法DFM规则法 DFM规则被认为是优化设计建议(Optimal Suggestion)。DFM规则都是从多年的设计和制造经验中获取,如浙江大学硕士学位论文最少零件数规则、模块化设计规则、多功能零件规则等。公理方法 基于设计原则或公理来达到优化制造系统的目的。在产品设
13、计、制造的每一阶段中,每个决策由公理和推论引导,最终获得优化解。设计公理较为抽象,难于用在详细设计阶段。基于知识方法 把工艺知识和费用知识用面向对象的技术进行表达,利用专家系统进行逆向推理决策。把工艺设计、费用估计和设计评价集成,直接从CAD中提取特征进行评价,在一定程度上实现了信息共享。DFM的主要方法三种分析方法特点定量分析需要统计大量的数据,而且不同企业的数据存在较大的差异,难以开发通用的系统。大量经验公式的系数还依赖用户计算并填写表格,或要求回答大量的问题,不仅繁琐,而且这些计算和问题都是非常专业化的,很难被设计新手掌握。仿真分析较少考虑实际的装配工艺、装配条件、装配环境和工装夹具等因
14、素。难以发现一些结构工艺性问题。基于知识实质上都只是采用规则的形式,因此这种系统要求用户根据产品模型的信息输入大量的事实或回答大量的问题之后,才能进行可制造性评价的推理。DFM的主要方法DFM应用-半导体DFM的应用 背景 芯片尺寸曾经指数式地增长了数十年，后来已经趋近饱和，并会最终止步于6英寸掩膜。晶圆直径在过去的30年间从1英寸发展到12英寸，由于同样的原因可能不会再进一步增加。光学光刻技术看起来也接近其寿命的终点了，而且在成熟制造厂中半导体成品率已经接近100%（理论的最大值）。特征尺寸曾经是数微米，现在则由几十个纳米来表征，已经接近量子力学的极限。似乎半导体工业正在成熟，那些唾手可得的
15、东西则越来越少，但不幸的是这些逐渐消失的东西正是遵循摩尔定律的基础。DFM应用-半导体 为继续按摩尔定律曲线发展，设计人员需要越来越多地考虑系统制造偏差的影响这就要求考虑DFM。 在福特公司，工程师们进行车辆组件间的干扰测试时，采用的就是基于虚拟现实系统技术的全电子化原型工具。在半导体工业中这一发展趋势已经非常明朗。2006 年，IBM 的Lars Liebman报道了这类软件工具的概念，称作“光刻可制造性评估器”。在半导体工业增加DFM 方法的众多需求中，Liebman 的论文只是其中的一个。DFM的应用DFM应用印刷电路板DFM的应用小结狭义上 使设计更加适合生产的要求，也是要求我们在设计的时候要充分的考虑生产的情况，使得能设计出来也能生产出来。广义上 设计要符合多数化的生产要求，能够使设计的东西在生产上有更多的选择，降低成本，达到Design for cost!小结谢谢
