可装配设计（DFM）

寂静回声

最近，在IDC为企业设计开发的部分新产品项目中，可装配设计成为产品开发的关键要素。 IDC英国总部董事总经理Stephen Knowles博士就如何获得“装配设计”最佳方案提出了建议及’秘诀’。

为何可装配设计如此重要？

【Stephen Knowles】因为产品的大部分成本产生在制造阶段。

生产和装配一样，都需要花费大量的时间。如果装配流程过于繁琐，会造成产品的质量问题。简言之，如果未对装配流程进行规划和测试，就有可能出现问题。

产品设计需求的定义是产品设计流程的一部分：它不仅包括视觉形式，还包括由制造方法、产量、成本、质量和可靠性。通过在最初阶段功能性工程设计的同时，对制造进行规划，可以确保你的设计符合标准。装配要求应当属于产品需求规格的一部分，而且装配流程应尽可能简单到不会出错。

这样做的好处有哪些？

【Stephen Knowles】两大主要优势在于：降低生产成本，增加可靠性。

它也是一种可持续设计，因为你通常不仅仅是为装配进行设计，还包括拆卸、服务和再利用，这些都是同时需要考虑的问题。可持续性将成为产品的一大实际优势，基于使用期限的延长并更适合修理与维护。

作为一名产品设计师，在进行装配流程简化时，您会从哪里着手？

【Stephen Knowles】首先要清楚产品的设计需求有哪些。

假如是一款低成本、高产量的产品，则需要采用低成本且可靠的装配。这种情况通常设计成自动化装配，它不仅仅要考虑装配流程，还要通过设计使其实现自动化。即将可通过机器对齐的特征加入到部件的设计中。设计师需要设计可以简化装配且尽可能能自动对齐的特征（例如在正确的位置加槽口或筋状特征）。这是确保最佳方案所需要达到的细化程度，并且由于其技术要求高，已成为一门专项技能！

另一种截然不同的情况是价值极高的产品，例如实验仪器，它们数量相对较少，但通常包含需要人工装配的电子元件及其他精密元件。 这些元件通常被装在相对较小的空间中，因此了解部件组合在一起的顺序以及它们装入壳体的难易度是非常重要的。 元件的固定也很重要 - 如果你必须将螺钉拧入孔，你需要考虑如何接触或是否有其他更好的方案。

通常，将装配模块化是很好的尝试，使子装配体可以在主体外部进行装配。这意味着你可以在充足的空间中装配某个特定模块，然后再将此模块与其他模块组装在一起，通过简单的方式安装入主体中。这种方式非常有利于装配流程及保养与维护，因为一旦机器出现问题，服务工程师就可以快速地将失效模块更换并将其带回工作室进行修复。或用户可以自行将模块取出，由生厂商寄送新的零件进行替换，以节省更多时间与费用。模块化的产品在保持低维护成本和可持续性上非常有用。

在基于装配的设计过程中，进行调研重要吗？

【Stephen Knowles】是的，很重要。

在初期创建产品需求规格表时，我们需要彻底了解产量，装配位置，工人的技能水平和装配流程本身。当然，目标成本也是一个重要的因素，因为它基本定义了此类装配流程能够采用的时间。

我们与企业紧密合作，从内到外了解流程 - 我们会到现场与生产线上的员工交谈，并彻底了解如何通过优化和改进设计简化装配，以此提高质量，节省时间，降低成本。

质量是如何在装配流程中体现的？

【Stephen Knowles】质量贯穿着整个过程。 开发产品时，我们通常会进行FMEA（失效模型分析）。 随后，也可以与制造商一起进行流程FMEA分析，检查流程中可能出现的问题。 审查设计的过程包括所有元件和它们可能失效的要素，也包括它们被错误装配的潜在可能性。

当产品由人工装配时，要确保它们每次以完全相同的方式装配，因为设备的可靠性和安全性取决于装配的正确性，这是一个非常重要的质量问题。 因此当我们从手工操作的角度考虑某一设计时， 要考虑哪些夹具和固定装置是必要的，以促成可重复且可靠的装配流程。

实际上，在我们为Venner开发电子可视喉镜时，我们就在IDC制作了首批50台样机。 在制作的过程中，为了在某些零件被固定住时将PCB卡在正确的位置，我们制造了许多夹具。 对于实现制造的精确性和高效性，夹具和固定装置可以是一种有效的方式。 夹具属于专业设备，为用于完成有助于零件装配的特定工作而专门设计的。

Venner 电子可视喉镜

Venner案例链接

为确保实际装配过程中的质量和可靠性，可以采用一些常见的设计技巧。

例如，使用防呆措施，帮助操作员在装配元件时避免出错。可以是任何类型的机械装置，在元件装配时，它们通过防止、纠正错误或引起对错误的注意，来消除装配错误。 防呆措施可以通过添加特征对称或圆形的元件中，操作员可以识别装配的正确位置，同时不能以任何其他方向装配。

或刻意地将零件设计成对称的，因此对齐方向便无关紧要，这对于加快装配流程非常有用。 将引入线插入孔和轴中可能会有所帮助，因此如果某些紧密配合的零件进入紧固阶段前就会有一个开口，可以在零件紧紧推入之前实现引导和自对准。

因此，考虑事情可能出错的方式并在设计中实际预测这些是一个关键原则。

在基于装配的设计中，原型制作也是一个重要阶段。 这意味着设计师可以在设计阶段进行产品装配，并在制作原型的过程中了解生产线上的工人可能遇到的一些困难。 原型制作意味着可以对设计和装配进行改进和测试，以找到最佳解决方案。 在设计转移到制造阶段时，我们通常制作试验用的夹具，并为之后的装配流程建模。

减少元件数量和装配步骤有什么影响？

【Stephen Knowles】如果你可以实现一件多用，那么你不仅减少了零件数量，也减轻了装配工作和装配错误的可能性。某些情况下，你可以通过注塑工艺合并结构件来减少所需元件。

我们曾为Strand开发过一个灯具项目 – 原始产品有49个元件，包括一些需要许多螺钉紧固在一起的耗时零件。这个项目的首要任务就是通过减少元件数量以提高制造速度。通过研究使用注塑工艺来合并零件的方法，IDC团队将零件数量减少到只有17件。 大大减少了装配时间并实现了质量缺陷的下降。

同样的案例还有IDC为Troowin设计研发的氢气燃料电池。（Troowin案例链接）

Troowin 氢燃料电池

简单就是最好的吗？

【Stephen Knowles】对于大多数项目而言，元件的简单化是基于生产的设计的最佳方式。

部件少则耗时少，装配过程中出错率低，但是对于无法简化的极其复杂的设备来说，这种方法并不总是可行。 不过，这的确是理想原则。这类情况，借助夹具和固定装置的装配方案可以帮助加快装配流程并确保质量。

生产过程的原型制作和测试对于了解不同方案的影响至关重要。

设计技巧分享

最后，Stephen跟我们分享了五点基于装配设计的重要技巧：

• 将制造与装配纳入产品设计最初的考量内容中，它必须与外观和用户需求一起成为设计流程的一部分；
• 理解产品的产量、本质和装配要求：它是高产量、一次性使用的还是有维护和维修的需求？
• 考虑可能的出错点并通过设计避免：粗心的装配会造成怎样的问题？ 通过预测问题，可以设计出方案来避免错误装配；
• 制作装配流程的原型并测试，检查并改进装配；
• 不同的制造商有不同的偏向性与技能，制造商交流并协作，实现最佳装配流程与策略。
  

- 结束 -

编者语：
IDC媒体联系人: Amy Bao, 电话: +86 (0)21 3331 5511 ＊ 200, 邮件: bao.di@idc.cn.com
关于英国IDC:
IDC作为一家国际型产品化机构，致力于从用户研究、产品定义、技术创新、概念设计，工程开发至成品投产的、全方位产品化流程的实现。在产品创新领域，IDC拥有40余年的丰富经验，92%的项目已经成功转化为产品投入市场。