前言Preface

宾州大学沃顿商学院一项研究表明:75% 的独立产品开发项目因 制造问题 没能按时交付产品,而 影响制造 最直接的原因是相关开发项目的 前端设计。

多数独立开发者都认为 “ 三维建模 ” 就等于 “ 产品设计 ” 。正是因为这类设计只拥有绘图能力,与制造完全脱节,对产品的可制造性和可装配性不了解,考虑的产品结构不够周全,直接导致产品开发成本过高,周期过长,品质过低,无法按时交付。

互联网时代新兴独立开发机构的代表之一 锤子科技,其早期产品频繁跳票的糟糕表现,就是 “ 一张图等于产品设计 ” 开发理念的典型代表案例。
理想的产品开发模式是什么呢?
面向制造和装配的产品开发模式DFMA

Design for Manufacturing and Assembly - 产品设计阶段,充分考虑来自于产品制造和装配的要求,使得设计的产品具有很好的可制造性和可装配性,从根本上避免在产品开发后期出现的制造和装配质量问题。
优势advantage

DFMA产品开发模式的开发时间短,产品质量高。能够保障预期的产品开发周期,顺利地进行后端的制造和装配,特别适合独立开发产品少量多样化的特点。

DFMA产品开发模式的设计充分考虑制造和装配的要求,后期修改少,产品开发成本低。
影响产品成本的四个主要因素是设计、材料、劳动力和管理。在产品开发中,产品设计阶段的成本仅仅占整个产品开发投入成本的5%,但产品设计却决定了75%的产品成本。产品设计在很大程度上影响了材料、劳动力和管理成本。
DFMA开发原则
I. 减少零件数目与类型

优点:可减少装配量,降低在制品库存,便于管理,容易提高可靠性,易于维护。

II. 装配结构工艺优化

优点:保证装配质量,降低装配成本。

III. 加工结构工艺优化

优点:减少机械加工工作量,便于加工与检验,降低加工成本。
DFMA开发实践
设计选材

列出所有的标准,进行系统性评估。不仅考虑原材料的价格,还要兼顾,材料的特性有助于缩短生产周期,降低生产成本,所产生的经济效应潜力。

与产品结构性能最匹配的材料可以做为产品的首选材料。
无定型热塑性塑料 由于不易弯曲,则常被应用于外壳 。
半结晶性热塑性塑料 主要用于机械强度高的部件。
玻璃纤维 主要用于增加强度、坚固度和提高应用温度。
矿物 则主要用于减少翘曲。
壁厚设计

在塑料零件的设计中,很重要的一点是尽量使均匀壁厚设计。同一种零件的不同壁厚可导致严重的翘曲和影响尺寸精度。
为取得均匀的壁厚,模制品的厚壁部分应设置模心,此举可防止形成空隙,并减少内部压力,从而使扭曲变形减至最小。

壁厚不宜过厚并且要尽量均匀,理论上取产品长度的 1/10。
大的实体结构尽量用空腔结构代换。
大平面构件需要加强刚度可采取加筋、设凹槽、平面设计成拱形等途径。
公差设计

公差设计将决定加工技术的选择与成型成本的高低,设计需要结合商业可行性。
容易量产的产品公差设计标准:产品与标准尺寸的偏差 0.25-0.3% 。

塑料构件弹性模量小,公差精度低于金属构件很多,所以须避免大尺寸小公差的设计。
将配合面尺寸缩小。
同一公差要求部分放入同一半的模具中。
利用塑料易变形的特点,低公差结构设计满足高配合精度要求。
焊接设计

为确保低成本、有效功能设计,在设计早期阶段,十分有必要选择一种适宜的焊接方法。

零件的连接结构设计对于焊接质量的保障更为重要。
薄壁零件需要在零件双方之间加入一个导槽,以吸收多余材料,从而避免飞边。这样,当使用一定的焊接压力时,零件壁不会移动而偏离预定位置。

低弹模数塑料 的焊接适合采用 近声场焊接方法。
玻璃,无定型材料 则推荐使用 远声场焊接方法。
成本设计

影响零件成本的主要因素有:原材料性能与成品设计。
设计者必须非常注重开发原料和加工过程的正确解决方案,使开发产品具有优良的表现,而同时获得低的生产成本。

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