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注塑產(chǎn)品工業(yè)設計的可制造性設計與評價的工學論文
摘要：隨著注塑產(chǎn)品開發(fā)技術的發(fā)展，人們對其使用性能和外觀藝術要求越來越高，但工業(yè)設計不僅僅體現(xiàn)藝術性，更應符合工業(yè)產(chǎn)品的制造特點和使用特性。作者提出了注塑產(chǎn)品的藝術創(chuàng)意與制造工藝相結(jié)合的設計方法，同時，還提出了注塑產(chǎn)品可制造性評價體系，針對注塑產(chǎn)品并行設計過程特點，建立產(chǎn)品可制造性評價知識庫（CBR）。在MP3產(chǎn)品工業(yè)設計的實踐中，驗證了利用這種方法指導注塑產(chǎn)品設計，能明顯減少設計變更、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。
關鍵詞：工業(yè)設計；DFM；設計管理；評價體系
提出注塑產(chǎn)品的藝術創(chuàng)意與制造工藝相結(jié)合的設計方法，通過一系列從技術、工程、市場、管理和藝術等方面的設計管理，突破傳統(tǒng)單一設計理念，突出工程技術和管理特性，為注塑產(chǎn)品的工業(yè)設計出行之有效的方法。
1、產(chǎn)品可制造性
設計階段就考慮產(chǎn)品的可制造性，即面向制造的設計（DFM），是并行工程的重要部分，其關鍵在于產(chǎn)品設計時就考慮到產(chǎn)品的可制造性；目的是設計產(chǎn)品易于制造和裝配，在保證滿足設計要求和功能前提下，降低產(chǎn)品成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
很多DFM系統(tǒng)是基于零件的可制造性研究，其重點是考慮減少材料費用和制造費用，即考慮產(chǎn)品本身的可制造性。注塑產(chǎn)品DFM重視產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)對制造費用的影響，通過DFA（面向裝配的設計）來簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而大幅度降低產(chǎn)品制造費用、裝配費用，同時縮短產(chǎn)品制造，裝配的周期，注塑產(chǎn)品DFM效果比單一零件DFM更顯著、內(nèi)容更為豐富和全面。所以，可制造性是對現(xiàn)實的制造工藝條件，滿足用戶要求的產(chǎn)品設計對制造資源的一種優(yōu)化，產(chǎn)品可制造性主要涉及制造成本、時間、加工工藝性、裝配工藝性等，而且各種因素對可制造性影響程度不同，所以注塑產(chǎn)品可制造性囊括模具設計、制造和裝配，產(chǎn)品生產(chǎn)等全過程的所有因素。
2、可制造性設計方法與實踐
國內(nèi)工業(yè)設計師普遍缺乏制造知識背景，很難理解注塑產(chǎn)品的功能和市場定位，設計產(chǎn)品盡管具有藝術創(chuàng)意，但從制造方面來看，可靠性不高甚至無法制造。國外工業(yè)設計起步早，水平非常高，其設計的可靠實現(xiàn)是以發(fā)達的制造水平為基礎。參考國外的可靠設計方法，合理搭配設計和制造工藝，強化設計管理，突破以往單一設計理念，突出工程技術和管理特性，為注塑產(chǎn)品的工業(yè)設計提出一種行之有效的設計方法。
2、1可制造性設計方法
可靠設計方法是通過設計管理，從技術、工程、市場、管理和藝術等方面綜合實施的設計過程，將材料選擇、產(chǎn)品設計、模具設計、工藝選擇結(jié)合成有機的整體，進行充分的信息溝通，信息共享，使設計工作在最短周期內(nèi)、以最小成本獲得設計目標的收斂和優(yōu)化。通過圖1所示的設計方法實施量化設計管理，該方法符合現(xiàn)代企業(yè)TQCS（交貨期、質(zhì)量、成本和服務）的競爭戰(zhàn)略。
2、2可制造性設計實踐
圖2所示為電線纜扣，該產(chǎn)品是傳統(tǒng)金屬卡扣的替代品，其復合特性決定了產(chǎn)品定義是由技術特性的工程概念轉(zhuǎn)化為以人為本的概念，構(gòu)成了設計師、工程師、管理層和用戶群體共同理解的基礎。同時，產(chǎn)品定義的特性決定了市場定位，提供了生產(chǎn)管理決策，使設計從模糊需求轉(zhuǎn)化為可測需求。
該產(chǎn)品的功能易用性復合了人性化使用設計特性，滿足了表面接觸、習慣因素和時尚元素；另外，產(chǎn)品的顏色、形體、表面等設計都是建立在用戶體念的基礎上，復合了工業(yè)設計的外形設計方法；材料選擇熱塑性塑料，不僅滿足了產(chǎn)品的彈性要求，還確�；厥赵偕目煽浚瑥秃暇G色設計與制造要求。
電線纜扣的孔、鉸鏈、筋、圓角等結(jié)構(gòu)的設計復合了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計、安全設計要求，便于安裝、受力均勻，還滿足產(chǎn)品的便利、安全標準的特殊要求。筋的設計為減少底部的應力，確保制造的可行性必須設計底部圓角，如圖3（a）為圓角過小的分析結(jié)果，圖3（b）為可靠結(jié)構(gòu)。
3、基于實例的可制造性評價體系
注塑產(chǎn)品工業(yè)設計的可制造性評價是對可靠性設計方法的評價，同時是對產(chǎn)品DFM技術的鑒定，所以具有非常重要的意義。
3、1評價指標
產(chǎn)品可制造性評價指標分為兩種：技術指標、經(jīng)濟指標。可制造性評價體系如圖4所示。
�。�1）技術指標技術評價主要是評價設計方案滿足設計要求和技術性能要求的程度，包括可加工性和可裝配性等。
�。�2）經(jīng)濟指標經(jīng)濟評價主要圍繞產(chǎn)品設計方案的經(jīng)濟效益進行評價，包括方案的成本和周期等�？芍圃煨灾兴ǖ某杀居形锘瘎趧映杀尽⒒罨瘎趧映杀�、利潤、稅金。周期是指產(chǎn)品整個開發(fā)周期的時間，但可制造性所包括的時間主要有：準備時間、加工時間、裝配時間、調(diào)試時間等。
3、2基于實例的評價過程
基于實例推理的求解過程如圖5所示，設計信息輸入評價系統(tǒng)與從實例庫中檢索出實例信息進行比較，得到的權值大于設定的臨界值判定為完全相似，否則為不完全相似或完全不相似。其中完全相似的情況極少發(fā)生；不完全相似與完全不相似也是根據(jù)實際情況給出一個臨界相似度值，即相似度的下限值。不完全相似的信息經(jīng)過修改，儲存至實例庫，使實例庫具有學習和改進性；完全不相似的信息則判定為可制造性差，返回重新設計，以提高制造的可行性。
4、結(jié)束語
面向注塑產(chǎn)品可制造性的進行深入研究，提出基于制造知識通過設計管理的方法，對產(chǎn)品可靠性進行模糊綜合評價，在產(chǎn)品設計過程的早期就考慮制造因素，減少設計的反復，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時，設計了可制造性的評價體系，通過創(chuàng)建實例庫，將設計信息與實例進行比較評價其技術性和經(jīng)濟性，確保注塑產(chǎn)品的模具設計、制造和裝配，以及產(chǎn)品生產(chǎn)的可行性。
參考文獻
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