DFA面向装配的设计，一种新的产品设计方法

关键词：DFA

导语：DFA是Design for assembly的缩写，中文术语是面向装配的设计，是一种新的产品设计方法。

降低成本、提高质量和缩短开发周期是企业生存和发展的三大主题，并行工程就是在这样的主题环境中逐渐发展起来的解决方案，而在并行工程的环境下，DFA是一项重要的使能技术。那么，是什么是DFA呢？

DFA是Design for assembly的缩写，中文术语是面向装配的设计。为什么说是面向装配的设计，就是在产品设计过程中利用各种技术手段，如分析、评价、规划、仿真等，充分考虑产品的装配环节及其相关的各种因素的影响，在满足产品性能与功能的条件下改进产品装配结构，使设计出来的产品是可以装配的，并尽可能降低装配成本和产品总成本。

DFA的历史来源

DFA这一术语，最早是由美国马萨诸塞州大学的G.Boothroyd和P.Dewhurst于1980年正式提出的。设计和制造虽然是两个不同的阶段，但产品设计是否合理对制造成本影响显著。因此，必须从产品设计一开始就考虑制造因素，以减少制造费用，降低产品成本，早在60年代，就有许多企业开发基于可制造型的设计指南，用于指导自己的产品设计，但这些指南一味强调零件的形体简单和加工方便，使用时容易发生误导，甚至得到荒唐的结果。实际上，要想真正地降低产品成本，必须从全局观点出发，以简化产品结构为先决条件，首先考虑产品的可装配性，其次才考虑零件的可加工性。

最早出现的两种DFA方法，是Hitachi AEM方法和Boothroyd DFA方法。

AEM即可装配性评价方法，最初出现于1976年，正式发表于1980年。该方法将所有的装配操作归类为20种动作，每种动作以特定符号表示，并赋予相应的扣分值，装配时原则上要求“一种动作完成一个零件装配”，如果一个零件的装配需要多种动作才能完成，则按某一标准扣分。最后，根据总的扣分来评价产品的装配性能，扣分多的零部件即为改进对象。

DFA方法出自美国的G.Boothroyd和P.Dewhurst共同提出，是在他们与英国的K.G.Swift等人的合作研究中发展起来的。DFA是一种指导设计者精简装配结构的设计分析方法。零件数目的减少，产品结构的简化，不仅使得装配成本大为下降，更重要的是导致了零件材料费、加工费和管理费等相应开支的节省，从而降低产品成本，缩短开发周期，为企业在激烈的市场竞争中赢得主动。

DFA技术国内外研究现状回顾

从国外来看，自从提出DFA概念后，相当长一段时间内对DFA的研究都是在可装配性的评价方面，这实际上也是受当时整个设计思想及设计手段的制约，当时的整个设计思想还是一种串行的设计方法，设计手段上也没有广泛采用CAD方法，随着并行工程的提出及设计手段的更新，对DFA技术的研究也转移到怎样以CAD软件作为基础平台来对产品设计的各个阶段进行DFA的评价，保证产品的可装配。尤其是有了一些大型的CAD/CAM的集成软件后，研究也更加深入了。从评价手段来看，包括怎样从现有的零件模型中提取特征参数来对零件进行可装配评价计算，从装配模型中提取装配结构的一些参数来对整个装配结构进行评价分析，从产品的装配模型进行自动的装配系统规划及对装配成本进行分析等等。

从国内来看，许多学者也在进行这方面的研究，但研究主要着重的是DFA技术的各个方面来进行研究，譬如基于知识处理的DFA评价方法、面向集成的装配模型、装配模型的特征提取技术、装配序列的自动规划等等。

清华大学的教授提出了一个基于广义设计的同步DFA方法，这种方法的核心思想在于：

一、面向装配的是合计不仅进行产品自身的定义，同时还要拟定合适的装配工艺和装配系统。

二、同步DFA强调DFA活动与产品设计过程的同步递进。它将DFA活动分成两个方面：可装配性设计指南和可装配性分析评价，DFA设计指南随时指导产品设计，产品可装配性的实现就可以像设计过程一样也是一个由粗到精、由抽象到具体的逐渐完善过程。

中国纺织大学的学者也提出了并行工程下的DFA框架。他认为，通传统的DFA相比，并行工程下的DFA主要有两个特点：

一是直接从CAD系统获取装配信息，实现可装配性评价的自动化；

二是支持CAAPP，通过评价选择合理的装配工艺，或对给定的装配工艺进行优化。采用技术主要包括：面向装配的CAD系统、特征造型和特征识别以及专家系统技术。

华中理工大学的学者提出了一个在并行工程环境下的面向集成的装配模型，这个模型是从产品功能的观点出发，按照自顶向下的设计思想，可以充分利用已有的参数化特征造型模块，在进行装配设计的同时进行零件的详细设计。

合肥工业大学的学者把模糊评价的技术引入到并从工程环境下的产品可装配评价，建立了一个评价的数学模型。在这个评价模型中，他讲评价的技术指标分为底层和顶层二级，底层评价是对装配过程的每一步细节进行详细评价，顶层综合评价就是在底层评价的基础上，结合总体结构的好坏等因素，对产品可装配性进行全面的评价。

并行工程环境下的DFA技术

早期DFA主要用作可装配性的分析评价工具，即当产品的设计进行到一定阶段后，对结构的可装配性进行评价，或者对不同的装配结构进行分析比较。尽管这些方法都希望能在产品的概念设计一开始就发挥作用，但实际分析评价却基于零件的装配操作，发生在零件的结构和形状已经产生之后，这种时候监督的方式难以避免零部件设计的返工，DFA作用也不能充分发挥出来。

具体来说，早期DFA方法的局限与不足表现在：

1、可装配性评价往往发生在产品的详细设计完成之后，因此对产品结构的简化仅仅限于合并或减少零件，原始设计中零部件划分的总体格局并未改变，从而不能对产品的改您设计提供充分有效的支持。

2、局限于分析个别零件的可装配性，而较少考虑实际的装配工艺、装配他条件和装配环境，因而使装配性评价缺乏一定的针对性。

3、依赖用户手工填写计算表格和绘制装配顺序流程图，或者在计算机软件支持下通过人机对话要求用户回答大量的有关装配的问题，不仅繁琐、效率低，而且容易出错。

4、只给出零件的可装配性评价，指示其不足，但没有给出再设计建议，设计的改进也完全依赖于用户；

5、缺乏对可装配性设计规则的管理机制，设计规则的反馈、扩充和修改没有受到重视，因而评价中存在同一类问题常常重复发生。

随着对并行工程研究的逐步深入，DFA作为并行工程的一项使能技术也在不断得到改进和发展，主要体现在：

充分体现在产品设计、工艺、制造过程中的并行运行机制，使DFA能够与CAD实现信息共享，进而实现CAD/DFA/CAAPP的集成；

基于三维零件描述的DFA系统，一方面减少了输入零件信息的大量重复劳动，另一方面，只有采用三维零件描述，才能使检验零件间的空间位置关系，包括装配关系成为可能。

基于产品实际装配工艺的DFA系统，可以实现更完备的DFA分析，即可分析在特定装配工艺条件下的产品设计问题；

DFA专家系统，采用基于规则的技术和面向对象编程方法，在知识库和数据库的支持下，通过推理机来判断给定的设计方案和装配方案的合理性，并给出再设计建议。

DFA技术，通过在产品设计过程中利用各种技术手段，如分析、评价、规划、仿真等，充分考虑产品的装配环节及其相关的各种因素的影响，在满足产品性能与功能的条件下改进产品装配结构，使设计出来的产品是可以装配的，并尽可能降低装配成本和产品总成本。

以上就介绍了DFA面向装配的设计—一种新的产品设计方法，面向装配的设计自面世以来受到很多企业的重视，并取得很好的应用效果，对于企业如理用更低的成本、更短的时间、更高的质量进行产品开发，面向装配的设计DFA是一个有效的手段。