现代制造技术和现代制造模式简介（二）

3．现代先进制造技术

诚如上面所说，现代制造技术对于促使企业加快新产品的开发和生产，确实起到了极其重要的作用。由于这些技术使工作效率显著提高，它们既能节省大量的人力，并减轻手工作业时的繁重劳动，而且还能确保优异的工作质量。然而，事物不是一成不变的。旧的矛盾解决了，新的矛盾又随之而生。正是这样，矛盾推动着事物的发展，矛盾推动着社会的进步。对于现代制造技术而言，也复如此。因此，在上述那些计算机辅助技术的基础上，为了解决新的矛盾和挑战，现代先进制造技术也必须不断向前发展，从而又出现了许多新的制造技术和制造模式。下面仅择其要者而言之。

3．1面向制造与面向装配的设计（DFM＆DFA）

众所周知，单靠现行的CAD技术并不能排除实际生产中屡见不鲜的工程更改问题。工程更改对企业的正常生产和经济效益所产生的负面影响是十分严重的。因为工程更改往往导致在制品的半途而废、已准备好的工艺装备不复使用，从而造成不应有的生产中断、生产费用增加、以及产品交货期的延迟。要想解决和防止更改问题，必须寻求新的技术和方法。

其次，制造过程中的大部分决策（约占总决策数的80％以上）是在产品设计阶段作出的。例如：零件的结构形状、材料选择、尺寸公差、热处理要求、以及其它技术条件等。这些决策的正确与否，对于以后产品的质量好环、制造成本的高低和制造周期的长短等，都有着极大的影响。为了不使产品设计阶段所作出的决策发生重大失误，单靠现行的CAD同样于事无补。因为现行的CAD技术，充其量，只是把人们头脑中所构思好的零件结构形状，通过其图形软件而使之再现于屏幕上，或绘制在图纸上。它并不具有真正意义上的设计功能。

此外，严格他说，目前的产品设计工作也只是停留在经验设计的阶段，还称不上是真正的科学的设计。因此，不少人致力于“变经验设计为科学设计”的探索和研究中。近十余年来，有人提出了公理化设计的设想。即如几何学中的公理一样，使产品设计必须遵循大家所公认的公埋，从而在评价产品设计的优劣方面，也可以依据有关的公理，而不至于各说各的、因人而异。

总之，由于目前CAD的应用方面所存在的不足，人们便在CAD的基础上，进一步发展了面向制造的设计（DFM：DesignforManufacturing）以及面向装配的设计（DFA：DesignforAssembly），企图使设计人员在新产品的设计阶段，便考虑到它们应该易于制造和便于装配，从而使新产品在制造与装配过程中的工程更改减少到最小程度。

这是在CAD方面的新的进展。对于DFM和DFA而言，有人也把它们归之为产品的可生产性（Producibility）或可制造性（Manufacturability）。其实，这也就是国内过去所说的“产品结构工艺性”，只是现在把产品结构工艺性的准则和计算机辅助设计结合在一起。以前这些准则是靠人去贯彻和审核的，如今则是交计算机去执行。

DFM和DFA两者如今被合在一起而称作DFMA。有了DFMA这样的工具，使我们在设计产品的部件和零件的结构时，就可以充分考虑到它们的装配工艺性和加工工艺性，从而保证在零件的加工和部件的装配时，不至于发生因设计不周而产生的工程更改问题。根据DFMA的原理，评价一个产品结构设计好坏的基本准则，是看在满足产品功能要求的前提条件下，构成该产品的零件数是否为最少。因为产品中多一个零件，并非像设计人员所想象的那样，仅仅是多出了一张图纸而已。实际上，多一个零件便多了一系列的投产前的生产准备工作和投产后的计划管理工作。多一个零件便需多编制一份工艺规程、多设计与制造相应的工艺装备、多准备一种毛坯、同时必须为这一零件的质量控制、生产进度、库存管理等多操一份心和多费一份力。所有这一切，都要耗费人力、物力、财力和时间。因此，最终将影响产品的生产成本和生产效率。由此可知，在满足产品功能要求的前提条件下，构成产品的零件数应该是愈少愈好。

为了确保产品的零件数为最少，有人提出了两条设计公理：

----保持产品及其零部件功能要求的独立；

----促使产品及其零部件的信息容量为最少。

保持功能要求的独立，是指既不希望出现重复的或相同的功能，也不希望一个零件只具有一种功能。实际上，一个好的产品设计，要保持功能要求的独立，它必须由多功能的零件（即一个零件同时具有多种功能）所构成。这种多功能的零件上的每一种功能，必须是各自独立而又不重复的。唯其如此，才能保证产品的零件数最少。图3即为保持功能要求独立的一个示例。图中的l和4，其功能即属重复或相同；二者只需居其一。

要使产品的信息容量为最少，则不仅构成产品的零件数应最少，而且每个零件的结构应最简单。否则，产品的信息容量是不可能为最少的。这一道理是显而易见的。与此同时，零件的结构愈简单，则零件愈容易制造。图4所示，即为满足相同功能要求的两种不同部件结构设计，其各自所包含的零件数截然不同，从而各自所拥有的信息容量也有着天壤之别。图中（a）表示未按DFMA设计时的传动轴部件结构。由图中可知，原来的结构中，采用了许多套筒、隔圈、垫圈、螺钉、螺母等。这不仅增加了零件的数量，而且还增加了零件材料的消耗、增加了机械加工和装配的劳动量。图中（b）则表示经过DFMA的评定和改进设计后，满足同样的功能要求，只需用5种弹簧卡圈，便可代替原来11种零件。由此说明DFMA在现代机械产品设计中的重要意义和深远影响：

根据我们的观点，在运用DFMA时，我们以为：在产品的总体设计或概念设计阶段，主要是从产品的功能要求出发进行设计。由于产品功能是一种高度抽象的概念，为了能使计算机接受这种抽象概念，因此必须研究和开发一种能确切描述和表达产品功能的计算机语言。这种语言便是所谓的“功能描述语言”。通过功能描述语言，可以把设计人员所构思的产品结构转化为产品的功能。然后计算机即根据所输入的结构功能信息，结合DFM的有关规则进行分析，指出结构的不合理性，并给出改进的建议。图5便是基于功能描述语言的一种产品功能分析系统的流程框图。，在产品的总体设计或概念设计阶段，主要是从产品的功能要求出发进行设计。由于产品功能是一种高度抽象的概念，为了能使计算机接受这种抽象概念，因此必须研究和开发一种能确切描述和表达产品功能的计算机语言。这种语言便是所谓的“功能描述语言”。通过功能描述语言，可以把设计人员所构思的产品结构转化为产品的功能。然后计算机即根据所输入的结构功能信息，结合DFM的有关规则进行分析，指出结构的不合理性，并给出改进的建议。图5便是基于功能描述语言的一种产品功能分析系统的流程框图。

在产品的部件设计阶段，应该采用DFA，使所设计的部件结构便于装配、构成部件的件数应最少、装配中心应尽量避免补充加工（如：配钻、配铰、配作等）。在DFA已经保证部件中的零件数为最少的条件下，采用DFM对上述部件中的零件进行零件设计，以求得零件的结构简单、便于加工与检测。按照上述观点的基于功能描述语言和DFMA的产品设计过程，即如图6所示。

本文摘自于《工业工程与管理》