注塑產品工業設計的可制造性設計與評價的工學論文

　　摘要：隨著注塑產品開發技術的發展，人們對其使用性能和外觀藝術要求越來越高，但工業設計不僅僅體現藝術性，更應符合工業產品的制造特點和使用特性。作者提出了注塑產品的藝術創意與制造工藝相結合的設計方法，同時，還提出了注塑產品可制造性評價體系，針對注塑產品并行設計過程特點，建立產品可制造性評價知識庫（CBR）。在MP3產品工業設計的實踐中，驗證了利用這種方法指導注塑產品設計，能明顯減少設計變更、縮短產品開發周期、降低產品成本、提高產品質量。

　　關鍵詞：工業設計；DFM；設計管理；評價體系

　　提出注塑產品的藝術創意與制造工藝相結合的設計方法，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，突破傳統單一設計理念，突出工程技術和管理特性，為注塑產品的工業設計出行之有效的方法。

　　1、產品可制造性

　　設計階段就考慮產品的可制造性，即面向制造的設計（DFM），是并行工程的重要部分，其關鍵在于產品設計時就考慮到產品的可制造性；目的是設計產品易于制造和裝配，在保證滿足設計要求和功能前提下，降低產品成本，縮短產品開發周期。

　　很多DFM系統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，即考慮產品本身的可制造性。注塑產品DFM重視產品的結構對制造費用的影響，通過DFA（面向裝配的設計）來簡化產品結構，從而大幅度降低產品制造費用、裝配費用，同時縮短產品制造，裝配的周期，注塑產品DFM效果比單一零件DFM更顯著、內容更為豐富和全面。所以，可制造性是對現實的制造工藝條件，滿足用戶要求的產品設計對制造資源的一種優化，產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，所以注塑產品可制造性囊括模具設計、制造和裝配，產品生產等全過程的所有因素。

　　2、可制造性設計方法與實踐

　　國內工業設計師普遍缺乏制造知識背景，很難理解注塑產品的功能和市場定位，設計產品盡管具有藝術創意，但從制造方面來看，可靠性不高甚至無法制造。國外工業設計起步早，水平非常高，其設計的可靠實現是以發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，為注塑產品的工業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、產品設計、模具設計、工藝選擇結合成有機的整體，進行充分的信息溝通，信息共享，使設計工作在最短周期內、以最小成本獲得設計目標的收斂和優化。通過圖1所示的設計方法實施量化設計管理，該方法符合現代企業TQCS（交貨期、質量、成本和服務）的競爭戰略。

　　2、2可制造性設計實踐

　　圖2所示為電線纜扣，該產品是傳統金屬卡扣的替代品，其復合特性決定了產品定義是由技術特性的工程概念轉化為以人為本的概念，構成了設計師、工程師、管理層和用戶群體共同理解的基礎。同時，產品定義的特性決定了市場定位，提供了生產管理決策，使設計從模糊需求轉化為可測需求。

　　該產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，復合了工業設計的外形設計方法；材料選擇熱塑性塑料，不僅滿足了產品的彈性要求，還確保回收再生的可靠，復合綠色設計與制造要求。

　　電線纜扣的孔、鉸鏈、筋、圓角等結構的設計復合了產品結構設計、安全設計要求，便于安裝、受力均勻，還滿足產品的便利、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果，圖3（b）為可靠結構。

　　3、基于實例的可制造性評價體系

　　注塑產品工業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

　　產品可制造性評價指標分為兩種：技術指標、經濟指標。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）經濟指標經濟評價主要圍繞產品設計方案的經濟效益進行評價，包括方案的成本和周期等。可制造性中所包括的成本有物化勞動成本、活化勞動成本、利潤、稅金。周期是指產品整個開發周期的時間，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生；不完全相似與完全不相似也是根據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、結束語

　　面向注塑產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，對產品可靠性進行模糊綜合評價，在產品設計過程的早期就考慮制造因素，減少設計的反復，從而縮短產品開發時間，降低產品成本，提高產品質量。同時，設計了可制造性的評價體系，通過創建實例庫，將設計信息與實例進行比較評價其技術性和經濟性，確保注塑產品的模具設計、制造和裝配，以及產品生產的可行性。

　　參考文獻

　　［1］@吳鳳芳．工業產品造型設計模式的研究［J］．山東工業大學學報，2001，31（5）：441—445。

　　［2］@宋玉銀，蔡復之，張伯鵬．集成化DFM技術研究［J］．計算機輔助設計與制造，1996，（9）：18—20。

　　［3］@沈康亮，郝介英．論工業產品造型設計的功能與形式［J］．天津輕工業學院學報，1999，（2）：81—82。

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