可制造性设计理论研究

张 雪，林莅莅，杨 闽

（昆山登云科技职业学院 江苏 昆山 215300）

1 引言

设计是产品质量的基础，产品的质量是设计与制造出来的，而不是检验与维修出来的，在当前制造业环境中，提高设计的质量，在设计中进行可制造性设计，能够使后续的生产部门在生产、组装更为便利，使生产效率提升。同时还能够降低生产成本，尤其是材料加工工艺方面，故而对其设计理论进行探究极为必要。本文对该问题进行探究，以为相关设计人员提供一定的参考。

2 可制造性设计概述

2.1 可制造性设计核心

可制造性设计（DFM，Design for Manufacturing）是将制造系统进行总体优化的一种设计，设计人员在对产品本身的物理特性研究的基础上，分析制造系统与这些产品物理特征之间的关系，这样方能够使整个制造流程实现一体化，最终缩短生产时间，提升产品的工作效率。从可制造性设计的本质上来看，其核心是从产品的初步规划到产品的投入生产中对产品进行设计，使产品更加标准化，简单化，同时还能不影响到产品的功能。通常情况下，进行可制造性设计，能够使产品的工艺流程简化，尤其是需要生产的是标准的元器件，故而可以减少模具的制造，从而降低生产的成本。

2.2 可制造性设计过程

可制造性设计的过程主要有五步，即寻求建立DFM规范→建立DFM检查表→DFM报告→DFM测试→DFM分析评价。寻求建立DFM规范即所设计的文件应当结合本公司的生产设计特点，同时还应当进行创新，设计出更加实用的产品。建立DFM检查表则有利于系统更加全面的分析产品，对产品的各个关键环节进行处理。从内容上来看，DFM检查表需要包括产品信息、产品流程、执行组装的各项要求。DFM报告能够对整个设计过程中的问题进行反馈，从而使设计流程更加合理。DFM测试则可以通过各种测试使设计周期加快，其测试的内容包括产品的影响、产品的作用等，准确合理的测试报告能够使设计者较为迅速的得知设计中的问题，进行改正。DFM分析评价是总结评审的过程，合理的评审结果能够为后续的活动奠定基础。

3 可制造性设计原理方法

3.1 结构化方法

可制造性设计原理方法中最重要的一种方法便是结构化方法。结构化方法要求在进行设计之前考虑所需求的各种功能，将各种功能“结构化”，即将生产的过程划分为不同的结构，每一个结构便看成是开发功能的环节，以此实现开创性的产品设计。具体来说，在设计时将各种功能要求通过设计矩阵映射成设计参数，分析这些设计参数并将这些设计参数映射成制造过程的参数。因为参数是依照功能进行设计的，所以这些参数具备层次性，考虑到具体的设计流程，还需要将这些参数划分为“子参数”，依照“子参数”来设计“子功能”，从而确保设计的每一个环节的合理性。不过在采用该种方法时候需要确保两点原则，分别是独立性原则以及最小信息量原则，在确保每一个功能独立性的基础上保证设计的信息量最小，这样才能使设计更加合理。

3.2 质量功能配置方法

质量功能配置方法是顾客驱动的方法，也是是系列产品设计的准则。具体来说，在某产品的生命周期较早阶段，用户开始接触这一产品并且对产品的功能已比较熟悉，而且在使用的基础上还会对产品的预期功能进行推断，所以在后续的设计中应当考虑到该产品本身的特性，并且从顾客的角度出来确保产品的质量。具体来说，在设计之前，要充分对已有顾客进行调研，分析这些顾客的需求，在分析的基础上划分“产品规划矩阵”、“工艺规划矩阵”以及“材料配置矩阵”等等，在满足各个矩阵联系的基础上进行设计，在设计过程中，也需要继续倾听顾客的需求，增加矩阵的内容，并将这些内容付诸于实践，在开发设计过程中将这些需求体现出来。

4 可制造性设计规范分析

4.1 制造工艺设计规范

可制造性设计中设计规范极为重要，尤其是在材料方面，因为设计规范直接影响着后续的自动装配以及柔性装配等。例如塑料模具加工、金属薄板加工等，随着科技的发展，这些简单的加工在一些大公司会实现自动化，使人力成本大量降低。制造工艺设计规范所包含的内容较多，包括材料加工的工艺路线、材料加工的工序中具体的加工内容、切削用量等等，这样方能确保所制造的产品的规范性。确定制造工艺设计规范，无论对大企业还是小公司来说，均有重要的作用。

4.2 公差分析

公差分析在可制造性设计中也有重要的作用，是可制造性设计的有利工具，因为现代制造技术中对产品的质量进行评价的基准之一便是材料的结合尺寸以及公差的合理性。在产品生产中，人们已经意识到公差的作用，并且指出公差具有可重复性、互换性、概念表达清晰等优点。具体来说，对公差进行分析所分析的主要是零件功能以及可装配性，所以在进行可制造性设计时候需要依照不同阶段的不同目的设计合理的工艺，从而确保设计的合理性。另外，因为不同材料所制成的零件在性质有较大的不同，所以公差要求也各不相同，故而在设计之时需要考虑到材料的特性，以确保尺寸偏差最小化。

4.3 可制造性设计管理

可制造性设计项目的完成需要多个部门共同合作，比如设计部门、制造部门、质量监管部门、可靠性检测部门等，甚至还需要包括供应商、用户，所以在可制造性设计规范中必须要重视管理活动，使各个部门能够在同一的指导下进行，以确保设计的合理性。具体来说，可以设计分层次的管理体系，小组成员向项目负责人汇报设计情况，项目负责人再向更高一层极的负责人进行回报，这样方能使可制造性设计活动落实到实处，为后续的活动提供规范。

5 可制造性设计在材料方面要解决的问题

5.1 统一的模型

在材料方面实行可制造性设计，必须要重视模型，统一的模型才能实现各种材料的集成，才能使设计人员能够运用“统一的语言”进行设计，对各种材料的数据进行操作，这样既能减轻设计人员的设计负担，同时还能够保障产品信息的唯一性。不过由于制造中受到不同材料特性的影响，统一的模型建立的难度相对比较大，加之产品生产受客户需求影响较大，而客户需求也不同，故而可制造性设计在确定模型之时必须在考虑客户需求以及材料特性的基础上进行构建。

5.2 自动化的产品数据管理

产品的制造并不单单只是对物料进行转化，还包含着各种信息传递、信息变化等活动，期间所涉及的数据较多，如果数据不准确信息传递错误，会影响到产品的生产。另外，随着社会的发展，可制造性设计的产品也逐渐可以实现“自动化”，在当前“大数据”的时代下，必须要对各种产品数据进行管理，例如构建数据库等，以确保“自动化”生产的正常进行。

6 结语

本文是对可制造性设计理论的探究，文章对可制造性设计理论的核心、过程、原理方法、设计规范进行了分析，并指出了需要解决的问题，以期为设计人员提供一定的参考。同时抛砖引玉，希望有更多的学者参与其中进行探讨，以使材料生产成本进一步降低，使材料生产流程更为优化，从而促进企业、社会的发展。

[1]冯春阳.纳米集成电路化学机械抛光工艺建模与仿真及可制造性设计技术研究[D].复旦大学，2017.

[2]史峥.亚波长光刻条件下集成电路可制造性设计与验证技术研究[D].浙江大学，2015.

[3]刘志镜，郝跃，赵元哲.集成电路可制造性设计理论与统计最优化方法统一模型的研究[J].电子科技，2015，(03):18-21+54.