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浅谈可制造性设计(DFM)

2015/8/27        作者:郑诚      
关键字:可制造性设计DFM  生产效率  生产周期  
可制造性设计(Design For Manufacture,简称DFM)是电子制造企业加快产品产业化、提高产品质量和生产效率、降低制造成本的有效途径,为充分提高效率,减少人为因素,当今的国内外大企业都借助于DFM软件来进行产品的PCB设计、裸板分以及组装工艺的设计,最后形成产品的DFM报告,其数据内容成为企业产品数据管理的重要组成部分。

1.  DFM的背景

    进入上个世纪90年代以来,电子领域的发展日新月异,各种产品的设计开发以及市场的推广进入了一个全新的时期。电子产品设计师正面临着比以往更艰臣的挑战:客户要求产品价格更低、产品质量更高同时交货周期更短。如何更快地去设计功能更多、体积更小、性价比更高、能够最大程度满足客户需求的产品成为各电子设计师努力追求的目标。

    但由于长期以来的思维和操作定势,产品在开发与制造环节之间始终存在“间隙”,设计出来的产品往往面临:

    (1)不符合制造能力的要求,从而需要大量的维修工作,导致产品质量低下,产品设计需要多次修改。

    (2)产品根本无法制造,设计人员必须另起炉灶、从头开始,浪费了大量的人力、物力,严重削弱了企业在同行业中的竞争实力。

    (3)产品可靠性差,客户投诉多,售后服务投入大,企业入不敷出。产品生命周期缩短,最终导致企业无以为继。

    这些问题,都与产品的可制造性联系在一起,这是现代电子产品和设计中必须考虑的重要因素。众所周知,设计阶段决定了一个产品约80%左右的制造成本。根据对国内外企业的调查可以发现,凡是企业产品开发持续力好,成果转化能力强,产品质量稳定,必然与企业对研发的观念和推行的保障体系相关,最关键的问题在于企业是否有一套针对新产品设计开发的产业化技术研究。

2.  DFM项目简介

    可制造性设计DFM(Design For Manufac.ture,简称DFM)是保证PCB设计质量的最有效的方法。DFM就是从产品开发设计时起就考虑到可制造性和可测试性,使设计和制造之间紧密联系,实现从设计到制造一次成功的目的。DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点,是企业产品取得成功的途径。例如,新产品研发一般过程:方案设计→样机制作→产品验证→小批试生产→首批投料→正式生产。传统的设计方法与现代设计方法比较:

    ●传统方法串行设计→重新设计(1次)→重新设计(n次)→生产

    ●现代设计方法并行设计(CE(Concurrent Engineering并行工程)及DFM)→重新设计(1次)→生产

    以上就可以看出现代设计方法比传统设计方法的效率、时间有很大的提高,但在成本和产品生产交货周期上面却明显降低。

    国际知名的大公司曾做过相关统计调查,从中发现75%的制造成本取决于设计说明和设计规范,70%-80%的生产缺陷是由于设计原因造成的。许多公司采取了规范的DFM设计后,产品制造不良率大幅下降。

    DFM的定义:实现产品及相关过程并行设计的系统化方法。

    DFM的目标:提高产品的可制造性,使产品便于装配和制造,并便于集成工艺设计和产品设计,确保尽可能的达到要求。它要求在制造系统各个组成部分之问保持通信联系,在产品实现的各个阶段能够保持设计渊整和完善的柔性。

    DFM主要是研究产品本身的物理特征与制造系统各部分之间的相互关系,并把它用于产品设计中,以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化,使之更规范,以便降低成本,缩短生产时间,提高产品可制造性和工作效率。它的核心是在不影响产品功能的前提下,从产品的初步规划到产品的投人生产的整个设计过程进行参与,使之标准化、简单化,让设计利于生产及使用。减少整个产品的制造成本(特别是元器件和加工艺方面)。减化工艺流程,选择高通过率的工艺,标准元器件选择减少模具及工具的复杂性及其成本。

3.  DFM的发展史

    ●创始于70年代初,在机械行业用于简化产品结构和减少加工成本。

    ●1991年,DFM的应用对美国制造业竞争优势的形成做出贡献,美国总统布什给创始人G.布斯劳博士和P.德赫斯特博士颁发了美国国家技术奖。DFM很快被汽车、国防、航空、计算机、通讯、消费类电子、医疗设备等领域的制造企业采用。

    ●1994年SMTA(美国SMT专业委员会)首次提出先进制造技术概念。1995年先进制造技术是表面贴装国际会议的主题,1996年SMTA发表了6篇相关性文章。作为一种科学的方法,先进制造技术将不同团队的资源组织在一起,共同参与产品的设计和制造过程。通过发挥团队的共同作用,实现缩短产品开发周期,提高产品质量、可靠性和客户满意度,最终缩短从概念到客户手中的整个时问周期。

4.  DFM的意义

4.1 降低成本、提高产品竞争力。

    低成本、高产出是所有公司永恒的追求目标。通过实施DFM规范,可有效地利用公司资源,低成本、高质量、高效率地制造出产品。如果产品的设计不符合公司生产特点,可制造性差,就要花费更多的人力、物力、财力才能达到目的。同时还要付出延缓交货,甚者失去市场的沉重代价。

4.2 有利于生产过程的标准化、自动化,提高生产效率。

    DFM把设计部门和生产部门有机地联系起来,达到信息互递的目的,使设计开发与生产准备能协调起来。统一标准,易实现自动化,提高生产效率。同时也可以实现生产测试设备的标准化,减少生产测试设备的重复投入。

4.3 有利于技术转移,简化产品转移流程,加强公司问的协作沟通。

    现在很多企业受生产规模的限制,大量的工作需外加工来进行,通过实施DFM,可以使加工单位与需加工单位之间制造技术平稳转移,快速地组织生产。可制造性设计的通用性,可以使企业产品实现全球化生产。

4.4 新产品开发及测试的基础。

    没有适当的DFM规范来控制产品的设计,在产品开发的后期,甚至在大批量生产阶段才发现这样或那样的组装问题,此时想通过设计更改来修正,无疑会增加开发成本并延长产品生产周期。所以新品开发除了要注重功能第一之外,DFM也是很重要的。

4.5 适合电子组装工艺新技术日趋复杂的挑战。

    现在,电子组装工艺新技术的发展日趋复杂,为了抢占市场,降低成本,公司开发一定要使用最新最怏的组装工艺技术,通过DFM规范化,才能跟上其发展的脚步。

5. 结束语

    随着市场竞争的日益激烈,DFM的应用和实施必将越来越成熟,越来越多的企业也将受益于DFM。DFM规则的标准化值得期待,同时DFM的自动化程度也会越来越高。

    有报道称,美围在“新一代制造计划”中指出未来的制造模式将是:批量小、质量高、成本低、交货期短、生产柔性、环境友好。这对于习惯于计划预制、批量生产的企业来说,无疑具有相当大的挑战性。DFM技术的引进和推广,能够帮助企业从设计开始就具备现代制造理念,一切从可制造性原理出发,减少不必要的成本,使企业应对挑战、把握未来成为可能。

责任编辑:邓李君
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