进阶篇：4.4）DFA设计指南：面向高速自动化装配设计

本章目标：更进一步，设计出符合高速自动化装配的零件。

 

1.前言

中国的人口红利时代正在慢慢地过去，这是事实。同时，机器换人与大自动化的时代也在到来。

在这个时代中，人工成本越来越高，零部件的装配和库存的成本会越来越高，但单个零件的制造工艺也越来越好。所以。零件设计也要跟随着时代的变更而变更的。

比如，增加单个零件的复杂程度，减少装配、库存的零件等。这些都是我们要注意。

而这些要求，恰恰是高速自动化设计的基础。

1.1 节约成本到产品结构设计

同时，我们对产品成本的控制的理念随着人口红利的褪去，也要与时俱进。在这个时代。从产品的重新设计带来的节省往往大于自动化本身的节省（Boothroyd）。

节约成本的方式从作者看来，可以分为三个阶段：

1）以前：人口红利；

当中国是世界制造工厂时，人工成本还是很便宜的。我们可以召集很多人去车间制造、装配、检测。这个时候，是常常多一个人少一个人无所谓的时代。那么，设计就可以简化制造，复杂装配等后期程序。因为模具和加工中心很贵，人很便宜，一个人装不好就多来一个人装，库存太多就找个空地皮就行了。所以那个时代有很多简化零件的设计原则，但常常单纯只是简化的零件却复杂了产品制造的总过程。

2）现在：机器换人；

这点人人都知道，比如现在的东莞。低端制造慢慢转移东南亚（假如有那个本事的公司），剩下的工厂就是用机器换人了。因为成本算下了，反而是机器人便宜。机器人可以不交社保之类的一堆税，还能24小时不断干活。

3）下一个时间点：产品设计本身。

不是说机器换人就够了的，稍微懂一点的人就会发现，机器人现在很多都是傻子，不是说人能装机器人就能装。那么，除了买更加高端的机器人外，还有就是改进产品设计，让它符合机器人来装。依据机器人的高重复效率，改进一点产品设计就能节省一大堆的钱。希望那个时候，社会能对机械设计工程师温柔一点吧。

 

2.高速自动装配概念

高速自动化装配，一般是指自动装配流水线的装配。

装配流水线：是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的装配要求。

自动装配流水线：就是将人的工作尽可能由全自动专用自动化设备或工业机器人替代的装配流水线。其能有效提高生产效率和产品合格率，排除人的因素也能提高量产产品的稳健性。

 

3.DFA与高速自动化装配

面向装配的设计（DFA）对于手工装配产品来说是一个重要的考虑因素，并能获得巨大的收益，它对于产品自动装配更是至关重要。

这里有一个很重要的概念，就是越是自动化生产，就是越要注重DFA。

很多设计师都认为有了工业机器人或流水线的辅助，那么零件的装配设计上就可以更加简单，或不需要注重。这就成了错误的概念。

图5.1 中的简单例子可以说明这一点。

在手工搬运和插人时，稍微不对称的螺纹零件不会引起明显的问题，但对于自动搬运来说，就需要一套昂贵的视觉系统来辨识其方向。因此，对于自动装配的经济性而言，仔细考虑产品结构和零部件设计是非常必要的。

事实上，可以这样认为，在产品装配过程中引进自动化的优点是它促使重新考虑产品的设计，不仅获得了自动化的好处，也改良了产品的设计。（这句话是原书中的表述，真别扭）

DFA的设计原则，多为手工装配的要求，但这也是高速自动化的基础。

 

4.高速自动装配化的设计准则

4.1 遵守总章的DFA设计要求

遵守DFA基础要求是个大前提。

但面对高速自动化的流水线，作者还补充的设计准则，如下。

4.2 避免昂贵和耗时的紧固作业：如尽可能避免螺纹紧固，焊接等。

4.3 面向机器人装配补充(Boothroyd)

1）把零件设计成能用同一个机器人抓取和插入：如螺纹紧固件使用往往需要工具转换，这是因为机器人肘结很少能转动超过一周。

2）如果零件在储料仓或托盘内输送，那么要确保零件有一个稳定的静止姿态，这个姿态使机器人在不需任何操纵下就能抓取和插入零件。

应该说明的是，如果生产条件允许，利用机器人夹持优于利用专用工作头，同时部分设计规则可以放宽。例如，机器人可以通过编程来从输送阵列中获取零件，这种阵列可以是人工装填的随行工作台或者是零件托盘，从而避免了从散件中利用自动进给所产生的许多问题。然而，当进行经济性对比分析时，储料仓的手工装填成本必须被考虑进去。

3）考虑机器人专用装配要求:如光学检测仪器对零件颜色的要求。

作者就吃过O形圈和零件都是黑色的亏。

 

5.DFA检查表格

DFMA学以致用,事前遵循，事后补缺。