DFM

面向製造的設計

面向製造的設計是指產品設計需要滿足產品製造的要求，具有良好的可製造性，使得產品以最低的成本、最短的時間、最高的質量製造出來。根據產品製造工藝的不同，面向製造的設計可以分為面向注塑加工的設計、面向衝壓的設計和面向壓鑄的設計等。

當今的DFM是并行工程的核心技術，因為設計與製造是產品生命周期中最重要的兩個環節，并行工程就是在開始設計時就要考慮產品的可製造性和可裝配性等因素。所以DFM又是并行工程中最重要的支持工具。它的關鍵是設計信息的工藝性分析、製造合理性評價和改進設計的建議。

DFM結合CAX、PDM、DFX等組成了面向生命周期設計（DFLC）技術。

DFX是是Design for X(面向產品生命周期各/某環節的設計)的縮寫。其中，X可以代表產品生命周期或其中某一環節，如裝配(M-製造，T-測試)、加工、使用、維修、回收、報廢等，也可以代表產品競爭力或決定產品競爭力的因素，如質量、成本(C)、時間等等。包括： DFP：Design for Procurement 可採購設計 DFM：Design for Manufacture 可生產設計 DFT：Design for Test 可測試設計 DFD：Design for Diagnosibility 可診斷分析設計 DFA：Design for Assembly 可組裝設計 DFE：Design for Environment 可環保設計 DFF：Design for Fabrication of the PCB 為PCB可製造而設計 DFS：Design for Serviceability 可服務設計 DFR：Design for Reliability 為可靠性而設計 DFC：Design for Cost 為成本而設計DFM格式是由DELPHI編程軟體寫的軟體源文件中的窗體文件。

(DFM) is the general engineering art of designing products in such a way that they are easy to manufacture.

DFM不是單純的一項技術，從某種意義上，它更像一種思想，包含在產品實現的各個環節中。

PCB設計，作為設計從邏輯到物理實現的最重要過程，DFM設計是一個不可迴避的重要方面。在PCB設計上，我們所說的DFM主要包括：器件選擇、PCB物理參數選擇和PCB設計細節方面等。

一般來說，器件選擇主要是指選擇採購，加工，維修等方面綜合起來比較有利的器件。如：盡量採用SOP器件，而不採用BGA器件；採用器件pitch大的器件，不採用細間距的器件；盡量採用常規器件，而不用特殊器件等。器件的DFM選擇，作為PCB設計人員需要和採購工程師、硬體工程師、工藝工程師等協商決定。

PCB設計的物理參數這個主要環節主要是由PCB設計人員來確定了。主要包括：板厚孔徑比、線寬間距、層疊設計、焊盤孔徑等的設置。這要求PCB設計人員必須深入了解PCB的製造工藝和製造方法，了解大多數板廠的加工參數，然後結合單板的實際情況來進行物理參數的設定，盡量增加PCB生產的工藝窗口，採用最成熟的加工工藝和參數，降低加工難度，提高成品率，減少後期PCB製作的成本和周期，即“不能殺雞使用牛刀”也不能“殺牛使用雞刀”。

在PCB設計細節上很多的情況就和設計工程師的水平和經驗有很大的關係了。如：器件的擺放位置，間距，走線的處理，銅皮的處理等。這些參數需要長時間多項目的積累才能得到。一般來說，專業的設計由於接觸到更多的要求PCB板廠和焊接加工廠，所以一般他們的設計參數能符合絕大多數板廠的要求，而不是僅符合某個廠的特定成本要求。

DFM從窄意上說是：使設計更加適合生產的要求，也是要求我們在設計的時候要充分的考慮生產的情況，讓設計出來的能夠生產出來。從廣義上講：就是設計要符合多數化的生產要求，能夠使設計的東西在生產上有更多的選擇，降低成本。也就是Design for money!

本書第1版自2011年出版以來深受廣大讀者好評，前後印刷了6次，銷售15000餘冊。為答謝廣大讀者的厚愛，使之更符合讀者的需求、更實用，我們根據近幾年的技術發展和讀者的反饋進行了修訂再版。面向製造和裝配的產品設計（DFMA）是企業以“更低的產品成本、更短的產品開發周期、更高的產品質量”進行產品開發的關鍵。DFMA通過提高產品的可製造性和可裝配性，使得產品非常適合進行製造和裝配，繼而保證製造和裝配時的高生產效率、低不良率、高產品質量和低產品成本等。在勞動力成本日益上升的今天，DFMA對企業顯得更為重要和迫切。

本書詳細介紹了如何在產品開發中應用DFMA以及DFMA設計指南，包括面向裝配的設計指南、塑膠件設計指南、鈑金件設計指南、壓鑄件設計指南、機械加工件設計指南和公差分析等，並輔以圖形和真實案例及DFMA檢查表，具有非常高的實用價值。

本書非常適合從事產品開發的工程師和管理人員閱讀，也可供高等院校機械類專業教師和學生學習參考。

本書第1版自2011年出版以來深受廣大讀者的好評，前後印刷6次，累計銷售15000餘冊。為答謝廣大讀者的厚愛，同時使本書更符合大家的需求、更實用，我們根據近幾年的技術發展和許多讀者的反饋進行了修訂再版。很多讀者對本書的評價是非常實用，不少企業把本書當作工程師必備的培訓教材。承蒙廣大讀者和企業的厚愛，在過去的5年中，我有機會從事有關面向製造和裝配的產品設計（DFMA）的培訓、諮詢、應用和推廣工作，服務對象包括ABB、艾默生、歐普照明、北京阿奇夏米爾、旭東（中國）、康佳電子和特靈空調等各行業知名企業。這不但讓我獲得了許多寶貴的實戰經驗，加深了我對DFMA的認識和理解，同時也讓我更進一步意識到DFMA確實能給企業帶來實實在在的價值，包括降低產品成本和提高產品質量等。

藉此再版之際，我結合對DFMA更深層次的理解，對本書做了以下主要修改：1.增加了Design ForX（面向各種設計要求的設計，簡稱DFX）的內容。從產品設計全局的角度介紹DFX，指出DFMA在DFX中的地位及其重要性，但同時不能忽略產品設計時需要考慮的其他要求，例如來自客戶或消費者對產品的功能、外觀、易使用性等方面的要求，產品可靠性的要求，以及產品低成本的要求等。2.在塑膠件設計指南一章中增加了常用塑膠材料性能的解讀，這有助於工程師在選擇材料時做出正確的選擇，同時對塑膠件進行有針對性的零件設計。另外，更加詳細地介紹了塑膠件的超聲波焊接，包括工藝介紹、焊接結構設計及指南等。3.增加了新的一章：機械加工件設計指南。通過面向機械加工的設計，實現零件機械加工時的高效率、低成本和高質量等。4.重新調整了公差分析一章的結構。以常見錯誤公差分析方法為入口，系統化地介紹了在產品開發過程中進行公差分析的具體步驟和具體指南。

本書第1版出版后，我收到了不少讀者的郵件和電話，經常共同探討書中的技術問題，以及讀者在應用DFMA過程中出現的問題，與讀者的交流使我深受啟發。非常歡迎廣大讀者一如既往地對本書第2版提出建議和指正錯誤，共同推進DFMA在中國的發展，為中國製造業的騰飛貢獻我們的智慧。

鍾元

2016年5月於上海

產品開發如同奧林匹克競技。更低的產品開發成本、更短的產品開發周期、更高的產品質量，永遠是企業追求的最高境界。在全球化的背景下，企業之間的競爭日益加劇，在產品開發中任何一個環節稍有落後，就可能被競爭者超越，甚至被淘汰出局。企業如何才能以“更低的成本、更短的時間、更高的質量”進行產品開發呢？面向製造和裝配的產品設計正是這樣的一個有效手段。它從提高產品的可製造性和可裝配性入手，在產品開發階段就全面考慮產品製造和裝配的需求，同時與製造和裝配團隊密切合作，通過減少產品設計修改、減少產品製造和裝配錯誤、提高產品製造和裝配效率，從而達到降低產品開發成本、縮短產品開發周期、提高產品質量的目的。

本書首先介紹了面向製造和裝配的產品開發；然後重點介紹了面向製造和裝配的設計指南，其中包括面向裝配的設計指南、塑膠件設計指南、鈑金件設計指南、壓鑄件設計指南和公差分析等；最後提供了面向製造和裝配的產品設計檢查表，用於系統化地檢查產品設計是否滿足產品製造和裝配的需求。本書根據作者多年產品開發實際經驗編寫，並結合了國內外先進的產品開發理念和產品設計思想，具有以下特色：1.詳細介紹面向裝配的設計指南與產品的製造一樣，產品的裝配處於同等重要甚至更為重要的地位，但長期被忽視。本書詳細介紹了面向裝配的設計指南，以確保產品設計符合產品裝配的要求，減少裝配錯誤，降低裝配成本，提高裝配效率和裝配質量。2.實用性強本書沒有複雜的理論，而是從產品開發的實際應用著手，介紹了面向製造和裝配的設計指南。每一條設計指南都來源於真實的產品開發經驗和教訓總結，違反其中任何一條設計指南都可能會造成產品開發成本的增加、產品開發周期的延長和產品質量的降低。另外，本書提供的產品設計檢查表能夠幫助產品設計工程師系統化地檢查產品設計，確保產品設計符合製造和裝配的要求，具有非常高的實用性。3.實例豐富、強調實踐本書的設計指南輔以圖形和真實案例，簡單易懂。作者從一個產品設計工程師的角度來分析和講述每一條設計指南對產品開發的影響，指導產品設計工程師利用每一條設計指南來提高產品開發的質量。

鑒於作者水平有限，書中錯誤在所難免，歡迎廣大讀者批評指正。

鍾元

2011年5月於上海

第2版前言

第1版前言

第1章面向製造和裝配的產品開發

1.1產品設計的重要性

1.1.1iPhone利潤分配的啟示

1.1.2產品設計的作用

1.1.3好的產品設計

1.2Design For X

1.2.1產品生命周期

1.2.2DFX產生的背景

1.2.3DFX：面向產品生命周期的設計

1.2.4DFX：面向各種要求的設計

1.2.5DFX的內涵

1.3產品開發模式

1.3.1產品開發模式的進化

1.3.2傳統產品開發流程

1.3.3傳統產品開發模式的弊端

1.4面向製造和裝配的產品開發模式

1.4.1DFMA概述

1.4.2DFMA的開發流程

1.4.3DFMA的價值

1.4.4DFMA與并行工程

1.4.5DFMA在各企業的成功應用

1.5DFMA的實施

1.5.1實施的障礙

1.5.2實施的關鍵

第2章面向裝配的設計指南

2.1概述

2.1.1裝配的概念

2.1.2最好和最差的裝配工序

2.1.3面向裝配的設計的概念

2.1.4面向裝配的設計的目的

2.1.5面向裝配的設計的歷史

2.2設計指南

2.2.1減少零件數量

2.2.2減少緊固件的數量和類型

2.2.3零件標準化

2.2.4模塊化產品設計

2.2.5設計一個穩定的基座

2.2.6設計零件容易被抓取

2.2.7避免零件纏繞

2.2.8減少零件裝配方向

2.2.9設計導向特徵

2.2.10先定位后固定

2.2.11避免裝配干涉

2.2.12為輔助工具提供空間

2.2.13為重要零部件設計裝配止位特徵

2.2.14防止零件欠約束和過約束

2.2.15寬鬆的零件公差要求

2.2.16防錯的設計

2.2.17裝配中的人機工程學

2.2.18線纜的布局

第3章塑膠件設計指南

3.1概述

3.1.1塑膠的概念

3.1.2塑膠的優缺點

3.1.3注射成型

3.2塑膠材料的選擇

3.2.1塑膠材料的分類

3.2.2常用塑膠材料的性能

3.2.3塑膠材料的選擇原則

3.3塑膠的性能參數

3.3.1物理性能

3.3.2力學性能

3.3.3熱性能

3.3.4環境性能

3.3.5阻燃性

3.3.6UL746

3.3.7電性能

3.4設計指南

3.4.1零件壁厚

3.4.2避免尖角

3.4.3脫模斜度

3.4.4加強筋的設計

3.4.5支柱的設計

3.4.6孔的設計

3.4.7提高塑膠件強度的設計

3.4.8提高塑膠件外觀質量的設計

3.4.9降低塑膠件成本的設計

3.4.10注射模具可行性設計

3.4.11注射模具討論要點

3.5塑膠件的裝配方式

3.5.1卡扣裝配

3.5.2機械緊固

3.5.3熱熔

3.6超聲波焊接

3.6.1超聲波簡介

3.6.2超聲波焊接

3.6.3超聲波焊接工藝

3.6.4塑料的超聲波焊接性能

3.6.5塑膠件的超聲波焊接結構設計

3.6.6塑膠件的超聲波焊接結構設計指南

第4章鈑金件設計指南

4.1概述

4.1.1鈑金概述

4.1.2衝壓概述

4.1.3常用鈑金材料的介紹

4.2設計指南

4.2.1沖裁

4.2.2折彎

4.2.3拉深

4.2.4凸包

4.2.5止裂槽

4.2.6指明飛邊的方向和需要壓飛邊的邊

4.2.7提高鈑金件強度的設計

4.2.8減少鈑金件成本的設計

4.2.9其他鈑金件設計的考慮

4.3鈑金件常用的裝配方式

4.3.1卡扣裝配

4.3.2拉（鉚）釘裝配

4.3.3自鉚

4.3.4螺釘機械裝配

4.3.5點焊

4.3.6各種裝配方式比較

第5章壓鑄件設計指南

5.1概述

5.1.1壓鑄的概念

5.1.2壓鑄的優缺點

5.1.3關於壓鑄件的六大誤解

5.2常用壓鑄材料介紹

5.2.1鋁合金

5.2.2鋅合金

5.2.3鎂合金

5.3設計指南

5.3.1零件壁厚

5.3.2壓鑄件最小孔

5.3.3避免壓鑄型局部過薄

5.3.4加強筋的設計

5.3.5脫模斜度

5.3.6圓角的設計

5.3.7支柱的設計

5.3.8字元

5.3.9螺紋

5.3.10為飛邊和澆口的去除提供方便

5.3.11壓鑄件的公差要求

5.3.12簡化模具結構，降低模具成本

5.3.13機械加工

5.3.14使用壓鑄件簡化產品結構，降低產品成本

第6章機械加工件設計指南

6.1概述

6.1.1機械加工的概念

6.1.2機械加工的分類

6.1.3機械加工的優缺點

6.2通用機械加工件設計指南

6.2.1盡量避免使用機械加工

6.2.2毛坯的選擇

6.2.3寬鬆的零件公差要求

6.2.4簡化產品和零件結構

6.2.5降低加工難度

6.2.6保證位置精度

6.2.7尺寸標註便於測量

6.2.8保證零件熱處理后的質量

6.2.9零件結構要有足夠的剛度

6.2.10採用標準化參數

6.2.11零件應便於裝夾

6.2.12減少裝夾次數

6.2.13減少機械加工面積

6.2.14減少走刀次數

6.2.15零件結構應便於刀具工作

6.2.16不同要求的表面明顯分開

6.3車削件設計指南

6.4鑽削件設計指南

6.5銑削件設計指南

第7章公差分析

7.1概述

7.1.1引言

7.1.2公差

7.1.3公差分析

7.1.4常見公差分析的錯誤做法

7.2公差分析的計算步驟

7.2.1定義公差分析的目標尺寸和判斷標準

7.2.2定義尺寸鏈

7.2.3判斷尺寸鏈中尺寸的正負

7.2.4將非雙向對稱公差轉換為雙向對稱公差

7.2.5公差分析的計算

7.2.6判斷和優化

7.3公差分析的計算模型

7.3.1極值法

7.3.2均方根法

7.3.3極值法和均方根法的區別

7.4裝配偏移

7.5公差分析指南

7.5.1明確目標尺寸及其判斷標準

7.5.2公差與成本的關係

7.5.3公差一致性

7.5.4公差分析結果不滿足判斷標準時的解決方法

7.6產品開發中的公差分析

7.6.1定義關鍵尺寸及公差

7.6.2優化的產品設計

7.6.3公差分析的計算

7.6.4二維圖樣尺寸公差標註

7.6.5製程能力測量

7.6.6真實產品公差分析

7.7利用Excel進行公差分析

第8章面向製造和裝配的設計檢查表

8.1和諧的設計

8.2設計檢查表

8.2.1概述

8.2.2使用方法

參考文獻