第2章 可制造性设计简介

2.1 先进的产品设计理念

电子产品从研究到报废存在一定的生命周期，产品生命周期各阶段的定性表示如图2-1所示。在产品生命周期中产品开发阶段涵盖了产品规划、产品设计和产品测试，其中设计技术直接决定了产品开发的时间，决定产品推向市场的速度，设计时间缩短那么产品在市场上的时间就相对加长。产品制造的质量和成本对产品的价格起着重要的作用，所以先进的设计技术和先进的制造技术是非常重要的。

2.1.1 采用先进的设计技术和先进的制造技术

先进的设计技术和先进的制造技术具体包括以下几点。

①并行工程（Concurrent Engineering，CE），其关键技术包含：

● 计算机辅助技术（Computer Aided X，CAX），如计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning，CAPP）和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）。

● 面向X的设计（Design for X，DFX），或为X着想的设计，如DFC、DFM、DFA、DFE和DFS。

● 产品数据管理（Product Data Management，PDM）是对工程数据管理、文档管理、产品信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理等新管理技术的一种概括与总称。

● 大批量定制设计（Design for Mass Customization，DFMC）。

②虚拟制造（Virtual Manufacturing，VM）和虚拟设计（Virtual Design，VD）。

③智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）和智能设计（Intelligent Design，ID）。

④敏捷制造（Agile Manufacturing，AM）和快速设计（Rapid Design，RD）。敏捷性的3个要求是可重组（Reconfigurable）、可重用（Reusable）和可缩放（Scalable）。

⑤绿色制造（Green Manufacturing，GM）和绿色设计（Green Design，GD）。

⑥企业过程重组（Business Process Re-engineering，BPR）、可重组制造系统（Reconfigurable Manufacturing System，RMS）和可重组设计（Reconfigurable Design，RD）。

2.1.2 产品设计阶段的重要性

产品设计阶段的重要性体现在以下三个方面。

1.产品设计决定了产品的成本

产品设计阶段的成本仅占整个产品开发投入成本的5%，但产品设计决定了75%的产品成本。产品设计在很大程度上决定材料、劳动力和管理成本，如果没有产品设计的优化，材料、劳动力和管理对于降低产品成本影响很小，如图2-2所示。

2.产品设计决定了产品的质量

首先我们问质量从哪里来。

质量不是检验出来的，检验只是事后把关，把不合格品挑出来。

质量不全是制造出来的，制造仅仅实现了设计的要求。

质量是设计出来的，设计决定了产品的基因，设计无DFX导致潜在的缺陷。

所以对质量有了以下的结论：

日本人田口玄一对质量的定义：产品质量首先是设计出来的，然后才是制造出来的。

德国人对质量的定义：优秀的产品设计加上精致的制造。

二八原则：80%左右的产品质量问题是由设计造成的。

3.产品设计决定了产品的开发周期

在图2-1所示的产品生命周期中，整个产品从产品研究的构思到产品报废的时间是一定的，产品报废意味着淘汰或者更新换代，很多企业就是因为产品更新不够快丧失了很多市场机会，导致竞争力下降。所以产品的开发和产品形成阶段决定了产品的开发时间，决定了产品推向市场的时间，缩短开发时间尤为重要。如何缩短产品的开发时间，一个自然的想法就是把原来串行设计转变成并行设计。

2.1.3 并行设计优于串行设计

1.串行设计

传统的设计方法是串行设计，如图2-3所示，研发人员先设计，然后交给制造人员新品试制，批量生产中发现问题，然后再回到研发部门重新修改设计，再回到制造。这样的反复造成制造批量性质量问题，大量浪费，同时设计产品的周期很长，由此产生的产品成本相对过高。

（1）传统设计方法的特点

①抛墙式设计如图2-4所示。研发部门负责设计，制造部门负责制造，设计从来不考虑制造的要求，直接把文件抛给制造部门。

②反反复复修改直到把事情做好。

③产品设计修改多，开发成本高，周期长，产品质量低。

（2）传统设计方式的问题

传统的设计方式问题主要表现在以下几个方面：

①造成大量焊接缺陷；

②增加PCB维修和返修工作量，浪费工时，延误工期；

③增加工艺流程，浪费材料；

④返修可能会损坏元器件和印制板；

⑤返修后影响产品的可靠性；

⑥造成可制造性差，增加工艺难度，影响设备利用率，降低生产效率；

⑦严重时重新设计，导致产品开发周期长。

2.并行设计

与传统设计方法相比较，现代设计采用并行设计制造，如图2-5所示。从产品开发设计开始就考虑到DFX，使设计与制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的，具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点。