制造设计（DFM）：原则与考虑因素

可制造性设计

成败往往取决于产品投产前很久就做出的决策。早期的设计选择对于生产过程的顺利进行至关重要。

制造设计或 DFM 设计可制造性设计 (DFM) 是一种在产品设计阶段将制造需求放在首位的流程。DFM 并非先设计，然后再确定生产方案，而是在设计阶段早期消除潜在问题。

这种方法旨在大规模地生产功能性强、高效且经济的产品，并严格 质量控制。许多公司将加工设计与结构化方法相结合，例如 6-Sigma 以提高质量、减少错误并简化生产流程。本文探讨了机械加工的设计考虑因素。

什么是可制造性设计？

制造设计 (DFM)

面向制造设计 (DFM) 可帮助您优化质量并节省成本，让您的生产更快速、更可靠。 

DFM 意味着：

• 从一开始就将制造考虑在内，设计产品。可以说是机械加工的设计指南。
• 您从概念阶段开始，然后继续进行详细的工程。 
• 通过应用 DFM，您可以降低成本并避免意外的生产延迟。
• 这种方法可以更容易地进行生产并满足高标准。

DFM的3个核心目标

CNC加工设计 旨在简化操作、降低成本并提高生产过程中的质量。

精简制造流程

保持设计简洁。精简生产意味着减少流程、降低出错概率并缩短生产线。这种高效的策略可以最大限度地减少生产车间的停工时间和频繁停机。

降低制造和装配成本

降低成本也至关重要。高效的装配技术可以减少运营成本和交付时间。

保持或提高产品质量

优质的零件将满足客户需求，并最大程度地减少退货。DFM 确保设计符合制造标准，例如 ISO 2768 确保缺陷最小化。这将带来始终如一的性能，并为您的品牌树立良好的口碑。

关键DFM原则

DFM 基于简单的规则。它能让您简化 CNC 零件设计，并使其相对更经济。以下是其关键原则：

保持设计简单

设计必须尽可能简洁。你必须用最少的零件来实现所有功能。零件越少，组装速度越快，成本越低，出错的可能性也越小。此外，简洁的设计还能简化生产，节省时间。

注重易于组装

简化组装说明，无需手动调整。当零件轻松装配和粘合在一起时，组装过程会变得更快，从而减少出错的机会。

使用标准组件

尽可能使用标准零件， 物料和流程。标准化避免了特殊订单的需求。此外，它还能缩短交货时间并降低成本。它还能简化采购和库存管理。

选择正确的材料

选择价格合理且合适的材料可以融入您的制造流程。它对强度、耐用性和 表面光洁度.考虑材料的可用性以及其是否适合你的工艺。

设定实际公差

过度和 严格的宽容 使生产更具挑战性，成本也更高。因此，应制定合适的公差，以确保最佳配合，避免不必要的成本增加。

为实际使用而设计

考虑实际预期的操作条件，并观察其性能。性能会受到温度、湿度、振动和磨损的影响。确保所有部件都适合环境，以防止将来发生故障。

定期审查和改进

在每个阶段，与您的团队安排一次评审。评估可能出现的制造问题、成本影响和质量风险。利用这些反馈来改进您的设计，避免生产现场出现问题。

原型和验证

评估原型 

尽早制作原型，了解其工作情况和使用寿命。原型设计可以帮助您在实际生产前及时发现缺陷，并在全面量产前验证产品是否符合行业要求。

选择最佳制造工艺

根据产品产量和设计选择经济的工艺流程。自动化可以提高效率、减少人工并提高一致性。 

应用面向制造设计的实际好处

应用制造设计 (DFM) 数控加工 项目具有延伸至产品生命周期的实际效益。它为经济地生产零件并保持质量奠定了良好的基础。

早期成本预测

DFM 允许团队在设计阶段估算制造成本。这种规划可以防止预算超支，并确保项目财务稳健。

识别并解决未来的生产挑战

将制造过程纳入设计，可以在生产开始前发现并纠正可能出现的任何问题。这种前期策略至少可以最大限度地减少延误天数，并避免昂贵的修改。

创建易于适应变化的设计

市场需求和产品要求往往会发生变化。DFM 鼓励适应性设计，使其能够随着市场和技术的变化而发展。设计可以进行修改，而无需进行大规模的重新设计，也无需承担巨额成本，即可使您的产品切实可行。

消除不必要的复杂性

去除不必要的设计特征，最大限度地降低材料和人工成本。您还可以缩短装配时间，简化制造流程。

加强供应商关系

可制造的清晰设计使供应商能够更多地了解您的需求，从而实现更准确的投标、更快的交付和生产过程中的质量控制。

谁参与了制造设计过程？

面向制造设计 (DFM) 以团队合作为基础。各专业团队共同参与，以合理的价格生产出高质量的产品。

设计工程师

3D模型设计

设计工程师制定产品蓝图。他们专注于设计易于制造的零件，并使用简单的组件，并在一开始就考虑材料、装配和可接受的公差。

制造工程师

制造工程师的设计评估

制造工程师评估设计，并就最合适的生产方法提出建议。他们选择合适的机器、工具和工艺，以生产出质量稳定的产品。

产品经理

产品经理领导整个团队。他们协调客户的期望、公司的目标和生产现实，以确保项目顺利进行。

质量团队（QA 和 QC）

质量保证和控制部门制定标准并检查产品。确保所有零件均符合标准。他们及早发现问题，防止故障发生。

采购和供应链团队

这些团队负责材料和零部件的供应。他们确保供应商能够按时、以合理的成本和相同的质量交货，这对于确保生产的顺利进行至关重要。

成本估算

成本估算员会审查设计和生产计划，以预测成本。他们还会提供如何在不影响质量或时间的情况下节省资金的建议。

模具专家

模具专家负责确定或设计制造所需的工具、夹具和模具。他们的工作可以避免制造过程中的时间浪费或误差，并确保机器高效运转。

跨职能团队

DFM通常需要由各个部门组成且彼此联系紧密的团队。这种协作可以增强设计和制造过程中的沟通和解决问题的能力。

外部供应商和制造商

当涉及外包零件或流程时，外部合作伙伴通常会参与 DFM。 

测试和检验团队

测试团队制定流程来确定产品是否按要求运行。他们确保产品在交付给客户之前，在安全性和性能方面均符合要求。

合规专家

监管专家确保在设计和制造过程中遵守法律和行业法规，以避免昂贵的罚款或将来的重新设计。

持续改进团队

这些团队致力于随着时间的推移，寻求简化生产流程的方法。他们研究生产数据，并寻找改进方法。

不同行业的制造设计：实际的DFM示例

面向制造设计 (DFM) 是一种定制化方法。如前所述，它允许您在早期阶段通过合理的设计决策来提升生产效率。以下是广泛应用 DFM 原则的不同行业的案例。

医疗器械

医疗设计讨论

设计以统一、易于清洁的造型为中心，以满足高卫生要求。所有部件均简化组装，确保经久耐用，并可在医院内长期使用。人体工程学至关重要；因此，这些设计旨在方便医生和护士在手术过程中轻松操作。

汽车与出行

汽车制造设计（DFM）

发动机罩或支架等部件设计易于检修和更换，从而缩短维护时间。标准化螺钉和紧固件降低了组装的复杂性，并降低了成本。 

消费品

为避免复杂性，我们尽量减少倒扣，使塑料部件成本低廉且易于制造。我们用简单的卡扣接头取代了螺钉，从而改善了组装，并最大限度地降低了人工成本。 

家具制造

家具设计为模块化单元，采用平板包装运输，方便客户轻松组装。设计无需复杂的连接；简单的连接器可提高生产速度并减少错误。

航空航天

航空航天DFM 

为了达到高安全标准，零件尺寸必须精确。轻质材料（例如轻质钛或复合材料）可以使车辆更轻、更坚固，从而提高燃油效率。设计兼顾了耐用性和可制造性。

电子

电路板采用表面贴装技术，以加速自动化组装并最大限度地减少错误。清晰的散热设计可避免过热，从而提高可靠性。 

什么影响DFM时间？

DFM 设计可能需要一些时间才能完成适当的规划以及维持进度和设计实施所需的工作。以下是导致 DFM 流程耗时较长的因素。

产品复杂性

设计越复杂，DFM 流程所需的时间就越长。复杂的形状、大体积零件和精密的公差需要严格的分析，并且可能需要进行潜在的设计修改，才能实现可制造性并提高成本效益。

经验和团队专业知识

一群经验丰富的人员了解设计和生产流程，可以轻松识别生产过程中可能出现的任何复杂情况，并提出合理的解决方案。他们还能避免反复试验，避免延误生产进度。

使用先进的工具和软件

常见的制造缺陷可以通过现代 CAD 和 DFM 软件工具 实现自动化。这些工具可以帮助您通过早期反馈加快审核速度，并减少人工错误。

有效的跨部门沟通

设计工程师、制造团队、采购和质量控制团队之间有效且定期的沟通，将确保他们保持一致。必须采取协作工具并定期召开会议，因为沟通不畅可能导致延误和返工，从而造成高昂的成本。

原型开发和测试

构建和测试原型对于证明设计可行性至关重要。虽然这会增加项目时间，但它有助于发现一些在大规模生产时可能导致麻烦的问题。

监管和合规要求

产品的监管要求和认证需要进一步的测试和记录。最终，这些会延迟整个流程。合规性应尽早纳入考量。这很可能有助于这些步骤的顺利进行。

材料和供应商的可用性

供应商提供的材料或部件的可用性可能会影响生产启动时间。从知名供应商处采购材料可以避免意外情况并节省时间。

项目和预算截止日期

为了执行更严格的预算和时间表，可能需要以全面的DFM审查为代价来解决最关键的制造风险。虽然这可能会加快开发速度，但却增加了生产过程中出现设计缺陷或代价高昂的返工的风险。

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