方海星（廈門松霖科技有限公司，福建　廈門　361022）

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某公司水龍頭產(chǎn)品設(shè)計(jì)可裝配性評價(jià)

方海星
（廈門松霖科技有限公司，福建廈門361022）

摘要：水龍頭產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是裝配，其有效性關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量、總成本及生產(chǎn)周期。同時(shí)裝配有效性與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性密切相關(guān)，面對如今日益激烈的衛(wèi)浴競爭市場，加強(qiáng)合適的可裝配性評價(jià)研究就具有了十分重要的作用。本文以某水龍頭生產(chǎn)企業(yè)為研究對象，結(jié)合水龍頭產(chǎn)品可裝配性影響因素，研究了龍頭設(shè)計(jì)方案的可裝配性評價(jià)方案及改善措施。

關(guān)鍵詞：可裝配性評價(jià)；因素分析；模糊綜合評價(jià)法；水龍頭產(chǎn)品設(shè)計(jì)

0　前言

中國衛(wèi)浴行業(yè)面臨越發(fā)激烈的市場競爭，一方面積極提高產(chǎn)品研發(fā)效率，縮短開發(fā)周期及降低產(chǎn)品成本，另一方面也逐步向精細(xì)化、復(fù)雜化、多功能集成化的方向發(fā)展，由此也增大了水頭龍產(chǎn)品的裝配難度。因裝配問題導(dǎo)致產(chǎn)品費(fèi)用增加、影響客戶安全使用、交貨期推遲的事情也時(shí)有發(fā)生，既影響了產(chǎn)品功能價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，又影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升以及品牌的推廣。因此加強(qiáng)裝配環(huán)節(jié)的有效性研究性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　公司概述

我國某衛(wèi)浴企業(yè)，以成為衛(wèi)浴創(chuàng)新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者為企業(yè)目標(biāo)，不斷地?cái)U(kuò)大市場占有率和創(chuàng)新產(chǎn)品技術(shù)。2014年實(shí)現(xiàn)了水龍頭產(chǎn)品銷售量400多萬套，年銷售總額超過了50億元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他品牌。近年來為了滿足不同消費(fèi)文化和消費(fèi)群體的市場需求，該企業(yè)盡管加大了多款產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，但因設(shè)計(jì)失誤導(dǎo)致的產(chǎn)品內(nèi)部試產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)裝配問題頻繁發(fā)生，不僅增加了企業(yè)很多不必要的研發(fā)成本，而且也影響了新產(chǎn)品投入市場、搶占市場的先機(jī)。此外即使部分裝配性較差的產(chǎn)品在內(nèi)部試產(chǎn)時(shí)僥幸通過，但在后續(xù)的市場量產(chǎn)投入及客戶反饋問題中，都帶了較差的影響，如2015年一季度公司訂單的發(fā)貨準(zhǔn)時(shí)率僅為75%，較去年同期下降了20%，不僅影響公司良好的企業(yè)形象，也造成了大量生產(chǎn)物料堆積。因此如何避免產(chǎn)品裝配問題、提高產(chǎn)品的按時(shí)發(fā)貨率是該公司應(yīng)立即解決的問題。

2　面向裝配的設(shè)計(jì)及其評價(jià)技術(shù)

相關(guān)研究表明，產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段雖然只占產(chǎn)品開發(fā)成本的5%，但卻決定了70%的產(chǎn)品總成本。究其原因：一方面上游設(shè)計(jì)的合理性對下游決策會產(chǎn)生“波浪效應(yīng)”，并最終影響整個(gè)企業(yè)的決策規(guī)劃；另一方面產(chǎn)品設(shè)計(jì)也影響著裝配、測試等環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)效果，因此現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須要用全局觀點(diǎn)考慮，盡可能的考慮到影響產(chǎn)品裝配性能的相關(guān)因素，避免裝配成本的增加。

面向裝配的設(shè)計(jì)（DFA）技術(shù)就是一種兼顧裝配環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，該技術(shù)主要包括了：可裝配性設(shè)計(jì)信息描述、可裝配性分析和評價(jià)、可裝配性再設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)中需要考慮以下影響可裝配的因素：

（1）產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有的工藝水平、制造能力相一致。（2）主要結(jié)構(gòu)的連接形式應(yīng)當(dāng)合理，滿足產(chǎn)品裝配精度、裝配互換性與協(xié)調(diào)性要求。（3）產(chǎn)品中的新材料、新工藝和新技術(shù)應(yīng)當(dāng)經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，具備了制造的條件。（4）產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分離面、工藝分離面、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)等設(shè)計(jì)是否合理，是否可以保證最終裝配的互換性與協(xié)調(diào)性，具備產(chǎn)品從試制到批量生產(chǎn)的生產(chǎn)條件，符合最終的裝配作業(yè)要求。（5）產(chǎn)品的部、總裝是否具有可檢測性。并且要加強(qiáng)工藝設(shè)計(jì)管理，提高數(shù)字化設(shè)計(jì)能力，建立設(shè)計(jì)知識庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過嚴(yán)格、科學(xué)的工藝性審查保證產(chǎn)品具有良好的裝配工藝性［1］。

對產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行可裝配性評價(jià)是DFA技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它是從裝配的角度出發(fā)，對設(shè)計(jì)的優(yōu)劣、薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行識別，并給出相關(guān)的修改意見，以完善設(shè)計(jì)方案，因此在衛(wèi)浴行業(yè)的引入具有較好的應(yīng)用前景。

3　該公司水龍頭產(chǎn)品可裝配性影響因素分析

根據(jù)水龍頭手工裝配工序可以得知，水龍頭的主要裝配動作包括：零件的抓取、零件的調(diào)整、安裝的旋轉(zhuǎn)對齊等。概括來說也即是零部件因素、工藝因素和系統(tǒng)因素。

3.1零部件因素

在產(chǎn)品裝配中，零部件作為裝配的基本單元，其自身的性質(zhì)對產(chǎn)品的可裝配性的影響很大。在零部件搬運(yùn)階段，零部件因素的影響主要表現(xiàn)在零件的尺寸、重量和形狀等方面。尺寸特別小或特別大的零件難以搬運(yùn)；形狀復(fù)雜的零件難以迅速判斷方向，并使零件定位困難［2］。

在零部件插入與固定階段，零部件因素的影響主要反映在零部件的穩(wěn)定性、易對準(zhǔn)及插入等方面。零部件的穩(wěn)定性差使零部件在連續(xù)裝配的過程中，必須通過額外操作才能完成零部件裝配。顯然如果零部件依賴自身的特征能夠提高裝配的可操作性，則有利于減少裝配的時(shí)間。

3.2工藝因素

在零部件裝配的過程中，工藝因素依賴于產(chǎn)品裝配中采用何種方法、過程、途徑來實(shí)現(xiàn)零部件的裝配。同樣，工藝因素對裝配的影響也反映在兩個(gè)階段。

在搬運(yùn)階段，工藝因素對可裝配性的影響有許多方面，如零部件的搬運(yùn)方式、搬運(yùn)距離等，它決定了零部件從進(jìn)料處到達(dá)裝配位置的難易程度。在零部件的插入與固定階段，影響產(chǎn)品可裝配性的工藝因素是指零部件的連接、緊固方法、裝配的路徑等。不同的連接和緊固方法，具有不同的裝配成本。如直線的裝配路徑比曲線的裝配路徑更有利于裝配的實(shí)現(xiàn)等［3］。

3.3系統(tǒng)因素

系統(tǒng)因素是指產(chǎn)品在裝配過程中零件與零件的相互作用及表現(xiàn)的系統(tǒng)特征，如零件數(shù)量、零件標(biāo)準(zhǔn)化程度、裝配基準(zhǔn)等。

在零部件搬運(yùn)階段，零部件之間的作用包括零部件之間的嵌套、纏繞，零部件由于嵌套和纏繞使零部件的搬運(yùn)難度和時(shí)間增加，需要人工或?qū)ｉT的機(jī)械以改變零部件之間的嵌套和纏繞情況。

根據(jù)以上裝配系統(tǒng)要素的分析，可以進(jìn)行以下分類，如表1。

表1　該公司水龍頭產(chǎn)品可裝配性影響因素分析

4　龍頭設(shè)計(jì)方案的可裝配性評價(jià)——以A585為例

4.1設(shè)計(jì)方案概述

該公司擬開發(fā)面向大眾消費(fèi)的面盆龍頭A585，其外形設(shè)計(jì)以簡約典雅，又不失清新為目標(biāo)，同時(shí)為了滿足不同用戶的需求，該水龍頭還搭配了可拆卸加高座，方便用戶結(jié)合自己的實(shí)際進(jìn)行選擇，因此具有廣泛的實(shí)用性。具體外形如圖1所示。

外觀設(shè)計(jì)結(jié)束后，結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，估算了初步的零件配置方案。如：把手和加高座使用鋅合金材質(zhì)，質(zhì)量分別約為130g、380g，尺寸分別約為11028mm、16842mm；本體、裝飾蓋及閥芯壓蓋使用黃銅材質(zhì)，質(zhì)量分別約為800g、46g和31g，尺寸分別約為15042mm、4517mm和3811mm；進(jìn)水軟管和閥芯使用橡膠等材質(zhì)，質(zhì)量分別約為80 g、50g，尺寸分別約為56016、728mm；馬蹄鐵使用碳素鋼材質(zhì)，質(zhì)量約為33g，尺寸約為633mm。具體零件配置方案如圖2所示。

4.2評價(jià)原則及模型

本次對A585水龍頭產(chǎn)品的可裝配性評價(jià)主要依據(jù)兩個(gè)方面的特性：技術(shù)特性和經(jīng)濟(jì)特性。

首先，裝配在技術(shù)上必須是合理、可行的，也就是說裝配體的形成必須是可以實(shí)現(xiàn)的。這是裝配體賴以存在的前提條件，不滿足該前提的裝配是缺乏現(xiàn)實(shí)意義的?？裳b配性的技術(shù)特性主要考慮裝配順序和裝配路徑的合理性、裝配元件的便于抓取、裝配工具的易于操作、裝配位置的可達(dá)性、定位的可靠性、檢測的可及性等方面的內(nèi)容。

其次，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在保證質(zhì)量的前提下應(yīng)盡可能降低裝配成本從而降低總的生產(chǎn)成本，這是產(chǎn)品在市場競爭中占據(jù)主動的必要條件?？裳b配性的經(jīng)濟(jì)特性主要考慮裝配操作的效率、裝配資源的消耗、裝配公差的分布等方面的內(nèi)容。

從原理上講，可裝配性的量化評估方法有兩種：成本分析法和加權(quán)評分法，二者各具優(yōu)缺點(diǎn)［4］。可裝配性兩個(gè)方面的特性并非互不相干的，用裝配操作所需消費(fèi)的成本來衡量裝配實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度已被視作一種行之有效的方法。因此，可以通過成本分析量化產(chǎn)品的可裝配性。這種量化方法比較客觀，但必須有一套標(biāo)準(zhǔn)成本數(shù)據(jù)庫，建立該數(shù)據(jù)庫是很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。另一種方法是先對各級評價(jià)指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重，按一定標(biāo)準(zhǔn)打分，然后自底向上逐層加權(quán)匯總，即可得到可裝配性的總評分值。本文在工序分解的前提下，采用綜合考慮所有工序下所有因素的綜合評價(jià)，并結(jié)合專家評分及模糊綜合評價(jià)的方法建立了評價(jià)模型：

評價(jià)結(jié)果元素集合為：，分別表示“差”，“較差”，“一般”，“較好”，“好”。

完整產(chǎn)品的可裝配性評價(jià)：

當(dāng)產(chǎn)品評價(jià)結(jié)果對“較好”以上的隸屬度在 70%以上時(shí)，可認(rèn)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足可裝配性要求，當(dāng)?shù)陀?0%時(shí)，則需要對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改善。通過對水龍頭各工序進(jìn)行分解，計(jì)算出工序相關(guān)的影響因素權(quán)重集，然后進(jìn)行各因素評價(jià)等級判斷，若評價(jià)等級隸屬度最高的評價(jià)等級也好，也說明設(shè)計(jì)方案符合可裝配需求。

4.3方案評價(jià)結(jié)果及改進(jìn)措施

通過對整體可裝配性評價(jià)集的計(jì)算結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，其最高隸屬“好”、“較好”所占的評價(jià)比重僅為68.1%，低于70%以上的隸屬要求，因此應(yīng)予以改善。結(jié)合模糊綜合評價(jià)集發(fā)現(xiàn)，工序4、15、19的評價(jià)等級不高，是影響整體評價(jià)結(jié)果的主要原因。如表2所示。

表2　主要影響因素

分別對這三個(gè)工序因素評價(jià)集合進(jìn)行展開分析發(fā)現(xiàn)，以工序4為例，通過研究發(fā)現(xiàn)其權(quán)重較大的影響因素評價(jià)等級都較差，如：操作空間、緊固方式、零件數(shù)等，由于軟管的數(shù)量是固定不變的，因此應(yīng)從緊固方式、輔助工具等連接方式上予以考慮，最終將螺紋連接改變成了直接插入式，利用卡環(huán)令其固定在本體內(nèi)，卡環(huán)與本體用螺絲連接。改進(jìn)對比圖如圖3所示。工序15和19也同理進(jìn)行分析和改進(jìn)，最終滿足了整體可裝配性評價(jià)等級 70%隸屬“較好”以上的要求。

5　結(jié)語

設(shè)計(jì)階段的可裝配性評估能夠有效的降低后續(xù)裝配成本、提高生產(chǎn)效率，通過對產(chǎn)品整體零部件間的相互關(guān)系的評價(jià)分析，能夠較好的針對水龍頭產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)、改進(jìn)和完善。并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的大量參數(shù)及裝配信息，都可通過計(jì)算機(jī)模擬和計(jì)算，因此將模糊綜合評價(jià)和CAD設(shè)計(jì)軟件的評價(jià)方法，有了更好地應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉檢華，寧汝新等.面向產(chǎn)品全生命周期的虛擬裝配技術(shù)研究［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2014（01）.

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［4］蔣琴仙.產(chǎn)品可裝配性設(shè)計(jì)方法和使能技術(shù)研究［J］.成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2014（02）.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.261

作者簡介：方海星（1981-），男，福建莆田人，本科，中級工程師，主要從事衛(wèi)浴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。