基于DFA的电脑主机分析

摘要:本文以国内电脑为例,对装配零件的固定方式、零件的插入及抓取、零件的对称性等进行DFA(面向装配的设计)过程分析,得出每个零件的在紧固、抓取、插入以及利用操作工具等所用的装配时间,得出装配效率,同时给出重新装配设计的建议,从理论上验证了再设计建议方案的可行性。

关键词:DFMA技术 电脑装配 DFA

中图分类号:TP31文献标识码:A

1 引言

DFA(Design for Assembly)——面向装配的设计就是在产品设计过程中考虑产品的装环节及其相关的各种因素的影响,在满足产品能与功能的条件下改进产品的装配结构,使所计出来的产品可以容易、快速、低成本地进行装配。在产品的开发过程中,装配已成为制约生产的瓶颈。据有关研究表明,在产品设计中良好的装配设计,可以减少20%-40%的制造费,同时提高100%-200%的生产率,在制造过程中,装配时间占总生产时间的50%,装配费用占制造总费用的20%-30%,在装配中发生问题,会增加50%的费用。如何有效地降低装配费用并且保证所设计的产品整体最优,是当今企业所面临的突出问题。DFA 就是为解决这一问题而发展起来的

DFA在产品的设计阶段,通过分析影响产品可装配性的各种因素,对产品的可装配性进行评价,并在可装配性评价的基础上,给出产品再设计(Redesign)的建议,通过再设计,使产品易于装配。

2 电脑主机装配分析

2.1 装配分析的实现

以联想600PⅡ/350D电脑主机为例进行装配过程的分析,应用相关的DFA理论,对电脑主机中各个零件的装配过程作如下的考虑:

1)底箱这个是要装配的第一个零件,没有其他已存在零件需要连接,这是理论上必要的零件。2)档片它可以和底箱整合在一起。3)档片螺钉理论上不是必要的。4)主机电源是电脑主机装配的一部分,而且安装时电源上的螺丝孔需要对准底箱上的螺丝孔。5)主机电源螺钉这是固定电源必要的零件。而且成α和β对称性。6)导向柱材料与底箱不同,理论上是独立的。7)橡胶垫理论上不必要。8)底座支撑理论上不必要。9)主板这是一个必要的装配件。安装时,需要两只手操作。10)主板螺钉理论上不必要。11)光驱,软驱支架材料与底箱相同,可以做成一体。12)支架螺钉理论上不必要。

13)硬盘、光驱和软驱这些是必要的装配件,安装时它们的螺丝孔需要与底箱上的螺丝孔对准。14)硬盘、光驱和软驱螺钉理论上不必要。15)显卡、声卡、CPU、锂电池和内存条(按一个)这些是必要的装配件。显卡和声卡按独立件算。安装时对准插槽,需要两只手操作。16)数据线这是必须要连接的装配。17)机箱的前盖机箱的前盖,分成上下两部分。两者材料一致可以合成整体。安装时需要两只手来搬运。18)箱盖螺钉理论上不必要。

从以上的装配过程的分析可以看出,有些零件安装时需要双手操作,甚至视线受阻,这样受处罚的时间就会增加,影响装配时间。有的零件可以是去除的,尤其是紧固件的减少可以降低独立零件数量,会给装配设计带来明显的效果。

2.2 DFA摘要报告中的时间统计及分析结果

把所有零件装配过程相关信息输入DFA模块,系统可以生成产品中每个零件装配设计所用的时间明细表及摘要报告。根据系统给出的相关信息我们可以总结出DFA的分析结果(表1)。

由表1可以看出,用于操作独立零件个数为64个,单个零件总的搬运时间为81.98秒,总的插入时间为207秒,工具操作时间为31.9秒。装配设计效率只有6.56%,这个结果是通过独立零件的总装配时间(684.58)与理论最小时间(一个零件的基本装配时间可以取3秒作为平均值,理论上的最小零件数为15个,相乘得到45秒)相比得到的。其中独立零件装配的时间为684.58秒,软件报告中还给出理论最少零件装配时间64.96秒和理论上可以消除的某些零件的装配时间619.62秒,预示了减少零件数量和节约装配时间的潜能。

2.3 重新设计

(1)根据DFA给出的优化设计建议,对联想电脑主机的装配进行重新设计。主要考虑的问题有:

机箱上的档片材料和底座一样,可以直接在底座上加工出与档片功能相同的结构,可以去掉档片上的两个螺钉,节省拧紧时间26.22秒。(2)硬盘、软驱和光区的支架改善固定方式,由螺钉紧固改成直接铆在机箱上,可以去掉8个螺钉,节省99.18秒的时间。(3)硬盘、软驱、光驱及主板的固定由螺钉固定方式改为卡口固定,这样又可以去掉16个螺钉节省时间200.12秒。(4)机箱上的前后盖材料形同,可以做成一体并且采用卡口的方式固定连接,这样机箱的前盖可以去掉4个螺钉。节省49.54秒的操作时间。

通过分析,很显然去掉螺钉这样的紧固件,必然能节省很多的操作时间。把这些考虑到的因素,重新输入到DFA模块,改善其装配设计,重新进行DFA分析,其结果如表2所示:

表2表示了新设计的装配分析结果,操作的独立零件的个数为18个,单个零件总的搬运时间为50.86秒,总的插入时间为87.5秒,工具操作时间为5.8秒。装配设计效率为28.6%。独立零件的装配时间为157.31秒,软件中提供的理论最少时间为112.91秒。理论上可以消除的某些零件的装配时间44.40秒。仍然预示了减少零件数量和节约装配时间的潜能。我们的设计还可以继续改善,直到最优。

2.4 原装配设计与再装配设计的对比

再设计对原设计的装配进行了改善,主要是去掉了许多螺钉紧固件、底座支撑及橡胶垫,机箱的上下盖和为一体并且采用了卡口方式固定,软硬盘的支撑架利用铆接固定方式固定到底箱上,机箱箱盖利用卡口方式固定。通过对原设计和再设计的结果分析,可以看出再设计与原始设计相比较,独立零件数由原来的64个减少到18个,减少了46个零件。总的装配时间由原设计的736.08秒减少到208.81秒,节省了527.27秒。装配效率也有原设计的6.56%提高到28.6%。相对于原设计装配效率提高了22.04%。

3 结语

本文运用国内电脑实例对 DFA 工具的应用进行了研究 ,讨论了在装配中减少紧固件等零件数量可以节约装配时间提高装配效率的装配设计过程 ,这为国内电脑进一步的改善其结构设计提供了一定的理论依据。经过分析,装配的再设计在理论上是可行的,至于实践中的可行性有待于探究。

参考文献

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