公元1995年,世界制造业出现了一个奇迹———波音777飞机没有生产样机就获得了订单。 详细内容请看下文产品可装配性评价技术的研究现状。

实现这一奇迹的关键技术之一是飞机的数字化预装配,而面向装配的设计(Design forAssembly,即DFA)则是实施数字化预装配的根本保证。DFA是在产品设计过程中利用各种技术手段如分析、评价、规划、仿真等手段充分考虑产品的装配环节以及与其相关的各种因素的影响,在满足产品性能与功能的条件下改进产品的装配结构,使设计出来的产品是可以装配的,并尽可能降低装配成本和产品总成本[1]。由于装配是产品形成过程中制约生产自动化的主要因素,其自动化的主要障碍在于传统的产品设计不是面向装配的,致使产品形成过程难以保证装配质量,因此可装配性应着重在产品设计中予以考虑。

产品设计是产品开发过程中至关重要的一环,设计阶段决定了产品如何加工、如何装配,设计成本虽然只占产品开发总成本的5%,却决定了产品总成本的70%~80%[2],而上游设计失误对成本的影响将以不断放大的形式向下游逐级传播,据统计,这一逐级放大的比例甚至达到1:10[3]。因此,应尽量避免由于设计不合理而给后续相关活动如加工、装配、测试等带来不良影响。由于装配环节是制约生产自动化的主要因素,故在产品设计的同时,尽可能兼顾下游的装配环节及其相关因素,即在产品设计阶段应尽早排除下游的隐患,避免大的返工。DFA正是在这一背景下产生的,这一术语最初是由美国马萨诸塞大学的G Boothroyd和P Dewhurst于1980年正式提出的[4]。但是该方法的产生,则可追溯至20世纪60年代[4,5],当时就有许多企业开发基于可制造性的设计指南,用于指导自己的产品设计,但这些指南一味地强调零件的形体简单和加工方便,使用时很容易发生误导,甚至得到荒唐的结果。实际上,要想真正地降低产品成本,必须从全局的观点出发,以简化产品结构为先决条件,首先考虑产品的可装配性,其次才是零件的可加工性。尽管人们认识到了DFA的重要性,但直到20世纪70年代末80年代初,有了系统分析的工具后,这种方法才得以真正实现。

并行工作环境下产品的DFA对产品的整个开发周期、成本及质量有很大影响[6]。对设计结果进行可装配性评价是DFA中的关键一环[7],是国内外学者的研究热点[8]。由于产品装配在整个产品生命周期中的重要性,因此对产品可装配性评价技术进行研究和应用,对于增强制造企业的产品竞争力具有重要意义。

产品的可装配性是指装配单元(参与装配的零件、组件或部件)能以相对较低的成本和较短的时间顺利地装配成产品的能力[9]。对于一个确定的装配工艺,其可装配性的优劣主要在于三个方面的特性:技术特性、成本特性和社会特性。技术特性是指装配在技术上必须是合理、可行的;成本特性是指在保证质量的前提下应尽可能地降低装配成本,从而降低总的生产成本的特性;社会特性是指装配要受社会因素的制约。