新产品开发与市场研究（38）

第四节  制造与装配设计

制造业共同的障碍是设计制造能力。工业设计人员在决定产品的外形和外观时扮演着最主要的角色。这些设计人员在相当长的时间内都没有认识到他们的设计也影响到产品的制造与装配。

传统上，除了机械设计课程之外，工科学生还应该学习“工艺”课程。一个胜任的设计师应该熟悉制造过程，以避免在设计时增加不必要地制造成本。

实际上由于很多设计师都缺乏“生产经验”，这已经危及到了制造商品的设计。如果设计师只是用铅笔或记号笔进行纸上谈兵，危险的是他不仅无法理解制造业技术流派的现状，而且也无法理解空间实体和材料特性。只有感受真实的世界，认知材料和制造方法，才能创造出成功的产品。

在发达国家，尤其是德国和日本，生产线上的工人对技术标准的理解和认识有时甚至要比我们的一些工程师还要清楚。而国内大多数企业不要说缺少懂得现代产业知识的工人，就是技术和管理人员也不尽如意。现代产业工人是介于小农经济（相对于现代高科技农业而言）的农民和职业军人之间的一种职业。虽然我们接触现代工业文明已经有一百多年的历史了，但仍然有着数十亿农民需要“下岗分流”，进入第二和第三产业实现“再就业”。

我们现在的大部分工人都是从小农经济的农民直接转变为产业工人，对于现代企业的组织管理和工艺纪律还不十分熟悉和理解。十几年前笔者在沈阳工作时遇到过一些非常尴尬的事情，刚刚见到现代化工业流水生产线的工人对于日本人制定的工艺纪律不甚理解，总是和日本人强嘴。比如日本人一般都要在工艺卡片上严格的规定空调器充氟短管的弯曲方向，而我们的工人总是要问为什么要这样，往左弯不行吗？往上弯和往下弯不都是一样吗？真让人哭笑不得。另一个例子就是空调生产过程中很重要的一道工序——整理配管。一般技术资料是规定管子之间的间距至少应保证1/2英寸（即12.7mm），但为了操作简单，日本人往往在工艺卡片上规定操作者的手指能顺利划过管子之间的缝隙。一些工人总是叫号的问：我的手指比你的粗，怎么办？日本人一般都很是礼貌的回答：长官是这么指示我的或工艺卡上是这么规定的——“操作者”的手指能够划过就行。

为了尽快的把“农民”培养成现代产业工人，大多数国内企业就只能采用一个世纪前美国人泰勒发明的泰勒管理法，而且有一些企业也确实是下了一番苦心，对员工们实行半军事化的军营式集中管理，要求他们吃、住和工作在一起，每一周或半个月才能回一次家，一切行动听指挥。虽然和现代工业文明思想有点格格不入，但也起到了立竿见影的作用。在短短的20多年时间里，为“世界工厂”培养了一大批能够严格执行工艺纪律的新型产业工人。

要想避开真实世界要求进行设计，则必须要有一个详细的产品装配设计系统。杰弗里·布斯若德和彼得·戴威霍斯特于1977年得到美国国家科学基金的资助，领导开发了装配设计（DFA）系统。制造与装配设计[（DFMA）是布斯若德·戴威霍斯特有限公司的商标]是一个以计算机为基础的，通过减少零部件来达到节省制造与装配成本的系统。为了向设计师提供减少零件数量的指南，在装配期间增加到产品上的每个零件必须接受制造与装配设计（DFMA）方法提供的三个标准检查：

◆在进行产品装配时，要移动所有其它已经装配好的零件才能安装零件吗？只考虑总动作——作为正面回答，这是不够充分的，例如，还可以接受小的整体弹性位移吗。

◆所有其它已经装配好的，或分开的零件相比，零件可以是不同的材料吗？基本前提是只关心材料特性能否满意。

◆因为其它原因而要装配或拆卸掉个别的零件是无法忍受的，所以零件必须要与所有其它已经装配好的零件分开吗？

为了应对这些基本设计问题，必须要为装配确定主要机件。另外，这些零件形成了制造与装配评估基线。包括理论零件数量和设计效率的数学公式，可以针对不同的设计来量化成本。事实上，布斯若德和戴威霍斯特的系统为组装和制造之前的设计分析建立了系统程序（见图4-37）。

图4-37 典型的制造与装配研究设计步骤

已经有文献证明，制造与装配设计（DFMA）系统在包括汽车，电子，航空等许多产业里都获得了成功。制造与装配设计（DFMA）系统也已经用到了低装配成本，低工作量行业，如同在高装配成本，高工作量行业一样，也获得了成功。

制造与装配设计（DFMA）试图通过降低成本和增加产品质量（一种价值形式）来增加产品的价值。推行制造与装配设计（DFMA）方法能够有助于减少项目持续时间，减少项目成本，增加项目质量。

笔者在多年的产品设计中数次应用和发现了制造与装配设计（DFMA）的好处。比如在设计分体壁挂空调的室内机组时，由于合理的利用了部件之间的扣件咬合作用，只需要一个自攻螺钉就可以把控制器紧固到底盘上。既减少了零部件（螺钉）数量，又减少了（拧螺钉）装配的次数。笔者在组织设计户式中央空调（风冷冷水机）机组时，就曾根据制造与装配设计（DFMA）思想，充分利用部件之间的扣件咬合作用来减少零部件（螺钉）数量和（拧螺钉）装配的次数，从外表看上去，机组所用的螺钉数量极少（图4-38）。

图4-38 风冷冷水机组外观

制造与装配设计（DFMA）汽车制造业最成功的案例当然要数丰田的全球车身流水线了。这家日本汽车制造商正在完善一项新战略：在公司任何工厂都可以制造出公司几乎所有的车型。

该方案的关键之一就是全球车身流水线。原先丰田的汽车生产线是采用三套昂贵、高精度的工装“托架”，从外面固定住车身两侧，从上面固定住车身顶部（见图4-39）。由于每一种车型的工装“托架”都不一样（需要储备50组以上的工装“托架”以供不同的使用，储藏放它们的场地得有一个足球场那么大），所以不论是组织生产，还是存储和调运工装“托架”，都是一件非常头痛的事情。

图4-39 需要三个工装“托架”来定位和移动车身

在设计新系统时，丰田的工程师偶然产生了“由内往外”制造的想法（见图4-40）。这样不仅简化了操作，而且增强了灵活性——多达8种车型可以在同一条生产线上生产。

图4-40 只需要一个工装“托架”就可以定位和移动车身

这种“灵活制造”的优势就是不需要频繁的更换工装“托架”，就可以在同一条生产线上有条不紊生产不同种类的汽车。