DFSS及公差设计与分析(2013-6)

DFSS及公差设计与分析2概要一、DFSS的概念及其与PRO-launch的关系二、公差分析及优化设计三、常用的公差分析表格介绍和应用Example:如何设定你的起床时间？要求:1.不会迟到，或者迟到次数不多于4次/月；2.不能太早或是太晚到达公司，最好能够8：20刷上班卡，留10分钟吃早餐。现有的数据:•洗漱+穿戴：10.0±2.0mins•走到公车站台：5.0±1.0mins•等车：5.0±5.0mins•坐车：15.0±5.0mins•下车走到公司刷卡：3.0±1.0mins3分析——1.如果提早52mins起床，则永远不会迟到；但有时也会到达公司太早。2.如果24mins~52mins之间任取一个值，那么，如何保证迟到次数不多于4次/月？3.如果任取的这个中间值，无法保证迟到次数不多于4次/月，你该选择哪个环节做改善对结果影响最大？4.如果有N个中间值，都满足迟到次数不多于4次/月，你如何选择？DFSS可以回答并解决以上的第2、3、4项！平均时间(mins)最快(mins)最慢(mins)洗漱+穿戴10812走到公车站台546等车5010坐车151020下车走到公司刷卡324total3824524一、6σ的概念6σ方法体系是由摩托罗拉公司于1987年首创，作为满足客户需求的关键经营战略，经过十多年的发展，逐渐被众多一流公司采用。6σ方法体系分为DMAIC和DFSS两种。•早期的6σ方法——DMAIC(D定义、M测量、A分析、I改善、C控制)用于对企业现有的流程进行梳理和改善,但实践表明：一旦流程的能力达到了4σ~4.5σ的时候，就很难再取得突破，只有通过对流程或产品的重新设计才能达到更高的能力。质量首先是设计出来的，80%的产品质量是在早期设计阶段决定的，因此一套应用于新产品和流程设计的6σ方法论(DFSS)应运而生。对应的良率：99.73%99.9993%99.9999998%5一、6σ的概念•DFSS——六西格玛设计(DesignForSixSigma)的英文缩写.DFSS面向产品的全生命周期，从项目的开始阶段，按照合理的流程、运用科学的方法准确理解客户需求，并把关键的客户需求融入产品设计过程中，从而确保产品的开发速度以及在低成本下实现6σ质量水平。DFSS适用于任何行业、任何产品或流程的设计。利用DFSS，产品的设计、生产以及投放市场具有更强的可靠性和更高的性价比。“DFSS”Vs“早期的6σ方法”6DFSS:AProcess+Methods&ToolsPROlaunchNPD1:GatherVoiceofCustomer(VoC)ValueCycle2:EstablishCriticaltoQualityCharacteristics(CTQs)QualityFunctionDeploymentProductScorecard3:Create/SelectDesignConceptsTrade-offMatrix/PughConcept5:FindCriticalParametersandquantifytheirimpactonCTQsviatransferfunctionsScience/EngineeringEquationsAnalysisTools(FEM,Testsetc.)DOE&RegressionCost&ReliabilityAnalysis6:OptimizeRobustDesignMaximizeperformanceMinimizesensitivitytovariationProcessCapabilityFlowupMultiObjectiveOptimization8:Test&ValidateDesignReliabilityAssessmentLife,ALT,ReliabilityGrowthP-Diagram&RiskMatrix/FMEA4:IdentifyPotentialRisks7:DetermineTolerancesStatisticalTolerancing/AllocationAudit/FRACAS9:LaunchRobustProductalignedwithVoCActivitiesTypicalMethodsandToolsMonteCarloAnalysis1.Concept2.Definition3.Design&Development4.Validation5.Launch一、DFSS与PRO-launch的关系Pro-launchPhaseDFSSPhaseDFSS工具目的Phase0~1CONCEPTQFD1.将客户的需求展开成工程语言及规格2.判断出哪些是关键的客户需求ConceptTrade-Off&Selection1.方案的选择方法DesignScoreCards1.以现有的制程能力，预估有几成的把握满足客户的规格Phase2DEFINITIONP-diagram1.分析设计方案的输入因子/干扰因子/期望结果/偏差结果DFMEA/FTA1.失效模式分析，找出潜在的风险Phase3DESIGN&DEVELOPMENTMeasurementSystemAnalysis1.分析测量系统，确保测量数据的真实、准确DesignofExperiments1.找出系统的关系式2.找出系统的主要影响因子3.确认影响因子的分布规律MonteCarloSimulation1.采用MonteCarlo优化设计StatisticalTolerancing1.公差的优化设计及分析ControlPlan1.建立制程的控制计划Phase4VERIFYRobustDesignVerification/ValidationPlanwithTestproceduresCapabilityAnalysis/RobustnessassessmentofCTQs1.关键特性的制程能力分析ReliabilityAnalysisofLifeTestData1.验证产品的可靠度ReliabilityAnalysisofAcceleratedLifeTestData对于机构工程师来说，phase3的优化设计及公差设计分析乃是DFSS的核心。•知道Part1、Part2、Part3的公差，如何确认组装之后的总公差？•知道Part1、Part2、Part3、Part4的公差，如何设定Gap,并且得知不出现干涉的概率达到预设的σ水平？•反之，如果给定Gap,如何合理的给各Part分配公差？二、为何要公差设计Part3Part2Part1如何设定Gap？Part4设计值最小值最大值公差(T)Part1(X1)32.93.10.1Part2(X2)43.94.10.1Part3(X3)54.85.20.2Part4(X4)12.512.212.80.3设计值最小值最大值公差(T)Part1(X1)32.93.10.1Part2(X2)43.94.10.1Part3(X3)54.85.20.2Part3Part2Part1Xasm?±Tasm?9二、公差设计概述公差设计可以分为两类：•公差分析(ToleranceAnalysis,又称正计算),即已知各Part的尺寸和公差,分析装配后的总体公差；•公差分配(ToleranceAllocation,又称反计算),即已知装配尺寸和公差,求解并分配各Part的公差。由于公差分配是公差分析的反计算，故，此次培训只讲解公差分析。101.明确要解决的问题点.2.创建2D模型，并在2D中标明尺寸链3.建立尺寸链的关系式（方程式）4.给各尺寸赋予初始的Tolerance（初始设计）5.选择合适的ToleranceAnalysisMethod进行分析6.根据ToleranceAnalysis优化设计.二、公差分析的步骤11二、公差分析方法理论情形二：如右图，如何确认组装不会有干涉？最小Gap=最小的X4-最大的（X1+X2+X3）=(X4-T4)-((X1+T1)+(X2+T2)+(X3+T3))=(X4-X1-X2-X3)-(T1+T2+T3+T4)=设计的Gap–Tasm同理，最大Gap=最大的X4-最小的（X1+X2+X3）=设计的Gap+Tasm总公式是：实际的Gap=设计的Gap±TasmPart3Part2Part1Part3Part2Part1GapPart4情形一：如右图，如何计算组装后的尺寸及公差？∑(Xi)±Tasm，其中，Xi----各个Part的设计值；Tasm----所有Part的叠加累积公差注意，这里的Tasm=T1+T2+T3+T4，Tasm是否还有不同的计算方法？12二、公差分析的方法根据Tasm不同的计算方法，公差分析分为：1.Worst-CaseMethod(最大最小极限法).2.StatisticalMethod(统计分析法)a.RootSumSquared(RSS)(方和根法)b.MonteCarloAnalysis（蒙特卡罗）13二、公差分析的方法(Worst-Case)定义：又称最大最小值法、极限法、最差分析法。即使每个零件都处于极限值，组装也不会出现干涉。W-C的特征：•累积公差的计算：Tasm=∑(Ti),即，对所有公差的求和。•尺寸链为线性的，如：Gap=X4-X1-X2-X3-X1•更适用于尺寸的数量≤3•零件即使处在最极端的情况下，整个组装设计也OK。即，良率达到100%。Worst-case保证了零件的完全装配和互换性。但正因为如此，对零件的精度要求会很高，导致带来高的加工成本。14二、公差分析的方法(Worst-Case)最小Gap=设计的Gap–Tasm=0.5-0.7=-0.2(干涉！)最大Gap=设计的Gap+Tasm=0.5+0.7=1.20.40.20.10.1TiiTasmPart3Part2Part1Part3Part2Part1如何设定Gap？Part4所以，组装后的尺寸：∑(Xi)±Tasm=12±0.40.70.30.20.10.1TiiTasm设计的Gap=X4-X1-X2-X3=0.5优化设计，有3个方案——1.加大“设计的Gap”0.2mm，但代价是——接受最大的Gap达到1.4mm.例如：2.减小组装后的公差累计“Tasm”0.2mm，但代价是——需要提高单个或多个Part的精度要求，导致cost的上升。3.同时调整“设计的Gap”和“Tasm”，使各考虑点达到平衡。15二、公差分析的方法（RSS）定义：对各零件公差的平方求和，再开方。假设各零件的公差都符合正太分布，那么，累积公差也会是正太分布。RSS的特征：•累积公差的计算：•尺寸链为线性的•各尺寸为正态分布•更适用于尺寸的数量≥4•允许不良率存在，故，比Worst-Case更能符合实际nTTiasm)(2T1T2T3TasmTTTTasm3212222RSS的公差计算公式为何说是科学、合理的，并且得以广泛应用于各行各业的误差计算？参考高斯函数的傅立叶变换,以及中心极限定理。RSS的思想是考虑零件在加工过程中尺寸误差的实际分布,运用概率统计理论进行公差分析和计算,不要求装配过程中100%的成功率(零件的100%互换),要求在保证一定装配成功率的前提下,适当放大组成环的公差,降低零件(组成环)加工精度,从而减小制造和生产成本。16二、公差分析的方法(RSS)最小Gap=设计的Gap–Tasm=0.5-0.39=0.11(OK！)最大Gap=设计的Gap+Tasm=0.5+0.39=0.89Part3Part2Part1Part3Part2Part1如何设定Gap？Part4所以，组装后的尺寸：∑(Xi)±Tasm=12±0.250.250.2449(0.2)(0.1)(0.1))(2222nTTiasm0.390.3873(0.3)(0.2)(0.1)(0.1))(22222nTTiasm结论——1.RSS的结果优于W