DFM在电子新品导入中的运用和实施

DFM在电子新品导入中的运用和实施2008年02月29日05:55P.M.制造业，DFM并不是一个刚红起来的明星，更不是什么神秘的东西。但是“DFM”这个概念却始终作为一个热点在工程技术人员之间留传着。正是因为DFM是一个古老的名词，所以才容易被人遗忘和忽视，同时，由于实际中推行DFM的复杂性，大家又经常会望而却步。关键词：新品导入，DFM，CE，FUGARWE，可知造性设计，并行工程什么是DFM?有一次在听钟秉刚老师讲课的时候，我记得钟老师给DFM下了一个令我印象深刻的定义：设计的产品能够在当前的工艺条件下制造出来，而且有使用价值，可以赚钱。实际上，我们可以对DFM的概念进一步拓展，一个设计概念不仅要能够转化为有价值的产品，其产品的价值还必须要大、具有竞争力，其产出效率要远高于社会平均水平。[upload=jpg]UploadFile/2005-9/2005989465668.jpg[/upload]DFM的英文全称是DesignForManufacture，即可制造性设计。Nike曾经说过一句非常经典的话：“Justdoit”，DFM不仅要“Justdoit”，还要“Doitright，thefirsttime,ontime,everytime,andatthelowestcost”，所以我们必须妥善管理NPI（NewProductionIntroduction）流程，做到防火于未然，而不是整天不得不去面对棘手的后果而忙于救火。谈到DFM，不得不谈到Ford，因为它创造了DFM领域的神话。1903年亨利?福特创造了福特汽车公司，采用标准化、系列化、通用化的方法设计了T型轿车，将轿车结构、零件加以简化并制成标准，实现了零件互换，从而实现了专业化大批量生产，不仅产量高，质量好，而且易于维修和更换配件，劳动生产率大幅提高，成本显著下降，几乎垄断了美国汽车市场。所以，FordT型车现象不仅是工业化初期标准化的一个典型，也是DFM的一个典范。但是Ford没有及时处理好设计与制造的关系，最终却使得自己濒临破产。Ford声称“只作黑色车”，无视市场客户的需求。结果，把标准化推向了另一个极端，Ford在汽车市场一败涂地。生产部门和市场消费者都是是设计部门的客户，水能载舟亦能覆舟，所以在推行DFM过程中恰当处理好客户需求与设计需求之间的关系是非常关键的。为什么要DFM?一个产品从定义到设计、试生产和最后的市场发布，必然要经历一个或者多个设计验证过程，我们称之为POD（ProofofDesign）。而对于传统的公司来讲，由于缺乏规范的DFM运作系统和必要的文档，在产品定义时和设计阶段也没有充分的考虑具体复杂的工艺因素，在这种情况下，为了找到一个符合设计目的和客户需求的设计方案并检验设计满足客户需求的程度，更要经历一个非常长期的、反复的改进过程（包括设计和工艺的更改或者改进）。在执行设计和工艺的更改或者改进时，我们会发现它是一个令人头痛的的问题（可以说是NP（Non-deterministicPolynomial）Hard的问题），一些往往貌似渺小地问题经常会使得产品的开发周期和成本出乎意料的延长和增长，其结果是事倍功半甚至一事无成（失去市场）。许多书籍、文章和论文都曾经总结了推行DFM的诸多好处：减少POD循环次数，降低研发成本和制造成本，提高产品批量生产直通率和长期可靠性，提高顾客满意度等。据有关文献报道，首次推行DFM/CE（ConcurrentEngineer）的组织其成本大约降低了25％。俗话说，早起的鸟儿有虫吃，理论和实践都已经证明，在产品定义阶段便开展DFM，其成本最低，节省的费用最大！有关成本的统计数据如下：u60％的产品总成本是在设计初期确定的；u75％的制造成本是由设计图纸和规格确定的；u70～80％的产品总缺陷与设计问题直接相关。总而言之，推行DFM的目的在于：q缩短新品导入的周期和上市周期q提高质量和生产效率、降低成本q优化设计q优化工艺（利于制造，简化工艺流程，便于组装、检测和维修）DFM,你做了吗?大家可能经常会遇到这样的上司，他或许曾经是一个不可质疑的优秀的工程师。最初，他能够清晰的认识到我们要达到的每个目标和通向主要目标的里程碑。对于那些无法由他个人、或者我们独自确定的东西不得不通过大家协作完成，然而往往在做了有限的沟通以后，他会让我们“尽管去做”，而从不在意我们如何做、做的对不对。他变成了一个真正只求成果的仁慈的家伙。我们在“闭门造车”的过程中根本不用去理会其他部门和成员的进展情况和要求，也不必计较仅仅按照自己的质量标准和达到标准的方法来做会带来什么样的结果；我们只要按照时间表来按时完成自己的任务就够了！那么，是什么使他脱离了现实呢？这不得不归咎于他的那些老板和他所处的那个不得不遵循的组织。这种例子在业界以不同的形式每天重复上演着。而且在管理人员、工程人员和工人之间的隔阂和分歧逐步显示出来，使得协作、双向沟通无法顺利进行，最终使得不能按时达到目标。由于缺乏真正意义上的并行协作系统，导致下一道客户为了确保不发生差错，不得不费大力气、花很长的时间去核对上游的输出。大家可能经常抱怨，工作本来可以做的更好，但却因为管理层缺乏对并行工程的充分理解，而得不到相应的支持。虽然大家甚至可以基于丰富的知识和经验列举大量例子，去证明如何采用更好的方法或工具使工作做得更好。准DFM传说古印度（Indian）有一个部落，他们从斯波坎（Spokane）附近出发，并开始了漫无止境的流浪，这个部落在流浪的旅途中总是在问“FUGARWE在哪里？”据说，直到现在，他们还在北威斯康星（NorthernWisconsin）的某个区域流浪。很多公司都有过这种经历，在整个新品导入过程中安排了很多个审查会议，每次会议上都云集了来自四面八方的人员。然后大家逐一展示自己的设计成果，从原理图到布局，从结构产品外形到到每个具体的塑料零件等，随后大家会展开漫长的讨论。而且会议的重点经常集中在了某几个“关键”人物的成果演示及其目标上。于是，会议上最常用的词语就是“WhereisFUGARWE？”或者“Oh，it’simpossibletogetthere”。由于缺乏CE，最后的结果是，各个设计模块难以整合，更不用考虑满足什么制造工艺的要求了。在实际的运作中，“准DFM”系统的影子到处可见。比如，工厂第一天收到了新品的设计信息（SMT贴片文档和工程BOM等）并被通知在某日要进行生产。如此紧凑的日程安排使得工厂的人员忙得不可开交，随后在生产中工艺人员发现了大量的问题和缺陷、故障等，然后设计人员根据工厂反馈回来的报告作相应的设计改进―――于是这种设计改进被称作DFM。显然，这并不是我们期望的那种真正的DFM。由于客户没有参与到本应该参与进去的设计过程，结果失去了最前期的本来应该取得的DFM成果，更何况在这个阶段很多设计更改的余地已经非常狭窄了。设计规则与DFM有些公司制定了DFM需求和设计规范库，以及DFM检查表。其目的是为设计提供必要的规则，以确保设计可以从概念转换到客户能够接受的实体。为了实现这个目的，在DFM的整个过程中，设计者要努力满足DFM需求并遵循设计规范，而工艺人员将依照DFM检查表审查设计结果是否满足需求。DFM伊始，这规则不是凭空杜撰的，它们来自工艺部门的工业化总结报告（假如设计的产品能够在当前的工艺条件下制造出来，POD可以进行的话），所以不同的制造条件和环境，其DFM需求和设计规范是有差异的。那么这些规则真的能发挥作用吗？我相信很多设计人员都会问，“我为什么要在你制定的规则指导下设计产品？”有这样一个例子。又一次，在去某地的高速公路上，司机师父告诉我车子最高限速140，并提醒我系好安全带。当我注意到仪表盘上的计速仪稳定在140的时候，却发现很多车子从我们的后面飞驰而过！我很纳闷，如果我们车子的计速仪没问题的话，别人肯定在超速行驶，估计他们甚至达到了时速170，他们不怕被交警罚款吗？类似的例子还有很多，在大街上，我总是非常小心的穿过斑马线从马路的一侧走到另外一侧，而很多行人则喜欢非常随意的直接横穿马路，他们不愿意走很多冤枉的路程在找到班马线以后再穿过马路，哪怕是违反交通规则！尽管这些规则是为了保护他们的切身利益。显然，所有设计人员都希望自己的设计是完美的，但他们却又往往不愿受到别人制定的规则的约束，尤其是对与首次接触DFM的人来讲，他已经习惯了自由自在的设计风格。对于所有人来讲，如果设计能够一次定型那是再好不过了；而且对于设计人员来讲，既能说明其高超的设计本领，又可以避免花大力气反复修改设计参数。如果设计者第一次设计的产品比较成功，他可能会进一步认为“我第一次能够设计成功，为什么第二次不能呢？我为什么要遵循你的规则呢？”CE与DFM推行过DFM的人，肯定会强调CE(ConcurrentEngineer，并行工程)在整个新品导入（从产品定义到小批量生产）过程中的重要性。在一个缺乏CE的系统中，不可能确保设计的可制造性，不论在什么样的制造工艺环境中。为了真正实现DFM，显然，在设计阶段，所有的想法都必须是透明的、开放的并充分考虑了对后续过程和客户满意度的影响，在整个过程中不允许任何一个人单方面作出涉及产品可知造性的决定。在DFM/CE系统内，需要建立一个高效运行的产品团队，从设计到制造部门的关键人员都必须加入这个团队，包括项目经理、产品工程经理、设计人员（硬件、软件、结构件）、物料工程师、测试工程师、产品质量工程师、产品工业化经理、最终客户代表等。一旦一款新品的产品定义已经准备好，产品团队将对它进行评审并提供各类输入，这样产品的定义才会变得更为理性和现实。在这个阶段，可以明确定义（文档化）新产品所基于的技术平台和方案以及采用哪些器件和物料。产品团队中的角色有：u项目经理：负责规划、协调、推进整个项目的时间安排和进度；u产品工程经理及设计人员：设计实施；u物料工程师：评估物料成本、性能规格、可靠性、可用性及交货日程和可用的封装类型等。u测试工程师：物料及半成品、成品的测试要求和技术支持；u产品质量工程师：物料及整机的可靠性测试及分析、焊点质量及可靠性需求、统计数据及信息等。u产品工业化经理：设计与制造工艺部门的接口，向CE系统提供最直接的DFM需求输入（贴片需求、可焊性需求、组装零件的可制造性需求），试产工艺导入和支持：各类组装操作所需的工艺和设备及其确认、人员问题、制造过程、不断的工艺改进需求等。比如PCB设计，必须满足基本的DFM需求。从设计人员到PCB的测试和组装等产品团队的所有成员，要提供充分的与可制造性相关的输入，如：PCB大小、尺寸，公差，材料，构造，尺寸稳定性，表面处理及可焊性，阻焊膜，电气性能，热匹配问题，各类孔尺寸、位置和数量，焊盘形状、大小和位置，PCB光板和PCBA测试点，人员支持，各类文档，技术培训，工艺需求、布局需求和接受规范等。由于涉及的项目太多了，这里不再赘述。归根到底，设计人员没有办法、不能够、也没有责任对所有需求拍脑袋作出决定，否则能够真正付诸制造的设计会少之又少。但情况经常是，许多设计项目并没有因为缺乏DFM而停止运行（大多是没有给予足够的重视），结果是在制造过程中工艺人员怨声载道―――久而久之变成麻木不仁，生产效率低下，成品率不高，长久下去往往掩盖了生产工艺本来所具有的提升潜力（比如效率和直通率可以更高，但却被故步自封的设计所束缚）。不得不再次强调，CE是DFM的关键。如果没有成立一个值得信赖的、分工明确、反应迅速的DFM/CE团队，不论什么样的设计都不可能在第一时间、每一次、以最低成本具有可制造性。我们在实际工作中经常遇到这样一种情况，来自工厂的人员说“这个主板必须这样作才能确保其可制造性”，而另外一个人却说“必须用这种器件或者必须放在这个位置才能保证产品性能”或者干脆说“很难那样做，我做不到！”有些设计人员甚至把自己的设计成果束之高阁，不同意其他人员访问，顶多在短短的时间里演示给他们看看而已。特殊的情况是，DFM输入可能来自认证过的某个供应商，如果设计人员暂时无法通过修改设计来满足DFM需求，他可能