面向产品生命周期的电子产品可制造性设计如何Design for money

21 7月 2017

任何产品都是经过产品设计、产品制造然后投入市场销售的,而产品从设计到制造的过程中,长久存在着这样的情形:制造工程师抱怨产品设计欠佳不易生产,而设计师则抱怨产品制造品质太差,这样的情形不仅影响到设计与制造部门,同时也影响到整个企业的利益。为了解决使设计部门与制造部门和解并共同解决问题,于是就产生了DFM(Design for manufacture)——面向制造的设计。

1,DFM不是单纯的一项技术,从某种意义上,它更像一种思想

DFM从狭义上说,是使设计更加适合生产的要求,也是要求我们在设计的时候要充分考虑生产的情况,让设计出来的能够生产出来。其从广义上将,就是设计要符合多数生产要求,能够使设计的东西在生产上有更多的选择,降低成本。也就是Design for money!

面向制造的设计(Design for Manufacture,DFM)是并行工程的关键使能技术之一,其目的是在设计阶段就充分考虑下游制造环节的可行性问题。其实,最初所说的DFM,往往是指传统的加工过程,即针对原材料各种操作,最终形成产品的工艺过程。随着制造理念的发展,产品全生命周期的概念逐渐被制造业所接受,制造的概念正在扩大,不仅包括原材料到成品的加工过程,还泛指储存运输、销售与维护、回收与拆卸,以及产品的需求分析和设计等。

套用这种扩大的制造概念,DFM实际上变成了DFX(*注:DFX是并行工程的支持工具之一,是一种面向产品全生命周期的集成化设计技术,其综合了计算机技术、制造技术、系统集成技术和管理技术,充分体现了系统化的思想。它是一种新的设计技术,在设计阶段尽可能早地考虑产品的性能、质量、可制造性、可装配性、可测试性、产品服务和价格等因素,对产品进行优化设计或再设计)。

由于产品开发各阶段的功能和内在规律差异很大,赋予DFM如此宽广的功能指标,会在DFM系统的设计中导致思想混乱。因此,普遍认为DFM是指面向加工的设计(design for manufacture),它与面向装配的设计DFA(design for assembly)、面向物流的设计DFL(design for logistics)等都是平行的DFX工具。

                          图示:DFM的结构和功能示意图(来源 网络)

上图表明,输入信息是经过处理的设计信息模型,核心过程是对产品的可制造性评价,其主要依据有两类:
1,加工手段的技术约束,如机床切削活动方式对零件形状的限制等;2,企业制造资源约束,主要是指企业的设备加工能力。

由于实际环境下,这两类依据是不断变化的,因此,DFM系统必须具有开发性和扩展性,以反映这种变化。作为设计与制造协同的桥梁,DFM在产品开发流程的早期发挥作用,针对设计结果的可制造性分析过程,不仅可将下游环节约束施加于设计过程,还可以将产品可制造性检测中得到的加工难点向下游进行信息预发布,以使相关环节提前开展准备。
2,如何获取及引入DFM来提高利润和产量

在今天的电子业,随着电子产品功能集成越来越多,电子元器件尺寸越来越小,POP、3D实装、SIP工艺的逐步导入,每一款电子产品从立项设计到批量制造过程都面临着日趋复杂的挑战。尤其是如何利用可制造性设计理念和经验,从产品的初步规划起切入,降低BOM成本与采购难度、减化工艺流程、选择高通过率/可自动化的工艺、降低总体制造难度与成本、让设计利于量产及使用成为各大企业最关注的课题。

例如,作为设计从逻辑到物理实现的最重要过程,DFM是一个不可回避的重要方面。在PCB设计上,我们所说的DFM主要包括:器件选择、PCB物理参数选择和PCB设计细节方面等。器件的DFM选择,作为PCB设计人员需要和采购工程师、硬件工程师、工艺工程师等协商决定。PCB设计的物理参数这个主要环节主要是由PCB设计人员来确定了。这要求PCB设计人员必需深入了解PCB的制造工艺和制造方法,了解大多数板厂的加工参数,然后结合单板的实际情况来进行物理参数的设定,尽量增加PCB生产的工艺窗口,采用最成熟的加工工艺和参数,降低加工难度,提高成品率,减少后期PCB制作的成本和周期,即“不能杀鸡使用牛刀”也不能“杀牛使用鸡刀”。

那,理所应当的在PCB设计细节上,多数就和设计工程师的水平和经验有很大的关系。如:器件的摆放位置,间距,走线的处理,铜皮的处理等。这些参数需要长时间多项目的积累才能得到。并且,一般他们的设计参数要能符合绝大多数板厂的要求,而不是仅仅符合某个厂的特定成本要求。

为更好地交流DFM设计经验,在8月29-31日的NEPCON South China展会同期,主办方励展博览集团携手云创硬见,力邀多名一线企业资深实战专家,通过实际案例和系统理论结合,从多角度详解电子产品可制造性设计,同时共同展望电子制造技术未来的发展。想知道如何获取及引入DFM来提高利润和产量?在电子产品可制造性论坛上,你可能会得到更精准的答案!

这些演讲嘉宾,在其深耕的领域多有建树。例如,中兴通讯手机DFX总监余宏发,属于公司级专家,他是中兴通讯DFX专家组组长,负责手机DFX新技术、新工艺研究及管理等工作;又如,金百泽PCB事业部副总经理冯映明拥有15年PCB制造技术性工作经验,一直从事工艺和工程的工作。非常熟悉PCB制造加工工艺流程,善于从PCB制造的角度去优化资料的设计,从而降低PCB制造加工难度、提升产品的品质、缩短生产周,同时也为客户节约更多的成本,曾与多家军工、通信通讯和工业控制类客户进行过技术交流; 凯意科技的万滨先生历任中国通信学会设备制造委员会委员,他是IPC中国EMS理事会理事,IPC中国装备及材料理事会理事,亦是凯意科技创始人;伟创力的周辉先生,是伟创力亚洲区先进制造工程部总监/北中国区先进工程总监,主要从事新工艺技术的开发、新产品工艺开发及可制造性/可装配性设计优化DFX等方面的研究,有16年电子产品工艺开发、制造及质量控制经验,曾在国际期刊上发表过20多篇技术论文, 内容涉及01005、TMV POP、0.3mm CSP等新工艺技术开发,Head-in-Pillow, NWO等典型缺陷的解决方案以及公差累积分析与六西格玛等方法论的实际应用等等。

相信,这样一个强大的企业资深实战专家队伍在2017年8月29日,深圳会展中心6楼郁金香厅,一定会为我们答疑解惑。
3,如果不使用DFM,你可能面临的高成本、高风险的巨大挑战
DFM的使用不仅仅是回答这个设计可以制造吗,更是回答这个设计是否能被高效率地制造并且获利。DFM能促使你在毫无损失的情况下使设计更加小型化,降低产品上市时间并信心十足地在全球制造趋势中获利受益。如果不使用DFM,则你可能面临高成本、高风险的巨大挑战。

缩短产品上市时间是一项紧迫的需求。由于PCB设计的反复可能导致设计周期平均增加几个星期,从而拖延了产品的上市时间,因此将可制造性问题(导致设计反复的重要原因之一)在PCB设计时间尽早消除有绝对的必要性。一般人认为,DFM只是简单地在PCB 画图CAD 系统上执行一些基本的错误检查,来确定在PCB 制作时线路不会短路,或确保在PCB组装时零件不会相互干涉。而实际上,DFM结果意味着设计已经得到最大程度的优化,从而确保产品可以按最高效的方式制作、组装及测试消除可能导致额外时间及成本的多余工艺。一个全面优化的设计甚至会考虑到产品的制造良率。

不好的设计会导致更长的制造时间及更高的成本。针对无时不在的降低成本及缩短产品上市时间的压力,实施DFM的最终目标是要达成低成本高效益的制造。这将通过保持高良率(低废品)及最少的设计改版而实现。同时,我们还需要认识到DFM的应用使得工艺能力得到了全面的发挥,如通过新技术的应用将设计从两块PCB集中到一块PCB上,从而既节省了时间,又节约了成本。DFM的使用不仅仅是回答这个设计可以制造,而更是回答这个设计是否能被高效率地制造并且获利。所以,如果您是中兴、华为、大疆、TP-link、康佳、TCL、海能达、OPPO、美的、格力等品牌企业;富士康、伟创力、长城开发、伟易达、环胜电子、共进电子等OEM/ODM企业;如果您是华勤、辉烨、汉普、亿道、美睿、顶星、英蓓特等方案公司的设计/制造/工艺/管理人员;如果您是媒体、新媒体、意见领袖、行业协会相关专业人士一定记得来2017年8月29日于深圳会展中心6楼郁金香厅举行的电子产品可制造性设计论坛。在这个论坛上,几位一线企业资深实战专家,将通过实际案例和系统理论结合,从多角度详解电子产品可制造性设计,验证DFM的使用不仅仅是回答这个设计可以制造,而更是回答这个设计是否能被高效率地制造并且获利,为电子产品设计、制造商和工艺设备供应商提供一个全方位交流平台。NEPCON South China同期,将有更多现场活动,如“NEPCON 与智慧工厂 1.0 - 电子制造的未来”主题研讨会”、“可穿戴设备装联及智能制造技术研讨会”“智能安防与医疗电子”主题论坛等为你带来行业全新视角,不容错过!

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