某公司水龙头产品设计可装配性评价

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摘 要：水龙头产品生产的一个重要环节就是装配，其有效性关系着产品的质量、总成本及生产周期。同时装配有效性与产品设计的合理性密切相关，面对如今日益激烈的卫浴竞争市场，加强合适的可装配性评价研究就具有了十分重要的作用。本文以某水龙头生产企业为研究对象，结合水龙头产品可装配性影响因素，研究了龙头设计方案的可装配性评价方案及改善措施。

关键词：可装配性评价；因素分析；模糊综合评价法；水龙头产品设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.261

0 前言

中国卫浴行业面临越发激烈的市场竞争，一方面积极提高产品研发效率，缩短开发周期及降低产品成本，另一方面也逐步向精细化、复杂化、多功能集成化的方向发展，由此也增大了水头龙产品的装配难度。因装配问题导致产品费用增加、影响客户安全使用、交货期推迟的事情也时有发生，既影响了产品功能价值的实现，又影响了企业经济效益的提升以及品牌的推广。因此加强装配环节的有效性研究性具有重要的现实意义。

1 公司概述

我国某卫浴企业，以成为卫浴创新技术的领导者为企业目标，不断地扩大市场占有率和创新产品技术。2014年实现了水龙头产品销售量400多万套，年销售总额超过了50亿元，远远领先于其他品牌。近年来为了满足不同消费文化和消费群体的市场需求，该企业尽管加大了多款产品的创新设计，但因设计失误导致的产品内部试产时出现装配问题频繁发生，不仅增加了企业很多不必要的研发成本，而且也影响了新产品投入市场、抢占市场的先机。此外即使部分装配性较差的产品在内部试产时侥幸通过，但在后续的市场量产投入及客户反馈问题中，都带了较差的影响，如2015年一季度公司订单的发货准时率仅为75%，较去年同期下降了20%，不仅影响公司良好的企业形象，也造成了大量生产物料堆积。因此如何避免产品装配问题、提高产品的按时发货率是该公司应立即解决的问题。

2 面向装配的设计及其评价技术

相关研究表明，产品设计阶段虽然只占产品开发成本的5%，但却决定了70%的产品总成本。究其原因：一方面上游设计的合理性对下游决策会产生“波浪效应”，并最终影响整个企业的决策规划；另一方面产品设计也影响着装配、测试等环节的实验效果，因此现代产品的设计必须要用全局观点考虑，尽可能的考虑到影响产品装配性能的相关因素，避免装配成本的增加。

面向装配的设计（DFA）技术就是一种兼顾装配环节的设计方法，该技术主要包括了：可装配性设计信息描述、可装配性分析和评价、可装配性再设计。总体设计中需要考虑以下影响可装配的因素：

（1）产品主要结构的设计方案应当与现有的工艺水平、制造能力相一致。（2）主要结构的连接形式应当合理，满足产品装配精度、装配互换性与协调性要求。（3）产品中的新材料、新工艺和新技术应当经过试验验证，具备了制造的条件。（4）产品的设计分离面、工艺分离面、设计基准等设计是否合理，是否可以保证最终装配的互换性与协调性，具备产品从试制到批量生产的生产条件，符合最终的装配作业要求。（5）产品的部、总装是否具有可检测性。并且要加强工艺设计管理，提高数字化设计能力，建立设计知识库、数据库系统，通过严格、科学的工艺性审查保证产品具有良好的装配工艺性[1]。

对产品设计进行可装配性评价是DFA技术中的关键环节，它是从装配的角度出发，对设计的优劣、薄弱环节进行识别，并给出相关的修改意见，以完善设计方案，因此在卫浴行业的引入具有较好的应用前景。

3 该公司水龙头产品可装配性影响因素分析

根据水龙头手工装配工序可以得知，水龙头的主要装配动作包括：零件的抓取、零件的调整、安装的旋转对齐等。概括来说也即是零部件因素、工艺因素和系统因素。

3.1 零部件因素

在产品装配中，零部件作为装配的基本单元，其自身的性质对产品的可装配性的影响很大。在零部件搬运阶段，零部件因素的影响主要表现在零件的尺寸、重量和形状等方面。尺寸特别小或特别大的零件难以搬运；形状复杂的零件难以迅速判断方向，并使零件定位困难[2]。

在零部件插入与固定阶段，零部件因素的影响主要反映在零部件的稳定性、易对准及插入等方面。零部件的稳定性差使零部件在连续装配的过程中，必须通过额外操作才能完成零部件装配。显然如果零部件依赖自身的特征能够提高装配的可操作性，则有利于减少装配的时间。

3.2 工艺因素

在零部件装配的过程中，工艺因素依赖于产品装配中采用何种方法、过程、途径来实现零部件的装配。同样，工艺因素对装配的影响也反映在两个阶段。

在搬运阶段，工艺因素对可装配性的影响有许多方面，如零部件的搬运方式、搬运距离等，它决定了零部件从进料处到达装配位置的难易程度。在零部件的插入与固定阶段，影响产品可装配性的工艺因素是指零部件的连接、紧固方法、装配的路径等。不同的连接和紧固方法，具有不同的装配成本。如直线的装配路径比曲线的装配路径更有利于装配的实现等[3]。

3.3 系统因素

系统因素是指产品在装配过程中零件与零件的相互作用及表现的系统特征，如零件数量、零件标准化程度、装配基准等。

在零部件搬运阶段，零部件之间的作用包括零部件之间的嵌套、缠绕，零部件由于嵌套和缠绕使零部件的搬运难度和时间增加，需要人工或专门的机械以改变零部件之间的嵌套和缠绕情况。

根据以上装配系统要素的分析，可以进行以下分类，如表1。

4 龙头设计方案的可装配性评价――以A585为例

4.1 设计方案概述

该公司拟开发面向大众消费的面盆龙头A585，其外形设计以简约典雅，又不失清新为目标，同时为了满足不同用户的需求，该水龙头还搭配了可拆卸加高座，方便用户结合自己的实际进行选择，因此具有广泛的实用性。具体外形如图1所示。

外观设计结束后，结构工程师根据以往实践经验，估算了初步的零件配置方案。如：把手和加高座使用锌合金材质，质量分别约为130g、380g，尺寸分别约为11028mm、16842mm；本体、装饰盖及阀芯压盖使用黄铜材质，质量分别约为800g、46g和31g，尺寸分别约为15042mm、4517mm和3811mm；进水软管和阀芯使用橡胶等材质，质量分别约为80 g、50g，尺寸分别约为56016、728mm；马蹄铁使用碳素钢材质，质量约为33g，尺寸约为633mm。具体零件配置方案如图2所示。

4.2 评价原则及模型

本次对A585水龙头产品的可装配性评价主要依据两个方面的特性：技术特性和经济特性。

首先，装配在技术上必须是合理、可行的，也就是说装配体的形成必须是可以实现的。这是装配体赖以存在的前提条件，不满足该前提的装配是缺乏现实意义的。可装配性的技术特性主要考虑装配顺序和装配路径的合理性、装配元件的便于抓取、装配工具的易于操作、装配位置的可达性、定位的可靠性、检测的可及性等方面的内容。

其次，从经济角度考虑，在保证质量的前提下应尽可能降低装配成本从而降低总的生产成本，这是产品在市场竞争中占据主动的必要条件。可装配性的经济特性主要考虑装配操作的效率、装配资源的消耗、装配公差的分布等方面的内容。

从原理上讲，可装配性的量化评估方法有两种：成本分析法和加权评分法，二者各具优缺点[4]。可装配性两个方面的特性并非互不相干的，用装配操作所需消费的成本来衡量装配实现的技术难度已被视作一种行之有效的方法。因此，可以通过成本分析量化产品的可装配性。这种量化方法比较客观，但必须有一套标准成本数据库，建立该数据库是很费时费力的。另一种方法是先对各级评价指标赋予相应的权重，按一定标准打分，然后自底向上逐层加权汇总，即可得到可装配性的总评分值。本文在工序分解的前提下，采用综合考虑所有工序下所有因素的综合评价，并结合专家评分及模糊综合评价的方法建立了评价模型：

指标因素集合：

评价结果元素集合为：，分别表示“差”，“较差”，“一般”，“较好”，“好”。

完整产品的可装配性评价：

，

其中，， n为该工序的影响因素个数。

当产品评价结果对“较好”以上的隶属度在 70%以上时，可认为产品设计满足可装配性要求，当低于70%时，则需要对设计方案进行改善。通过对水龙头各工序进行分解，计算出工序相关的影响因素权重集，然后进行各因素评价等级判断，若评价等级隶属度最高的评价等级也好，也说明设计方案符合可装配需求。

4.3 方案评价结果及改进措施

通过对整体可装配性评价集的计算结果分析发现，其最高隶属“好”、“较好”所占的评价比重仅为68.1%，低于70%以上的隶属要求，因此应予以改善。结合模糊综合评价集发现，工序4、15、19的评价等级不高，是影响整体评价结果的主要原因。如表2所示。

分别对这三个工序因素评价集合进行展开分析发现，以工序4为例，通过研究发现其权重较大的影响因素评价等级都较差，如：操作空间、紧固方式、零件数等，由于软管的数量是固定不变的，因此应从紧固方式、辅助工具等连接方式上予以考虑，最终将螺纹连接改变成了直接插入式，利用卡环令其固定在本体内，卡环与本体用螺丝连接。改进对比图如图3所示。工序15和19也同理进行分析和改进，最终满足了整体可装配性评价等级 70%隶属“较好”以上的要求。

5 结语

设计阶段的可装配性评估能够有效的降低后续装配成本、提高生产效率，通过对产品整体零部件间的相互关系的评价分析，能够较好的针对水龙头产品的设计进行评价、改进和完善。并且随着计算机技术的发展，产品设计的大量参数及装配信息，都可通过计算机模拟和计算，因此将模糊综合评价和CAD设计软件的评价方法，有了更好地应用空间。

参考文献：

[1]刘检华，宁汝新等.面向产品全生命周期的虚拟装配技术研究[J].计算机仿真，2014（01）.

[2]贾春L.虚拟环境下产品可装配性评价[J].辽宁科技学院学报， 2013（09）.

[3]张刚，侯强等.复杂结构产品装配序列评价方法研究[J].机械设计与制造，2014（11）.

[4]蒋琴仙.产品可装配性设计方法和使能技术研究[J].成组技术与生产现代化，2014（02）.

作者简介：方海星（1981-），男，福建莆田人，本科，中级工程师，主要从事卫浴产品结构设计工作。