2015年4月16日 星期四

Design Things Right With 3DCS

Design Things Right with 3DCS


在生產上,製造出的每個零件都不完全的相同,每種製程都有公差的問題。都跟設計值略有偏差。3DCS這套軟體可以顯示出這些變異,甚至可以在既有的組裝條件下模擬這些公差或是在單一零件本身的公差範圍內的變異。處理單一零件時,公差的設定不是問題。但是,當涉及到較大型組件,例如:座椅總成,儀表板總成等等,這是重要的關注項目。
一般的分析軟體都有個比較困難的問題是模擬公差在非剛性的零件,例如那些由金屬板、橡膠和塑料所組成的組件公差變異。
SOVAStream of Variation Analysis3DCS的建模和模擬系統中。幾年前,DCS獲得來自美國國家標準與技術研究院(NIST)為SOVA制定的資金;SOVA是預測組裝剛性和柔性份材料變形影響的累積變異的數學系統。這種彈性體的非剛性零件及組件可以由FEA模組合併到3DCS蒙特卡羅模擬的組裝構建。

3DCS顯示出模型組裝變異的影響,可以用來確認是否為穩健的設計,並驗證及測試替代公差或設計的方案。由模型的所有公差,模擬成千上萬的裝配,當它們放在一起並顯示任何一組零件在裝配時,觀察這些零件之間的間隙和變異狀況,以及量測目標和主要貢獻度。透過刪去預測產品品質的試誤法和由不良品來驗證組裝問題的過程,來縮短產品開發的時間,特別是在下游組裝作業效果更為明顯。這使工程師可以將零件公差最大化,同時控制在三維裝配要求中。這使製成的重工、報廢和不良品的減少,以上都是增加製造成本的主要項目。使用者統計模擬生產“虛擬組件”。他們可以清楚地看到,在虛擬裝配下的變化。公差分析需要輸入諸如幾何結構(從實體模型)、組裝(定位策略和組裝順序)、公差(零件和組件)以及尺寸的要求進行分析。經過分析,輸出的項目包括標準偏差、不良率、CpCpk和直方圖,顯示從模擬數據中每個測量的分佈(無論是否超出規格)、設計值、變異範圍的最小/最大變異、規格界限及全體樣本最小/最大的變異。工程師們可以點擊單一的測量看到這些測量中出現的實體模型。規格外的數據會顯示為紅色。3DCS可以識別模型中每個測量貢獻度高的關鍵因素,包括公差變異量和組裝過程所產生的變異。



3DCS還為工程師提供了檢視需求是否符合設計者需求的功能,透過完美的控制量測目標的大小,視覺化顯示量測目標的最大及最小值,進而制訂該產品適當的規格。

另外,3DCS進階分析及優化(AAO)模組,使用一個公式來表示整個裝配模型。該模組主要輸出一個電子表格,可以讓使用者評估怎樣的能力可能會影響在裝配其他測量。變化任何公差即時反饋產生何種變化效果。(耗時的替代方案是重新進行蒙地卡羅模擬)。AAO模組的優化讓使用者設定每個公差修改對應的成本,然後工程師可以決定在一個固定的預算內產生的組件的品質水準。也可以反向應用,給定一組品質目標之後,工程師可以用來確定該零組件公差修改大約會耗費多少成本。

2015年4月13日 星期一

為何需要公差分析

為何需要公差分析?

為何需要公差分析?

最簡短的答案是:所有東西都會變異。



這句話看似理所當然,但其中牽涉到什麼樣的變異可能會發生、變異發生是否是在可以接受的範圍以及設計者原本的設計意圖是什麼?
如果我們可以設計出一種產品,而且他是可以一模一樣的完全的被複製,那我們就不需要公差和規格。任何零件可以使用在任何的組裝,那我們就只需要簡單的幾何尺寸了。

事與願違,這並不會發生。
長、寬、高、粗糙度或是硬度以及任何一個你想的到且可以被量測的目標都是會有些微的變異。在一些情況下,這些變異是可以在預期內,並且不影響到功能的;但在某些情況下,這些變異超出了預期,是不能被接受的,有可能會再組裝上產生影響。假如設計者沒有注意到變異,有可能組裝無法對齊、零組件不相能相互裝配或是使用的性能變很差。

現在大家都在追求6Sigma的設計及製造品質,大家耳熟能詳的DMAIC,尺寸工程就包含了MAI這幾個階段,其中公差分析是尺寸工程重要的一環,以下我們來探討適當的公差分析帶來的效益。

系統功能面

最終產品的性能取決於每個零件運作正常。齒輪咬合和轉動。輸入到系統提供所需的輸出。以車門的安全性為例:既不太能關得太緊,也不能太鬆。公差提供零件中的任的元素在一個範圍的允許值,而不是必須得要依照工程圖上的尺寸製造出來,如果製造端製造出的零件落在規定的公差範圍,幾乎會符合設計者的設計意圖。

製造面

公差的堆疊如果超出預期範圍,會導致零件匹配性不佳進而導致對故障、報廢或重製。當部分匹配性不佳,發生軸孔未對齊或是連接處無發接合或干涉,該產品沒有被正確組裝時,需要修理或報廢。無論哪種方式的不必要的浪費。
生產單一零件,再加上裝配過程的變化,可能會使規格要求需要放寬。同樣設計可能需要嚴格的規格要求,才能達到預期的功能。
公差分析是尋找性能並能夠裝配在系統之間的平衡。這是一種變相的經濟平衡。可能需要花費很多成本才能維持非常嚴格的規格要求,但過高的製造成本、檢驗或報廢件的成本可能隨之而來。要同時考慮客戶對品質的觀感和購買願意,才能同時討論該產品經濟效益平衡。

符合要求的零件成本

有很多種方法形成的零件。從鑄造到沖壓,從模切到手工切割,每個制程都有固有的變異性。當製程是穩定的時,且設備有良好的維護,零件將會維持在製造過程中所固有的可變性。每種類型的製造過程都有精度的限制,精確的方法通常是比較昂貴的。
使用非常嚴格的公差敲要求,可能需要使用該部件的昂貴的製造手法。如果不是零件整體都需要一定的精密度,則公差的可能不需要太嚴格。這可以允許更便宜的零件的製造手法,仍然可以製造出不會影響功能的零件。

不同單位溝通公差的困難

設計團隊需要了解零件圖和零部件採購規格公差。設計工程師通常需要了解供應商能力,才能達到特定的公差要求。供應商希望製造出符合設計要求的零件。每個人都在努力做最好,無論零件如何發生變異,他們都可以共同創造一個優質的產品。
理想的情況下,沒有發生任何變異,並在設計目標值就足夠了。變異增加了設計的複雜性。

理想情況下,設計將落在零件製造變異的範圍內。沒有報廢或浪費材料,零件變異是穩定的和可預測的,並符合設計意圖。設計團隊和供應商之間的溝通必須清晰,完整的設計相關要求和零件的變異資料。雙方都找到溝通的平衡,討論出一個雙方可以接受的經濟與品質的解決方案。