如何定義一個零件的復(fù)雜度，一直是工程師持續(xù)在思考和探討的話題，那么今天我們來聊一聊零件的復(fù)雜度。
前面文章已經(jīng)介紹過何謂復(fù)雜度，復(fù)雜度即數(shù)量多少的問題。產(chǎn)品的復(fù)雜度有：零件數(shù)量、裝配關(guān)系、裝配時間、DFA指數(shù)等。那么在零件層級有哪些屬性可以進行數(shù)量多少的分析呢？我們今天來深入聊一聊零件的DFM設(shè)計。DFM即Design for Manufacturing，翻譯為中文叫“面向制造的設(shè)計”，應(yīng)用的場景為零件的可制造性，通過分析零件的復(fù)雜度，從而降低零件的復(fù)雜度，以達(dá)到減少零件的制造時間和制造錯誤，從而達(dá)成零件成本降低的目標(biāo)。
如下圖1，有金屬件，有塑料件，有些零件是注塑的，有些零件是壓鑄的，有些零件是鈑金沖壓的，且不同零件之間有不同的結(jié)構(gòu)即幾何形狀。
由此，我們可以將零件的復(fù)雜度歸納總結(jié)為零件的材料、工藝、結(jié)構(gòu)（幾何形狀）、材料和工藝、工藝和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度的分析，通過零件這些屬性的分析，減少零件的制造時間。那么我們一一來分析一下這些屬性的復(fù)雜度。
第一，什么是材料的復(fù)雜度。前面說過，復(fù)雜度即數(shù)量多少的問題。對于材料來說，材料用量的多少以及加工這個材料時間的多少即為材料的復(fù)雜度。
首先，材料用得越少，通常情況下對應(yīng)該材料的加工時間也會越少。為了讓零件材料盡量少，我們通常會從3方面進行零件的輕量化設(shè)計，①使用競品對標(biāo)分析，進行零件小型化設(shè)計，確保零件的厚度和尺寸是最優(yōu)的；②評價零件的表面是否有價值，如果無價值盡量進行鏤空設(shè)計（只適用于模具加工的零件）；③家族零件設(shè)計，也就是一套模具同時生產(chǎn)出多個零件。
其次，當(dāng)我們完成輕量化設(shè)計優(yōu)化之后，我們進行材料可制造性的評價，材料加工得越快，那么該材料的可制造性越好。材料屬性里面，什么是影響材料加工速度的因子呢？當(dāng)然就是材料的硬度或材料的熔點。在滿足零件場景使用的材料選擇下，材料的硬度越小或者是材料的熔點越低，那么該材料越容易加工，即該材料的復(fù)雜度越小。
金屬里面鋁或常用鋁合金的硬度是非常易于加工的，如果用于模具加工例如壓鑄，鋁的熔點也是相對低的，所以鋁合金被廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品。塑料里面熔點比較低的有PP等材料，在模具加工的時候能耗低且較快達(dá)到熔點問答進行模具加工。
第二，什么是工藝的復(fù)雜度。工藝的復(fù)雜度我們可以簡單理解為哪些工藝加工更高效，工藝時間短工藝步驟少。首先，我們對常見的零件加工工藝進行匯總及歸類總結(jié)如圖2：
當(dāng)前常見的零件加工工藝分為5大類，分別為冷凝工藝、變形工藝、鈑金加工工藝、輪廓加工工藝及金屬去除工藝。僅從加工速度來看，效率最高的為冷凝工藝……效率最低的為金屬去除工藝，也就是說工藝最簡單的為冷凝工藝，最復(fù)雜的為金屬去除工藝即機械加工工藝。當(dāng)然我們選擇零件加工工藝需要考慮的因素不僅僅是加工效率，還有很多其他因素例如產(chǎn)量、精度、尺寸……成本等因素。
第三，怎么定義零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。按照以上邏輯，我們把結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度轉(zhuǎn)化為加工效率來分析，那么影響加工效率的結(jié)構(gòu)因素有哪些呢？其一，盡量避免異形面，異形面即為形狀不規(guī)則面，反之方形、圓形等形狀稱之為規(guī)則形狀；其二，盡量少的零件表面塊，表面塊越少零件越易于加工，何為表面塊？見下圖3：
圖3
從左到右表面塊分別為10、6、3、3，這些零件結(jié)構(gòu)對應(yīng)的表面塊越少，零件越容易加工，我們可以想想一下，如果零件的加工工藝是機加工、注塑、壓鑄，那么他們對應(yīng)的加工速度最快的應(yīng)該就是表面塊最少的零件；其三，基準(zhǔn)面要少，盡量只有一個基準(zhǔn)面，這樣可以避免零件加工的時候反復(fù)的裝夾、工序過多帶來的加工時間過長，且累計公差大；其四，零件長徑比居中。什么是長徑比？見下圖4，即為L/D：
圖4
長徑最佳的比值在0.5~3之間。小于0.5，比值過小，意味著零件很短但是直徑很大，帶來的零件加工難題是不容易裝夾，或容易帶來加工誤差。大于3，意味者零件很細(xì)長，為了解決加工過程中可能的零件變形，我們通常會選用剛度更好的材料或者是使用工裝夾具，不管是哪一種情況，毫無疑問，都會帶來過長的零件加工時間；最后，零件的公差要求盡量放寬。嚴(yán)格的公差很容易讓工程師誤認(rèn)為是高質(zhì)量高品質(zhì)，其實答案是不確定的，有些嚴(yán)格的公差會帶來高品質(zhì)，有些反之會帶來質(zhì)量問題，例如內(nèi)應(yīng)力。但是嚴(yán)格的公差肯定會帶來過長的加工時間、過高的零件報廢率、以及昂貴的加工設(shè)備等問題。
至此，我們已經(jīng)詳細(xì)介紹了零件復(fù)雜度的分析，但相信小伙伴們的腦袋里面有一個大大的問號：那么多維度的零件復(fù)雜度分析，看起來就很復(fù)雜。為了消除到這個打問號，我們要引入DFM指數(shù)的概念。前面介紹的零件復(fù)雜性分析維度，都轉(zhuǎn)化為加工速度的問題，而加工速度最終會與零件成本掛鉤，那么DFM指數(shù)公式如圖5：
DFM指數(shù)范圍為0~100，指數(shù)越大越好，越大代表零件越容易加工制造，甚至不需要加工，那么零件就越簡單。建議將此方法引入到公司的設(shè)計規(guī)則指引里面去，長期以往，公司的零件極簡設(shè)計將越來越具有競爭力。你學(xué)會了嗎？
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