基于装配的家电产品优化设计

基于装配的家电产品优化设计

韩华明,顾高松 ,魏泽民

杭州老板电器股份有限公司  浙江 杭州 310000

摘要：产品的设计要把产品的生产和加工过程都考虑进去。在产品的设计中，集成式的设计有助于根据产品的需求，迅速地进行有针对性的设计，使得设计的内容更加具有目的性，并能够将产品的功能与组件相结合，从而达到产品的系列化，从而为客户的生产创造了条件。本文以家庭产品为实例，对基于装配的最优设计进行了研究。

关键词：家电产品；优化设计；产品装配

引言

在激烈的市场竞争中，企业的产品必须适应多元化的需求，因此，定制化是一种必然的发展趋势。设计与组装能够实现产品的平行开发，使得复杂的设计易于管理，同时也能更好地满足不同的产品需求。本文结合家用电器的实例，介绍了一些家用电器产品的优化设计方法，使其能够迅速地进入市场，并能适应市场对家电产品的多元化要求。

1.基于装配的设计

普通的产品是用多个零件组装而成。在大规模的家用电器产业中，采用流水线的方式将多个零件装配成一个整体。因为生产线的生产效率依赖于时间最长的生产工艺，因此生产线上各个生产过程的时间都要平均。如果单个零件的组装工艺水平较低，在制造过程中难以进行操作，则常常达不到生产的要求[1]。采用组装的设计方法进行改进，可以使组装操作更加简单、快捷、成本低、误差小，便于满足产品的品质和数量需求。

2.家电产品装配性能分析

在产品设计中，对产品的装配性能进行分析是一个重要的步骤。基于产品组装的结构设计分析是在设计阶段对其进行可组装性的分析。另外，在产品结构设计之后，在确保产品功能的前提下，对产品的装配性能进行分析，并对其进行优化，可以采用以下几种方法：

实现模块化：与常规的产品相比，模块化设计更适合大规模的生产。模块化的设计能够使产品的开发和实际的设计相分离。在产品研发阶段，根据当前技术状况和市场发展趋势，并根据客户的需求进行设计。该产品以模块化的形式，便于根据市场需求和用户的需求迅速地进行设计，从而使产品具有系列化、通用化和标准化的特点。

减少零件的数目：在确保产品的功能性的前提下，从零件的数目出发，对零件的复杂性进行分析。若零件数量的减少对产品性能的影响不大，则零件数量的减少会使结构的复杂性下降。

多功能部件的设计：尽可能地使用多功能部件，努力使一个部件具有多种功能，从而减少组装工作。例如，通过干涉配合，可以实现轴孔的匹配，也可以通过盈配合完成扭矩的传递，而不需要按键来传递扭矩。

实现柔性组装：目前很多家用电器的流水线都采用了自动化组装，所以在设计上要与柔性设备相结合。例如，装配刚性连接件，必须保证部件之间的共轴度。若将其设计为柔性连接，则可减少组装的难度。另外，在轴、孔接触部件上采用大倾角，有利于自动组装。

3基于装配的序列化设计

3.1装配序列要实现并行

直线组装需要一个又一个的完成组装作业。在设计过程中，通过非线性装配规划，使组装作业并行化。采用非线性组装技术解决了线性组装效率低的问题。所以，在进行装配计划时应加以考虑。在电器产品的装配计划中，应根据装配任务，进行合理的调整与布置，确保在装配过程中平行实施，从而达到缩短装配周期的目的[2]。

3.2基于装配的序列设计

在产品的设计过程中，要对装配过程进行反馈。如果仍有较高的线性，则应对其进行优化，以减少其线性，缩短组装周期。对线性组装顺序进行优化，确定最优分解部件；并将分解方向与设计相结合，对装配顺序的限制进行优化；装配顺序的重构是为了减少装配顺序中的约束变化。

4基于装配的家电产品设计实例

4.1外挂式冷凝器卡子的改进

现有的电冰箱冷凝器的摆放方式大体如下：外挂式-置于箱体外部；内部式-把电容器的盘管紧贴在机箱的内部；外置式-在压力室内安装冷凝器；混合式-也就是前面的组合。外挂式电容器的夹具在使用时，先将电容器管卡入卡子的插孔，再用自攻螺丝把夹具（与电容器管一起）紧固到盒的壳体（在套筒的对应部位有一个间隔件）。原来的卡扣在电容器管上很不方便，费时，特别是用来装卡子的操作人员，经常会把手指弄伤。将其换成类似于卡子的形状，便于装卡，装卡效率自然提高。

4.2冷柜内藏线盒的改进

此示例为冰箱中的一种隐藏线盒，其安装在箱体上方的圆形孔内，将放置在箱体内的线头插入盒中，待泡沫完成后，利用外壳上的圆孔将线头与上方的灯线连接，构成一条发光线路；为了防止发泡剂在发泡过程中将线头和发泡材料（隔热层）用箱体隔开。组装时需要用海绵胶带将线头缠绕，然后通过圆形孔洞，由于操作周期较长，不宜在生产线上进行。

采用开口型结构，可省去穿线过程，将海绵胶条缠绕在出线长度上，再用手指按压开口处，即可进行下一道封条。另外，把藏线箱的边沿加宽，使胶带的粘合更简便，密封性更好；并将原来多余的棱角改为圆弧，节约了部分原料，扩大了边沿后的总体材料成本。经此改造，缩短了6~8秒的穿线工时，可在生产线上进行。

4.3平底双箱形式冷藏冷冻箱产品底部下框架的改进

平底双盒结构的冷库产品，其底部下框，除支撑箱体的下部外，还构成一个用于放置压力容器和外部冷凝器的空间。下框由两根纵梁和一根横梁构成，上下两根纵梁垂直的连接在一起，构成了一个立体的空间，所有的零件都通过焊点连接，由三个部件构成：纵梁、横梁和联接板。组装工艺是把纵梁和联接板分别焊接在一起，然后用连杆和横梁进行点焊。原来的下部机架的几何结构（例如拐角的直角）和尺寸（例如纵向和横向尺寸）很难协调，这是因为连接板的连接位置不好。改良的设计，增加了连接的固定位置，增加了连接的左侧边缘，延长了右边的下边缘，可以支撑纵向和横向的侧面。通过这种改造，可以通过部件本身的位置和固定（焊接）来实现精确的定位[3]。角部点焊后，可有效地满足焊接后的外形、尺寸要求，缩短调试时间，大大提高组装效率。

4.4内胆外表面座子的改进

在曲底式冰箱的内胆阶梯边缘安装了隔离网。隔离网将曲底式冰箱内部分为两个储藏空间，内胆的内壁由自攻螺钉紧固，自攻螺丝插入到内胆的外侧（其功能类似于螺帽）。组装时，该支架的圆筒凸起首先插入到内胆外壁的预留孔中，再用胶带将其整个粘附于内胆的外侧，经发泡后，永久地固定于盒内发泡层。原来组装时的问题是，支架整体较厚，长度较短，不易用胶带固定，且一旦打进自攻螺丝，支架也会随之转动。如果是这样的话，座子处于泡沫的内部，就很难控制了。它的改进主要包括两个方面：第一，非接触式内胆的表面变薄，使安装和密封更加方便。二是延长其长度，增加其抗拉杆的功能，避免支架随自攻螺丝转动，提高组装的可靠性。

4.5洗碗机上框中注水拨杆的改进

在一台洗碗机的上架中安装了一根注水拨杆，在制造过程中，必须将注水拨杆与控制台板组装在一起，再将其翻转插入到上架的长孔中，因为原来的长孔的高度不够高，注入水的拨杆之间的空隙很小，安装起来比较费时间，常常形成流水线卡住。经过分析，该长孔的高度增大后，对制品的各个方面都没有不良影响，长孔部分也可以做一些改进，即在原高度上每升1 mm，经过改良后，组装更加方便，更加节省时间。

结论

对设备进行最优设计，不仅能使产品的功能更符合市场需要，而且对提高产品开发效率和降低成本具有重要意义。在满足装配需求的前提下，对电器产品进行优化设计，必须确保其灵活性和适用性。

参考文献

[1]申建军.面向装配的家电产品设计改进[J].家电科技,2015(4):76-78.10.3969.1672-0172.2015.04.030.

[2]苏越骁.基于装配的家电产品优化设计[J].中国机械,2019(15):11-12.10.3969.1003-0085.2019.15.007.

[3]湛承庆.基于DFA的小家电产品设计及其应用研究[D].江苏:南京理工大学,2018.