可制造性设计（精选8篇）
可制造性设计 篇1
0引言
印制电路板(PCB)是电子产品中最重要的部件之一,如何在有效的时间内快速、高效的设计出高质量PCB,是一个值得研究的课题。
由于PCB设计的可制造性问题,在生产现场通常会出现以下问题:
(1)PCB的布局不当使得难以装配,封装错误引起焊接不良,布线不当引起短路或开路,丝印覆盖焊盘引起虚焊;PCB设计数据与实际元器件清单不符合,导致焊接错误。
(2)元器件在选型时对可替代品没有评估、对比,选用器件不是最佳应用器件,影响了产品性能和质量。
据电子行业统计,电子产品的制造成本75%是由设计阶段决定的,而设计阶段成本占总成本的3%~10%,其对整个产品的制造成本的影响,则需要按10倍原则来考虑。
因此,设计问题必须在 前期彻底 解决。设计PCB时,不但要考虑产品功能、电气性能,而且要考虑可制造性要求,从而缩短研发周期,否则会影响单板的可靠性和系统稳定性,多次返工将会增加研发成本,延长开发周期[1,2]。
1可制造性分析内容
可制造性设计(DFM)不同于传统的设计方法, 它是生产工艺质量的保证,为产品设计制造提供了一种全新的理念。它从产品设计开始,考虑其可制造性,使设计和制造之间紧密联系,相互影响,从设计到制造一次成功。
PCB的可制造性设计是指板级电路模块面向制造的设计技术,旨在开展高密度、高精度板级电路模块的组装设计、制造系统资源能力与状态的约束性分析,最终形成支持开发人员对电路模块的可制造性设计标准及指导性规范[3,4]。
可制造性分析的内容如下:
(1)装配
解决独特的组装问题,例如:元件的间隙分析, 基准点的分析,测试点的分析,电路板外沿的元件分布分析。运用可制造性软件可以进行190多项,共5个方面的检查:基准点分析、元件分析、焊盘分析、测试点分析、焊膏分析。使用交互式校验表、结果浏览方式、柱状图、局部放大图等方式协助工程师快捷地找到结果。
(2)网络
与电路网表相比后提供一个稳妥、完整的电路, 根据PCB上的物理连接关系快速提取网络表,与CAD系统中逻辑连线相比较后找到不匹配项,如开路或短路。
(3)光板
基于行业印制电路板厂商的加工能力,按加工精度级别分析PCB光板的可制造性。运用可制造性软件涵盖190余项共5个方面内容分析:信号层分析、电源及接地层分析、丝印层分析、阻焊层分析及钻孔层分析。
2可制造性设计的实施步骤
PCB可制造性设计的实施步骤如下:
(1)通过规则管理器建立应用所需的不同规则,以模板的方式保存在系统中[5]。
应当遵循以下一般规范:IPC-SM-782表面贴装设计与焊盘结构标准、IPC-A-610C电子组装件验收条件、IPC-7525模板设计指南、IPC-TM-650试验方法手册、印制电路板制造规范、4-12mil相关规范。
(2)获取元器件清单,建立应用所需的所有元器件三维模型库,可通过供应商协助获取、缺省封装库对应以及 通过库编 辑器自行 编辑这三 种方式实现。
(3)获取设计软件的PCB电子文档及BOM表,通过软件EDA接口读入Trilogy5000系统,将BOM表与企业物料表对应,链接相应元器件库。
(4)板图浏览,可人工分层观察PCB上每个部分。
(5)板图三维视图浏览,预知高度分配,调整布局,避免干涉,如图1所示。
(6)装配分析、网络分析、光板分析。
(7)分析报告输出,审查员挑选检查出来的问题,汇总成相关报告,系统自动生成HTML格式的审查报告。
(8)设计图交由设计人员更改,再审查;通过的设计转交生产加工。
3应用实例分析
图2所示为某电路的PCB图,利用可制造性软件对其进行可制造性分析。
图3和图4分别为PCB正反面三维图。观察虚拟装配完毕的电路板三维视图,可以快速且真实地评估装配组件布局是否满足设计要求,在装配的前期更早地发现设计不合理部分,配合DFM工具实现生产前的快速准确的工程决策[6]。
通过可制造性软件进行分析,共发现69个不规范之处,将其归结成19类不合规则的问题,而涉及PCB在三维方向的问题如下:
(1)裸露铜到绿油下的铜之间的边沿间距太小,易短路。
(2)隔热盘的开口宽度太小,接地性能差。
(3)隔热盘的开口被阻住部分所占百分比太大,接地性能差。
(4)丝印到阻焊的间距太小。
(5)丝印到焊盘的间距太小。
(6)丝印到过孔的边沿间距太小。
(7)器件到器件的间距太近。
(8)器件与丝印太近。
(9)器件到裸露过孔的间距太小,易桥连。
(10)引脚与焊盘的宽度差异(大焊盘—小引脚)太小。
(11)引脚与焊盘或过孔的直径差异(大焊盘或过孔—小引脚)太小。
(12)引脚接触到绿油。
按照分析报告的内容,对不符合可制造性设计的地方进行了相应修改,修改前后的对比图如图5至图8所示。
(a)修改前导线宽28mil(b)修改后导线宽15~20mil
图5中,修改前导线过宽容易与周围的焊盘形成短路风险,修改后导线与焊盘之间的间距适当。
(a)修改前孔线间距8mil(b)修改后孔线间距20mil
图6中,修改前导线与焊盘之间的距离太近,修改后导线与焊盘之间的间距适当。
(a)修改前(b)修改后
图7中,修改前器件XP1到器件C44的间距太近,修改后器件之间的间距适当。
(a)修改前(b)修改后
图8中,修改前的器件到过孔的导线易断裂、易桥连,修改后的器件到过孔的导线适当。
另外,对于个别不规范的地方,由于电路板面积的局限,暂时无法作大规模的修改,在适当放宽条件的情况下,这是允许的,不会对PCB可制造性造成较大的影响。修改后的PCB图如图9所示。
观察修改后的电路板三维图如图10和图11所示。
通过可制造性分析并修改后的电路板,元器件布局合理,高度适当,能够满足设计要求。
4工作可行性分析
PCB可制造性技术研究基于现有的EDA软件系统的PCB数据,结合后续生产(PCB制造、光板质量检测、元器件装配、实装板测试)的工艺要求以及生产、装配、检测设备的加工参数,在设计阶段融入制造规则,对设计数据按工艺规则进行定性和定量分析检查。
为了便于开展PCB可制造性分析工作,应当开展如下管理措施:
(1)规范设计部门EDA软件,确认种类,版本。
(2)收集外协单位,如PCB制造厂、电装车间、测试部门的所有设备参数,确定加工能力,提取定量信息。结合IPC规范模板,建立符合自身特点的工艺审查规范并录入系统。
(3)从设计及物资部门收集PCB设计制造所用的元器件信息并录入系统,在适当的条件下,元器件的三维模型信息可以录入系统中[7]。
(4)在EDA部门指定专人作为PCB可制造性设计分析员,在电装线指定工艺质量审查员,进行可制造性设计培训。
(5)对通过审查的PCB数据,通过PDM流程转入工艺部门,结合各类设备进行加工装配和测试。
5结束语
可制造性设计从产品设计开始,考虑其可制造性,使设计和制造之间紧密联系,采用DFM软件进行PCB可制造性设计,取得了良好的效果。
采用三维图形方式能够评估产品的装配特性和生产线及工位的布局,运用3DView功能可以操控 (缩放、旋转等)三维视图。三维图形所显示的是直接从反映最近信息的设计数据库中获取的,从而验证设计和制造方案的可行性,尽早发现并解决潜在的问题。
通过相关的软件分析可以让PCB设计人员在布局、布线的各个阶段并行进行PCB的可制造性评审,减少人工评审的局限,做到真正的并行设计,以达到“零错误,一次性成功”的目的,从而减少研发投板后的改板次数,提高研发效率,降低设计和制造成本,提高单板质量。
在未来的电气布局设计、虚拟电缆设计、热设计、结构分析、可制造性分析、虚拟装配设计方面,一种集成式的虚拟制造平台将会通过PCB三维显示方式发挥越来越显著的作用。
可制造性设计 篇2
关于工业设计是否能受著作权法保护的争议，在理论界由来已久，司法实践中也遇到大量相关案例。近日，歼10战机模型案的终审落下帷幕[二审法院认为，飞机造型如果具有独创性则可以作为美术作品获得著作权保护，鉴于原告未充分举证，故未认定“歼十飞机(单座)”造型构成美术作品]，但关于歼10战机的造型是否能受著作权法保护的争议仍然存在。歼10战机通过飞机设计师设计而成，其造型属于工业设计。以歼10战机模型案为视角，通过分析飞机造型的相关属性，探究飞机造型是否受著作权法保护，以论证工业设计的可版性问题。
在理论与实践中，关于歼10战机能否受著作权法保护的焦点为：歼10战机是否具有独创性，具有“实用性”的歼10战机造型能否受著作权法保护，以及“艺术性”与“实用性”不能分离的歼10战机造型是否能受著作权法保护。歼10战机造型是飞机造型的一种，因此，探究飞机造型是否具有可版权性的关键在于：飞机造型能否具有独创性，以及“实用性”是否能将飞机造型排除出著作权法的保护范围。其中，判断飞机造型能否具有独创性，应根据独创性的判断标准加以分析。我国《著作权法实施条例》(以下简称《条例》)第2条引入了“独创性”概念，并在第3条对创作进行了定义，指出创作行为是一种智力活动，但是并未对智力活动做进一步界定。在司法实践中，我国多采用的是独立创作的观点，并不适用新颖性标准。学界对于独创性标准的看法也不一致，有学者认为，独创性即为独自创作，也有学者认为，独创性强调的是“创造性” ;还有学者指出，独创性应该体现作者的个性。尽管对独创性标准的看法存在分歧，但“独创性是一个相对概念，具体含义应根据所讨论作品的种类加以判断。”因此，在探究飞机造型是否具有可版权性时，应首先判定其所属作品类型;再根据该类作品的独创性判断标准，判定飞机造型是否可能达到该类作品的独创性要求。而飞机造型的“实用性”是否能将其排除出著作权法的保护范围，应根据作品以及实用艺术作品的相关理论加以分析。
一、飞机造型可成为著作权法保护的美术作品
在司法实践中，民法解释学为法官解释所适用的法律提供了必要的技术支撑，在认定飞机造型能否属于美术作品时亦可采用民法解释学的方法。梁慧星教授指出，法律条文由文字词句组成，要确定法律的含义，必须首先了解条文所用词句的含义。据此，判定飞机造型是否属于美术作品时，应首先从法律对美术作品的规定入手，通过对规定所用词句含义的分析，得出美术作品是否包含飞机造型的结论。
对于美术作品，我国现行著作权法并未作出界定，而是在《条例》中规定，“美术作品是指绘画、书法、雕塑等以线条、色彩或者其他方式构成的有审美意义的平面或者立体的造型艺术作品。”该规定属于法律概念，采取的是内涵与外延相结合的定义方法。前半句(“绘画、书法、雕塑等”)从外延方面列举出美术作品包含的作品类型，后半句从内涵方面揭示出美术作品的特有属性。在研究飞机造型是否属于美术作品的范畴时，采取文义解释的方法，对界定美术作品外延和内涵所用词句的含义分别作出分析，然后判断飞机造型是否在美术作品的范围之内，以及其是否具有美术作品的特有属性。当且仅当飞机造型同时符合上述两个方面的条件时，才能被认定为美术作品。
值得注意的是，《条例》对美术作品外延的规定，采取了非穷尽式的列举方法，即在列举出部分美术作品类型(绘画、书法、雕塑)后，又加了一个汉字“等”。根据《现代汉语词典》的解释，汉字“等”在此种语境下具有两种截然不同的含义：“表示列举未尽”和“列举后煞尾”。事实上，法律条文采用此种表述方式的情形较为常见。法律条文作为法律规范的载体，具有很强的规范性，如果法律用语含义产生歧义，将使法律丧失指引、评价和预测等功能。因此，当汉字“等”在以上述方式使用时，其在法律条文中应只有一种确定的含义。此外，在法律条文中采取列举式且并未在列举对象后加汉字“等”的情形也大量存在，此种表述方式穷尽了所有相关的对象;如果汉字“等”在法律条文中的含义为“列举后煞尾”，即加了汉字“等”的条文也表示其穷尽了所有对象，那么将会导致法律条文的表述不一致，进而使法律失去指引、评价等功能。故，汉字“等”在法律规范中应为“表示列举未尽”的含义。由此看来，美术作品不仅包括绘画、书法和雕塑，还包括具有其特有属性的其他类型的作品，比如在司法实践中常见的美术作品还包括陶艺等。依此，尽管飞机造型并不属于美术作品概念中列举的几类作品，但只要其具有美术作品的特有属性，依然可以归类于美术作品的范畴。
为判定飞机造型是否具有美术作品的特有属性，应对该特有属性加以分析。根据规定，美术作品应该包括以下几个特有属性：(1)在表达形式方面，美术作品采用的是线条、色彩或者其他方式;(2)在所表达的内容方面，美术作品必须具有审美意义;(3)在表现形式上，美术作品表现为平面或者立体造型。当飞机造型同时具有上述三个属性时，方可判定其为美术作品。首先，飞机造型为立体造型自当无疑，在表现形式上符合法律对美术作品的规定。而飞机的立体造型通过设计后呈现，故飞机造型的表达形式体现在飞机造型设计过程中。造型包含“创造物体的形象”以及“创造出来的物体的形象”的意思;设计则是指，“在正式做某项工作之前，根据一定的目的要求，预先制定方法、图样等”。据此，造型设计是指，设计师按照一定的目的和要求，预先为物体的形象制定图样等，设计师主要采用线条和颜色等艺术语言进行创作。那么，飞机的造型设计就是指飞机设计师对飞机的整体形象进行计划、规划和设想，采用线条和颜色这两种艺术语言，通过对线条与颜色的组合设计，形成线条流畅、外形独特的造型(飞机造型)。由此看来，飞机造型的表达形式为线条和颜色，符合美术作品在表达形式方面的要求。
另外，朱光潜先生在美学上主张，“美是主观与客观的统一，是客观方面某些事物、性质和形态适合主观方面意识形态，可以交融在一起而成为一个完整形象的那种特质”。他认为介入美感与艺术活动的是“意识形态的总和”，即世界观、人生观、阶级意识，以及相应的思想情感，此外还有生活经验、文化素养、专业技术修养等，是全部自觉的与不自觉的心理活动，是人之为人的整个有机体。具体到作品，作者对美的感受受到其意识形态的影响，而介入美感与艺术活动的意识形态包含了专业技术修养，这表明作者的专业技术修养是可以介入美感与艺术创作活动的，不能因作品的创作过程采用了专业技术，使作品包含了技术功能方面的内涵，而否定该作品具有“美”的内涵。因此，尽管飞机造型在设计过程中采用了科学技术手段，但是飞机流线型的外形、紧凑的结构、和谐的颜色搭配等是设计师对美的表达，体现了设计师的审美趣味，使飞机具有了“美”的内涵。飞机具有“美”的内涵，进而使飞机具有审美意义。“具有审美意义”要求作品具有审美的作用和价值，其中“审美”是“领会事物或艺术品的美”的意思，易言之，凡是能引起主体对美的领略和体会的心理作用的作品，都具有审美意义。飞机造型表达了设计师对美的看法，传达了一种美学观念，当然能引起主体对美的领略和体会，必然具有审美意义。
综上，根据文义解释，飞机造型既未超出美术作品的外延，还具有美术作品的特有属性，因此，飞机造型符合法律对美术作品的规定，属于美术作品的范畴。需要指出的是，梁慧星教授在阐述文义解释的相关原理后又进一步指出，仅仅采用文义解释的方法通常较难确定法律条文的真正含义，但如果在采用文义解释仅得出唯一的解释结果，就不能再采用其他的法律解释方法了。根据文义解释，仅得出飞机造型属于美术作品这一结果，因此判定飞机造型是否属于美术作品，仅采用文义解释即可。事实上，歼10战机模型案的二审判决，就是从美术作品的角度来确认歼10战机造型是否具有独创性。
二、飞机造型可以具有独创性
飞机造型属于美术作品，在判断其是否具有独创性时，应采取美术作品的独创性判断标准。一般认为，独创性主要体现在“独”和“创”两个方面，“独”，指作品是作者独立完成的，“创”，指作品是作者智力劳动的成果。对于作品独创性判断标准的分歧，主要在于对“创”地理解。按照对独创性标准的要求，从低到高排序，对“创”有以下三种理解：(1)投入技巧、劳动或者判断;(2)投入智力劳动;(3)投入“创造性”智力劳动。美术作品具有审美意义，是作者主观审美在客观事物上的反映，体现了作者精神方面的内容，因此美术作品不能仅仅投入技巧、劳动或者判断;同时，美术作品也不能是“按既定的程式或程序推演出来”，因为“这种智力成果没有运算人的个人创造和设计，运算人付出的只是经过学习和训练的知识和能力”。因此，美术作品作为具有审美意义的作品，宜采取较其他作品严格的独创性判断标准，即采取投入“创造性”智力劳动的标准较为合适。就飞机造型而言，其不能完全由功能决定。如果飞机造型是按照既定的功能，根据科学技术方法推演设计出来的，尽管该推演设计也是智力劳动，但该劳动并不具有创造性，没有表达设计师对美的感受和看法，便不具有独创性。飞机造型必须具有独立于功能的“创造性”智力投入，方可认定其具有“独创性”。
飞机设计是一项复杂且周期较长的工作，工业部门通常将飞机设计分为八个阶段来进行。在第一阶段，使用方(军方或民航)负责拟定设计要求;在第二至四阶段对飞机进行具体的设计，包括概念设计、初步设计和详细设计;第五至八阶段，为飞机的试制、试飞、生产以及使用与改进阶段。飞机造型主要形成于第二至四阶段，在第五至八阶段可能会对飞机造型做出修改，此外，飞机造型所能达到的功能和指标必须满足第一阶段由使用方拟定的设计要求。由此看来，在飞行器设计与工程学科领域，飞机造型设计并不是一个独立的工作环节，飞机造型逐步形成于概念设计、初步设计和详细设计这几个阶段里。比如，在前述三个阶段都要进行气动布局，该布局决定了飞机外部总体形态布局与位置安排，由此便形成了飞机造型的总体轮廓。飞机造型设计必须满足使用方拟定的要求，形成于飞机设计过程中的飞机造型也因而具有实用功能。但是，飞机造型与飞机的功能并不一一对应，根据同一设计要求，设计师可以设计出不同的飞机造型。比如，飞机的气动布局包括常规布局、鸭式布局、无尾布局、三翼面布局、飞翼布局等，各布局形成的飞机造型的总体轮廓差别较大，但各布局在功能上并无实质差异，从理论上来讲，同一设计要求可以选择不同的气动布局。由此看来，飞机造型与其功能并非是一一对应关系，其并不是“按既定的程式或程序推演出来”的，在飞机造型的设计过程中，设计师对线条和颜色进行了创造性的选择。
事实上，美国军方的战机大部分都采用招标的形式研发、制造，在军方发出含有具体指标和性能要求的招标书后，参与竞标的航空企业会根据要求分别设计出具有不同外形的战机(如YF-22和YF-23)。飞机设计师在设计飞机时，除了根据功能要求做出技术方面的考量外，还对飞机造型作出了更优选择，这种更优选择是设计师根据其主观认识对飞机造型作出的美的选择，也即设计师根据其意识形态的总和，创造出新的飞机造型这一新客体，在新客体上表达了其新的美学观念。据此，飞机造型可具有独创性，进而，其也具有可版权性。值得注意的是，二审法院在审理歼10战机模型案时指出，确定歼10战机造型是否享有著作权，应该根据其是否具有独立于歼10战机性能的纯粹艺术表达来判断，该判断标准就是美术作品的独创性判断标准。
三、不能因“实用性”将飞机造型排除出著作权法的保护范围
我国现行著作权法并未规定具有“实用性”的作品不受著作权法保护，因此不能因“实用性”将飞机造型排除出著作权法的保护范围。现行《著作权法》仅以列举的方式在第3条规定了受保护的作品类型，而在《条例》中对作品及各种类型的作品进行了界定，根据规定，并未要求受著作权法保护的作品不具有“实用性”。此外，现行《著作权法》还在第5条@7列举了几种不适用该法的情形，而具有“实用性”并不属于这几种情形。事实上，美国、法国、德国、巴西、意大利、日本等世界上绝大多数国家，也并未将具有“实用性”作为不受著作权法保护的理由。在美国，起初实用物品的设计( )仅由专利法保护，自M .S案@8后，兼具“实用性”和“艺术性”的物品也可受版权法保护。在英国，汽车外形设计受版权法保护仅要求：(1)设计必须符合法案规定的`作品类型;(2)设计具有独创性。在司法实践中，通常将汽车外形设计归类于图形作品( )项下的雕塑作品。而在法国，凡是具有“艺术性”的实用物品，可受到与美术作品同等的保护。由此看来，具有“实用性”并不能成为作品不受著作权法保护的理由，飞机造型也不能因此被排除出著作权法保护的范围。
此外，我国《著作权法》第三次修改草案的一稿、二稿、三稿都对实用艺术作品做了规定，其中第三稿指出，实用艺术作品“是指玩具、家具、饰品等具有实用功能并有审美意义的平面或者立体的造型艺术作品”。一项具有独创性的智力成果可以表现为纯粹的艺术品，也可以表现为兼具实用性和艺术性的实用物品，而只要实用物品中包含艺术创作，则不论是以手工制作的工艺品，还是以工业方法生产的产品，皆可被称为实用艺术作品。飞机造型是具有实际用途的艺术创作，飞机为以工业方法生产的产品，应被视为实用艺术作品。因此，如果我国著作权法第三次修改草案获得通过，飞机造型仍具有可版权性，仍可能作为实用艺术作品受到著作权法保护。
但有观点认为，“艺术性”与“实用性”可分离是实用艺术作品受著作权保护的必要条件，飞机造型的“艺术性”与“实用性”不可分离，因此不属于实用艺术作品。事实上，“实用性”与“艺术性”分离的判断标准不明。美国是要求实用艺术作品“实用性”与“艺术性”可分离的代表性国家，也是著作权保护理论与实践最为成熟的国家，但美国至今仍未确立一个无争议的可分离判断标准。美国在实践中产生的分离判断标准包括物理上的可分离性和观念上的可分离性，其中，观念上的可分离性又包括“主要/次要判断法”、“可销售判断法”、“注重设计过程的判断法”、“临时置换判断法”等，上述“每个标准都有其存在的依据，并具有一定的积极意义，但也颇有可评判之处。”由此看来，“实用性”与“艺术性”的分离在实际操作中存在一定的困难。事实上，按照美国物理上的可分离性判断法，飞机造型的“实用性”与“艺术性”是不可分离的;而按照“注重设计过程的判断法”，飞机造型的艺术部分与实用部分又可分离。据此，在明确要求实用艺术作品“实用性”与“艺术性”必须分离的美国，也不存在确定标准断定飞机造型的艺术部分与实用部分是否可分离。而英国则不强调“实用性”与“艺术性”是否可以分离，只是在将实用艺术作品用于工业生产前和生产后，版权保护期有所变化。而在我国，实用艺术作品的“实用性”与“艺术性”是否需要分离，以及分离的判断标准皆未确定。绝大多数法院在审理相关侵权案件时，采用的是实用艺术品的“艺术”部分是否符合美术作品的独创性要求这一判断方法，仅在歼10战机模型案的一审判决中采用了“艺术性”与“实用性”是否可分离的判断标准，但该案二审判决并未继续采用该标准判断，而是指出原审原告未提供证据证明涉案的飞机造型有独立于功能的纯粹艺术表达，因此不能认定涉案飞机造型构成美术作品。由此看来，“艺术性”与“实用性”可分离并不能成为实用艺术作品受著作权保护的合理条件;进而，飞机造型的“艺术性”与“实用性”是否可分离，并不是判断其是否属于实用艺术作品的标准。
德利娅利普希克教授指出，“根据艺术统一原则，??著作权对作品的用途，就是说对作品被专门用于艺术或文化目的还是它也可以有实用性目的这个问题不感兴趣”。著作权法保护文化、艺术和科学领域内具有独创性的表达，对所保护作品的功能在所不问。由于《著作权法》第三次修改草案尚未通过，学界普遍认为，现阶段关于我国实用艺术作品的保护方式，在我国实用艺术品符合美术作品的构成要件的，可将其作为美术作品用著作权法加以保护;此外，符合外观设计专利要求的，亦可申请专利，请求专利法的保护。而在司法实践中，多数法院判定具有独创性的实用艺术作品受著作权法保护。因此，作为实用艺术作品，飞机造型亦可能受著作权法保护，亦具有可版权性。
结 论
电子装联的可制造性设计 篇3
1印刷电路板设计
印刷电路板的设计工作难度较大, 工作人员在实际设计的过程中需要严格按照设计的标准和原则来进行。每个企业依据自己公司产品的特点, 以及各自行业的要求, 应该制定自己产品相应的设计规范。
1.1印制板设计时, 一般沿印制板焊接传送方向两条边留出不小于5mm工艺夹持边, 在工艺夹持边内不应有任何焊盘图形和元器件构件类型。如果在印制板设计的过程中遇到密度相对较高的夹板结构, 留设夹板已经无法进行, 需要采用焊接拼版的形式来进行。在焊接之后取出边框。板框的四周部位要呈现出倒圆角的状态, 圆角的参考值要达到具体的设计和安装的标准, 这样才能够保证印刷版设计工作的高效性和准确性。
1.2印刷电路板上必须设定至少两个Mark点, 且两点要求对角但不对称。
1.3铜箔与板边最小距离为0.5mm (20mil) , 元件与板边最小距离为5.0mm (200mil) , 焊盘与板边最小距离为4.0mm。
1.4在大面积印制板设计中 (大约超过500cm2以上) , 为防止过锡炉时印制板弯曲, 应在印制板中间留一条5mm (200mil) 至10mm (400mil) 宽的空隙不放元器件 (可走线) , 以用来在过锡炉时加上防止印制板弯曲的压条。
1.5每一块印制板上都必须用实心箭头标出过锡炉的方向。
1.6在用贴片元件的印制板板上, 为了提高贴片元件的贴装准确性, 印制板板上必须设有校正标记 (MARKS) , 且每一块板最少要两个标记, 分别设于印制板的一组对角上。
1.7一般标记的形状有正方形、三角形、圆形和菱形, 其中A= (0.5mm~1.0mm) ±10%。
1.8在印刷板设计的过程中要采用正常的标记形式来保证设计的规范性, 其中标记形式主要是以正方形或者是圆形为主。同时还需要保证标记范围内不应该出现任何的焊接缝或者是各种不同的图案。不同规格的印刷电路板在设计的过程中要求也不同。因此, 相关的工作人员应该加强对印刷板的了解。
1.9在对IC进行标记的过程中, 工作人员要根据具体的间距距离来从两个边角做好标记工作, 这种标记主要起到校正的作用。在印刷版设计工作中是比较常见的类型。
1.10如果一块印刷板中出现了其他不同的印刷板, 就像也要在制定标记之后再进行标记, 然后根据设计的需要对标记进行移动。但是其它的电路有180角度 (调头配置) 时标记只限用圆形。
1.11考虑到元器件制造误差、贴装误差以及检测和返修之需, 相邻元器件焊盘之间间隔不能太近, 建议按下述原则设计:
a.PLCC、QFP、SOP各自之间和相互之间间距≥2.5mm (100mil) ;
b.PLCC、QFP、SOP与Chip、SOT之间间距≥1.5 mm (50mil) ;
c.Chip、SOT相互之间间距≥0.7mm (30mil) 。
1.12插脚的焊盘通孔一般应比引脚线径大0.05 mm~0.30 mm (2mil~15mil) , 一般通孔安装元件的焊盘的大小 (直径) 为孔径的两倍。
1.13字符、图形等标志符号不得印在焊盘上, 以避免引起焊接不良。丝印字符为水平或左转90度摆放。物料编码和设计编号要放在板的空位上。丝印字符不宜标出元器件的数值。
1.14根据印制板电流的大小, 尽量加粗电源线宽度, 减少环路电阻。同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致。
1.15接地线应尽量加粗, 使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能, 接地线应在2mm~3mm (100mil~150mil) 以上。
2整机布线设计
整机布线设计就是对机箱、机柜中各种电气零部件之间进行电连接布线设计, 为生产提供工艺性设计文件, 保证布线方式与结构的合理性配合, 实现整个机箱内电气零部件组合之间的电连接, 并完全满足整机的电气性能指标要求。因此, 合适的布线 (包括线缆选择与布敷、屏蔽连接与工艺) 可以有效地减少外部环境对信号的干扰以及各种线缆之间的相互干扰, 提高设备运行的可靠性。同时, 也便于查找故障原因和维护工作, 提高产品的可用性。
21线束按传送信号的类型分类捆扎, 防止线束间耦合串扰, 同时要考虑设备的可靠性和可维护性。
2.2整机中所有导线都应该保持走短线、距离近的原则进行布线。
2.3导线弯曲时, 过渡半径应为导线直径的3倍以上, 导线束弯曲时也应符合该要求, 并圆滑过渡。
2.4电线和各接线端子、电气设备及插头插座连接时, 要留一定的弧度, 以利于解连和重新连接。
2.5导线连接原则上应通过接头, 视具体情况采用压接、焊接、插接、绕接等方式。
2.6同一位置不能既有焊接又有绕接。绕接线应适合于选定的绕接工序, 且至少应紧绕3匝以上。
2.7电线槽安装应牢固, 导线要用扎线带、线卡等以适当间隔可靠固定, 防止振动造成损伤。
2.8电线电缆出入线槽、线管时必须加以保护, 管口应加绝缘套 (有油处应耐油) 或用绝缘物包扎。
2.9对外有一定干扰或自身需防止干扰的信号, 在对外布线及装置内部布线时需采用屏蔽线, 屏蔽层应接至机箱外部的专用接地母排或通过连接器外壳接至机箱箱体上。
结束语
以上所述仅是印刷电路板设计和整机布线设计中可制造性设计的一小部分内容, 电气设计人员在产品的概念化设计和详细设计阶段, 必须考虑到制造生产过程中的工艺要求、测试以及组装的合理性, 结合这几方面的要求并且按先进电子装联技术的标准进行可制造性设计。
摘要：从电路设计工作中可以看出, 采用电子装联设计方式是比较常见的, 同时也是一种新颖程度较高的设计方式。这种设计方式的应用主要是为了加强电路设计工作和工艺制造工作之间的联系。最新的电子装联技术包含:组装技术、组装工艺、结构设计、互连基板、元器件、专用设备、材料、测试、可靠性等。设计的基础就是制造, 工作人员只有对电子装联的可制造性进行完善, 才能够提升电路设计的科学性和标准化。
关键词：电子装联,电路板设计,可制造性设计
参考文献
[1]李晓麟.印制电路组件装焊工艺与技术[M].北京:电子工业出版社, 2011 (4) .
可制造性设计 篇4
1 可制造性设计发展概述
20世纪80年代初期, 由于可制造性设计使得设计到制造的转变更为顺利, 所以其工具和方法盛行。有了可制造性设计, 对汽车线束设计方案的评估就不再仅仅是产品性能和客户需求这些实用标准, 还会考虑它们对制造流程的影响。可制造性设计从本质上说就是一系列必须被遵守的有关产品设计的规则 (比如压接导线要求截面积≥3 mm) , 它确保产品的设计和已有的生产制造能力互相兼容。此外, 可制造性设计也用于降低汽车线束设计制造的复杂度。例如, 尽量消除弯曲环绕, 以节省材料和劳动力;评估尽量使用更宽的胶带或更窄的胶带设计, 以减少劳动力和材料成本或在生产中不会有棘手的实施角度等。
为了使可制造性设计方法发挥作用, 必须详细了解产品设计和实施生产 (或服务) 方法之间的关系, 结合全球线束制造指导, 来减少潜在的问题和结构成本 (劳动力和材料成本) 。实践证明, 这一投资产出回报高于1∶10.同时, 公司要详细了解流程, 并制作详细的产品说明书, 专注于简化产品生产流程的研究。
2 可制造性设计在汽车线束设计中的应用原理
线束设计时, 尽量消除弯曲环绕, 以节省材料和劳动力。虽然有时做起来比较困难, 但我们依然应当设法减少导线规格。当有多种规格的线连到同一塑件时, 我们要考虑能不能减少线的规格, 最好选用同一规格;尽量使用压接, 并头压接线的规格相同, 减少总装混线的危险。虽然对较大截面积的线来说, 同一规格会产生较大的成本, 但相对于减少预设置成本和避免潜在的混线成本来说, 总的成本优势还是比较明显的。该原理同样适用于镀金和非镀金端子。
选择合适的压接点, 以减少线的用量和输送, 列举A, B两种方案, 如图1所示。A方案选用了5 000 mm线, 而B方案只用了3 000 mm线。同时, A方案需要更多的人力, 会产生服务和材料处理的问题;而B则较少。虽然采用相同的材料, 但按B方案生产的成本要比A方案低。
在某些情况下, 根据分支的长度, 超声波压接要比双线压接更经济。如果效果不明显, 需要对双线压接点进行人工和材料方面的经济性评估。当选择双线压接时, 要考虑端子打结的问题。如果一个双线压接有两个不易打结端子和一个易打结端子, 那么尽可能选择易打结端, 以减少看板放在流水线旁的刀片型物料架上的打结问题, 节省材料用量。尽可能消除导线上的条纹和标示, 因为这些标示会增加材料成本。在相同的板上, 不同的零件号尽量用相同的线。
对于线束覆盖部分, 尽可能选用间隔缠绕代替覆盖缠绕。评估使用的覆盖主要有波纹管覆盖和胶带覆盖。一般情况下, 如果指定使用波纹管且不需要耐磨保护时, 胶带覆盖较便宜。对分支出口较多或短波纹管要求较多时, 选用小管径的波纹管, 保证不露线, 但由于管径太小会增加操作难度, 进而抵消了因此节省的材料费。用点胶带代替覆盖缠绕, 评估用卡钉条代替单个卡钉的可行性 (此时分支必须在板上布置成直线) 。尽可能使标识性胶带起到某些功能性的作用, 比如代替点胶带等。当点胶带只用于地址标识时, 考虑在导线上做标识点来代替点胶带, 胶带种类要尽量小。为了减少劳动力和材料成本, 评估尽量使用更宽的胶带或更窄的胶带, 尽量让分支出口为开放式, 避免封闭式, 以节省材料和人工。此外, 考虑用卡环或点胶带代替波纹管锁。
对其他通用部分, 合并出口。对有问题的元件, 尽可能寻找替换件或从设计上进行改善。与车体上的设备连接的塑件替换的难度较大, 可以替换内部连接件。
3 结束语
以上论述可作为我们寻找潜在的汽车线束产品设计改善的指南, 从产品成本和功能的角度来看, 线束设计的改善空间还很大, 工业工程师正不断地寻找机会。在某些情况下, 我们要求更改并得到客户同意的能力有限, 但我们要尽量寻找节省的机会。由于有一定的经济利益, 有些更改即使目前不能得到客户的同意, 将来也有可能获得客户的同意。当然, 有些改善是不用更新图纸或得到客户同意的。
参考文献
[1]鲜飞.面向电子装联的PCB可制造性设计[J].电子测试, 2008 (01) .
可制造性设计 篇5
关键词：可制造性,设计,本体,OWL,SWRL
0前言
目前,设计工程师在设计零部件时,只是考虑设计上的可行性,没有考虑制造的实际情况。大多数设计师在设计时往往是根据以前的经验,认为设计出来的是可制造的。这种根据经验的设计方法已经不能满足快速产品开发的需求。目前大多数的研究主要集中在用本体方法去表示设计和制造知识,主要在语义层面上进行操作。没有考虑如何合理构建设计知识和制造知识,保证推导出的制造工艺知识在实际工程上是可行的。
Chungoora等人最先提出了一个产品设计和制造的语义互操作的框架[1],文献[2]通过一个基础核心本体实现设计和制造知识的验证,保证知识的无缝共享,基于核心本体分别构建了设计本体和制造本体。在设计领域的可制造性推理方面,文献[3]开发了一个基于本体的产品配置系统,用OWL语言(Web Ontology Language)来表达配置模型,进而使用SWRL语言(Semantic Web Rule Language)表达配置约束,最终使用JESS完成配置过程;文献[4]在protege中添加插件SWRLTab,用来编写规则进行推理;文献[5]研究了一种基于特征的本体的产品模型的可制造性的验证方法,通过添加规则实现可制造性的验证;文献[6]提出一个设计特征模型到制造特征模型的转换的新方法,通过动态链接列表实现转换过程。
1 总体框架
图1解释了基于本体的面向制造工艺性验证的零件设计框架,主要由基础层、领域层和实例层组成。基础层由核心产品模型和ISO 10303AP224标准构成,在此基础上建立领域层中的设计本体和制造本体,并建立它们的映射关系,建立用于验证可制造性的SWRL规则库。实例层中根据已有的规则库,对具体的设计案例的制造性约束进行推理,验证可制造性。利用本体的特点使得设计领域和制造领域的互操作性得到增强,可制造性的经验知识被添加到规则库中,经验知识的不断积累,可以长期指导设计师进行产品设计。
2 基础层
基础层为后面的领域层和实例层提供基础支持,从ISO10303 AP224标准中抽取核心概念,并确定核心概念和核心概念之间的关系。通过OWL语言构建一个核心设计和制造本体,获取核心设计知识和制造知识。通过在共同的基础本体上构建领域本体,可以帮助领域本体开发者减少语义异质问题。图2展示了基础本体中的核心概念的类结构,如特征feature可以分为孔hole、块cuboid、倒角fillet、圆柱cylin⁃der和槽groove。
3 领域层
领域层是通过细化基础层中的概念而来,如图3所示,一个零部件的制造需要经过许多加工工序,常见的加工工序有车、钻、刨、铣、磨,一个抽象的加工工艺能够被更加具体地细分。工序drilling可以被细分为ordinary_drilling、reaming_drilling、expanding_drilling和screwing_drilling。利用本体的类定义每个加工工序,每个加工工序的子类定义工序的子特点。通过OWL语言对知识进行编码,从而使得建立的知识同时被设计工程师和制造工程师理解。映射机制主要是指设计特征和加工工序之间的对象属性,它是连接设计知识中的特征和制造知识的制造工艺的中心纽带,每一个设计特征都对应于一个具体的加工工艺。如图3所示,圆柱体cylinder的子类turned_boss需要经过车床进行车加工,长方体cuboid需要经过刨床进行刨加工,沟槽groove需要经过磨床进行磨削加工,孔hole的二级子类钻孔drilled_hole需要在钻床上进行钻加工。
SWRL语言能够充分定义可制造性规则,推理出所需要的设计知识和制造知识。基于前面定义好的类和属性,就可以用SWRL定义产品设计特征和制造约束之间的关系。将以往设计者的经验和实际制造情况转化为制造规则,利用这些规则可以有效地将设计知识和制造知识紧密地结合起来,长期指导设计师进行产品设计。例如,使用SWRL添加如下防止尺寸过大的规则,它的表达式如下:
4 案例实施
图4展示了一个完工后的轴承座,它从原始的毛坯铸造件到成品需要经过许多工序。4个钻孔和2个扩孔需要在钻床上加工,1个倒角需要在车床上进行车削加工,轴承孔沟槽需要在磨床上进行精加工以达到粗糙度。本文列出四个考虑可制造的规则,在设计阶段,设计师就能提前考虑实际制造中的约束情况。
表1定义了设计轴承座时考虑可制造性的SWRL规则。规则1:设计人员在设计阶段可以考虑钻刀直径的大小。由于制造性的约束,如果只存在直径小于8 mm的刀具,在设计孔直径大小时,如果没有考虑实际的制造情况,定义的孔的直径小于8 mm,就会出现不合理的直径的结果。规则2:考虑设计扩孔扩孔刀具直径的大小。规则3:考虑设计倒圆角时车刀外圆的大小。规则4:考虑设计轴承孔的粗糙度时磨床的精度。
5 结束语
本文结合产品设计过程中不能考虑可制造性的问题,提出一个基于本体的产品设计框架,不仅能够支持设计和制造知识的融合,而且能够支持可制造性的验证,将制造过程中的约束装换为设计中的规则库。本文能验证简单的制造性约束,但复杂的约束情况还需要继续研究。
参考文献
[1]Chungoora N,Young RIM.AFramework to Support Semantic Interoperability in Product Design and Manufacture[C].Proceedings of the 20th CIRP Design Conference,2011:435-443.
[2]Anjum N,Harding J,Young R,et al.Verification of knowledge shared across design and manufacture using a foundation ontology[J].Int J Prod Res,2013,51(22):6534-6552.
[3]Yang D,Dong M,Miao R.Development of a product configuration system with an ontology-based approach[J].Comput Aided Design,2008,40(8):863-878.
[4]Dong M,Yang D,Su L.Ontology-based service product configuration system modeling and development[J].Expert Syst Appl.,2011,38(9):11770-11786.
[5]Anjum N,Harding JA,Young RI,et al.Manufacturability verification through feature-based ontological product models[C].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part B:Journal of Engineering Manufacture,2012,226(6):1086-1098.
电梯可再制造性研究 篇6
关键词：电梯,再制造,节能
一、电梯再制造简述
再制造工程是以产品全寿命周期理论为指导,以废旧产品性能提升为目标,以优质、高效、节能、节材、环保为准则,以先进技术和产业化发展为手段,来修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。简言之,再制造工程是废旧产品高技术修复、改造的产业化。
再制造的重要特征是再制造产品的质量和性能达到甚至超过新品,成本只为新品的50%,节能60%,节材70%,几乎不产生固体废物,大气污染物排放量降低80%以上。再制造是一种绿色制造技术,是先进制造技术的重要组成;也是一种绿色维修,是维修发展的高级阶段。
电梯作为一种垂直的交通工具,自从上世纪七、八十年代引入我国以来,伴随着我国经济的发展,已经逐步普及,并成为现代人生活中不可分割的一部分。据电梯协会消息,2014年全国电梯保有量约347.97万台,相比2013年增长幅度约23%,电梯产量、电梯保有量、电梯增长率3项为世界第一。伴随电梯数量的增长,电梯老龄化问题已逐步显现(应用10年以上)。由于电梯的老龄化,增加了电梯的故障率,也给电梯安全带来隐患。尤其对于住宅电梯,由于老龄化导致故障频出,给居民出行带来极大不便,若要更换新梯首先开发商少有相应的资金储备,其次物业负担不起更换新梯的费用,再次给政府带来了财政上的压力,管理上的负担。
二、几种再制造方法的介绍
再制造的主要工序是拆解、分类清洗、再制造加工和组装。
拆解:拆解过程中直接淘汰电梯各部分零件中的易损件,一般这些零件因磨损、老化等原因不可再制造或者没有再制造价值,装配时直接用新品替换。
清洗:拆解后保存的零件,根据零件的用途、材料,选择不同的清洗方法:高温分解、化学清洗、超声波清洗、液体喷砂、干式喷砂等。
检测鉴定:对清洗后的零件进行严格的检测鉴定,并对检测后的零件进行分类。可直接使用的完好零件送入仓库,供装配时使用;对失效零部件进行再制造加工。
再制造加工:对失效零件的再制造加工可以采用多种方法和技术,最主要的是利用先进表面技术进行表面尺寸恢复,使表面性能优于原来零件。
装配:将全部检验合格的零部件与加入的新零件,严格按照电梯安装技术标准装配成再制造的电梯。
三、电梯功能部件的失效性及再制造性分析
现将电梯各零部件的失效形式及所采用的再制造方法分析如下。
减速器失效形式及故障现象:密封失效,漏油;蜗杆与蜗轮轴的轴承损坏,转动不灵活;由于磨损使得蜗杆轴各蜗轮轴轴向游隙过大,产生颤动和响声;由于齿面磨损严重致使尺侧间隙过大而引起震动。采用的再制造方法:清洗;采用表面加工技术。
曳引轮失效形式及故障现象:曳引轮上油泥过多,影响曳引能力;曳引轮与钢丝绳之间磨损严重,影响曳引能力;轴承损坏,发热,噪声大。采用的再制造方法:清洗;采用表面加工技术。
导向轮失效形式及故障现象:油泥,与钢丝绳磨损,轴承损坏。采用的再制造方法:清洗;采用表面加工技术。
限速器失效形式及故障现象:限速器油泥过多,影响限速器动作及复位;弹簧张力减小,无法触发安全钳。采用的再制造方法:清洗;更换弹簧。
曳引钢丝绳失效形式及故障现象:外部磨损,内部磨损,断裂,弯折,笼状畸变等。无法再制造,达到报废标准后,报废。
导靴失效形式及故障现象:由于摩擦使导靴间隙过大,使轿厢运行产生晃动,影响运行舒适感。无法在制造,更换。
轿厢架失效形式及故障现象:锈蚀。采用的再制造方法:轻微除锈刷漆;严重报废。
轿门失效形式及故障现象:门板锈蚀;门扇变形;门锁失效。采用的再制造方法:轻微除锈刷漆;严重报废;钣金门扇;更换门锁。
安全钳失效形式及故障现象:由于安全钳只是在电梯失控,超速上、下行时起作用,而电梯失控的概率相对较小,因此安全钳失效形式大多为:油泥过多,使得动作与复位不畅;锈蚀;电气开关失效;钳体裂纹。采用的再制造方法:清洗油泥;轻微除锈刷漆;严重报废;更换电气开关;裂纹止裂。
导轨失效形式及故障现象:由于导轨与导靴接触,接触面又是由橡胶弹性元件构成,而且中间有润滑油,因此很少能对导轨造成伤害,它的主要失效形式为:锈蚀;与安全钳之间的刮痕。采用的再制造方法:轻微除锈刷漆;严重报废。
绳头组合失效形式及故障现象:由于曳引绳的端接装置用来连接轿厢的,并且需要承受一定的拉力,是主要的受力部件,它的失效形式主要为疲劳产生的裂纹,因此是不可逆的,一旦失效需要报废。
对重失一般情况下对重是不会出现失效的,可以不需再制造,直接使用。
补偿链一般情况下是不会失效的,可以直接使用。
限速器张紧装置失效形式及故障现象:限速器张紧装置一般情况下不会失效,但电气开关存在失效的可能。采用的再制造方法:更换电气开关。
缓冲器常见故障:锈蚀;油泥过多使柱塞卡阻,影响柱塞复位;电气开关失效;聚氨酯老化。采用的再制造方法:轻微除锈刷漆;严重报废;清洗,去油泥;更换电气开关;更换聚氨酯缓冲器。
轿壁失效形式及故障现象:锈蚀与变形。采用的再制造方法:轻微除锈刷漆;严重报废;钣金。
开门机失效形式及故障现象:电机失效;皮带老化。采用的再制造方法:更换电机与皮带。
平层感应器很少失效,可以直接使用。
控制柜失效形式及故障现象:控制系统老化,控制功能失效。无法再制造,直接报废。
四、电梯再制造性评价
通过上述对电梯各部件失效性及再制造性分析得出:在所有的零部件中可以直接使用的零部件数有3,占所有零部件的14.3%;通过一定的方法再制造后可以使用的零部件数为14,占所有零部件的66.7%;直接报废的零部件数为4,占所有零部件的19%。综上所述,电梯的可再制造率为81%,因此电梯再制造是一项可行的节能环保的新技术。
参考文献
[1]中国工程院.废旧机电产品资源化咨询报告,2003.
[2]朱子新,徐滨士,朱绍华,等.再制造工程的现状与应用前景.机械工艺师,2001(5):44-45.
建筑工程设计的可施工性研究 篇7
建筑工程从项目概念提出, 一般经过决策构思、设计、招投标、施工等阶段, 各阶段独立进行, 由不同的责任主体实施, 这样有利于建筑生产专业化, 但设计与施工间如果未有效沟通、磋商, 就会产生设计、施工间的信息孤岛, 产生较多制约施工的问题。在“尊重设计、按图施工”的定势思维下, 设计忽视施工现场的实际, 造成设计各专业普遍存在差、错、漏、碰等问题, 设计的材料设备采购不到或不适用, 设计工艺在当地不可行或施工设备在当地找不到, 选用的图集与施工现场不相符等, 均为可施工性不强的表现, 轻则导致设计变更、延误工期, 重则使项目的整个方案重新调整、返工重建, 使各参建方都蒙受巨大的损失。
可施工性 (Constructability) , 最早由美国建筑业协会 (CII) 在二十世纪八十年代提出, 最直观理解就是设计有利于施工的进行、设计方案在施工中的容易性和可行性, 即“施工的容易性或可行性”。美国建筑业协会的可施工性定义为:将施工知识和经验最佳地应用到项目的策划、设计、采购和现场操作中, 以实现项目的总体目标, 其目的就是采用知识管理的方法, 将成熟的施工知识、经验用于设计分析与改进, 改善设计的可施工性、可建造性, 提高工程质量和可靠性, 降低建设成本及缩短工期, 促进项目建设、运营增值。可施工性研究与限额设计、价值工程是控制建造成本、提升项目价值的三大方法, 国外的研究显示, 实施可施工性研究可节省工程成本6%~10%, 减少施工作业时间8.7%~43.3%。
2 可施工性研究的实施
可施工性研究作为一项新兴的工程管理技术, 已引起广大工程技术人员的重视, 实施可施工性研究已成为降低建设成本、保持建造有序进行的重要方法。
2.1 可施工性研究的组织
可施工性研究就是解决设计的施工容易性, 解决避免因设计不合理造成返工、误工、浪费等, 即设计、施工间的问题。设计方、施工方是项目建造的两大责任主体, 设计方的施工知识经验不足, 且为安全考虑通常设计比较保守, 施工方为寻求标后变更、索赔而缺乏主动性, 故设计方、施工方不宜组织此活动。监理方 (或咨询方) 受业主的委托, 代表业主的利益, 有丰富的施工经验, 熟悉工艺流程, 是独立、公正的第三方, 可代表业主进行可施工性研究。
可施工性研究由监理方 (或咨询方) 组织实施, 必然要求监理方站在业主的角度, 从项目整体的角度出发, 组织设计方、施工方共同参与可施工性研究, 确立一致的工作目标, 促进设计与施工融合工作, 打通设计与施工间的信息孤岛, 在确定设计方案、材料设备时增加施工方的可施工性研究、论证。
2.2 可施工性研究的流程
可施工性研究的流程如图1所示。
2.2.1 成立可施工性研究小组
监理方 (或咨询方) 接受业主的委托, 代表业主成立由建设、监理、设计、施工及其他责任主体组成的可施工性研究小组, 小组成员应属地化, 通晓工程所在地典型常见的工艺流程, 经验丰富、能力胜任、富有质疑品质, 从事专项可施工性研究活动。
2.2.2 确定小组目标
可施工性研究小组成立后, 要确立工作目标, 目标是小组存在的灵魂, 可施工性研究小组的目标就是确保施工容易进行, 为此, 可将消除设计的差、错、漏、碰及歧义, 节约投资, 缩短工期, 杜绝返工及延期等确定为具体目标。
2.2.3 提出提高可施工性的措施
提高可施工性的措施, 是以降低工程成本、加快进度 (或避免返工延误) 、提高质量为根本出发点, 因此, 对设计方案、设计选用材料设备要结合现场实际情况、工程所在地同类工程个案, 论证、对比, 甄选最可靠、最适宜本工程的设计方案, 同时备选另外一个方案。
2.2.4 应用
可施工性的应用, 就是将选中的方案实施于具体工程, 验证前期研究的可行性。对于某特定的工程的主要方案, 根据功能要求、建设环境、气象水文及当地的材料设备可得性, 经可施工性分析, 应用最佳方案;对于常见的设计差、错、漏、碰, 应用可施工性的经验知识, 完善设计。
2.2.5 效果评价
可行性方案运用于具体工程后, 其效果是否达到可行性研究的目的, 需要对效果进行评价, 即测算产生的效益、加快进度的程度等, 对效果进行评价、总结, 为同类工程的应用提供参考。
2.3 可施工性研究的内容
常见的可施工性问题有四类:1) 设计本身的不可施工性问题, 典型的实例有建筑专业与结构、安装专业相矛盾、梁柱接头钢筋密而无法保证混凝土浇注质量、选用的图集不适合本工程等。2) 材料设备采购不可行或不适用, 设计的材料设备在当地无法采购、不能保修或比当地常用的材料设备价格高。如某工程地面填充层选用轻集料陶粒混凝土, 但当地无法采购此材料;某工程外墙选用90厚泡沫混凝土保温板, 但通常当地选用60厚就能达到节能要求。3) 选用施工工艺不可靠或不适用。如某工程静压桩压不下去而改用引孔桩;某工程选用的打桩机噪音过大而改用其他工艺。4) 与总体施工方案有关的问题。如某工程四角设计不规则, 对施工外爬架搭设非常不利而改用后置钢结构。
针对四类常见可施工性问题, 根据可施工性研究的概念, 结合施工经验、惯例, 归纳可施工性研究的内容如表1。
可施工性研究在注重上述内容的同时, 还与施工总平面布置、工期计划、施工当地的气候条件、劳动力供应等因素有关, 可施工性研究需要综合、宏观、系统研究, 注重各因素间的制约关系。
2.4 可施工性研究的时间
从工程建设周期看, 设计阶段对投资的影响最大, 有关统计资料表明, 设计阶段对工程造价的影响达到75%左右, 施工阶段影响投资的可能性仅占5%~10%, 因此设计阶段的投资控制尤为重要。设计阶段确定工程做法、材料设备选型及设计方案, 是工程价值的规划阶段, 设计阶段能发现设计的不可施工性, 如立即调整、优化, 利于后续施工推进。设计图纸一经审定, 变更方案会很困难, 可施工性研究越早越有利, 如条件许可, 从初步设计就进行。
3 可施工性研究的保障措施
3.1 业主重视
简言之, 可施工性研究就是对设计提出质疑, 使设计能促进施工生产, 减少施工方标后变更和索赔, 保证工程顺利进行。设计方因此要修改图纸、比选及优化设计方案, 施工方会减少变更签证的收入, 这势必影响设计方、施工方可施工性研究的主动性。为节约投资, 促进工程有序进行, 业主作为工程投资者, 重视并支持可施工性研究, 让施工方能早日参与设计的可施工性研究, 是促成此活动进行的动力。
3.2 建立激励机制
激励就是激发劳动者的工作激情, 使其聪明才智充分发挥。可施工性研究是一项涉及设计、施工、材料设备采购的复杂智力活动, 如果能建立相应的激励机制, 鼓励参与者大胆创新, 贡献聪明才智, 按工作成果给予相应的奖励, 可施工性研究的效果会更加突出。
3.3 合同措施
合同是约定双方权力义务的法律文件, 为保证可施工性研究进行, 在建设合同中应明确约定各方承担可施工性研究的义务及制约可施工性研究应承担的责任, 约定设计方应承担不可施工性的责任, 从合同的角度引起参建方的重视。
4 可施工性研究的应用方向
4.1 设计施工一体化——推行EPC模式或DB模式
可施工性研究要求施工方在设计阶段进行设计研究、分析论证, 这与现行的设计-招标-施工 (DDB) 模式极不适应。为使设计与施工融合工作、一体化进行, EPC模式、DB模式可有效解决施工方早期进行可施工性研究的问题。在EPC模式、DB模式下, 设计开始就着手组建可施工性研究小组, 建立设计师、工程师、造价师之间的沟通协调机制, 工程师、造价师把施工方的知识经验、施工工艺流程反馈于设计中, 因设计忽略的施工问题会解决, 设计方案的可施工性会得到验证, 不可施工性大大减少。
4.2 设计阶段进行可施工性研究——引入虚拟施工方
现行DBB模式下, 施工方接触到成型设计的图纸, 进行设计交底、图纸会审、技术问卷等可施工性研究, 是设计已完成且审定, 核心的设计方案、材料设备选型等已确定, 因此, 前期进行可施工性研究的施工方, 可引入虚拟的施工方——聘请有施工经验的施工、造价专家, 在前期进行可施工性研究, 就技术方案、材料设备选型、其他施工重要问题提出独到、建设性的意见, 并与设计师就可行性、经济性进行论证, 亦可增强设计的可施工性。
4.3 施工阶段的可施工性研究——深化设计
深化设计是就设计图纸结合工程实际要求作施工表述, 便于施工及材料采购, 多用于装饰工程中。如玻璃雨棚的结构设计、楼梯的波打线及过门石设计、面砖的铺装设计、吊顶的灯槽设计等, 按深化设计施工, 施工难度减小, 材料合理利用, 对施工进行有利。
5 案例分析
某住宅小区开发项目, 由5栋高层住宅楼及地下车库构成, 总建筑面积131278m2, 项目从设计阶段就着手可施工性研究, 聘请具有本地施工经验的专家一名、造价师一名及多名工程师组成可施工性研究小组, 从技术可行、经济合理、质量与工期有保证的角度全面进行可施工性研究, 经过对设计方案的论证与本地区同类工程的比较, 获得主要研究成果如表2。
直接节约成本约174万元, 提出完善设计图纸差、错、漏、碰的疑问达200多条, 经设计修改全部消除。施工过程无重大变更、索赔产生, 技术核定、图纸会审工作大大减少, 标后变更的机会很小, 工期无延误, 施工质量向好, 竣工结算无重大商务争议, 且易于推进。本工程前期的可施工性研究对降低成本, 加快进度的推动作用十分明显。
6 结语
可施工性研究将施工的经验知识融入设计过程, 实现了设计、施工 (本来分离进行的活动) 的组织集成化, 设计缺陷提前得到纠正和优化, 避免施工过程因设计问题而引起的工期延误、成本增加等, 可施工性研究是促进设计不断完善、降低建造成本的有效方法, 应推广应用。
可施工性研究需要建造工程师、造价师提早研究设计, 对设计图纸提出质疑, 提出前瞻性、建设性的意见, 必然要求参与该研究的工程师具有丰富的同类工程技术经验, 熟悉常见工艺流程和技术经济性, 提炼各类工程的施工精华、总结技术经济指标等, 建立简易而实用的数据库, 是进行可行性研究的基本要求。
参考文献
[1]孙继德, 廖前哨.建设项目的可施工性研究[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2002 (8) .
[2]Clyde B T.Improving constructability during conceptual planning[J].Journal of Construction Engineering and Management, 1987 (2) :191-207.
[3]Constr uction Management Committee of the ASCE Construction Division.Constructability and constructability programs:White paper[J].Journal of Construction Engineering and Management, 1991 (1) :67-89.
浅谈城市公共空间的可识别性设计 篇8
1 影响空间可识别性的客观因素
1.1 城市历史文脉
美国建筑学家埃罗·沙里宁曾这样描述:城市是一本翻开的书,走近它,我们看到它的志向与抱负,让我走进你的城市,我就能说出城市居民在文化上追求什么。[1]城市的历史文脉是城市从产生到发展过程中所留下的历史印记,每个城市都有其独特的生活方式和意识形态,而城市空间就是这种独特的文化特性下产生的外在表象。地域特色是一个城市的根本属性,什么样的地域文化形成什么样的建筑和景观。地域性取决于城市的风土人情和生活方式,因此对地域文化和历史的深层次挖掘有助于唤醒人们对城市产生情感的共鸣,有利于增强空间的可识别性和独特性。
1.2 城市空间形态
城市公共空间是居民进行公共交往的开放性的城市空间体,在这个空间中人们依赖于可识别性的街道以及景观形态,从而获得归属感。这个过程就是将场所中的物质形态提升到了精神化的层次,以有形表现无形,从而提升空间的可识别性。以公园的入口设计为例,纪念性公园入口植物种植多采用对称式,表现庄重,而风景园的入口多为群植或散置,风格自由,突出趣味,以此体现出截然不同的空间可识别性。因此城市空间的形态表达也是空间可识别性的重要表现载体。
2 影响空间可识别性的主观因素
公共空间的可识别性是使用者对空间环境的感知和认同,符合城市居民的客观需求,是人与世界建立关系的重要媒介。感知是人在一定时间内对环境的直接体验和感受,而认同是将感知信息进行理解和重建的心理活动。人们对于城市空间的认知主要包括对场所的空间形态重构和个体对场所空间的理解,这个过程可以称之为人对空间的体验,主要侧重于人的行为活动,注重人的视觉和心理感受。空间只有融入人的行为活动,才能称为真正意义上的环境,因此空间的可识别性设计理论应该从人对环境的认知、体验和认同三个方面来阐述。
2.1 人对空间环境的认知
认知是人对空间环境的感知和主动探索的过程,主体身处空间之中,从感知到熟悉到适应再到接受,认知一般存在于人对于物的形态特征以及空间结构的视觉感受,更加侧重人对空间外部形态的直观感知意象。
2.1.1 认知地图
格式塔派心理学家托尔曼提出认知地图的概念,认知地图是指人通过以往的经验和认识,在脑海中对局部环境进行认知和记忆存储,从而无意识的形成一张地图模型,地图模型中储存了一些非连续性信息,包括方向、时间、事件等。认知地图具有模糊性和非连续性的特征,是人脑对曾经感知和经历的给予重建,从而形成地图模型。认知地图上的节点就是人们进行相关事物联想和想象的出发点。就城市和民族而言,城市的建筑或景观、历史文化或地域特色即为具有代表性的节点,存在于人们的认知地图中。
2.1.2 环境知觉
认知心理学认为,环境知觉是一种解释刺激信息从而产生组织和意义的过程,是人脑对直接作用于它的客观事物各部分及其属性的整体反映。”[2]城市公共空间承载人的精神生活和社会交往,认知就是在空间内通过互动使体验者将所接收的信息进行重构的心理过程,因此,环境知觉是建立在感知的基础上,融入了更多的感性因素,增强体验者对公共空间的认同感。
2.2 空间环境的互动式体验
人是城市中的行为主体,场所承载着人的行为活动,离开人的参与,空间将不具备任何实际的意义。“互动”是人与环境的双向关系,意识与物质因素相互作用所产生独立的判断,从而指导人们在空间中的行为活动。因此,人对环境的体验是建立在互动的基础上,人赋予场所情感,同时场所对于参与者具有独特性,人能够感受到空间的舒适度和安全感,这便是良好的互动式体验。而设计师的工作就是以场所为媒介,传递对使用者的情感,空间体验可以直接感受空间所传达的场所感和人性关怀。
2.3 人对空间环境的认同
人对空间环境的认同是在认知的基础上,形成质的飞跃,主要表现在人与场所互动后对场所精神的认同感和归属感。诺伯舒兹在《场所精神-迈向建筑学现在》一书中提出来场所精神这概念,它是指人在场所中所发挥的重要作用,他认为人绝对了场所的本质和特性,人与场所达到身体和情感的契合点,人的参与和认同才赋予了场所独特的气质。人在公共空间中能够找准合适的位置,获得舒适感、安全感和归属感,人对场所的认同感和对场所精神的需求是出于人的本能,因此,场所对于人而言应具备鲜明的个性,是在特定的环境中形成的一种独特的“场所精神”,能够唤起人们对场所的认知能力,从而产生认同感和归属感。
3 结论
中国城市公共空间的复制性发展应唤醒人们的视觉和情感需求,正如罗素所说,参差多态,乃幸福之本源。城市需要符号,城市公共空间需要特质,城市中的人需要在别人的认知地图中被搜索出独特的文化属性。斯蒂芬·卡尔指出,公共空间要对城市所有使用者的需求保持敏感,其设计和管理要服务于城市居民的需求;其次要符合民主精神,对所有人群都适用,便于民众自由行动;再次要富于意义,在民众的生活与更广阔的世界之间建立起紧密联系。[3]城市公共空间是最具直观性、最能够体现当代城市文明的开放性场所,在设计中应秉承“为人的设计”,充分把握历史文脉的弘扬和传承,以期构建具有独特气质的可识别性空间。
参考文献
[1]闫旭.历史文脉视角下的秦咸阳宫遗址公园规划研究[D].西安:西北大学,2011.
[2]理查德·L·奥斯汀著,罗爱军译.植物景观设计元素[M].北京:中国建筑出版社,2005,6.