浅谈面向制造和组装的设计在电动自行车中的应用

满艳艳

摘要：产品的设计阶段不仅仅决定了产品的外观、属性、接头等，更是产品的成本和后期制造的难易程度的关键性因素。所以面向制造的设计就凸显的尤为重要。本文对电动自行车设计对整车成本的控制、工时的控制、质量的提升、开发周期的影响做了一系列的阐述。

关键词： 电动自行车;产品设计;工时控制;成本控制

在我们传统的观念中设计主要是决定产品的外观、属性、结构、使用性能等，对于电动自行车来说可以设计成时尚小巧型、实用功能型、特殊载货型等等，不同的产品属性使用不同的消费需求。然而设计并不只是决定了产品的这些特性，对于制造阶段有着同样重要的地位，尤其对于制造业的产品来说。产品的前期设计很大程度上决定了后期的制造。

一、产品设计的重要性

（一）产品设计决定了产品的成本

产品设计在很大程度上决定了材料成本、工时成本和管理成本，如果没有产品设计的优化，材料、工时和管理对于降低产品成本影响很小。

1.产品设计决定材料成本

对于电动自行车来说，决定产品成本的零部件主要包括车架、外观塑件装饰件、四大电器部件（电机、电池、控制器、充电器）。而这些部分的材料成本和制造成本基本上是在设计阶段就决定了的。

2. 产品设计决定了零件及整车的工时成本

产品零件设计的结构具有很高的可装配性， 制造工艺对零件的设计要求确保零件容易制造和装配，过程顺利，减少工序数量，减少单个工序更换工具的次数，可以有效的控制整车的工时，从而节省人工费用。

（二）产品设计决定了产品的质量

通过面向制造和组装的设计，提高了产品的可靠性和可装配性，产品在开发阶段就得到了优化和完善，因此避免了产品在后期制造和装配中产生的质量问题，大大提高了产品质量。

（三）产品设计决定了产品的开发周期

影响产品开发周期的环节主要是产品设计、产品制造、产品组装和产品修改几个环节，其中产品制造和组装时间相对固定和可控，而产品修改多少和修改次数相对不可预计，这部分时间的决定性因素就是产品设计，产品的设计直接决定了产品的开发周期。

二、面向制造的设计在控制产品成本中的应用

（一）在设计时控制材料成本

电动自行车的材料成本主要由车架、塑件装饰件、四大电器件组成，这几部分据定了整车材料成本的80%以上。

1. 车架部分

目前内销市场畅销的电动自行车车架主要由碳钢和铝合金两种，而碳钢由于其较低的价格应用的更加广泛。碳钢车架因其成熟的加工工艺和完整的供应体系，目前车架的价格是由单价x重量计算的，单价因加工工艺的难易程度而略有不同，所以重量就成了觉得车架价格的决定性因素。

降低车架重量可从以下几方面考虑。

a. 在保证设计效果的基础上尽量减短头管的长度，通过调整前叉的组合高度来补偿，因为目前不同组合高度的前叉价格是相同的。

b. 在保证性能和外观风格的基础上减小管料直径及壁厚，有些车架一味追求粗犷的风格，整个车架大量使用过于粗大的管料，车架总重量大幅增加。

c. 一些受力要求不高的小件尽量采用镂空设计。像鞍座固定片、踏板固定片这些相对面积较大的小件一般只有几个固定孔是必须的，其余非必要的位置采用镂空设计，即可降低重量，剩余边料还可用于其他位置。

2. 塑件部分

常用于电动自行车塑件的材质主要有合金ABS、普通ABS和PP几种，材料价格是合金ABS最高，ABS次之，PP相对低廉。可根据不同位置的性能要求选择对应的材质，可有效的控制材料成本。外围护板、脚踏板等可采用强度较高的ABS，电池盒底托、控制器盒等内部零件可采用价格相对低廉的PP。

（二）在设计时控制工时成本

对于电动自行车来说工时成本主要在整车组装和包装工时方面。整车组装工时取决于此款车型工序的数量、需要固定的螺丝数量、需要插接的插头数量、特殊及瓶颈工序花费的时间。减少工时可从以下几方面考虑：

a. 尽可能把整车组装的工序移到前期零部件中。例如折叠电动自行车中为保证折叠时主线不被误操作损坏，一般在主线对应折叠盒位置缠绕尼龙网布，在主线制作时可以在对应位置增加弹簧护套，在整车组装时可省掉工序。再比如一般车架平叉上带鼓刹固定片，需由螺丝单独固定鼓刹的角度，在制作车架时可在叉勾内侧焊接1个固定柱，鼓刹可直接卡在叉勾上，节省了固定鼓刹角度的工序。

b. 左右护板及控制器盒等固定尽量用卡扣及挂钩代替螺丝固定，鞍座、座垫和靠背用卡扣方式代替螺丝固定。

c. 控制器使用集成形式，集成控制器由原来的十个左右插件减少到三四个，可有效的降低工时。

d. 改进瓶颈工序：例如折叠电动自行车穿线是此类车型的瓶颈工序，插头的集成可使主线方便快捷的从车架管中穿过，减少穿线时间;车架管设计在下方加入凹槽设计，主线可直接置于凹槽中，在保证美观效果的同时减少了穿主线的时间。

三、面向制造的设计在提升产品质量中的应用

在传统的思维中质量是检验和制造出来的，其实产品的质量首先是设计出来的，设计决定了产品的基因，同时也在很大程度上决定了产品的质量。研究证明80%的产品质量问题都是由设计造成的，20%的质量问题是在制造中产生的。设计中结构的设计、材质的选用、性能的要求直接决定了零件制造和整车组装的难易程度，从而影响了产品的质量。

电动自行车在设计阶段有效保证并提升产品质量可从以下几方面着手：

a. 设计导向特征：电线上的插件设计清晰的导向指示，避免装配错误，例如防水线插头的箭头指示和轮胎上的方向箭头指示。

b. 尽量避免设计左右对称的零件，在允许的条件下设计成左右通用：目前情况下电机防护片、搁脚、转向灯、后视镜等作为左右两侧部件，在装配过程中错装的可能性较大，设计成左右通用的可以有效避免错装的发成率，并减少分辨零件的时间。

c. 为相似度过高的零件增加区别特征：有些零件外观相似，但装配尺寸和装配点不同，在仓库发料和生产组装时有可能会混淆，导致错装。这些零件在不影响正常装配和外观要求的条件下增加明显的区别特征或在零件上标识型号或编码，易于区分。

四、面向制造的设计在缩短产品开发周期中的应用

对于电动自行车来说，产品的设计一般是由公司设计部门或外协设计公司来完成，这个阶段更多的是关注产品的外观设计。当设计方案评审通过后，在由对应的工程师进行制造和组装的确认。在这个过程中经常会出现的问题就是设计方案中的车架压弯角度等无法正常制造或车架某个部位强度不够等，塑件装饰件的设计模具不易分型、不易拔模或壁厚不合理等各种问题。问题出现后再反馈到设计师那里进行讨论修改，修改后的方案再进行再次评审，有时设计-评审-制造-组装这个循环会进行反复几次，开发周期大大加长。

而面向制造和装配的产品设计在考虑产品外观、功能和可靠性的前提下，通过提高产品的可制造性和可装配性，减少甚至省掉因制造和组装发现的设计修改环节，减短开发的周期。

结语

面向制造和组装的设计对产品从設计到实现的工程起着关键性的作用，尤其在像电动自行车这种劳动密集型产业来说，通过面向制造和组装的设计可以简化产品装配工序、缩短产品装配时间、减少产品装配错误、减少产品设计修改、降低产品装配成本、提高产品装配质量。

作者单位：天津飞踏自行车有限公司