DFM在电子新品导入中的运用和实施
20xx年02月29日 05:55 P.M.
制造业，DFM并不是一个刚红起来的明星，更不是什么神秘的东西。但是“DFM”这个概念却始终作为一个热点在工程技术人员之间留传着。正是因为DFM是一个古老的名词，所以才容易被人遗忘和忽视，同时，由于实际中推行DFM的复杂性，大家又经常会望而却步。
关键词：新品导入，DFM，CE，FUGARWE，可知造性设计，并行工程
什么是DFM ?
有一次在听钟秉刚老师讲课的时候，我记得钟老师给DFM下了一个令我印象深刻的定义：设计的产品能够在当前的工艺条件下制造出来，而且有使用价值，可以赚钱。实际上，我们可以对DFM的概念进一步拓展，一个设计概念不仅要能够转化为有价值的产品，其产品的价值还必须要大、具有竞争力，其产出效率要远高于社会平均水平。
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DFM的英文全称是Design For Manufacture，即可制造性设计。Nike曾经说过一句非常经典的话：“Just do it”，DFM不仅要“Just do it”，还要“Do it right，the first time, on time, every time, and at the lowest cost”，所以我们必须妥善管理NPI（New Production Introduction）流程，做到防火于未然，而不是整天不得不去面对棘手的后果而忙于救火。
谈到DFM，不得不谈到Ford，因为它创造了DFM领域的神话。19xx年亨利?福特创造了福特汽车公司，采用标准化、系列化、通用化的方法设计了T型轿车，将轿车结构、零件加以简化并制成标准，实现了零件互换，从而实现了专业化大批量生产，不仅产量高，质量好，而且易于维修和更换配件，劳动生产率大幅提高，成本显著下降，几乎垄断了美国汽车市场。所以，Ford T型车现象不仅是工业化初期标准化的一个典型，也是DFM的一个典范。
但是Ford没有及时处理好设计与制造的关系，最终却使得自己濒临破产。Ford声称“只作黑色车”，无视市场客户的需求。结果，把标准化推向了另一个极端，Ford在汽车市场一败涂地。生产部门和市场消费者都是是设计部门的客户，水能载舟亦能覆舟，所以在推行DFM过程中恰当处理好客户需求与设计需求之间的关系是非常关键的。
为什么要DFM ?
一个产品从定义到设计、试生产和最后的市场发布，必然要经历一个或者多个设计验证过程，我们称之为POD（Proof of Design）。而对于传统的公司来讲，由于缺乏规范的DFM运作系统和必要的文档，在产品定义时和设计阶段也没有充
分的考虑具体复杂的工艺因素，在这种情况下，为了找到一个符合设计目的和客户需求的设计方案并检验设计满足客户需求的程度，更要经历一个非常长期的、反复的改进过程（包括设计和工艺的更改或者改进）。在执行设计和工艺的更改或者改进时，我们会发现它是一个令人头痛的的问题（可以说是N P
（Non-deterministic Polynomial） Hard的问题），一些往往貌似渺小地问题经常会使 得产品的开发周期和成本出乎意料的延长和增长，其结果是事倍功半甚至一事无成（失去市场）。
许多书籍、文章和论文都曾经总结了推行DFM的诸多好处：减少POD循环次数，降低研发成本和制造成本，提高产品批量生产直通率和长期可靠性，提高顾客满意度等。据有关文献报道，首次推行DFM/CE（Concurrent Engineer）的组织其成本大约降低了25％。
俗话说，早起的鸟儿有虫吃，理论和实践都已经证明，在产品定义阶段便开展DFM，其成本最低，节省的费用最大！有关成本的统计数据如下：
u 60％的产品总成本是在设计初期确定的；
u 75％的制造成本是由设计图纸和规格确定的；
u 70～80％的产品总缺陷与设计问题直接相关。
总而言之，推行DFM的目的在于：
q 缩短新品导入的周期和上市周期
q 提高质量和生产效率、降低成本
q 优化设计
q 优化工艺（利于制造，简化工艺流程，便于组装、检测和维修）
DFM ,你做了吗?
大家可能经常会遇到这样的上司，他或许曾经是一个不可质疑的优秀的工程师。最初，他能够清晰的认识到我们要达到的每个目标和通向主要目标的里程碑。对于那些无法由他个人、或者我们独自确定的东西不得不通过大家协作完成，然而往往在做了有限的沟通以后，他会让我们“尽管去做”，而从不在意我们如何做、做的对不对。他变成了一个真正只求成果的仁慈的家伙。我们在“闭门造车”的过程中根本不用去理会其他部门和成员的进展情况和要求，也不必计较仅仅按照自己的质量标准和达到标准的方法来做会带来什么样的结果；我们只要按照时间表来按时完成自己的任务就够了！
那么，是什么使他脱离了现实呢？这不得不归咎于他的那些老板和他所处的那个
不得不遵循的组织。
这种例子在业界以不同的形式每天重复上演着。而且在管理人员、工程人员和工人之间的隔阂和分歧逐步显示出来，使得协作、双向沟通无法顺利进行，最终使得不能按时达到目标。
由于缺乏真正意义上的并行协作系统，导致下一道客户为了确保不发生差错，不得不费大力气、花很长的时间去核对上游的输出。
大家可能经常抱怨，工作本来可以做的更好，但却因为管理层缺乏对并行工程的充分理解，而得不到相应的支持。虽然大家甚至可以基于丰富的知识和经验列举大量例子，去证明如何采用更好的方法或工具使工作做得更好。
准DFM
传说古印度（Indian）有一个部落，他们从斯波坎（Spokane）附近出发，并开始了漫无止境的流浪，这个部落在流浪的旅途中总是在问“FUGARWE在哪里？”据说，直到现在，他们还在北威斯康星（Northern Wisconsin）的某个区域流浪。
很多公司都有过这种经历，在整个新品导入过程中安排了很多个审查会议，每次会议上都云集了来自四面八方的人员。然后大家逐一展示自己的设计成果，从原理图到布局，从结构产品外形到到每个具体的塑料零件等，随后大家会展开漫长的讨论。而且会议的重点经常集中在了某几个“关键”人物的成果演示及其目标上。于是，会议上最常用的词语就是“Where is FUGARWE？”或者“Oh，it’s impossible to get there”。由于缺乏CE，最后的结果是，各个设计模块难以整合，更不用考虑满足什么制造工艺的要求了。
在实际的运作中，“准DFM”系统的影子到处可见。比如，工厂第一天收到了新品的设计信息（SMT贴片文档和工程BOM等）并被通知在某日要进行生产。如此紧凑的日程安排使得工厂的人员忙得不可开交，随后在生产中工艺人员发现了大量的问题和缺陷、故障等，然后设计人员根据工厂反馈回来的报告作相应的设计改进―――于是这种设计改进被称作DFM。显然，这并不是我们期望的那种真正的DFM。由于客户没有参与到本应该参与进去的设计过程，结果失去了最前期的本来应该取得的DFM成果，更何况在这个阶段很多设计更改的余地已经非常狭窄了。
设计规则与DFM
有些公司制定了DFM需求和设计规范库，以及DFM检查表。其目的是为设计提供必要的规则，以确保设计可以从概念转换到客户能够接受的实体。为了实现这个目的，在DFM的整个过程中，设计者要努力满足DFM需求并遵循设计规范，而工艺人员将依照DFM检查表审查设计结果是否满足需求。DFM伊始，这规则不是凭空杜撰的，它们来自工艺部门的工业化总结报告（假如设计的产品能够在当前的工艺条件下制造出来，POD可以进行的话），所以不同的制造条件和环境，其DFM
需求和设计规范是有差异的。
那么这些规则真的能发挥作用吗？我相信很多设计人员都会问，“我为什么要在你制定的规则指导下设计产品？”
有这样一个例子。又一次，在去某地的高速公路上，司机师父告诉我车子最高限速140，并提醒我系好安全带。当我注意到仪表盘上的计速仪稳定在140的时候，却发现很多车子从我们的后面飞驰而过！我很纳闷，如果我们车子的计速仪没问题的话，别人肯定在超速行驶，估计他们甚至达到了时速170，他们不怕被交警罚款吗？类似的例子还有很多，在大街上，我总是非常小心的穿过斑马线从马路的一侧走到另外一侧，而很多行人则喜欢非常随意的直接横穿马路，他们不愿意走很多冤枉的路程在找到班马线以后再穿过马路，哪怕是违反交通规则！尽管这些规则是为了保护他们的切身利益。
显然，所有设计人员都希望自己的设计是完美的，但他们却又往往不愿受到别人制定的规则的约束，尤其是对与首次接触DFM的人来讲，他已经习惯了自由自在的设计风格。对于所有人来讲，如果设计能够一次定型那是再好不过了；而且对于设计人员来讲，既能说明其高超的设计本领，又可以避免花大力气反复修改设计参数。如果设计者第一次设计的产品比较成功，他可能会进一步认为“我第一次能够设计成功，为什么第二次不能呢？我为什么要遵循你的规则呢？”
CE与DFM
推行过DFM的人，肯定会强调CE (Concurrent Engineer，并行工程)在整个新品导入（从产品定义到小批量生产）过程中的重要性。在一个缺乏CE的系统中，不可能确保设计的可制造性，不论在什么样的制造工艺环境中。
为了真正实现DFM，显然，在设计阶段，所有的想法都必须是透明的、开放的并充分考虑了对后续过程和客户满意度的影响，在整个过程中不允许任何一个人单方面作出涉及产品可知造性的决定。在DFM/CE系统内，需要建立一个高效运行的产品团队，从设计到制造部门的关键人员都必须加入这个团队，包括项目经理、产品工程经理、设计人员（硬件、软件、结构件）、物料工程师、测试工程师、产品质量工程师、产品工业化经理、最终客户代表等。
一旦一款新品的产品定义已经准备好，产品团队将对它进行评审并提供各类输入，这样产品的定义才会变得更为理性和现实。在这个阶段，可以明确定义（文档化）新产品所基于的技术平台和方案以及采用哪些器件和物料。产品团队中的角色有：
u 项目经理：负责规划、协调、推进整个项目的时间安排和进度；
u 产品工程经理及设计人员：设计实施；
u 物料工程师：评估物料成本、性能规格、可靠性、可用性及交货日程和可用的
封装类型等。
u 测试工程师：物料及半成品、成品的测试要求和技术支持；
u 产品质量工程师：物料及整机的可靠性测试及分析、焊点质量及可靠性需求、统计数据及信息等。
u 产品工业化经理：设计与制造工艺部门的接口，向CE系统提供最直接的DFM需求输入（贴片需求、可焊性需求、组装零件的可制造性需求），试产工艺导入和支持：各类组装操作所需的工艺和设备及其确认、人员问题、制造过程、不断的工艺改进需求等。
比如PCB设计，必须满足基本的DFM需求。从设计人员到PCB的测试和组装等产品团队的所有成员，要提供充分的与可制造性相关的输入，如：PCB大小、尺寸，公差，材料，构造，尺寸稳定性，表面处理及可焊性，阻焊膜，电气性能，热匹配问题，各类孔尺寸、位置和数量，焊盘形状、大小和位置，PCB光板和PCBA测试点，人员支持，各类文档，技术培训，工艺需求、布局需求和接受规范等。由于涉及的项目太多了，这里不再赘述。
归根到底，设计人员没有办法、不能够、也没有责任对所有需求拍脑袋作出决定，否则能够真正付诸制造的设计会少之又少。但情况经常是，许多设计项目并没有因为缺乏DFM而停止运行（大多是没有给予足够的重视），结果是在制造过程中工艺人员怨声载道―――久而久之变成麻木不仁，生产效率低下，成品率不高，长久下去往往掩盖了生产工艺本来所具有的提升潜力（比如效率和直通率可以更高，但却被故步自封的设计所束缚）。
不得不再次强调，CE是DFM的关键。如果没有成立一个值得信赖的、分工明确、反应迅速的DFM/CE团队，不论什么样的设计都不可能在第一时间、每一次、以最低成本具有可制造性。我们在实际工作中经常遇到这样一种情况，来自工厂的人员说“这个主板必须这样作才能确保其可制造性”，而另外一个人却说“必须用这种器件或者必须放在这个位置才能保证产品性能”或者干脆说“很难那样做，我做不到！”有些设计人员甚至把自己的设计成果束之高阁，不同意其他人员访问，顶多在短短的时间里演示给他们看看而已。
特殊的情况是，DFM输入可能来自认证过的某个供应商，如果设计人员暂时无法通过修改设计来满足DFM需求，他可能会考虑更换到另外一家“能够这样做”的供应商。但是在很多情况下没有这么幸运（输入大多来自其公司内部的其他部门），当无法满足输入的需求的时候，不得不重新考虑更改设计方案或者改进目前的工艺能力。同样，也有可能通过同时改进设计和工艺来满足客户的需求，其实，大多数情况都是这样。然而，不管发生上面的哪种情况，他们都得益于CE对DFM的正面影响，因为现在只是处于设计阶段而已。
理论上讲，通过并行合作，DFM完全可以阻止所有不合理现象或者错误的发生。实际上，实现这个理想也是完全有可能的，只要在前期充分考虑DFM需求，制定
细致的计划，并根据过去的经验不断的改进设计和工艺。并行工程可以支持并确保各种改进和谐一致的进行，而不仅仅是在杂乱无章的环境中“条件反射”。
ISO 9000/2000的4.4和7.3对设计控制要求有较为全面的介绍。比如4.4谈到的对整个设计及其进展过程（包括确认客户需求和期望，项目进展计划及过程，项目所需的充分的资源和人员，定期设计评审）和设计输出进行有效控制的一些关键点：
q 设计过程控制程序
q 设计及其进展计划
q 技术接口统一化、文档化
q 客户需求有全面的文档记录
q 调整需求确认
q 设计评审
q 有可用的文档去说明设计输出与规范一致
q 设计验证
q 设计有效性
q 设计更改控制
当然，或许你认为上面列举的几点根本就没有什么创造性的东西。不错，这本来就已经不是什么新鲜的东西了，DFM/CE就这样可以轻而易举的被整合到了ISO的4.4和7.3！
在19xx年以前，ISO还没有被引入，但是DFM需求和设计规范这些技术性文档已经在美国很多公司出现了。DFM需求和设计规范只是DFM/CE的起点，它们大多来自可用的工业化指导和CE执行过程中的经验积累。在CE进行的过程中，一定要确保这些需求和规范能够很好的为设计服务，包括两方面内容：首先由DFM需求和设计规范指导完成的设计是有效的、被客户认可和接受的；另一方面，要确保DFM需求和设计规范能够被设计者及时准确的采纳和运用，而不仅仅是一纸空文，这才是DFM/CE的真正关键所在。 自从二十世纪80年代初计算机辅助设计获得广泛接受以来，在设计自动化需求的推动下，而且计算机硬件和软件的飞速发展已经使得并行设计架构成为了现实。并行设计架构的优势是它允许多个设计人员以及其他输入源在无需分割设计任务的情况下同时从事同一设计工作。这样就形成了真正的实时协作环境，排除了分割界线、分合过程中数据一致性管理等相关的问题。它可以同时进行，获得充分的输入资源，因而减少了完成设计的
总体时间。
并行设计方法需要网络环境下的一台设计通话管理器（服务器）和多个设计需求输入客户端。服务器软件从各个客户端接受更新信息，检查请求，确定规则没有遭到破坏，然后向各个客户端同步传送更新信息和需求。在服务器处理整个设计和编辑内容时，每个客户端必须有专属的处理器和内存以便观察整体设计并证实编辑内容。如图1所示。
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DFM/CE所必需的条件
为了确保DFM/CE行动有效的运行，必须具备几个关键条件，包括客户需求（基于市场输入或直接来自客户的需求计划），和产品团队花名册（如前所述，由职责、分工明确定义的专职队伍组成）。另外一个条件是，制定一个清晰的确保在计划时间内满足客户需求的日程表，包括明确的目标和里程碑等（如各级评审所要达到的目标）。其中2个非常重要的工具是DFM检查表和用于共享设计数据的平台。
1、 客户需求
客户代表在完成充分的市场调查后，会汇总一份调查报告，并在此基础上提炼出客户的具体需求，然后制定较为明确的产品定义，阐述新品将来所面对的客户群和要实现的功能，以及产品的外观、尺寸等。
在这个时候，DFM已经开始启动了，尽管DFM的作用可能在这个阶段显得比较薄弱，但它必须考虑在实现新品功能的同时，会不会给生产工艺带来挑战？
2、 产品团队花名册
一旦产品概念和目标被目标的定义，并被大家充分理解和认可，就要考虑如何把概念转换为实体。显然，必须从队伍中挑选出完成这项工程的最佳人选，确定DFM/CE花名册或项目团队通讯录是首要任务。
选取队员的时候，要确保满足项目和DFM/CE需求。比如，如果要制造一款手机主板，必须确定谁来绘制原理图，谁来作PCB布局，测试要求由哪些人来定，工艺需求谁来负责？等等。
3、 时间表
确定大致的时间表，定义在什么阶段达到什么样的目标是非常重要的。沿着时间表规定的日程，通过并行设计，可以把从设计开始到小批量生产的整个过程分割为若干个时间段，并在每个时间段确定里程碑式的目标。在每个时间段要保证相应的产品和工艺需求输入到设计中。
以PCB为例，如果仅仅是双面板，模型交货期可能只要1天左右；如果是多层、高密板，交货期可能就是好几周。当然，不论是哪种PCB，都还必须考虑生产准备、测试准备方面因素的影响。
一旦大部分任务的进程基本确定后，就可以用Microsoft Office Visio绘制一幅甘特图（Gantt Chart），当然，也可以用其他工具绘制其他类型的图，只要大家觉得方便就行。这样，我们就可从图上看到日期、费用、责任人以及其他方面的内容。通过清晰的图片，团队的成员可以调整自己的步调以满足项目的时间要求。
其次是会议日程安排。通过在每个阶段的衔接点召开评审会议，查看任务完成情况和是否达到既定的目标，总结存在的问题，使团队合作的更加密切；同时根据具体的进展情况，确定新的任务和目标，并适当调整时间表。
4、 DFM检查表
如前所述，制定DFM检查表是为了做到“有法可依”，确保设计结果尽量与工艺能力相匹配。同样，DFM检查表的规定要注重和谐、相容，而不应该是寻求设计能力或工艺能力的技术突破。
DFM检查表的检查项目包括物料（SMD、THT、结构件等）、PCB板、硬件、测试以及其他特殊要求等。
5、 共享设计数据的平台
为了确保上面的条件发挥作用，保证DFM/CE流畅的运行，需要一个共享设计数据的平台。它包括硬件的、软件的。硬件主要是计算机、网络等；软件主要是用于并行设计的计算机辅助设计软件和保障DFM/CE的规章制度、流程等。
影响产品可知造性的几个设计阶段
以PCB为例，有6个主要阶段会影响产品的制造性。每个阶段都需要并行工程的支持。这6个阶段包括：
n 产品概念
n 计划开展
n 零件选取
n 布局设计
n 布线设计
对于每一个阶段而言，在进入到下一个阶段之前都必须充分考虑DFM/CE。比如，当市场客户提出新的需求以后（她可能希望花$80买一台能拍照的MP3彩屏手机），而且高层管理人员决定开发这款手机的时候，项目管理人员即招集相关人员根据客户的需求来共同定义这款手机的具体配置，包括软件、硬件等。在这个阶段，虽然可知造性和有关质量的输入很少，但必须确保产品定义的方向基本符合DFM需求。在这个阶段，一般可以制定DFM/CE花名册。同样，在选取零件的时候，也得充分考虑工艺需求。比如当设计人员考虑到用若干颗CSP封装的EMI芯片的时候，应该询问工艺人员，在生产过程中会不会很容易损坏CSP封装的EMI芯片，在其他产品中这种器件是否被成功使用？如果来自生产部门的DFM/CE队员告诉设计人员，从以往FMECA的统计数据来看，此类芯片在其他机型中存在很多人工操作导致其破碎的现象，那么设计人员就不得不考虑使用其他封装形式的EMI新品。因为其他封装的芯片引脚、体积及性能与CSP的可能完全不同，所以在进入PCB布局设计阶段之前，设计人员应该与工艺人员共同确定CSP封装的EMI替代品。
结论
DFM是新品导入中不可或缺的内容，是推动设计和工艺改进、缩短研发周期和研发成本的利器。DFM与CE是互相依赖、不可分割的一个整体。没有一个高效的沟通协作平台，就无法确保“可知造性”设计出来产品在第一时间内以最低成本满足客户需求，DFM只能成为人们眼中可望而不可及的艺术品。
参考文献：
1、 《Proof of Design(POD)-The DFM/CE Book For Printed Circuit
Boards,Assembles,and All Manner of Other Things Technical》, By MoonMan
2、 《2005 质量专业综合知识》，中国人事出版社
3、 《可制造性设计》，By Charles Pfeil，中国电子商情，Jan/Feb 2005.