,*,电子产品结构设计公差分析,电子产品结构设计公差分析,内 容,一,.,统计学用于公差分析的背景,二,.,一般公差分析的理论,内,变异,下偏差,上偏差,目标,规格范围,1.,加工制程的变异,材料特性的不同,设备或模具的错误,工序错误,/,操作员的错误,模具磨损,标准错误,2,.,组装制程的变异,工装夹具错误,组装设备的精度,两种主要的变异类型,一,.,统计学用于公差分析的背景,变异下偏差上偏差目标规格范围1.加工制程的变异2.组装制,变异控制,解决方案,制程的选择,制程的控制,(SPC),产品的检查,技术的选择,优化的设计,公差分析,变异控制,从加工制造,从产品设计,Aim,高质量,高良率,低,Low FFR,一,.,统计学用于公差分析的背景,变异控制解决方案变异控制Aim一.统计学用于公差分析的背景,变异的一般分布图,正态分布,双峰分布（非正态分布）,偏斜分布（非正态分布）,28,26,24,22,20,18,16,100,50,0,4,5,6,7,8,9,10,11,0,10,20,30,40,50,60,一,.,统计学用于公差分析的背景,变异的一般分布图2826242220181610050045,99.9937%,-3,-4,-5,-6,+3,+4,+5,+6,99.73%,99.999943%,99.9999998%,-2,-1,+2,+1,变形点,标准差,(s or,),数据的百分比，在给定的,西格玛,(,),范围,95.46%,68.26%,平均值,(x or,),正态分布的特点,依概率理论计算,99.73%,的样本将落,在,+/3,的范围内,只有很小的概率,(0.27%),不在,+/3,的范围内,由于小概率事件一般不会发生,故可认为不会有尺寸在规格之外,一,.,统计学用于公差分析的背景,99.9937%-3-4-5-6+3+4+5,正态分布的参数,平均值,(x),分布的位置,范围,(R),最大值与最小值之间的距离,标准差,(s),反映样本内各个变量与平均数差异大小的一个统计参数,最常用的量测法，量化可变性,变量,(s,2,),标准差的平方,一,.,统计学用于公差分析的背景,正态分布的参数平均值(x)一.统计学用于公差分析的背景,总体参数,m,=,总体平均值,s,=,总体标准差,总体参数与样本统计,总体,现有的及将来会出现的所有单元或个体,我们将永远都不可能知道的真实总体,样本,从总体提取的单元或个体的子集,用样本统计，我们可以尝试评估总体参数,m,s,x,s,样本统计,x,=,样本平均值,s,=,样本标准差,一,.,统计学用于公差分析的背景,总体参数总体参数与样本统计总体样本msxs样本统计一.统计学,Process variation,3,s,制程性能指标,C,PK,参数,Cpk,是制程性能指标,s,LT,是标准差,LSL,是规格的下限,USL,是规格的上限,mean,是实际制程的平均值,USL-mean,LSL,Sample mean,Nominal value,mean-LSL,USL,Process variation,3,s,Tolerance range,C,一,.,统计学用于公差分析的背景,Process variation3s制程性能指标 CPK参,这部分主要是说明怎样应用公差分析这个工具，去确保产品适合最终确定的产品功能和质量的要求的过程。,二,.,一般公差分析的理论,这部分主要是说明怎样应用公差分析这个工具，去确保产品适合最终,公差分析的优点,公差分析,:,验证设计是否达到预期的质量水平,.,带较少缺点的良率产品,.,预防生产重工和延误,.,降低产品的返修率,(,降低成本,).,二,.,一般公差分析的理论,公差分析的优点公差分析:二.一般公差分析的理论,什麽,地方使用公差分析,单个零件或元件出现公差堆积。,在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在机构设计中，它是一个很重要的挑战。,单个零件和元件的公差堆栈,零件,3,零件,2,零件,1,20.00 0.30,15.00 0.25,10.00 0.15,45.00?,35.00?,13.00 0.20,10.00 0.15,12.00 0.10,零件,4,二,.,一般公差分析的理论,什麽地方使用公差分析 单个零件或元件出现公差堆积。零件 3零,堆栈公差分析过程,在堆栈公差时，有以下几种方法,:,手工,.,用电子资料表，比如,DELL Excel,模板,.,3.,转换名义尺寸，将公差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,堆栈公差分析过程在堆栈公差时，有以下几种方法:3.转换名义,一些产品要求的例子,:,装配要求,更换部件,；无固定的配对组装（多套模具或模穴）,功能要求,电子方面；,PWB,与弹片的可靠接触,结构方面；良好的滑动结构，翻盖结构，或机构装置,质量要求,外观；外壳与按键之间的间隙,其他,;,良好的运动或一些奇怪的杂音，零件松动,第一步,确定组装要求,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,一些产品要求的例子:第一步 确定组装要求3.转换名义尺,零件,3,零件,2,零件,1,零件,4,20.00 0.30,必要条件,(Gap 0),15.00 0.25,10.00 0.15,I,II,III,46.20,+0.20,-0.60,B,(d,2,),A,(d,1,),C,(d,3,),D,(d,4,),+,IV,必要条件,X,(d,Gap,),0,第二步,封闭尺寸链图,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,零件 3零件 2零件 1零件 420.00 0.30必要,46.00 0.40,46.20,+0.20,-0.60,45.60,+0.80,-0.00,从设计角度看，上图所有尺寸标注方法，其功能是相同。,按规则，设计者将使用双边公差,第三步,转换名义尺寸,零件,4,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,46.00 0.4046.20+0.2045.60+0.,名义值间隙是,:,d,Gap,=,名义值间隙。正值是空隙，负值是干涉,n,=,堆栈中独立尺寸的数量,d,i,=,尺寸链中第,i,个尺寸的名义尺寸,d,Gap,=-10.00-15.00-20.00+46.00=1.00,B,(d,2,),A,(d,1,),C,(d,3,),D,(d,4,),+,必要条件,X,(d,Gap,),0,第四步,计算名义尺寸,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,名义值间隙是:dGap=-10.00-15.0,一般应用比较多的公差分析模式是：,极值法,(Worst Case),，简称,WC,验证,100%,性能,简单并且最保守的手法,用于零件数量少的情况,用于产量不大的零件,统计法,(Root Sum of Squares),简称,RSS,统计手法，假设名义值在大批量加工零件的尺寸中心值,用于较多的零件或尺寸堆栈,用于产量达的零件,第五步,公差分析方法的定义,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,第五步 公差分析方法的定义3.转换名义尺寸，将公2.,1.,确定组装要求,统计法,(RSS),统计手法,正态分布可以求和所有的,变异,.,让我们用,WC,和,RSS,来计算这些变量，然后做个比较！,假设每个尺寸的,Cpk,指标是,1.33,并且制程是在中心,.,第五步,方法的定义,统计手法,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,C,二,.,一般公差分析的理论,1.确定组装要求统计法(RSS)统计手法让我们用,T,tot,=,最大的预期间隙变量,(,对称公差,).,n,=,独立尺寸的堆栈数量,.,T,i,=,第,i,个尺寸对称公差,.,极值法,(WC),间隙变量是个体公差的总和,.,T,tot,=0.15+0.25+0.30+0.40=1.10,最小间隙,X,min,=,d,Gap,T,tot,=1.00 1.10=0.10,最大间隙,X,max,=,d,Gap,+,T,tot,=1.00+1.10=2.10,增加,0.10,达到最小间隙的要求,(,d,Gap,0).,第六步,计算变异,WC,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,极值法(WC)Ttot=0.15+0.25+0.,统计法,(RSS),间隙变量是个体公差的平方和再方根,.,最小间隙,X,min,=,d,Gap,T,tot,=1.00 0.58=0.42,最大间隙,X,max,=,d,Gap,+,T,tot,=1.00+0.58=1.58,最小间隙的要求,(,d,Gap,0),完全达到,第六步,计算变异,RSS,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,T,tot,=,最大的预期间隙变量,(,对称公差,).,n,=,独立尺寸的堆栈数量,.,T,i,=,第,i,个尺寸对称公差,.,二,.,一般公差分析的理论,统计法(RSS)第六步 计算变异,RSS3.转换名,第六步,计算变异,WC or RSS?,以上的计算结果,WC:最小间隙,X,min,=,0.10 mm,RSS:最小间隙,X,min,=,0.42 mm,3.,转换名义尺寸，将公,差转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,二,.,一般公差分析的理论,第六步 计算变异,WC or RSS?以上的计算结果,当每个堆栈尺寸的公差为,0.10,时，通过,WC,和,RSS,方法计算组装公差,在,WC,和,RSS,方法之间百分比不同,二,.,一般公差分析的理论,当每个堆栈尺寸的公差为 0.10时，通过WC和RSS方法计,方法,WC,RSS,假设,所有尺寸都在公差极限范围内,.,所有尺寸都是正态分布,.,所有尺寸都是独立统计,.,尺寸的分布是全部没有偏差,.,所有公差体现的都是相同标准差数量,(,or s).,尺寸都是对称公差,.,风险,用于零件数量大，,WC,法将会零件公差小，良率低,.,零件成本高的风险,.,如果部分或所有,RSS,假设是无效的，结果的可靠性会降低,+/-,+,可以,100%,达到公差范围内计算，假设所有尺寸都在公差极限内是不现实的。,-,在极限值状态组装的机率是非常低的。,+RSS,是基于名义尺寸居中心，用概率统计理论分析零件尺寸的趋势。,+,比,WC,法，其成本较低。,-,太多的假设,WC,和,RSS,方法的假设,风险及,+/-,二,.,一般公差分析的理论,方法WCRSS假设所有尺寸都在公差极限范围内.所有尺寸都是正,一些指导原则，什么时候当用,WC,和,RSS,方法,在堆栈中，如果少于,4,个尺寸的,如果对这个