1、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公差分析 內(nèi) 容一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景二.一般公差分析的理論變異下偏差上偏差目標(biāo)規(guī)格范圍1. 加工制程的變異材料特性的不同設(shè)備或模具的錯(cuò)誤工序錯(cuò)誤 / 操作員的錯(cuò)誤模具磨損標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤2. 組裝制程的變異工裝夾具錯(cuò)誤組裝設(shè)備的精度兩種主要的變異類型一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景變異控制解決方案制程的選擇制程的控制 (SPC)產(chǎn)品的檢查技術(shù)的選擇優(yōu)化的設(shè)計(jì)公差分析變異控制從加工制造從產(chǎn)品設(shè)計(jì)Aim高質(zhì)量高良率低Low FFR一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景變異的一般分布圖正態(tài)分布雙峰分布（非正態(tài)分布）偏斜分布（非正態(tài)分布） 2826242220181610050045678910 1

2、10102030405060一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景99.9937 %-3 -4 -5 -6 +3 +4 +5 +6 99.73 %99.999943 %99.9999998 %-2 -1 +2 +1 變形點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)差, (s or)數(shù)據(jù)的百分比，在給定的西格瑪 ()范圍95.46 %68.26 %平均值, (x or)正態(tài)分布的特點(diǎn)依概率理論計(jì)算,99.73%的樣本將落在+/3的范圍內(nèi),只有很小的概率(0.27%)不在+/3的范圍內(nèi),由于小概率事件一般不會(huì)發(fā)生,故可認(rèn)為不會(huì)有尺寸在規(guī)格之外一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景正態(tài)分布的參數(shù)平均值 (x) 分布的位置范圍 (R) 最大值與最小值之間的

3、距離標(biāo)準(zhǔn)差 (s) 反映樣本內(nèi)各個(gè)變量與平均數(shù)差異大小的一個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù) 最常用的量測(cè)法，量化可變性變量 (s2) 標(biāo)準(zhǔn)差的平方minmaxR1n)X(Xn1i2isxxxxNN12.2s一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景總體參數(shù)m = 總體平均值s = 總體標(biāo)準(zhǔn)差總體參數(shù)與樣本統(tǒng)計(jì)總體現(xiàn)有的及將來會(huì)出現(xiàn)的所有單元或個(gè)體我們將永遠(yuǎn)都不可能知道的真實(shí)總體樣本從總體提取的單元或個(gè)體的子集用樣本統(tǒng)計(jì)，我們可以嘗試評(píng)估總體參數(shù)msxs樣本統(tǒng)計(jì)x= 樣本平均值s = 樣本標(biāo)準(zhǔn)差一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景Process variation3s制程性能指標(biāo) CPK參數(shù)Cpk是制程性能指標(biāo)sLT是標(biāo)準(zhǔn)差LSL是規(guī)格的

4、下限USL是規(guī)格的上限mean 是實(shí)際制程的平均值USL-meanLSLSample meanNominal valuemean - LSLUSLProcess variation3sTolerance rangeC一.統(tǒng)計(jì)學(xué)用于公差分析的背景這部分主要是說明怎樣應(yīng)用公差分析這個(gè)工具，去確保產(chǎn)品適合最終確定的產(chǎn)品功能和質(zhì)量的要求的過程。二.一般公差分析的理論公差分析的優(yōu)點(diǎn)公差分析:驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量水平.帶較少缺點(diǎn)的良率產(chǎn)品.預(yù)防生產(chǎn)重工和延誤.降低產(chǎn)品的返修率(降低成本).二.一般公差分析的理論什麼地方使用公差分析 單個(gè)零件或元件出現(xiàn)公差堆積。在公差堆積中，用公差分析可以確定總的變異

5、結(jié)果。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，它是一個(gè)很重要的挑戰(zhàn)。單個(gè)零件和元件的公差堆棧零件 3零件 2零件 120.00 0.3015.00 0.25 10.00 0.1545.00 ?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論堆棧公差分析過程在堆棧公差時(shí)，有以下幾種方法:手工.用電子資料表，比如DELL Excel 模板.3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論一些產(chǎn)品要求的例子:裝配要求更換部件；無固定的配對(duì)組裝（多套

6、模具或模穴）功能要求電子方面；PWB與彈片的可靠接觸結(jié)構(gòu)方面；良好的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，翻蓋結(jié)構(gòu)，或機(jī)構(gòu)裝置質(zhì)量要求外觀；外殼與按鍵之間的間隙其他; 良好的運(yùn)動(dòng)或一些奇怪的雜音，零件松動(dòng)第一步 確定組裝要求3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論零件 3零件 2零件 1零件 420.00 0.30必要條件(Gap 0)15.00 0.2510.00 0.15IIIIII46.20+0.20- 0.60B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+IV必要條件X(dGap) 0第二步

7、 封閉尺寸鏈圖3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論46.00 0.4046.20+0.20- 0.6045.60+0.80- 0.00從設(shè)計(jì)角度看，上圖所有尺寸標(biāo)注方法，其功能是相同。按規(guī)則，設(shè)計(jì)者將使用雙邊公差第三步 轉(zhuǎn)換名義尺寸零件 43. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論niiGapdd1名義值間隙是:dGap= 名義值間隙。正值

8、是空隙，負(fù)值是干涉n= 堆棧中獨(dú)立尺寸的數(shù)量di= 尺寸鏈中第i個(gè)尺寸的名義尺寸 dGap = - 10.00 - 15.00 - 20.00 + 46.00 = 1.00B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+必要條件X(dGap) 0第四步 計(jì)算名義尺寸3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論一般應(yīng)用比較多的公差分析模式是：1.極值法 (Worst Case)，簡(jiǎn)稱WC驗(yàn)證 100 % 性能簡(jiǎn)單并且最保守的手法用于零件數(shù)量少的情況用于產(chǎn)量不大的零件2.統(tǒng)計(jì)法(R

9、oot Sum of Squares),簡(jiǎn)稱RSS統(tǒng)計(jì)手法，假設(shè)名義值在大批量加工零件的尺寸中心值用于較多的零件或尺寸堆棧用于產(chǎn)量達(dá)的零件第五步 公差分析方法的定義3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論1. 確定組裝要求統(tǒng)計(jì)法 (RSS) 統(tǒng)計(jì)手法正態(tài)分布可以求和所有的變異.讓我們用 WC 和 RSS來計(jì)算這些變量，然后做個(gè)比較！ssssstot242322212niitottottottotTTTTTTTTTTTTTTTTT12242322212423222122

10、423222121616161616假設(shè)每個(gè)尺寸的 Cpk 指標(biāo)是1.33并且制程是在中心.第五步 方法的定義, 統(tǒng)計(jì)手法3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸C二.一般公差分析的理論niitotTT1Ttot= 最大的預(yù)期間隙變量(對(duì)稱公差) .n= 獨(dú)立尺寸的堆棧數(shù)量.Ti= 第i個(gè)尺寸對(duì)稱公差.極值法 (WC)間隙變量是個(gè)體公差的總和.Ttot= 0.15 + 0.25 + 0.30 + 0.40 = 1.10最小間隙 Xmin=dGapTtot= 1.00 1.10 = 0.10最大間隙 Xmax

11、=dGap+Ttot= 1.00 + 1.10 = 2.10 增加0.10達(dá)到最小間隙的要求(dGap0).第六步 計(jì)算變異, WC3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論統(tǒng)計(jì)法 (RSS)間隙變量是個(gè)體公差的平方和再方根.最小間隙 Xmin=dGapTtot= 1.00 0.58 = 0.42最大間隙 Xmax=dGap+Ttot= 1.00 + 0.58 = 1.58最小間隙的要求(dGap0)完全達(dá)到58. 0335. 040. 030. 025. 015. 0

12、2222totTniitotTT12第六步 計(jì)算變異, RSS3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要求計(jì)算名義尺寸Ttot= 最大的預(yù)期間隙變量(對(duì)稱公差) .n= 獨(dú)立尺寸的堆棧數(shù)量.Ti= 第i個(gè)尺寸對(duì)稱公差.二.一般公差分析的理論第六步 計(jì)算變異, WC or RSS ?以上的計(jì)算結(jié)果WC: 最小間隙Xmin=0.10 mmRSS: 最小間隙Xmin=0.42 mm3. 轉(zhuǎn)換名義尺寸，將公差轉(zhuǎn)成對(duì)稱公差2. 建立封閉尺寸鏈圖1. 確定組裝要求6. 按要求計(jì)算變異5. 確定公差分析的方法4. 按要

13、求計(jì)算名義尺寸二.一般公差分析的理論當(dāng)每個(gè)堆棧尺寸的公差為 0.10時(shí)，通過WC和RSS方法計(jì)算組裝公差在WC 和 RSS方法之間百分比不同二.一般公差分析的理論方法WCRSS假設(shè)所有尺寸都在公差極限范圍內(nèi).所有尺寸都是正態(tài)分布.所有尺寸都是獨(dú)立統(tǒng)計(jì).尺寸的分布是全部沒有偏差.所有公差體現(xiàn)的都是相同標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)量 ( or s).尺寸都是對(duì)稱公差.風(fēng)險(xiǎn)用于零件數(shù)量大，WC法將會(huì)零件公差小，良率低.零件成本高的風(fēng)險(xiǎn).如果部分或所有RSS 假設(shè)是無效的，結(jié)果的可靠性會(huì)降低+/-+ 可以100%達(dá)到公差范圍內(nèi)計(jì)算，假設(shè)所有尺寸都在公差極限內(nèi)是不現(xiàn)實(shí)的。- 在極限值狀態(tài)組裝的機(jī)率是非常低的。+ RSS 是

14、基于名義尺寸居中心，用概率統(tǒng)計(jì)理論分析零件尺寸的趨勢(shì)。+ 比WC法，其成本較低。- 太多的假設(shè)WC 和 RSS 方法的假設(shè), 風(fēng)險(xiǎn)及+/-二.一般公差分析的理論一些指導(dǎo)原則，什么時(shí)候當(dāng)用 WC 和 RSS 方法在堆棧中，如果少于4個(gè)尺寸的如果對(duì)這個(gè)制造工藝了解不足夠的在堆棧中，如果有4個(gè)或多于4個(gè)尺寸的只要有可能就嘗試用它當(dāng)對(duì)制造工藝非常了解（舊的類似零件）二.一般公差分析的理論 6方法與DELL公差分析表格統(tǒng)計(jì)學(xué)的計(jì)算方法假定：各個(gè)尺寸的發(fā)生概率按數(shù)理計(jì)算，同時(shí)大多數(shù)情況下符合正態(tài)分布，分布以概率密度的高斯曲線描述，“x”尺寸的時(shí)間概率按下面公式計(jì)算： 高斯的形狀由兩個(gè)參數(shù)描述，中心值定義結(jié)

15、果尺寸出現(xiàn)頻率最高的位置，標(biāo)準(zhǔn)差定義了曲線的“細(xì)長(zhǎng)比”。 標(biāo)準(zhǔn)差變化的高斯曲線：二.一般公差分析的理論第六步 計(jì)算變異, RSS 高斯曲線和定義的零件的極限尺寸的交集為目標(biāo)制程良率，超出曲線的為不良率： 通常工程領(lǐng)域，制造制程常常設(shè)置滿足有效等級(jí)3。意味著結(jié)果尺寸的上限UL和下限 LL在中心值的3以內(nèi)。在高斯曲線的上下限以內(nèi)等于總集合的99.73%，這個(gè)區(qū)域的産品符合規(guī)格要求。超出的部分比率爲(wèi) 0.27% ，爲(wèi)尺寸超出的産品。二.一般公差分析的理論第六步 計(jì)算變異, RSSRSS方法依據(jù)假設(shè)各個(gè)局部零件在3制程能力（質(zhì)量）下制造。極限值由此符合容許空間+/-3，標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)置如下：封閉零件尺寸爲(wèi)平

16、均值以及標(biāo)準(zhǔn)差：二.一般公差分析的理論6方法通常工程領(lǐng)域，制造制程常常傳統(tǒng)地設(shè)置滿足有效等級(jí)3。大約百萬個(gè)産品中2700個(gè)不良。盡管這些超出地産品起初看起來非常良好，但在一些産品領(lǐng)域，越發(fā)不足。除此之外，從長(zhǎng)期來看幾乎不可能保證制程特性曲線地中心值完全在容許范圍地中心。以防大批量生産時(shí)的制程曲線的中心值隨著時(shí)間的推移而偏移，由于變化因子的影響（錯(cuò)誤的組裝，工具和夾具的磨損，溫度變化等等。）1.5的偏移是典型的，對(duì)于接近3等級(jí)的制程能力，表現(xiàn)爲(wèi)超出公差的比率爲(wèi)百萬分之67000。 很明顯在此等級(jí)的制程損壞是不可接受的。因此，最近“6”的方法越來越被廣泛使用在評(píng)估制程質(zhì)量上。方法的概念是獲得制程特性的中心值是在距離兩個(gè)公差極限值6范圍內(nèi)。在此有效制程條件下，即使1.5的偏移産生，也可保證百萬分之3.4的超出公差的比率。二.一般公差分析的理論 6的方法相對(duì)較新，它變得廣泛而流行是在1980s和1990s。第一次是由Motorola公司運(yùn)用于實(shí)際而主要在美國(guó)被使用。它適用于高質(zhì)量的制造流程和制程曲線會(huì)偏移的大批量生産中。“6”防范是標(biāo)準(zhǔn)“RSS”的修改同時(shí)引入兩個(gè)新的參數(shù)，(Cp, Cpk) ，被成爲(wèi)制程能力指數(shù)。這些能力指數(shù)被用于評(píng)估制造流程的質(zhì)量。 Cp值用于對(duì)照傳統(tǒng)的3制程能力而評(píng)估制造流程的質(zhì)量。 對(duì)于容許空間+/-3，Cp等于1。對(duì)于高質(zhì)量