產(chǎn)品研發(fā)和制造工藝
一件產(chǎn)品，從有想法到完成，要經(jīng)過多個研發(fā)階段，并要精心設(shè)計每個階段，因此，產(chǎn)品研發(fā)是生產(chǎn)過程的重要前期工序，各階段之間會有許多相互影響。一般地，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計會使像質(zhì)達(dá)到最佳，像差最小，而實際上，影響清晰成像的主要原因有四個：
①與衍射相關(guān)的像差；
②與結(jié)構(gòu)相關(guān)的像差；
③材料缺陷；
④制造和裝配誤差。
通常，制造工藝只影響第②、③和④項，與衍射有關(guān)的像差是光學(xué)系統(tǒng)本身的固有性質(zhì)，并且不會受到影響。
1、研制階段
光學(xué)系統(tǒng)從概念到生產(chǎn)和裝配的研發(fā)過程一般包括下表所示步驟。
步驟1 光學(xué)系統(tǒng)研發(fā)
步驟2 光學(xué)設(shè)計
步驟3 光機(jī)設(shè)計 可能的閉環(huán)研發(fā)流程
步驟4 生產(chǎn)準(zhǔn)備
步驟5 元件制造
步驟6 光學(xué)系統(tǒng)裝配
在光學(xué)系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，還要考慮下列跨學(xué)科間的研發(fā)工序：
為系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計提供服務(wù)；
公差分析；
工裝和技術(shù)的可利用性；
價格和成本計算；
為了保證質(zhì)量，確定合適的測試方法
在研發(fā)過程中，必須對每種工序和步驟進(jìn)行多次循環(huán)，光學(xué)設(shè)計師、研發(fā)人員和制造工程師之間的密切合作可以將內(nèi)在誤差降至最小甚至完全排除。具有高公差精度的現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)要求對元件和組件開展與制造有關(guān)的研發(fā)和設(shè)計日益強(qiáng)烈。
2、研制周期
2.1研制過程
對于研發(fā)一個批量生產(chǎn)的光學(xué)系統(tǒng)，在為準(zhǔn)備生產(chǎn)進(jìn)行設(shè)計之前，必須通過幾個階段。作為例子，下表按照時序總結(jié)了發(fā)光二極管(LED)小型放大鏡的研制階段，其生產(chǎn)階段將在后續(xù)文章詳細(xì)討論。
研發(fā)階段分類
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序號 |
階段 |
例子(LED小型放大鏡，第1章) |
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研發(fā) 過程
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1 |
項目論證階段 |
對所有相關(guān)的光學(xué)和機(jī)械參數(shù)進(jìn)行調(diào)查和研究 |
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2 |
原型機(jī)設(shè)計階段
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對透鏡、機(jī)械部分、LED和電子裝置提出設(shè)計建議 |
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研發(fā)樣機(jī)研發(fā)階段 |
光機(jī)結(jié)構(gòu)，確定公差要求，研發(fā)樣機(jī)和模型 |
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4 |
生產(chǎn)計劃制定階段 |
人力資源、機(jī)器設(shè)備和外購的需求計劃，例如線路板生產(chǎn)，供應(yīng)和裝配 |
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5 |
項目計劃工程 |
制定生產(chǎn)文件，確定具體生產(chǎn)方式、數(shù)控(NC)程序 |
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6 |
采購 |
原材料和半成品材料、工具、輔料以及檢測設(shè)備的采購 |
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7 |
試生產(chǎn)階段 |
第一件成品(小型放大鏡樣品)生產(chǎn)，功能性樣品的裝配，部件測試 |
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8 |
批量生產(chǎn) |
批量生產(chǎn)，工藝分析，質(zhì)量監(jiān)控 |
研發(fā)過程的持續(xù)時間完全決定著光學(xué)產(chǎn)品的潛在市場導(dǎo)入，一種產(chǎn)品的成功或收益潛力在很大程度上取決于這些階段的優(yōu)化及早期市場導(dǎo)入，產(chǎn)品研發(fā)過程的日的是縮短從概念到市場的時間跨度，每個階段都會產(chǎn)生有代表性的活動，這些活動通常與產(chǎn)品無關(guān)。
項目論證階段包括提供技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求、確定質(zhì)量特性及可行性論證，在分類底中對重大的責(zé)任項目形成文件，并對研發(fā)專利和外包服務(wù)做出決定。
原型機(jī)研制階段將系統(tǒng)總功能分解成子系統(tǒng)功能，形成不同于系統(tǒng)的解決方案，特別是，該階段優(yōu)先要做的事是：清楚地了解所有重要特性，并選擇合適的方案以及形成質(zhì)量保證計劃。
設(shè)計階段是解決前面計劃中確定的生產(chǎn)任務(wù)和測試設(shè)備，先決條件是按照計劃完成對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、公差優(yōu)化和固定、工裝、調(diào)校對準(zhǔn)和測試裝置技術(shù)要求的編制該階段同時涵蓋有光學(xué)系統(tǒng)所有參數(shù)的設(shè)計和確定?，F(xiàn)代化軟件能夠提供CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)數(shù)據(jù)，也時常形成CAM(計算機(jī)輔助制造)和CAQ(計算機(jī)輔助質(zhì)量)數(shù)據(jù)，在設(shè)計階段后期，根據(jù)其中可能出現(xiàn)的錯誤及預(yù)防措施完成設(shè)計分析，還要制造出研發(fā)樣機(jī)和模型。
在設(shè)計階段文件的基礎(chǔ)上，進(jìn)入生產(chǎn)階段，根據(jù)內(nèi)部和/或外部生產(chǎn)的決定，選擇和評估供應(yīng)商，接著，匯聚該生產(chǎn)工藝所有必需的能力，包括生產(chǎn)性固定資產(chǎn)、測試設(shè)備、固定裝置和人力資源，然后，進(jìn)行風(fēng)險評估，例如可能出現(xiàn)的錯誤及對防錯方案的分析，在后續(xù)的項目計劃工程階段，要創(chuàng)建或完成生產(chǎn)文件，最后，對該生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，包括準(zhǔn)備詳細(xì)的工作計劃、數(shù)控(CNC)程序、操作說明書和技術(shù)政策。
采購階段主要關(guān)心生產(chǎn)性固定資產(chǎn)、測試設(shè)備和固定裝置的采購，首先，對供應(yīng)商提供的產(chǎn)品進(jìn)行驗收和評估；此外，獲取原材料、半成品和工裝，并根據(jù)是否適用審查驗收，優(yōu)化測試方法并評估其適用性。這些措施決定了試生產(chǎn)階段的條件，因此，開始試生產(chǎn)階段即零系列生產(chǎn)。對零系列生產(chǎn)的評估是對工藝能力的首次反饋，這種分析為制造工藝的可重復(fù)性提供了信息以及是否需要采取整治措施。
2.2風(fēng)險分析
對研發(fā)的所有新工藝和產(chǎn)品(批量生產(chǎn))的潛在風(fēng)險和錯誤要進(jìn)行分析。對質(zhì)量偏差的每次分析都要聯(lián)系到所有的相關(guān)零件，根據(jù)質(zhì)量規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)(例如DINEN ISO9000)，將這些結(jié)果匯編，以形成文件。
2.3書面發(fā)布
完成每個研發(fā)階段后，都要進(jìn)行審計，并為進(jìn)入下一階段做書面發(fā)布。項目初期，確定一支隊伍負(fù)責(zé)該項目，項目經(jīng)理監(jiān)督和協(xié)調(diào)各階段中每項活動的執(zhí)行情況，要特別注意其他部門或外協(xié)合同承擔(dān)的各項任務(wù)。
2.4文件
每個項目的研發(fā)都要有記錄，以了解時序和資源計劃，并將所有的重大活動形成文件。由于在項目研發(fā)過程中會有不同程度的偏離，所以，為了能夠全面地進(jìn)行校正，必須建立交接點，由研發(fā)隊伍的領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)。文件和項目計劃控制是后期重新研究生產(chǎn)工藝的必要條件。分析錯誤需要完整有序地進(jìn)行迫溯評價，持續(xù)不斷的改進(jìn)(CI)是優(yōu)化制造順序和工藝以及將重復(fù)性錯誤減至最少的正確方法。
