导读：
产品设计工程师需要关心冲压件排样，从而合理设计冲压件外形结构，以减小材料浪费、降低冲压件成本。
01排样仅仅是模具工程师的职责？
很多产品设计工程师在进行冲压件设计时，把冲压件的零件3D图和2D图设计完毕就算是完成了任务。
他们根本上不去考虑冲压件在冲压时是如何排样、更不会主动去考虑通过设计优化来提高冲压件的材料利用率和降低成本。
▲冲压件排样
而且不少工程师在讨论这个话题时，义正言辞的说：我为什么要去管冲压件的排样？这不是模具工程师的事情吗？
▲冲压模具
这绝对不仅仅模具工程师的事情！
02传统模式下的冲压件开发
当今的产品开发是一件非常复杂的工程，往往需要一个庞大的由不同职能部门组成的产品开发团队，包括市场、项目管理、产品设计、模具、生产线、采购和质量等。
按照现代化的产品开发体系，不同职能部门依托自身专业背景，能够专注于擅长的工作。这种精确的职能分工很利于提高产品开发的效率和质量。
可以想象，现代化的产品开发如果只有一个职能部门，那么这个职能部门的人必须是全才，既精通产品设计、又精通模具、又精通生产、又精通质量、还必须精通成本等等，可是又去哪里找这样的全才呢？
既然全才不多见，那么不得不进行分工。但是据我观察，这常常会走向另外一个极端，即一个职能部门的人仅仅精通于自身的专业、熟悉自身的工作职责、有着自身的利益和考核目标。
这样的后果就是忘了初心，忘了整个团队的共同目标，包括产品质量、产品成本和产品上市时间等，其中以产品成本为甚。
一个简单和典型的例子就是是冲压件设计。
在产品开发中，产品设计工程师的工作职责是根据产品的功能、外观和可靠性等要求，进行冲压件的零件设计，如图所示：
模具工程师拿到零件设计的3D图和2D图之后，根据产能、尺寸精度等要求进行冲压件的排样、模具的设计和加工等。
这是很多企业在冲压件开发过程中的正常流程。有问题吗？
这里面隐藏着一个很大的问题，即成本问题，冲压件成本的主要动因之一是生产冲压件所需要的金属材料，而金属材料用量多少取决于排样尺寸。
在传统的冲压件开发流程中，冲压件的零件设计决定了排样尺寸，但偏偏产品设计工程师不懂排样或者不关注排样；而模具工程师懂如何排样，但冲压件设计的主动权不在其手上。
对于产品设计工程师来说，他的工作职责是零件设计，3D图和2D图完成，他的设计工作就完成了一大半，至于在冲压时候的排样，这完完全全是模具的职责范围，与他无关。
或者，产品设计工程师不熟悉模具知识，根本上就不清楚是如何排样的，那么就更不可能去关心排样了。
而对于模具工程师来说，他的工作职责是根据产品设计工程师提供的3D图和2D图进行模具设计和加工，冲压排样是其中的一项工作之一。
而至于排样是否经济、是否可以通过零件设计来优化，这不是模具工程师的工作。只要模具设计和加工不是很难，就按照零件设计的图纸正常去排样即可。
即使模具工程师有心想要去优化排样，他们把零件优化的建议转达给产品设计工程师，很多时候他们得到的答复是“这是产品的功能要求，设计改不了”，一句话就被搪塞过去了。
如果模具工程师再继续追问，那就是越界了，产品设计会发飙。以后，模具工程师可能再也不会提供优化建议了。
所以，在传统的冲压件开发流程下，很难把冲压件的成本降低。在上面的案例中，如果我们把冲压件展开、进行排样，我们会发现材料的利用率很低，大部分的材料都是作为废料浪费了。
▲排样示意图（灰色为冲压件，红色为废料）
03DFC模式下的冲压件设计
在面向成本的产品设计（Design for Cost， 简称DFC或降本设计）模式下，产品成本是整个产品开发团队必须考虑的一个重要目标，其中主要负责人是产品设计工程师。
这就要求产品设计工程师在进行冲压件的设计时，与模具工程师等进行高效的团队合作，千方百计的优化冲压件设计，从而降低冲压件成本，确保冲压件成本做到最低。
《面向成本的产品设计：降本设计之道》第8章介绍了冲压件的DFC流程中，明确定义了不同阶段产品设计工程师和模具工程师的职责。
▲冲压件的DFC流程
例如，在开发阶段，产品设计工程师的职责包括：
详细设计：针对选定的概念设计模型，进行详细的冲压件设计。详细设计时，主要需要考虑冲压件的可制造性、可装配性、以及满足产品的各种设计要求等，同时与冲压模具工程师合作，详细设计出冲压件的排样方式和搭边值的大小，并考虑如何去降低冲压成本。
CAE分析：分析冲压件的结构是否满足产品力学方面的要求，这主要是通过Ansys软件进行；
成本计算：在这一阶段，冲压件的材料类型和壁厚、长宽、排样方式、以及生产效率等已经大致确定，可较准确的计算冲压成本。并通过成本计算，优化以上因素，例如调整冲压件结构以利于排样，从而降低冲压成本；
设计验证：通过使用数控加工等方法制造出实际的样品，进行组装以验证产品的可装配性，并进行相关的测试以验证产品设计是否满足各种设计要求。
在开发阶段，冲压模具工程师的职责包括：
可制造性的建议；当产品结构工程师对冲压件的加工有疑问时，提供建议和帮助；
可制造性分析：通过Autoform等软件，分析和判断冲压件是否适合制造、制造缺陷和不良率如何；
详细生产规划：根据冲压件批量的大小，选定冲压模具的类型和冲压生产方式，并确定冲压件的排样方式及相关尺寸；
冲压模具和冲压生产线设计和制造；进行冲压模具和冲压生产线的设计和制造；
在上面的案例中，产品设计工程师在进行冲压件设计时，发现现有的设计造成排样时材料浪费很严重，那么就会千方百计的去减小冲压件的宽度尺寸，把冲压件的材料成本减少到只有原来的一半。
▲减小冲压件外形
▲优化后的排样示意图（废料大幅减小）
通过优化，假设每个零件材料成本节省0.1元，零件年用量为1百万个，那么每年可以为企业节省10万元，如果年用量为1千万个，则可以节省100万元。
所以，千万千万不要小看大批量生产的情况下，一个简简单单的设计优化对冲压件成本的节省。
通过排样来降低冲压件成本仅仅是钣金件降本设计的其中一个方法，更多钣金件的降本设计请参考《面向成本的产品设计：降本设计之道》第8章。
▲冲压件降本设计总览
—END—
作者简介：钟元，著有书籍《面向成本的产品设计：降本设计之道》和《面向制造和装配的产品设计指南》
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