Tervezés gyártásra (DFM) (Gyártáshelyes tervezés)

Tervezés gyártásra (DFM) (Gyártáshelyes tervezés)

2010.10.30.

igények tervezés termék előírások (specifikációk)

Szempontok: • minőség • megbízhatóság • robusztusság • környezetvédelem • gyárthatóság • karbantartás • esztétika, ….

Általános elvek: • az ördög a részletekben rejlik • sokrétű, sokszor ellentmondásos célok • mérőszámok alkalmazása • a nagyléptékű fejlesztések kreativitásigénye magas • a jól kidolgozott módszerek segítik a döntéshozatalt

DFMA módszer – Együttműködik CAD rendszerekkel (pl. ProEngineer). Lefedett szakterületek:

A DFMA folyamatterve

A DFMA folyamatterve

A DFMA módszer a terméktervezői munkához a következő támogatásokat nyújtja:

A tervezőrendszer két fő modulja és azon belüli lehetőségek:

1.

Design for Assembly - szereléshelyes tervezés

2.

Design for Manufacture – gyártáshelyes tervezés (DFM)

(DFA)

-A szerelés nehézségi körülményeinek vizsgálata -Az automatikus szerelésre való alkalmasság javítási feladatai

-Szerelési időszükséglet és költség meghatározása -Hatékonysági mutatók számítása

-A szerelés nehézségét okozó körülmények vizsgálata

-A robotos szerelésre való alkalmasság javítási feladatai -A robotos szerelés időszükséglet és költség meghatározása

-Hatékonysági mutatók számítása

A tervezőrendszer két fő modulja és azon belüli lehetőségek:

Gyártáshelyes tervezés Tervezési szabályok

Hatásuk a teljesítményre

Az alkatrészek számának minimalizálása

A szerelés egyszerűsödése, munkaidő csökkenés, anyagmozgatási és raktározási költségek csökkenése, minőség növekedés

Azonos alkatrészek alkalmazása a termékcsaládban (csereszabatosság)

Anyagmozgatási és raktározási költségek csökkenése, termelékenység növekedés, gazdasági előnyök

A beállítások, igazítások kiküszöbölése

A szerelési hibák csökkenése (minőség növekedés), az automatizálási fok növekedése, kapacitás, termelékenység növekedés

Vasalatok kiküszöbölése

A szerelés egyszerűsödése (minőség növekedés), munkaidő csökkenés, nyikorgás, zörgés csökkenése, tartósság növekedése, az automatizálási fok növekedése,

A sablonok, modellek mellőzése

Az átállítások költségének csökkenése, beruházás csökkenés

Tervezési szabályok

Hatásuk a teljesítményre

Szabványosítás

A szerelés egyszerűsödése, munkaidő csökkenés

Bonyolult alkatrészek mellőzése

A szerelés egyszerűsödése, munkaidő csökkenés, a szerelési hibák csökkenése

Modul egységek képzése

Anyagmozgatási és raktározási költségek csökkenése, termelékenység növekedés, a szerelés egyszerűsödése

Többfunkciós alkatrészek tervezése

Anyagmozgatási és raktározási költségek csökkenése, termelékenység növekedés, a szerelés egyszerűsödése

Szállítás minimalizálása

Anyagmozgatási és raktározási költségek csökkenése

A bonyolult szerszámok, berendezések használatának kerülése

Az átállítások költségének csökkenése, termelékenység növekedés

Elérhetőség biztosítása

anyagmozgatási és raktározási költségek csökkenése

Műveletek és folyamatok minimalizálása

termelékenység növekedés, a szerelési hibák csökkenése

Tervezési szabályok

Hatásuk a teljesítményre

Alkalmazzunk robusztus tervezést

A szerelési pontatlanságok teljesítményrontó hatása csökken

Tervezzünk úgy, hogy a szerelés csak Hibás szerelés kiküszöbölése korrekt módon legyen elvégezhető (fool-proof)

Kerüljük az éles sarkokat, növeljük a lekerekítési sugarakat

Fokozódó pontosság

Ne írjunk elő a szükségesnél szorosabb tűréseket

Megmunkálás teljesítménynövelése, megfelelőség javítása, költségcsökkentés

Ne írjunk elő a szükségesnél finomabb felületi minőséget

Megmunkálás teljesítménynövelése, megfelelőség javítása, költségcsökkentés

Azaz : Csökkents, egyszerűsíts, kombinálj, minimalizálj, szabványosíts, termelékenységet növelj, …

Gyártásra tervezés Felhasználható adatok, információk: •Vázlatok, rajzok •Változatok •Termék előírások, specifikációk •Termelési és szerelési folyamatok •Árkalkulációk, kapacitási adatok, megrendelés-állomány

A gyártásra tervezés folyamata: Javasolt terv

Gyártási költségek becslése Alkatrészek költségének csökkentése

Szerelési költségek csökkentése

A változtatások hatásának elemzése Gyártási költségek újraszámolása

Megfelel?

I Elfogadott terv

Támogató folyamatok költségének

Gyártási költségek Szerelés

Alkatrészek

szabványos

Alapanyag

egyedi

Előállítás

munkaerő

berendezések szerszámok

Rezsi

fenntartás

Szerszámozás Fix költségek

Gyártási költségek Változó költségek

közvetett kiadások

Az alkatrészek költségének csökkentése: • a gyártási folyamat korlátainak ismerete

• méretek, görbületi sugarak, hozzáférhetőség, • tervezési segédletek • a költségösszetevők pontos ismerete • az alkatrészek újratervezése: • a gyártási folyamatok egyszerűsítése • helyettesítő műveletek • műveletek összevonása • a sorozatnagyságok optimális meghatározása • az alkatrészek, folyamatok szabványosítása • „fekete-doboz” szerinti alkatrész beszerzés

A szerelés költségének csökkentése: • szerelésre tervezés (DFA) • a szerelés legkisebb elméleti és valós idejének meghatározása, a szerelési hatékonyság meghatározása (DFA index) • az alkatrészek elméleti minimumának meghatározása: • mozgó alkatrész ? • eltérő anyagból készül? • a hozzáféréshez, szereléshez, javításhoz el kell távolítani?

A szerelés költségének csökkentése: • az alkatrészek integrálása • multi funkciós alkatrészek tervezése • a szerelés bonyolultságának maximális csökkentése • az alkatrész optimális jellemzői • felülről történő szerelés (z- tengely) • önbeálló • nincs szükség beállításra • egy kezes szerelés • szerszám nélküli szerelés • egyetlen lineáris mozdulattal történő szerelés • a beépítés után az alkatrész rögzített marad • a szerelés részleges vagy teljes áthárítása a vevőre

A fenntartási folyamatok költségeinek csökkentése: • az alkatrészek számának csökkentése => leltározási, szállítási költségek csökkenése • a gyártási rendszer bonyolultságának csökkentése • hibabecslés, megelőzés • a hasonló alkatrészek megkülönböztetése (színkódok)

A gyártásra tervezés hatása:

• • • •

a fejlesztési időre a fejlesztési költségekre a termékminőségre külső tényezőkre: • újrahasznosítás • életciklus-költségek

Összegzés  Mi a DFM?  A DFM olyan terméktervezés, amely figyelembe veszi a gyártási követelményeket  A DFM az első olyan lépés, amelyben csoportmunkát alkalmazunk a termék kifejlesztésére  A DFM több eszközt és technikát magába foglaló keret a gyártható termék létrehozására

 Miért alkalmazzuk a DFM-et?     

Alacsonyabb fejlesztési költség Rövidebb fejlesztési idő Rövidebb idő a gyártás megkezdéséig Alacsonyabb szerelési és tesztelési költségek Jobb minőség

Bevezetés  Hogyan illenek össze az alkatelemek?  A DFM célja a könnyen gyártható termék koncepciójának meghatározása  Az alkatelemek tervezésére összpontosít a gyártás és az összeszerelés megkönnyítése érdekében  A tervezésbe integrálja a gyártást a követelmények legjobb kielégítésének biztosítására  A DFM az iparban jellemzően 2 fő tevékenységre oszlik:  Egyik team a termék fejlesztéséért és kibocsátásáért felelős. (keresztfunkciós team: ME, EE, MFG., CE, PE, Quality)  Azoknak a DMF eszközöknek az alkalmazása, amelyek biztosítják, hogy a tervezés megfeleljen a céloknak.

Bevezetés Mennyibe kerülnek a változtatások, miután a tervezési projekt elindult? 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

Költség

Tervezés

Teszt

Techn.

Gyártás

Bevezetés Mikor fordítjuk rá a költségeket? 100 90 80 70 60 Felmerült Ráfordított

50 40 30 20 10 0 Tervezés

Teszt

Techn.

Gyártás

Bevezetés  Jelenlegi gyártási gyakorlat  Globális verseny  A kereskedelmi gátakat megszüntették (NAFTA)  Az egész világon a legjobbal kell versenyezni  Japán, Europa, India, Mexikó, stb  Off shore infrastruktúra megoldások

 Minőségi követelmények  ISO 9000  Six Sigma (Motorola Inc)

 Termék Életciklus  Egyre rövidül  A változás mértéke fokozódik

 Költség  A költségek évente csökkenek (a vásárló elvárja az árak csökkenését)  Teljesítőképesség évről évre növekszik

Bevezetés: a gyártás globalizálódása Gyártó: Kína, Írország

Gyártó: Kína Gyártó: Kína, Írország

Gyártó: Mexikó, Kína, Taiwan, Fülöp-sz.

Gyártó: Japán, Thaiföld, Németo. Fülöp-sz.

Gyártó: Malaysia

Gyártó: Thaiföld, Szingapur, Magyaro., Fülöp-sz. Gyártó: Szingapur, Thaiföld

 Terméktervezés ma  Fejlesztési ciklus  Végtelen mérnöki változtastások  A nem szabványos alkatelemek hosszú bevezetési ideje  Minőség  “Megtervezzük, majd kidobjuk”  A sok alkatelem kézi eljárások és ellenőrizetlen elemek miatt gyengébb  Egyéni fogyasztói igény menedzselése  Költség  Az egyedi tervezés és alkatelemek miatt magas  Gyártóberendezés és szerszámok  Megbízhatósági és minőségi problémák

A DFM tipikus alkalmazása  Termékfejlesztés folyamatában  Koncepcionális tervezés és megtervezés szakasza, DESIGN  Termék optimalizálás, TEST  TOOL BUILD (a gyártás egyszerűsítése)  LAUNCH, gyártásindítás, kiszállítás, vevőhöz való eljuttatás start

Product Development team making it happen!! - Product requirements and deliverables - DFM tools and methods

 A termékfejlesztő team

 Termék követelmények  Együttműködő keresztfunkcionális team (ME, EE, MFG, Test, Minőség, etc.). Nem „vákuumban tervez”  Használja a DFM eszközöket és módszereket

finish

Design

Test

Tool Build

Launch

Product Development Steps

DFM eszközök és és módszerek  Eszközök és módszerek  Tervezés szerelésre (DFA), (IBM gyakorlata)  Hibamód és Hatáselemzés (FMEA), (Sun példájára)  Taguchi Módszer, (Hitachi gyakorlata)  Értékelemzés -”Érték tervezés” (HP példája)  Minőségjellemzők kifejtése (QFD), (Hitachi)  Csoport technológia, (IBM példája)  Költségmenedzsment és -optimalizálás, SPC, SixSigma (Motorola), TQC, stb

A DFM eszközei: DFA irányelvek - A szerelés egy irányban legyen végezhető “tops down” -Igazításra ne legyen szükség -Ne legyenek rejtett részletek

- Ellenőrzéshez felülről lehessen hozzáférni

- Szerelt egységekkel kerüljük a nehezen megfogható apró elemeket

- Elég nagy furatátmérők (ha túl mélyek, iránypontosság?) - Minden rögzítéshez közös bázis -Közös bázissík a szereléshez

- Könnyen gyártható alkatrészek - Standard elemek (egy csavartípus)

- Önmegvezető alkatelemek

- Kerüljük a rögzítők használatának keveredését - Képezzünk két tengelyre szimmetriát -A (fröccs)öntést minimális számú lyukkal végezzük (felöntési hulladék) -Standard forgácsolószerszámok

- Alsó megvezetés

DFM eszközök: DFA irányelvek 

A DFA irányelvek összefoglalása 1. Minimalizáljukaz alkatrészek számát 2. Használjunk szabványosat és azonos elemeket 3. Tervezzünk egyszerűen gyártható elemeket (pl. utólagos forgácsolás nélküli öntvények) 4. Minimalizáljuk a szerelési síkok számát (Z-axis) 5. Használjunk standard szerszámfejeket, fúrókat, eszközöket 6. Kerüljük a szűk furatokat (forgácsok, egyenesség, eltömődés) 7. Használjunk közös méretet a szerszámrögzítéshez 8. Minimalizáljuk a szerelési irányokat 9. Maximalizáljuk a hozzáférhetőséget; szerelésre tervezés 10. Minimalizáljuk a kézi műveleteket 11. Küszöböljük ki az utólagos állítást 12. Használjunk ismételhető, jól ismert folyamatokat 13. Tervezzük az alkatelemeket a hatékony tesztelés lehetőségére 14. Kerüljük a rejtett részleteket 15. Alkalmazzunk megvezetésre alkalmas kiképzéseket 16. Hozzunk létre szimmetriát két irányban 17. Kerüljük az összekuszálás lehetőségét. 18. Tervezzünk önmegvezető (önpozicionáló) elemeket.

DFM eszközök és módszerek  FMEA (Failure Mode and Effects Analysis)  A meghibásodások okait és hatásait vizsgáló módszer.  Kimutatja azokat a kialakításokat és összeállításokat, melyek leginkább hajlamosak a meghibásodásra.  Segíti a korrektív intézkedések meghatározását és prioritásaik megállapítását.  Jelzi, hol tehetők a leghatásosabb intézkedések a hatás súlyossága, a hiba gyakorisága aé a kimutathatósága tekintetében.  Széleskörűen alkalmazott, gyártást támogató módszer (Mil standards, SAE, ANSI Specifikációk)

DFM Tools and Methodology  FMEA módszer  A következő oldalon egy merevlemez meghajtóra vonatkozó egyszerű példa  Az alkalmazott eljárás:  Az alkatelem és a hibamód közötti korreláció súlyszáma:  9 for a “A”- erős korreláció.  3 for a “B”- korreláció fennáll.  1 for a “C”- korreláció létezhet  Súlyozzuk az alkatelemeket például, 1, 4, 9, 16 súlyszámokkal.  Összegezzük az értékeket vízszintesen.  Számítsunk százalékos értékeket.  A százalékos értékek kifejezte prioritásokat alkalmazzuk, mikor az egyes alkatelemeket felülvizsgáljuk.

DFM eszközök és módszerek  FMEA egy merevlemez meghajtó egységre Hibamódok

Fontossági súlyszám

Szerelési egységek

Parts Weight

Flux clean

16

A/144

Heat sink 16

A/144

A/144

Solder

4

C/12

C/12

Holder

9

Cable align

Bent HGA

Touch up

Flash

Gross Weight

Percent

C/48

A/144

336

42

288

36

96

12

81

10

A/36

A/36

A/81 A legerősebb korreláció, de nem a legnagyobb prioritás

totals

801

100

legnagyobb prioritást kell kapja

Összefoglalás  Mi a DFM?  A gyártást figyelembe vevő tervezés

 Miért alkalmazzuk a DFM-et?  Rövidebb fejlesztési idő  Alacsonyabb költség, jobb minőség  Kevesebb tervezési változtatás

 DFM gondolkodási mód  “A terméktervezési folyamatba integrálva.  Nem „vákuumban tervezés”

 Eszközök és módszerek  A tervezés a gyártás első lépése.  Lényeg, hogy az eszközök olyan kombinációját alkalmazzuk, ami leginkább megfelel az adott problémának

DFM, érvek és ellenérvek  DFM eszközökkel kapcsolatos érvek és ellenérvek Technika Irányelvek Taguchi

FMEA

Előnyök Költség és munkaráfordítás Team módszer Szisztematikus Szűk lehetőségek

Szisztematikus Prioritást határoz meg Irányelveket ad

Hátrányok Kívánalmak a teljességet illetően Management Külső erőforrás igény Tervezői ráfordítás Management Csak a szerelés egyszerűségét értékeli

DFM eszközök: összehasonlítás  DFM eszközöket összehasonlító táblázat DFM tevékenység DFM eszközök

Tervezési irányelvek Tervezés szerelésre TAGUCHI CUMPUTER AIDED DFM Csoport technológia FMEA Értékelemzés

Termék koncepció X X X X X

Egyszerűsíti a koncepciót

Eljárásbeli igények

Funkcionális igények

X X X

X

X X X X X

Hivatkozások  Néhány DFM Referencia                 

Baer, T., “With Group Technology Nobody Reinvents the Wheel.” Mechanical Engineering, November 1995. Boothroyd, et al., “Computer Aided Design for Assembly.” Assembly Engineering, February, 1993. Boothroyd, et al., “Design for Assembly: Selecting the Right Method.”, Machine Design, December, 1983. Boothroyd, G. “Make it Simple Design for Assembly.” Mechanical Engineering, February 1988. Gage, W.L., “Value Analysis, McGraw-Hill, Inc, New York, 1967. Owen,T., “Assembly With Robots.” Prentice-Hall, Inc., Englewood NJ, 1985 Burgam, P.M.,Design of Experiments-The Taguchi Way.” Manufacturing Engineering, May, 1985 Evens, B., “Simultaneous Engineering.” Mechanical Engineering, February 1985. Stoll, H.W., “Design for Manufacture.” Manufacturing Engineering, January 1988. Boothroyd, G., “Design for Assembly.” Mechanical Engineering, February 1988. Barkan, P., “The Benefits and Limitations of Structured Design Methodologies.” ASME, Manufacturing Review, vol. 6, no. 3, September 1993. Baralla, J.G., “Handbook of Product Design for Manufacturing.” McGraw-Hill, 1988. Harry, M.J., “The Nature of Six Sigma Quality.” Motorola, Inc., Government Electronics Group. Donnelly, T.A., “Robust Product Design.” Machine Design, October 8, 1988. Sadri,H, et al., “Design of Experiments: An Invaluable.” Production Engineering, February 1994. Box G., et al., “Statistical Tools for Improving Designs.” Mechanical Engineering, January 1988. Miles, L.D., “Techniques of Value Analysis and Engineering, McGraw Hill, NY, 2nd ed., 1972.