Проектирование и изготовление инструментов для лазерной резки
Лазерная резка может не только создавать высокоточные детали для конечного использования, но и быстро и просто изготавливать вспомогательные инструменты для…
За последние десятилетия исследования в области дизайн-мышления породили новую волну методологий в проектировании продукции и производственных процессах. Эти методики позволили сэкономить миллиарды на разработке продуктов, обеспечили снижение затрат, повышение конкурентоспособности и надежности продукции.
Среди этих методологий одной из самых значимых является Проектирование для совершенства (DFX), которая со временем разделилась на более узкие направления, такие как проектирование для производства (DFM), проектирование для сборки (DFA), проектирование для производства и сборки (DFMA), проектирование для цепочки поставок (DFSC) и так далее. В DFX выбирается определенный фокус — стоимость, качество или легкость производства — и дизайн продукта совершенствуется с учетом этого аспекта.
В этой статье рассматривается роль проектирования для производства и сборки (DFMA или DFM/A) в процессе разработки продукции. DFMA представляет собой гармоничное объединение подходов проектирования для производства (DFM) и проектирования для сборки (DFA), каждый из которых был ранее рассмотрен отдельно.
DFMA расшифровывается как проектирование для производства и сборки. Это инженерная методология, направленная на оптимизацию аспектов производства и сборки изделия. Оба этих аспекта существенно влияют на качество конечного продукта и его стоимость.
Такие факторы, как сырье, производственные процессы, объемы, оборудование, инструмент, точность, количество и сложность деталей, трудовые ресурсы и навыки, потенциал автоматизации и прочие, оказывают значительное влияние на разработку продукта. Оптимизируя только эти параметры, компании могут снизить первоначальные затраты более чем на 50%. Это основная цель внедрения принципов DFMA.
В рамках DFMA проектирование продукта непрерывно корректируется с учетом конечных целей, что позволяет создать изделие, для производства которого требуется меньше времени, средств и усилий.
Зачем нам DFMA, если уже существуют DFM и DFA? Начнем с краткого обзора каждого из них.
Проектирование для производства направлено на максимальное упрощение процесса изготовления изделия. Оно использует методы, ускоряющие, удешевляющие и упрощающие производство за счет совершенствования конструкции и процессов.
С другой стороны, проектирование для сборки стремится упростить, сократить и защитить от ошибок процесс сборки. Принципы, такие как пока-йоке, объединение и стандартизация компонентов — примеры применения DFA.
DFM и DFA имеют схожие цели: сокращение потребности в материалах, затрат и времени вывода продукции на рынок. Однако иногда эти два подхода могут противоречить друг другу. Например, выигрыш в DFM может обернуться потерей в DFA, что нивелирует достигнутые преимущества.
Рассмотрим пример из руководства DFA по объединению деталей. Если объединение приводит к созданию детали, дорогой или сложной в изготовлении, то выгода от DFA исчезает из-за негативного влияния на DFM. Аналогично, многие рекомендации DFM могут снизить эффективность DFA.
Чтобы избежать подобных ситуаций, было рационально рассматривать DFM и DFA в комплексе. Так и появилась DFMA, объединяющая оба подхода для достижения оптимального результата. DFMA позволяет использовать преимущества обеих методологий, минимизируя их недостатки.
Правильно реализованный DFMA приносит как краткосрочные, так и долгосрочные выгоды. Эти преимущества незаменимы для создания конкурентоспособного продукта. Основные из них:
Время вывода на рынок — это период от появления идеи до представления продукта потребителям. В идеале этот период должен быть минимальным. DFMA значительно сокращает время выхода на рынок за счет упрощения производственных и сборочных процессов.
Эффективное применение DFMA на ранних этапах разработки позволяет заранее предусмотреть и устранить возможные проблемы, что существенно уменьшает затраты на разработку.
Один из ведущих экспертов в области параллельной инженерии и проектирования для производства, доктор Дэвид Андерсон, объясняет, что в DFM действует «Правило десятки»: устранение дефекта на каждом последующем этапе сборки обходится в 10 раз дороже. То есть, если исправление дефекта до сборки стоит x, на этапе подсборки — 10x, на финальной сборке — 100x, на этапе дистрибуции — 1000x, а у потребителя — 10 000x.
DFMA исключает необходимость изменений на поздних этапах разработки и рекомендует предусматривать возможности для доработок, которые производитель может захотеть внедрить позже.
DFMA нацелено на устранение потерь в конструкции продукта и его сборке. Снижается расход материалов, избыточные движения, излишки на складе и чрезмерная обработка. Минимизируются риски брака и простоев за счет устранения лишних операций и ненужных функций.
Благодаря акценту на предотвращение дефектов и увеличении коэффициента выгоды к затратам (BCR), изделия, разработанные с учетом DFMA, становятся более надежными и долговечными. Меньшее количество деталей в продукте снижает вероятность отказов.
DFMA улучшает взаимодействие и командную работу между различными подразделениями на производстве. Эффективное сотрудничество между конструкторами и инженерами-технологами позволяет обеим сторонам применять лучшие практики для достижения общей цели. Это обеспечивает высокое качество изделия при заданном бюджете.
DFMA — это обширная методология, описанная во множестве книг. Она включает в себя разнообразные принципы, которые используются для оценки и создания продукта с учетом DFMA.
Крайне важно внедрять DFMA на этапе создания концепции. Именно стадия проектирования определяет такие параметры, как качество, надежность и конечную стоимость изделия. Принятые на этом этапе решения оказывают долгосрочное влияние. Вот несколько универсальных принципов DFMA, применимых ко многим продуктам:
Один из основных принципов DFMA — простота конструкции. Проектировщик должен стремиться к четкому и эффективному дизайну, отдавая приоритет отказу от ненужных функций и компонентов.
Такая конструкция легче в производстве и сборке, требует меньших инвестиций и быстрее изготавливается или ремонтируется при необходимости.
Сложная геометрия продукта не только усложняет использование, но и снижает его привлекательность. На самом деле, создать простой дизайн зачастую сложнее, чем сложный. Не зря говорят: «Простота — высшая степень изысканности».
Модульная конструкция разбивает изделие на отдельные модули, каждый из которых выполняет определенную функцию. Это уменьшает количество деталей в линейке продукции. Например, одна батарея для ноутбука может использоваться в разных моделях, то же самое с модулем камеры для смартфонов. Такой подход положительно влияет на скорость вывода продукта на рынок, оптимизацию запасов, стоимость, возможности кастомизации, устойчивость и возможность последующих обновлений.
Большинство изделий требует применения крепежных элементов, выбор которых на рынке очень широк. Некоторые крепления кажутся дешевыми, но их монтаж может быть дорогим и трудоемким. Более того, крепеж способен стать узким местом на производстве, ограничивая объем выпуска.
DFMA оптимизирует процесс крепления, рекомендуя недорогие и простые в установке крепежи. В приоритете — методы крепления типа «защёлка». Для более прочного соединения предпочтительнее использовать заклепки вместо винтов. Грамотный выбор крепежа позволяет снизить производственные расходы, уменьшить отходы, массу изделия и требования к пространству.
Покаяоке в повседневной жизни — вилка подходит к розетке только при правильной ориентации.
Покаяоке — это внедрение средств защиты от ошибок для повышения точности операций по сборке и производству. Суть — устранять ошибки и дефекты как можно ближе к их источнику с помощью автоматических или ручных блокировок, которые не позволяют неправильно произвести или собрать компонент. Таким образом, деталь можно установить только в правильном положении. Для этого часто используется асимметрия конструкции, хотя симметричные изделия проще изготавливать и собирать.
Сокращение числа деталей — одна из самых популярных техник в DFMA, как и в DFM и DFA. Это дает множество преимуществ.
Каждая деталь требует от команды вложений — логистических и финансовых. Для нее нужны специальные инструменты и приспособления, дополнительные этапы прототипирования, анализа и сборки. Всегда желательно совмещать функции деталей, где это возможно.
Меньшее количество компонентов сокращает время производства и сборки, снижает вероятность ошибок при монтаже.
Стандартные детали доступны, дешевле и надежнее, чем индивидуально изготовленные. DFMA рекомендует использовать стандартные элементы везде, где это возможно.
Многие проектировщики не знают всех возможностей и ограничений производственных процессов при разработке продукции. DFMA улучшает коммуникацию между отделами, чтобы дизайнеры принимали решения, соответствующие более экономичным технологиям.
Жесткие допуски сложно реализовать — для этого нужны дорогие методы производства и измерения. Кроме того, детали с малыми допусками труднее собирать. Это увеличивает затраты на сборку за счет роста расходов на труд и количество брака.
По возможности допуски должны быть максимально широкими при сохранении работоспособности изделия, чтобы не увеличивать стоимость.
Кроме перечисленных выше принципов, существуют и другие техники DFMA, повышающие удобство производства и сборки:
