Проектирование для производства (DFM): 3 ключевых инсайта для снижения затрат и ускорения производства

DFM означает дизайн для производства (Design for Manufacturing) и является частью процесса разработки продукта, инициируемой, когда ваш дизайн переходит от разработки прототипа к введению нового продукта. Когда делается правильно, это может значительно снизить ваши производственные затраты и время. В этой статье мы обсуждаем три ключевых вещи, которые вы должны знать о DFM и как оно влияет на производимость вашего продукта.

Что такое DFM и почему это важно?

Дизайн для производства (DFM) — это практика проектирования продуктов с деталями и сборками, которые легко массово производить и собирать. Это следующий уровень проектирования продукта, необходимый для экономичного производства продуктов. Большинство опытных инженеров, благодаря годам производственного опыта, встраивают некоторую работу по дизайну для производства в более ранние фазы, однако общий процесс настолько детален, что его усилие требует собственной фазы. Существует правильное время для DFM, и это может быть довольно затратно, когда делается слишком поздно в процессе разработки продукта. Обычно правильное время для производственного дизайна — после заморозки концептуальной разработки, построения нескольких раундов прототипов и завершения достаточного тестирования, где техническая команда уверена в дизайне.

Как выполнить анализ DFM?

• Пересмотреть и понять намерение дизайна.
• Выбрать материалы, соответствующие требованиям дизайна, сохраняя в уме все процессы, добавляющие стоимость.
• Решить о конечном производственном процессе для каждой детали на основе геометрии детали и прогнозируемых объемов.
• Проектировать детали так, чтобы выбранные стандартные размеры заготовок минимизировали удаление материала для сокращения времени механической обработки.
• Тщательно пересмотреть допуски для обеспечения правильной посадки, формы и функции и определить самые слабые возможные допуски. Допуски должны позволять хороший продукт, способный быть произведенным с использованием выбранного производственного метода.
• Пересмотреть сложность (стоимость) одной детали против времени сборки для многочастных сборок.
• Для пластиковых литых под давлением деталей пересмотреть толщину стенок, углы наклона, ребра и текстуру для однородности и последовательности в процессе литья.
• Пересмотреть дизайн сборок с тщательным вниманием к порядку сборки, количеству деталей и требуемому времени сборки.
• Минимизировать количество разных размеров крепежа, тем самым сокращая необходимые инструменты.
• Минимизировать количество сборочных приспособлений и жезлов.
• Допускать детали для легкого измерения при входном контроле. Стараться предотвратить необходимость сечения деталей при измерении.
• Когда продукты содержат электронику, пересмотреть требования безопасности как для процесса сборки, так и для конечного использования заказчиком.
• Пересмотреть правильную маркировку продукта для минимизации риска и соблюдения регуляторных и отраслевых требований.

Каковы некоторые ключевые факторы, влияющие на дизайн для производства?

Производственный процесс

Одна вещь, которая больше всего влияет на дизайн продукта — это процесс, необходимый для производства. Если вы тщательно проектируете механически обрабатываемую деталь для минимизации количества установок, это может держать стоимость низкой. Например, если вся механическая обработка происходит с одной стороны, это устраняет необходимость разжимать и репозиционировать на другую сторону, тем самым сокращая время и затраты на труд. Другая вещь, которая может минимизировать стоимость механически обрабатываемых деталей — количество смены инструментов, необходимых для их производства. Например, если все радиусы одинаковы и достаточно большие, вы можете использовать ту же фрезу для удаления материала и генерации скруглений в углах, устраняя необходимость смены инструмента. Также использование отверстий одного размера или нарезанных резьб по всей детали минимизирует смену инструментов. Другая опция во время DFM — устранить вторичные операции, требующие перемещения деталей на другой станок. Как когда деталь токарная имеет детали, завершенные на фрезерном станке или станке ЭИО (Electrical Discharge Machining). С прогрессом CNC-обрабатывающих центров и добавлением четвертой и/или пятой осей, это стало менее значимым фактором, хотя не все цеха механической обработки имеют эти более новые станки.

Количество деталей

Нет сюрприза, что самый быстрый способ снизить стоимость — снизить количество разных производимых деталей. В зависимости от функции и пользовательских требований это может быть невозможным, но есть несколько стратегий снижения количества деталей без жертвы качеством продукта. Некоторые детали могут быть объединены из нескольких мелких деталей в одну большую пластиковую деталь. Аналогично, модульные сборки позволяют добавлять дополнительные функции к разным моделям продукта без увеличения производства деталей для всех единиц. Посмотрите на компоненты и посмотрите, можете ли вы использовать ту же деталь в нескольких местах, например, используя ту же деталь для обеих половин внешнего корпуса. Производя более высокий объем одной детали вместо меньших количеств двух деталей, вы можете драматически снизить цену за деталь. Это также может влиять на затраты инспекции и сборки, так как у вас не будет бумажной работы и контроля качества для отдельных деталей.

Ожидаемый объем продаж

Ожидаемый объем продаж играет роль в определении производства деталей. Если производственные объемы достаточно высоки, может иметь смысл рассмотреть литье или формовку детали. Хотя оба этих процесса включают существенные затраты на инструментальное оснащение, вы можете снизить цену за деталь за счет амортизации затрат на инструментальное оснащение за срок службы продукта. В некоторых случаях высокообъемная деталь может быть изначально механически обработана на первые несколько месяцев, чтобы позволить дизайну стабилизироваться. Если нет изменений дизайна детали, производственный метод может перейти к литью или формовке как программе снижения затрат.

Требования к отделке

Требования к отделке детали также влияют на дизайн для производства. Многие отделки доступны на основе материала и экологических факторов. Например, металлические детали будут нуждаться как минимум в одной вторичной операции для завершения. Простейшая опция — нержавеющая сталь, требующая только процесса очистки, называемого пассивацией. С алюминиевыми деталями выборы многочисленны, с анодированием в нескольких цветах, твердым анодированием, никелированием, покраской и порошковым покрытием как самыми популярными.

Необходимые допуски

Допуски устанавливают, какие вариации в размерах продукта допускаются до компромитации функции продукта. Пересмотр допусков — необходимый аспект производственного процесса дизайна. Допуски детали влияют не только на ценообразование, но и сборку и функцию продукта. Детали должны быть допущены для обеспечения того, что они соединяются и функционируют в диапазоне, указанном на чертежах. Избыточное количество размеров или очень строгие допуски на деталях могут заставить инспекции занимать больше времени и стоить дороже. Более строгие допуски также стоят дороже в производстве и ведут к более высокому отбраковке деталей. Детали должны быть допущены так, чтобы их можно было легко верифицировать при инспекции. Также могут быть проблемы со стоимостью, если допуски требуют специализированного оборудования для производства или инспекции. Хорошая новость в том, что с появлением CNC-обрабатывающих центров более строгие допуски почти даны. Обычно +/- .005» был стандартом, но теперь +/- .003» не более затратно из-за точности обрабатывающих центров.

Выбор материала

Выбор материала определяет не только стоимость сырья, но также скорости подачи механической обработки (время). С множеством продуктов сегодня являющимися электро-механическими, дизайн печатных плат и выбор компонентов критичны. Тщательное рассмотрение доступности компонентов; устаревание — затратная проблема. Требования теплопередачи компонентов могут влиять на производительность и функцию многих электронных плат. Термический анализ и безопасность также аспекты DFM-пересмотра электроники. Пересмотр верификации производительности продукта необходим для обеспечения безопасности сборщиков. Хотя это относится к железу, создание программного обеспечения обычно получает тщательный пересмотр и некоторое обновление. Тестирование и сертификация продуктов могут иметь значительное влияние на стоимость, однако они обычно разовые сертификации (CE или UL).

Процесс сборки

С стоимостью труда вам нужно рассматривать требуемое время сборки. Если упрощение деталей меняет одну деталь на множественные детали, требующие сборки, нужно взвесить экономию затрат против добавленного времени сборки и необходимого крепежа. Чем проще продукт собирать, тем более экономично он будет. Кроме того, переход к одной сложной детали может сэкономить деньги, если это устраняет необходимость в приспособлениях для выравнивания или жезлах. Все эти факторы нуждаются в оценке во время DFM.

Трудно охватить все задачи и нюансы процесса DFM в одной статье. Понимание того, что процесс не может начаться, пока вы не сделаете прототипы и не проведете достаточное тестирование — ключевой вывод. Еще один — процесс строгий и многоступенчатый, требующий тщательной интегрированной дизайнерской работы, сделанной инженерами, хорошо знакомыми с предвидимым процессом фabricации. Когда делаете дизайн для производства, нет замены опыту. Если вы не уверены, как начать, или хотели бы получить экспертный совет по проектированию ваших инструментов, свяжитесь с нами и мы будем рады помочь.