Projektowanie dla produkcji (DFM)

Producenci cały czas poszukują sposobów na skrócenie czasu produkcji oraz zwiększenie jej efektywności i opłacalności. Projektowanie dla produkcji DFM (ang. Design for Manufacturing), to koncepcja inżynieryjna, która obejmuje wszystkie działania, które skupiają się na przekształceniu pomysłu w praktyczny produkt. Przejście od prototypu do regularnej produkcji wymaga dogłębnej analizy, zarządzania finansami i głębokiego zrozumienia rynku. Takie działanie skutecznie zniweluje negatywne aspekty projektu, jak jego złożoność, wysokie koszty, niedostępność materiałów, problemy związane z magazynowaniem czy logistyką.

Kluczowe cele DFM z perspektywy biznesowej

Podstawowym celem DFM jest zminimalizowanie kosztów produkcji projektu w jak największym stopniu. Wlicza się w to koszty surowców, produkcji, energii i pracy, tak aby zapewnić finansową rentowność procesu rozwoju produktu, jak i zagwarantować wysoki zwrot z inwestycji. Kolejnym celem jest maksymalizacja jakości produktu, która oczywiście odbywa się w ramach ograniczeń, takich jak budżet, opcje materiałowe i rynki docelowe. Produkty wysokiej jakości są bardziej atrakcyjne dla konsumentów, budują wizerunek marki oraz generalnie prowadzą do lepszych wyników produktu na rynku. To w rezultacie otwiera nowe możliwości ekspansji rynkowej i wzrostu firmy. Jednym z najważniejszych priorytetów inżynierów DFM jest również minimalizacja odpadów. Do tego konieczna jest identyfikacja wszystkich obszarów odpadów i optymalizacja procesu w celu wyeliminowania jak największej ich ilości. Ma to duże znaczenie w czasach, w których troska o środowisko i ograniczenie nadmiernej konsumpcji przybiera na sile.

W jakich obszarach DFM pozwala udoskonalić proces produkcyjny?

Biorąc pod uwagę cele redukcji kosztów, poprawy jakości i zrównoważonej redukcji odpadów, inżynierowie podczas analizy DFM starają się udoskonalić pięć głównych obszarów procesu produkcyjnego:

• Proces, który obejmuje wszystkie fizyczne operacje produkcyjne, jak np. obróbka CNC, formowanie wtryskowe, drukowanie 3D, obróbka elektroerozyjna itp.. Zadaniem projektantów DFM jest znalezienie sposobów na optymalizację tych procesów. Z reguły zaczynają od ocenienia, czy proces został właściwie dobrany do projektu,
• Projekt, który mógł nie zostać odpowiednio zoptymalizowany na etapie tworzenia pomysłu. Na pewne jego aspekty nie zwraca się uwagi z perspektywy możliwości produkcji przed jej uruchomieniem. Inżynierowie DFM analizują więc wszelkie niezaplanowane wcześniej problemy oraz znajdują dla nich skuteczne rozwiązania. W większości przypadków ogranicza się to do drobnych poprawek w projekcie, jak np. dla obróbki CNC dodawanie zaokrągleń do ostrych narożników wewnętrznych, co znacznie skróci czas produkcji i zwiększy jej efektywność. Zdarzają się oczywiście i poważniejsze zmiany w projekcie, gdy w trakcie analiz okaże się, że wymagana jest zmiana techniki produkcji czy redukcja wagi produktu,
• Materiały, gdyż istnieje ich ogromna różnorodność, co stwarza duże możliwości do optymalizacji ich doboru, a tym samym zwiększenia opłacalności i efektywności produkcji. Analiza DFM porównuje więc każdy materiał z wymaganiami funkcjonalnymi produktu i sugeruje najlepszy. Istotna jest również dostępność materiałów, jak i koszty oraz brak szkodliwego wpływu na środowisko,
• Środowisko pracy, które odgrywa ważną rolę w procesie DFM. Projekt koncepcyjny nie zawsze uwzględni ciężkie warunki środowiskowe jak np. duże obciążenia mechaniczne, nieodpowiednią temperaturę, wilgotność, narażenie na działanie substancji chemicznych oraz zakłócenia elektryczne czy magnetyczne. Rozwiązania mogą obejmować zmiany wymiarowe, jak np. zmiana grubości ścianki, inny materiał ze względu na lepszą stabilność termiczną, dodanie powłoki powierzchniowej, chroniącej detal przed korozją, jak i inne w większości całkiem proste a zarazem skuteczne opcje,
• Zgodność z wymaganiami lub standardami, gdyż większość produktów podlega pewnym ograniczeniom regulacyjnym. Mogą one wynikać ze specyfiki branży, regulaminów wewnętrznych firmy, a nawet państwa.

Jak osiągnąć cele DFM?

Projektowanie dla produkcji jest zorientowane na wiele celów, a osiągnięcie ich wszystkich często nie jest łatwe. Warto wybrać takie, które są w miarę proste, a jednocześnie zmieniają w odczuwalny sposób efektywność procesu produkcyjnego:

• Zminimalizowanie liczby komponentów dla uproszczenia produkcji, redukcji kosztów, jak i mniejszej ilości odpadów. Nie zawsze jest to możliwe, ale analiza DFM koncentruje się na identyfikacji i eliminacji zbędnych części poprzez staranną analizę,
• Użycie standardowych części, tam gdzie jest to możliwe. Mowa choćby o elementach złącznych (nakrętki, śruby), urządzeniach uszczelniających (pierścienie uszczelniające, uszczelki) czy np. mechanizmach ruchu, z których każdy jest łatwo dostępny i bardziej opłacalny, niż robiony na zamówienie pod projekt,
•  Wykorzystanie projektów modułowych, co oznacza że zespół produktu jest podzielony na różne podzespoły (moduły), które można łatwo zmienić bez wpływu na projekt innych modułów. To powoduje, że ulepszenia produktu w fazie rozwoju prototypu są bardzo łatwe do osiągnięcia, gdyż poprawki można wprowadzić w określonym module bez negatywnego wpływu na całość projektu,
• Łatwość montażu, co jest kluczowym celem w projektowaniu pod kątem możliwości produkcji. Inżynierowie DFM analizują, czy wysiłek wkładany w montaż/demontaż detali jest minimalny, aby zaoszczędzić czas i pieniądze.

Zastosowanie analiz DFM w obróbce CNC

Rozwiązania wynikające z analiz DFM są wykorzystywane również w branży obróbki skrawaniem. Łatwiej zrozumieć specyfikę tej metody podając przykłady możliwości osiągnięcia celów projektowych z konkretnej branży. Jakie wybrane problemy można napotkać przy obróbce CNC?

• ostre narożniki wewnętrzne, które powinny zostać zaprojektowane zaokrąglone, aby dopasować się do geometrii narzędzi tnących, która jest okrągła,
• zbyt cienkie ścianki, co może doprowadzić do pęknięcia detalu w trakcie obróbki,
• nierealne tolerancje, które są niemożliwe do osiągnięcia.

DFM jest więc procesem, który zapewni płynne przejście produktu od projektu do montażu przy zachowaniu efektywności i opłacalności projektu.