ΤΟΥ MIKE JONES
Σχετικά με τον Συγγραφέα: Ο Mike είναι Κύριος Μηχανολόγος Μηχανικός στο ΣΙΓΜΑΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ με υπόβαθρο στο σχεδιασμό των χειριστηρίων και την ενοποίηση συστημάτων. Είναι πιστοποιημένος «Black Belt» στο «Design for Lean Six Sigma». Απολαμβάνει τη δημιουργική φάση της διαδικασίας σχεδιασμού και συνεργάζεται διαλειτουργικά με τις ομάδες για την επίτευξη των στόχων των πελατών.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Το κόστος ανταλλακτικών, το κόστος συναρμολόγησης και η αξιοπιστία είναι μερικοί από τους παράγοντες που οδηγούν τις διαφορές μεταξύ της κατασκευής ενός προϊόντος για χαμηλό όγκο έναντι παραγωγής μεγάλου όγκου. Πώς χρησιμοποιούνται οι όγκοι παραγωγής για τον προσδιορισμό των διαδικασιών παραγωγής; Ποιες είναι μερικές από τις διαφορές μεταξύ σχεδίων προϊόντων χαμηλού και μεγάλου όγκου; Ποιες είναι μερικές από τις μεγαλύτερες επιπτώσεις και τις εκτιμήσεις όταν σχεδιάζετε να παράγετε ένα προϊόν μεγάλου όγκου; Ας διερευνήσουμε αυτές τις ερωτήσεις.
Παρακάτω, παρουσιάζουμε Μέρος 1 μιας σειράς 3 μερών για το θέμα της κατασκευής προϊόντων. Σε αυτό το πρώτο τμήμα, θα ασχοληθούμε με τον καθορισμό των όγκων παραγωγής και θα εξερευνήσουμε παραδείγματα επιλογής μιας διαδικασίας κατασκευής για ένα προϊόν όπως η λαμαρίνα ή η κατεργασία CNC έναντι της χύτευσης. Τέλος, θα εξετάσουμε το DFX για να κατανοήσουμε περισσότερα σχεδιαστικά ζητήματα για παραγωγή μεγαλύτερου όγκου. Το DFX είναι ένα Lean Six Sigma όρος που υιοθετείται από πολλούς για να περιγράψει την εστίαση σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά σχεδιασμού.
Στα Μέρη 2 και 3 αυτής της σειράς, θα συζητήσουμε περισσότερα σχετικά με τη Βελτίωση της αξιοπιστίας και τις επιπτώσεις της κατασκευής μεγάλου όγκου. Ρίξτε μια ματιά στις επόμενες εκδόσεις του Satellite Newsletter για να συνεχίσετε να μαθαίνετε περισσότερα για αυτά τα θέματα λεπτομερώς. Τώρα, ας μπούμε στο Μέρος 1!
ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΟΓΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ
Τι είναι η χαμηλή ένταση; Ο όγκος αναφέρεται στην ετήσια ποσότητα κατασκευής, η οποία είναι στην πραγματικότητα ένας συντελεστής. Δεν υπάρχει σκληρή αποκοπή για παραγωγή χαμηλού όγκου. Μπορεί να κυμαίνεται από ένα ή και λιγότερο από ένα έως και 10.000. Τα 10.000 μπορεί να φαίνονται πολλά για χαμηλή ένταση. Το πλαίσιο είναι σημαντικό. Σίγουρα αυτό θα ήταν μεγάλος όγκος για μια περίπλοκη συναρμολόγηση όπως το Διαστημικό Λεωφορείο. Αλλά, αυτός είναι ο μικρός όγκος για ένα χυτευμένο με έγχυση με μαλακό εργαλείο. Η μετάβαση στην παραγωγή μεγάλου όγκου θεωρείται συχνά ότι είναι 50.000 ή περισσότερο. Με αυτόν τον ρυθμό μπορεί να υπάρχουν πλεονεκτήματα στην υιοθέτηση συγκεκριμένων διαδικασιών παραγωγής. Μερικά παραδείγματα προϊόντων πολύ μεγάλου όγκου είναι: Playstation4 – κατά μέσο όρο 16 εκατομμύρια μονάδες ετησίως, εκτυπωτής HP Deskjet – 18 εκατομμύρια μονάδες ετησίως, οικιακά πλυντήρια πιάτων – 24 εκατομμύρια ετησίως. Μέσα σε αυτά τα προϊόντα μπορεί να υπάρχουν εξαρτήματα όπως ρουλεμάν και σύνδεσμοι που χρησιμοποιούνται σε πολλαπλές θέσεις. Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς τη ζήτηση για δεκάδες, αν όχι εκατοντάδες εκατομμύρια μερικών εξαρτημάτων μεγάλου όγκου.
Γιατί έχει σημασία αυτό; Η διαδικασία κατασκευής οδηγεί κυρίως στο κόστος εργαλείων, εγκατάστασης, υλικού και εργασίας. Υπάρχουν επίσης γενικά έξοδα. Αυτά είναι έξοδα για την παροχή περιβάλλοντος εργασίας, ισχύς και έμμεσο κόστος υλικών. Ακολουθούν τρεις ομάδες όγκου παραγωγής και ορισμένες διαδικασίες παραγωγής που συνήθως συνδέονται.
Χαμηλός όγκος: 1-10.000 — Χαρακτηρίζεται από σύντομους χρόνους παράδοσης και χαμηλό κόστος εργαλείων και εγκατάστασης
- CNC κατεργασία μετάλλου
- CNC πλαστική κατεργασία
- 3D τυπωμένο πλαστικό
- Σπάσιμο λαμαρίνας λέιζερ και πρέσας
Μέσος όγκος: < 10k < 50k — Χαρακτηρίζεται από χαμηλούς έως μέτριους χρόνους παράδοσης και κόστος εργαλείων
- Μεταλλική σκόνη
- Κύλιση νήματος
- Χυτό μέταλλο
- Διάτρηση πυργίσκου και σπάσιμο λαμαρίνας
- Αρθρωτή λαμαρίνα εργαλείων
- Πλαστικό χυτό με έγχυση
Υψηλή ένταση: > 50k — Χαρακτηρίζεται από μέτριους έως υψηλούς χρόνους παράδοσης και κόστος εργαλείων
- Χυτό μέταλλο
- Αρθρωτή λαμαρίνα εργαλείων
- Progressive Die λαμαρίνα
- Πλαστικό χυτό με έγχυση
Αυτές οι ομάδες μπορεί να καθοδηγούν τις προσδοκίες μας καθώς εξετάζουμε ποιες διαδικασίες παραγωγής θα είναι οι καταλληλότερες για να υποστηρίξουν έναν δεδομένο ρυθμό παραγωγής. Ο στόχος, ωστόσο, είναι να καθοριστεί η πιο οικονομική διαδικασία παραγωγής. Για να γίνει αυτό, πρέπει να υπολογίσουμε το κόστος ανταλλακτικών και εργαλείων για κάθε διαδικασία κατασκευής που εξετάζεται. Στη συνέχεια, ας δούμε μερικά παραδείγματα.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ
CNC ΛΑΜΑΡΙΑ
Σε αυτήν την περίπτωση, θα εξετάσουμε ένα εξάρτημα από λαμαρίνα και τέσσερις διαδικασίες κατασκευής. Το μοντέλο μας περιλαμβάνει εφάπαξ χρέωση εργαλείων και εγκατάστασης, κόστος υλικών και συνδυασμένο κόστος εργασίας και χρόνου λειτουργίας μηχανής.
Σε αυτήν την περίπτωση, το εξάρτημα έχει χρέωση 200$ για εργαλεία και ρύθμιση για λέιζερ και φρένο πίεσης. Είναι 35.000 $ για το προοδευτικό ζάρι. Το κόστος υλικού θεωρείται ίσο σε όλες τις περιπτώσεις. Καθώς ο ρυθμός εκτέλεσης αυξάνεται, το κόστος εργαλείων και εγκατάστασης γίνεται μικρότερο ποσοστό του συνολικού κόστους ανταλλακτικών. Κάθε διεργασία φτάνει στην ασύμπτωσή της κοντά στο συνδυασμένο συνολικό κόστος υλικού, εργασίας και χρόνου εκτέλεσης. Για λέιζερ και πιεστήριο αυτό είναι 3,73 $. Για το Progressive die αυτό είναι %0,50.
(Σημειώστε και οι δύο άξονες του γραφήματος είναι λογαριθμικοί)
Από το γράφημα μπορούμε να δούμε τους όγκους στους οποίους το κόστος του εξαρτήματος για αυτές τις διεργασίες διασταυρώνεται. Το ένα γίνεται πιο οικονομικό από το άλλο. Εάν όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι ίδιοι, μπορεί να επιλεγεί η διαδικασία με το χαμηλότερο κόστος. Τα επισημασμένα πράσινα κελιά στον παρακάτω πίνακα προσδιορίζουν την επιλογή χαμηλότερου κόστους σε ετήσια βάση για διάφορους όγκους παραγωγής.
Ωστόσο, το κόστος δεν πρέπει να είναι η μόνη εκτίμηση. Ακολουθούν μερικοί ακόμη παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή μιας διαδικασίας παραγωγής.
- Χρόνος εγκατάστασης – τα εξαρτήματα του φρένου μπορεί να διαρκέσουν μόνο μερικές εβδομάδες, η προοδευτική επεξεργασία εργαλείων μπορεί να διαρκέσει 16 έως 20 εβδομάδες
- Ευελιξία στις αλλαγές – Το τμήμα κοπής με λέιζερ παρέχει τη μεγαλύτερη ευελιξία, ενώ οι αλλαγές σε ένα σετ προοδευτικής μήτρας μπορεί να είναι ακριβές και έχουν μεγάλους χρόνους παράδοσης
- Ακρίβεια και επαναληψιμότητα του εξαρτήματος (εντός ενός χαρακτηριστικού και ενός στοιχείου σε χαρακτηριστικό) – αυτές οι μετρήσεις εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες, όπως το μέγεθος των χαρακτηριστικών και το πάχος του υλικού.
CNC MACHINING VERSUS DIE CASTING
Υπάρχουν πολλοί τύποι διεργασιών χύτευσης υπό πίεση: Θερμός και κρύος θάλαμος υψηλής πίεσης. Κενό και συμπίεση υψηλής ακεραιότητας. Χαμηλή πίεση; και χύτευση άμμου βαρύτητας για να αναφέρουμε μερικά. Για αυτό το παράδειγμα συγκρίνουμε τη χύτευση με χύτευση ενός τμήματος αλουμινίου που χρησιμοποιεί τη διαδικασία ψυχρού θαλάμου υψηλής πίεσης με ένα ισοδύναμο τμήμα CNC. Το κόστος εργαλείων χύτευσης είναι 20.000 $. Το κόστος εγκατάστασης CNC είναι 200 $.
Η διασταύρωση κοντά στο 1000 δείχνει τον όγκο στον οποίο η χύτευση με χύτευση αρχίζει να έχει οικονομικό πλεονέκτημα. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει μια ετήσια εξοικονόμηση 320.200 $ σε όγκο παραγωγής 10.000.
Σημειώστε ότι θα υπάρξει πρόσθετο κόστος σχεδιασμού για τη μετατροπή ενός εξαρτήματος από κατασκευή CNC σε χύτευση. Εδώ προσθέτουμε 15.000 $ για 3 εβδομάδες μηχανικής. Σε αυτή την περίπτωση, με το πρόσθετο κόστος μηχανικής, το οικονομικό πλεονέκτημα και η επιλογή είναι ακόμα σαφές.
Περαιτέρω εκτιμήσεις μπορεί να περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- Ζωή εργαλείων
- Περιορισμοί σχεδιασμού για χυτά μέρη (υπάρχουν πολλές λεπτομέρειες, εδώ είναι μερικά σημεία)
- Ελάχιστο και μέγιστο πάχος
- Αναλογία μετάβασης παχύ προς λεπτό
- Αντοχή υλικού
- Δευτερεύουσες εργασίες μηχανικής κατεργασίας
- Επιμετάλλωση και επίστρωση
Σε αυτά τα παραδείγματα δείχνουμε πώς να επιλέξετε μια διαδικασία κατασκευής με βάση το κόστος ανταλλακτικού. Επιπλέον, αναγνωρίζουμε επίσης ότι οι διαδικασίες κατασκευής οδηγούν σε διαφορετικό κόστος μηχανικής καθώς και άλλα κατασκευαστικά ζητήματα. Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε περαιτέρω ζητήματα σχεδιασμού με υψηλότερους όγκους παραγωγής. Παραδείγματα είναι ο σχεδιασμός για την κατασκευή, τη συναρμολόγηση και την αξιοπιστία.
DFX – ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ
Με την παραγωγή μεγάλου όγκου, η απόδοση είναι σημαντική. Η επανάληψη ακόμη και μικρών εργασιών συνεπάγεται γρήγορα σημαντικό κόστος. Για όγκο παραγωγής 50.000 ετησίως, η εξοικονόμηση 10 δευτερολέπτων σε ένα εξάρτημα ανέρχεται σε 138 ώρες ετησίως. Η μείωση του χρόνου μειώνει τα έξοδα. Το DFX είναι ένας όρος Lean Six Sigma που υιοθετήθηκε από πολλούς για να περιγράψει την εστίαση σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά σχεδιασμού. Ας εξετάσουμε μερικά από αυτά τα χαρακτηριστικά και ας δούμε πώς οι τεχνικές μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα.
DFM, DFA και DFS
Το Designing for Manufacturing, Assembly and Service καλύπτει τις απαιτήσεις ανταλλακτικών με στόχο τη βελτίωση των αποδόσεων, τη μείωση του χρόνου συναρμολόγησης και τη μείωση των λαθών συναρμολόγησης. Μερικά από τα παρακάτω σχεδιαστικά χαρακτηριστικά έχουν πλεονεκτήματα και στα τρία αυτά DFX.
- Οι αυστηρές ανοχές ισοδυναμούν με αυξημένο κόστος. Οι ανοχές πρέπει να είναι ίσες ή μεγαλύτερες από την ικανότητα της διαδικασίας που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του χαρακτηριστικού.
- Μέσα σε ένα χαρακτηριστικό: Για παράδειγμα, μια τυπική διάτρητη οπή σε λαμαρίνα μπορεί να έχει ικανότητα επεξεργασίας ±0,05 mm. Εάν η ανοχή τραβήγματος είναι ± 0,025, μπορεί να επιτευχθεί με διάτρηση και ξύρισμα ή με ράψιμο. Αυτές οι δευτερεύουσες λειτουργίες προσθέτουν κόστος στο εξάρτημα. Επαληθεύστε την ανάγκη για αυστηρές ανοχές και αυξήστε τα δικαιώματα όποτε είναι δυνατόν.
- Μέσα σε ένα σύστημα: Οι ανοχές πρέπει να καθορίζονται από τις απαιτήσεις ευθυγράμμισης. Κατά το σχεδιασμό συγκροτημάτων, οι απαιτήσεις ευθυγράμμισης θα πρέπει να οδηγούν στη δημιουργία δομών αναφοράς, μια μελέτη ανοχής, μια κατανομή ανοχής (ένας προϋπολογισμός για κάθε χαρακτηριστικό που επιτρέπει τη δυνατότητα της διαδικασίας να δημιουργήσει το χαρακτηριστικό) και τη χρήση του GD&T για την τεκμηρίωση των απαιτήσεων . Με αυτόν τον τρόπο το κόστος κατασκευής για την επίτευξη των στόχων ευθυγράμμισης εφαρμόζεται μόνο όπου χρειάζεται.
- Αποφύγετε τον πειρασμό να χρησιμοποιήσετε βαθμονομήσεις για να διορθώσετε αβεβαιότητες στις ευθυγραμμίσεις. Οι βαθμονομήσεις χρειάζονται χρόνο και είναι επιρρεπείς σε σφάλματα. Μπορεί το σύστημα να σχεδιαστεί για να επιτυγχάνει τις απαιτήσεις ευθυγράμμισης με μελέτη ανοχής και στατιστική ανάλυση του συστήματος, με αλλαγή υλικών ή διαδικασιών κατασκευής ή με χρήση εξαρτημάτων;
- Δημιουργήστε σχέδια που είναι εύκολο να προσανατολιστούν και, αν είναι δυνατόν, αυτοσυναρμολογούνται. Σε πολλές περιπτώσεις, η προσθήκη αυτοσυναρμολογούμενων χαρακτηριστικών σε ένα εξάρτημα μπορεί να βελτιώσει τις ευθυγραμμίσεις, να μειώσει τον χρόνο συναρμολόγησης και να διευκολύνει τη συναρμολόγηση. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα: προσθήκη γλωττίδας για να συγκρατεί τα μεταλλικά μέρη μαζί πριν από την ένωση με πριτσίνια, βίδες ή συγκόλληση. χρησιμοποιώντας μισό ψαλίδι, τρύπες και σχισμές σε εξαρτήματα λαμαρίνας για ευθυγράμμιση.
- Σχεδιάστε συγκροτήματα που ελαχιστοποιούν τους επαναπροσανατολισμούς κατά τη συναρμολόγηση και παρέχουν επαρκή προσβασιμότητα στα εργαλεία.
- Όταν χρησιμοποιείτε συνδετήρες όπως βίδες και πριτσίνια, ελαχιστοποιήστε την ποσότητα, τον αριθμό των τύπων και μεγεθών και αποφύγετε αυτούς που είναι δύσκολο να χειριστείτε. Εξετάστε το ενδεχόμενο κουμπώματος, τοποθέτησης και ηχητικής συγκόλλησης αντί για βίδες. Ελαχιστοποιήστε τον αριθμό των εργαλείων που χρειάζονται. Για παράδειγμα, χρησιμοποιήστε κοινούς τύπους κεφαλών συνδετήρων.
- Ελαχιστοποιήστε τον αριθμό των εξαρτημάτων. Αναζητήστε ευκαιρίες για να συνδυάσετε εξαρτήματα ή χαρακτηριστικά σε ένα δεδομένο εξάρτημα.
- Εξαλείψτε ή μειώστε τη χρήση συγκολλητικών για να μειώσετε το χρόνο στερέωσης, συναρμολόγησης και ωρίμανσης καθώς και την ανάγκη διαχείρισης πιθανών τοξικών αερίων.
- Εφαρμόστε προστασία σφαλμάτων όπως „poka-yoke“. Ένα παράδειγμα είναι η χρήση μοναδικών υποδοχών για την αποφυγή αστοχίας.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ
Ελπίζουμε Μέρος 1 αυτής της σειράς 3 μερών σας δίνει μια καλύτερη κατανόηση των όγκων παραγωγής και πώς να αποφασίσετε για διάφορες μεθόδους παραγωγής ανάλογα με το προϊόν και τις ανάγκες σας. Επιπλέον, με την καλύτερη κατανόηση του DFX, μπορείτε να προσαρμόσετε τις σχεδιαστικές σας εκτιμήσεις για παραγωγή μεγαλύτερου όγκου.
Μείνετε συντονισμένοι για τα Μέρη 2 και 3 αυτής της σειράς, σύντομα. Θα συζητήσουμε περισσότερα για τη Βελτίωση της Αξιοπιστίας και τις Επιπτώσεις της Κατασκευής Υψηλού Όγκου. Μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας εάν έχετε ερωτήσεις.
