KRATKO

Dizajn za proizvodljivost (DFM) u automobilskoj industriji ključna je inženjerska metodologija koja proizvodne procese integrira već u najranijim fazama dizajna proizvoda. Posebno kod dizajna kalupa, ovaj pristup ima za cilj pojednostaviti proizvodnju, smanjiti složenost i sniziti troškove. Time što se već od samog početka osigura da se komponenta može učinkovito proizvesti u velikim serijama, DFM omogućuje viši kvalitet, pouzdanije auto dijelove i ubrzava izlazak proizvoda na tržište.

Što je DFM (Dizajn za proizvodljivost) u automobilskoj industriji?

Dizajn za proizvodnju, često skraćeno kao DFM, proaktivna je inženjerska praksa koja se fokusira na dizajniranje dijelova, komponenti i proizvoda s ciljem olakšavanja proizvodnje. U automobilskoj industriji, koja podrazumijeva visoke rizike, DFM nije samo preporučena praksa, već i temeljna strategija za uspjeh. Uključuje suradnju između dizajnera, inženjera i stručnjaka za proizvodnju kako bi se unaprijed predvidjeli i ublažili izazovi u proizvodnji. Osnovna filozofija je ići dalje od stvaranja dizajna koji jednostavno funkcioniše i umjesto toga kreirati takav koji se može učinkovito, pouzdano i ekonomično proizvesti.

Ova metodologija uključuje znanje iz proizvodnje u fazu dizajniranja, izazivajući tradicionalne, odvojene procese u kojima se dizajn „prebacuje preko zida“ proizvodnom timu. Uzimajući u obzir čimbenike poput svojstava materijala, mogućnosti alata i procesa sklopa od samog početka, automobilske kompanije mogu spriječiti skupu preradu, kašnjenja i probleme s kvalitetom. Prema načelima izloženima u sveobuhvatnom Vodiču za DFM , upravo je ova ranija integracija ono mjesto gdje inženjeri imaju najveću mogućnost utjecaja na konačne troškove i vremenske okvire proizvodnje.

Na primjer, kod dizajniranja alata za automobilsku industriju, jednostavna DFM promatranja mogu uključivati prilagodbu polumjera zaobljenja kutova metalne stezaljke izrađene utiskivanjem. Dizajn s oštrim unutarnjim kutovima može izgledati uredno u CAD modelu, ali je težak i skup za obradu u alat, što dovodi do viših troškova alata i potencijalnih točaka napetosti u gotovom dijelu. Inženjer koji primjenjuje DFM specificirao bi zaobljeni kut koji se lako može ostvariti standardnim rezanim alatima, time smanjujući vrijeme obrade, produljujući vijek trajanja alata i poboljšavajući strukturnu čvrstoću komponente.

Konačni cilj je eliminirati nepotrebnu složenost. Ovaj pristup prisiljava timove da stave pod pitanje utjecaj svake konstrukcijske odluke na rad u proizvodnoj hali. Kao što su istakli lideri u industriji poput Toyote, ako odabir dizajna ne dodaje vrijednost kupcu, treba ga pojednostaviti ili ukloniti kako bi se izbjeglo dodavanje složenosti u proizvodni proces. Ovaj način razmišljanja ključan je u industriji koja se suočava s jakom konkurencijom i brzim prijelazom na električna vozila (EV), gdje su učinkovitost i brzina presudne.

Osnovna načela i ciljevi DFM-a u automobilskoj industriji

Glavni cilj dizajniranja za proizvodljivost u autoindustriji je optimizacija odnosa između dizajna, troškova, kvalitete i vremena do tržišta. Ugradnjom logike proizvodnje u proces dizajniranja, tvrtke mogu ostvariti značajne konkurentske prednosti. Glavni ciljevi su smanjenje proizvodnih troškova, poboljšanje kvalitete i pouzdanosti proizvoda te skraćenje životnog ciklusa proizvoda. Ovi se ciljevi postižu pridržavanjem nekoliko osnovnih načela.

Osnovno načelo je jednostavnija konstrukcija . To uključuje smanjenje ukupnog broja dijelova u komponenti ili sklopu, što je jedan od najbržih načina smanjenja troškova. Manje dijelova znači manje materijala, alata, rada na montaži i upravljanja zalihama. Drugo važno načelo je standardizacija dijelova, materijala i značajki. Korištenje uobičajenih komponenti i široko dostupnih materijala pojednostavljuje lanac opskrbe, smanjuje troškove kroz nabavu većih količina te osigurava dosljednost. Na primjer, projektiranje više komponenti tako da koriste istu vrstu spojnog elementa drastično pojednostavljuje montažnu liniju.

Odabir materijala i procesa je još jedan ključni stup. Odabrani materijal mora ne samo zadovoljiti funkcionalne zahtjeve dijela, već i biti kompatibilan s najučinkovitijim proizvodnim procesom. Na primjer, dio koji je u početku projektiran za CNC obradu može se ponovno dizajnirati za precizno lijevanje pod tlakom ako su količine proizvodnje dovoljno velike, što dovodi do nižih troškova po jedinici. Kao što detaljno objašnjavaju stručnjaci iz Boothroyd Dewhurst, Inc. , DFM softver može pomoći timovima u modeliranju ovih kompromisa kako bi donosili odluke temeljene na podacima. To uključuje i popuštanje tolerancija tamo gdje je to funkcionalno moguće, jer nepotrebno strogim tolerancijama mogu drastično porasti vrijeme obrade i troškovi inspekcije.

Kako bi se ilustrirao utjecaj ovih principa, razmotrite kontrast između dijela optimiziranog prema DFM-u i neoptimiziranog dijela.

Primjenom ovih osnovnih načela, inženjerski timovi mogu sustavno ukloniti neučinkovitosti, smanjiti otpad i izgraditi robusniju i profitabilniju proizvodnu operaciju. Fokus se pomiče s jednostavnog rješavanja problemskog dizajna na stvaranje sveobuhvatnog i proizvodnog rješenja.

DFM proces u dizajniranju alata za automobilsku industriju: Postupak po koracima

Primjena dizajna za proizvodnost (DFM) u dizajniranju alata za automobilsku industriju nije jednokratan događaj već iterativni proces koji zahtijeva suradnju različitih funkcionalnih područja. Uključuje sustavni pristup analizi, usavršavanju i validaciji dizajna kako bi se osiguralo da je potpuno optimiziran za proizvodnju. Ovaj strukturirani tijek posla omogućuje timovima da rano otkriju potencijalne probleme, kada su izmjene najisplativije za provedbu.

DFM proces obično prolazi kroz nekoliko ključnih faza:

1. Početni koncept i analiza izvedivosti: Ovaj prvi korak uključuje definiranje funkcije dijela, zahtjeva za performansama i ciljane cijene. Inženjeri procjenjuju različite proizvodne procese (npr. žigosanje, lijevanje, kovanje) kako bi odredili najprikladniji pristup temeljen na količini proizvodnje, izboru materijala i geometrijskoj složenosti.
2. Suradnja timova s više struka: DFM je po svojoj suštini suradnja tima. Konstruktori, proizvodni inženjeri, stručnjaci za kvalitetu, pa čak i dobavljači materijala moraju surađivati od samog početka. Ovo rano uključivanje osigurava da se na dizajn primjenjuje raznovrsno stručno znanje, sprječavajući praznine u znanju koje mogu dovesti do problema kasnije u procesu. Kao što je napomenuto u Rješenja za proizvodnju automobila , ovaj „duh bliskosti“ između konstrukcije i proizvodnje ključna je razlika vodećih proizvođača automobila.
3. Odabir materijala i procesa: S obzirom na izvediv koncept, tim odabire specifični materijal i proizvodni proces. Kod dizajna alata to znači odabir čelične sorte koja pruža ravnotežu između izdržljivosti i obradivosti te osigurava da je geometrija dijela pogodna za utiskivanje. Za složene projekte, suradnja s posebnim proizvođačem može pružiti ključna znanja. Na primjer, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. nudi stručnost u izradi posebnih alata za utiskivanje automobilskih dijelova, koristeći napredne CAE simulacije za optimizaciju toka materijala i sprječavanje grešaka prije nego što se ikada prereže metal.
4. Izrada prototipova i simulacija: Prije ulaganja u skupu proizvodnu opremu, timovi koriste softver za simulaciju (npr. metodu konačnih elemenata) kako bi predvidjeli ponašanje materijala tijekom proizvodnog procesa. To može otkriti potencijalne probleme poput koncentracije naprezanja, ugušćenja materijala ili povratnog savijanja kod utisnutih dijelova. Zatim se izrađuju fizički prototipovi kako bi se potvrdio dizajn te testirala montaža, uklapanje i funkcionalnost.
5. Povratne informacije i iteracija: Rezultati simulacija i prototipova vraćaju se timu za dizajn. Ova faza predstavlja kontinuiranu petlju usavršavanja, u kojoj se dizajn prilagođava kako bi se riješili svi utvrđeni problemi. Cilj je iterativno postizanje konačnog dizajna koji zadovoljava sve zahtjeve u pogledu performansi, a istovremeno je optimiziran za proizvodnju.
6. Konačni dizajn za proizvodnju: Kada svi zainteresirani stranci budu sigurni u mogućnost proizvodnje dizajna, konačne specifikacije i crteži objavljuju se za izradu alata i serijsku proizvodnju. Zbog temeljitog DFM procesa, ovaj konačni dizajn nosi znatno manji rizik od problema u proizvodnji, osiguravajući lakši lansiranje.

Utjecaj u stvarnom svijetu: Studije slučaja DFM-a u automobilskoj industriji

Teorijske prednosti DFM-a postaju očite pri ispitivanju njihove primjene u stvarnom svijetu. U cijeloj automobilskoj industriji, od malih komponenti do velikih ploča karoserije, primjena načela DFM-a dovela je do značajnih poboljšanja u troškovima, kvaliteti i brzini proizvodnje. Ovi slučajevi pokazuju kako promjena dizajnerske filozofije izravno rezultira mjerljivim poslovnim ishodima.

Jedan ubjedljiv primjer dolazi od proizvođača bravica gorivnih vrata koji se suočavao s trajnim kvarovima komponenti. Izvorni dizajn, izrađen od aluminija, imao je problema s nesuglasnim skupljanjem materijala i problemima s punjenjem tijekom proizvodnje, što je rezultiralo nepouzdanim dijelovima. Kako je detaljno opisano u studiji slučaja od strane Dynacast , uključili su njihov tim inženjera kako bi riješio problem. Prvi je korak bila temeljita DFM analiza. Korištenjem softvera za simulaciju, utvrdili su da drugačiji materijal — legura cinka poznata kao Zamak 5 — nudi veću čvrstoću i tvrdoću. Još važnije, ponovno su dizajnirali sam alat za pod pritiskom lijevanje, optimiziravši položaj uljeva i stvorivši višekomornu konstrukciju kako bi osigurali dosljedan tok materijala i integritet dijela. Rezultat je bio potpuno uklanjanje kvarova dijelova, dulji vijek trajanja alata te niži ukupni trošak po komadu za kupca.

Još jedna uobičajena primjena DFM-a je u proizvodnji nadvozja automobila. Tradicionalni pristup može uključivati dizajniranje složene bočne ploče koja zahtijeva više komada lima koji se odvajaju utiskuju i zatim zavaruju zajedno. Ovaj višekorakni proces uvodi dodatne troškove alata, dulje ciklusno vrijeme i potencijalne točke kvara na zavarenim šavovima. Tim inženjera koji primjenjuje DFM principe izazvao bi ovaj pristup. Oni bi mogli preurediti ploču kao jedinstveno dublje oblikovanje utiskivanjem. Iako ovo zahtijeva složeniji i robusniji početni kalup, time se eliminiraju cijeli nizodolni procesi. Ova konsolidacija smanjuje radne troškove za sklop, uklanja potrebu za varenjem stezaljki, poboljšava strukturnu čvrstoću ploče i konačno snižava ukupne troškove proizvodnje po vozilu.

Ovi primjeri ističu zajedničku nit uspješne primjene DFM-a: kretanje dalje od jednostavnog dizajniranja dijela prema dizajniranju cijelog proizvodnog sustava oko njega. Uzimajući u obzir znanost o materijalima, tehnologiju alata i logistiku sklopa u najranijim fazama dizajniranja, automobilske kompanije mogu riješiti složene proizvodne izazove, potaknuti inovacije i izgraditi otporniji i učinkovitiji proizvodni ekosustav.

Vođenje budućnosti proizvodnje automobila

Dizajn za proizvodnju (DFM) više je od taktike smanjenja troškova; to je strateški imperativ za kretanje kroz budućnost automobilske industrije. Kako vozila postaju sve složenija s elektrifikacijom, autonomnim sustavima i povezanim tehnologijama, sposobnost pojednostavljenja proizvodnje postaje ključna konkurentna prednost. DFM pruža okvir za upravljanje tom složenošću, osiguravajući da inovativni dizajni ne budu samo zamislivi, već i izvodivi u velikim serijama i uz konkurentne troškove.

Načela DFM-a — pojednostavljenje, standardizacija i rano surađivanje — vječna su, ali njihova primjena razvija se uz tehnologiju. Napredak digitalnih alata, poput sofisticiranog softvera za simulaciju i analizu upravljane umjetnom inteligencijom, omogućuje inženjerima da brže i točnije nego ikad prepoznaju i otklone probleme proizvodnje. Ove tehnologije omogućuju prediktivniji a manje reaktivan pristup razvoju proizvoda, skraćujući cikluse dizajniranja i ubrzavajući izlazak na tržište.

Konačno, prihvaćanje kulture DFM-a omogućuje automobilskim tvrtkama da učinkovitije isporučuju proizvode više kvalitete. Potiče okruženje kontinuiranog poboljšanja u kojem dizajn i proizvodnja nisu odvojene funkcije, već integrirani partneri u inovaciji. Za svaku automobilsku proizvođačku tvrtku koja želi uspjeti u dobi brzih promjena, savladavanje umjetnosti i znanosti Dizajna za proizvodnju (DFM) nužno je za put koji ih čeka.

Najčešća pitanja o automobilskom DFM-u

1. Koji je proces projektiranja za proizvodnju (DFM)?

Proces projektiranja za proizvodnju (DFM) uključuje projektiranje dijelova i proizvoda s fokusom na jednostavnost proizvodnje. Cilj je stvoriti bolji proizvod nižim troškovima pojednostavljenjem, optimizacijom i usavršavanjem dizajna. Ovo se obično postiže suradnjom različitih timova, uključujući dizajnere, inženjere i osoblje iz proizvodnje, već u ranim fazama razvoja proizvoda.

2. Koji je primjer DFM-a – projektiranja za proizvodnju?

Klasičan primjer DFM-a je dizajniranje proizvoda s dijelovima koji se spajaju zaključavanjem umjesto korištenja vijaka ili drugih spojnih elemenata. Ovo pojednostavljuje proces sklopa, smanjuje broj potrebnih dijelova, snižava troškove materijala te smanjuje vrijeme i radno vrijeme potrebno za sklop. Drugi primjer iz automobilske industrije je izmjena komponente tako da bude simetrična, čime se eliminira potreba za odvojenim lijevim i desnim dijelovima, što pojednostavljuje upravljanje zalihama i sklop.

3. Koja je glavna svrha dizajniranja za proizvodnju (DFM) u konstrukciji proizvoda?

Glavni cilj DFM-a je smanjiti ukupne troškove proizvodnje uz održavanje ili poboljšanje kvalitete proizvoda te osigurati da dizajn zadovoljava sve funkcionalne zahtjeve. Sporedni ciljevi uključuju skraćivanje vremena izlaska na tržište smanjenjem zastoja u proizvodnji i pojednostavljenjem procesa montaže.

4. Koja aktivnost dizajniranja pripada metodologiji dizajniranja za izvodivost proizvodnje (DFM)?

Ključna aktivnost dizajniranja unutar DFM metodologije je analiza i pojednostavljenje geometrije dijela. To uključuje radnje poput korištenja jednolike debljine stijenki kod kalupiranih dijelova, dodavanje nagiba za olakšano vađenje iz kalupa, povećavanje radijusa kutova radi pojednostavljenja obrade i izbjegavanje elemenata koji su zrcalne slike kako bi se smanjila složenost i troškovi alata.