TRUMPAI

Projektavimas gaminamumui (DFM) automobilių pramonėje yra svarbi inžinerinė metodika, kurios tikslas – tiesiogiai integruoti gamybos proceso aspektus į ankstyviausias produkto dizaino stadijas. Ypač formų dizainui šis požiūris siekia supaprastinti gamybą, sumažinti sudėtingumą ir mažinti išlaidas. Užtikrinant, kad komponentas nuo pat pradžių galėtų būti efektyviai gaminamas dideliais kiekiais, DFM užtikrina aukštesnę kokybę, patikimesnius automobilių dalinius ir greitesnį išvedimą į rinką.

Kas yra DFM (projektavimas gaminamumui) automobilių pramonėje?

Gamintojui skirtas projektavimas, dažnai sutrumpinamas iki DFM, yra proaktyvus inžinerijos metodas, kurio pagrindinis tikslas – projektuoti detales, komponentus ir produktus taip, kad jie būtų lengvai gaminami. Aukšto rizikos automobilių sektoriuje DFM nėra tik geriausia praktika, bet svarbi sėkmės strategija. Tai apima bendradarbiavimą tarp dizainerių, inžinierių ir gamybos ekspertų, siekiant numatyti ir išvengti gamybos sunkumų dar prieš jiems atsirandant. Pagrindinė filosofija – ne tik sukurti veikiantį projektą, bet sukurti tokį, kuris galėtų būti efektyviai, patikimai ir ekonomiškai gaminamas.

Ši metodika projektavimo etape integruoja gamybos žinias, iššaukiant tradicinius, atskirtus darbo procesus, kai dizainas tiesiog „permetamas per sieną“ gamybos komandai. Atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip medžiagų savybės, įrankių galimybės ir surinkimo procesai jau nuo pirmos dienos, automobilių gamintojai gali išvengti brangaus perdarymo, delsimų ir kokybės problemų. Pagal išsamioje DFM gide pateiktas principus, ši ankstyva integracija yra ta vieta, kur inžinieriai turi didžiausią įtaką galutinėms gamybos išlaidoms ir terminams.

Pavyzdžiui, automobilių formos projektavime paprastas DFM aspektas gali būti štampuoto metalinio laikiklio kampų spindulio koregavimas. Projektas su aštriomis vidinėmis kraštinėmis gali atrodyti tvarkingas CAD modelyje, tačiau yra sudėtingas ir brangus išgraviruoti į formą, dėl to padidėja įrankių gamybos išlaidos ir galimi įtempimo taškai galutiniame gaminyje. Taikydamas DFM inžinierius nurodytų apvalų kampą, kurį galima lengvai pagaminti standartiniais pjovimo įrankiais, taip sumažinant apdirbimo laiką, pailginant įrankių tarnavimo laiką ir gerinant detalės konstrukcinį vientisumą.

Galutinis tikslas – pašalinti nereikalingą sudėtingumą. Toks požiūris verčia komandas kiekvieną konstrukcinį sprendimą vertinti pagal jo poveikį gamybos aikštelėje. Kaip pabrėžė pramonės lyderiai, tokie kaip Toyota, jei konstrukcinis pasirinkimas nesuteikia vartotojui pridėtinės vertės, jis turėtų būti supaprastintas ar pašalintas, kad nebūtų didinamas gamybos proceso sudėtingumas. Šis požiūris yra labai svarbus pramonės šakoje, kuriai tenka intensyvi konkurencija ir greitas pereinama prie elektrinių automobilių (EV), kai efektyvumas ir greitis yra svarbiausia.

Automobilių konstrukcijos gamybai pagrindiniai principai ir tikslai

Pagrindinis automobilių pramonės konstravimo gaminamumui tikslas yra optimizuoti ryšį tarp dizaino, kainos, kokybės ir rinkai skirtos paruošimo trukmės. Įtraukdamos gamybos logiką į konstravimo procesą, įmonės gali pasiekti reikšmingus konkurencinius pranašumus. Pagrindiniai tikslai yra sumažinti gamybos išlaidas, gerinti produkto kokybę ir patikimumą bei sutrumpinti produkto kūrimo ciklą. Šie tikslai pasiekiami laikantis kelių pagrindinių principų.

Yra pagrindinis principas konstrukcijos supaprastinimas . Jis apima dalių kiekio komponente arba agregate sumažinimą, kas yra vienas greičiausių būdų sumažinti išlaidas. Mažiau dalių reiškia mažiau medžiagų, įrankių, surinkimo darbo jėgos ir atsargų valdymo. Kitas svarbus principas yra standartizacija dalių, medžiagų ir savybių. Bendrų komponentų ir plačiai paplitusių medžiagų naudojimas supaprastina tiekimo grandinę, sumažina išlaidas dėl didelių kiekio pirkimų ir užtikrina nuoseklumą. Pavyzdžiui, projektuojant kelias dalis taip, kad būtų naudojamas tas pats tipas tvirtinimo detalių, žymiai supaprastinama surinkimo linija.

Medžiagų ir procesų parinkimas yra dar vienas svarbus pagrindas. Pasirinkta medžiaga turi ne tik atitikti detalės funkcines reikalavimus, bet taip pat turi būti suderinama su efektyviausiu gamybos procesu. Pavyzdžiui, detalė, iš pradžių suprojektuota CNC apdirbimui, dideles gamybos apimtis pasiekus, gali būti perprojektuota štampavimui, kas leidžia sumažinti vieneto kainą. Kaip išsamiai paaiškina ekspertai iš Boothroyd Dewhurst, Inc. , DFM programinė įranga gali padėti komandoms modeliuoti šiuos kompromisus, kad būtų priimami duomenimis paremti sprendimai. Tai apima ir ribojimų palengvinimą ten, kur tai funkcionaliai įmanoma, nes pernelyg siauri ribojimai gali žymiai padidinti apdirbimo laiką ir kontrolės išlaidas.

Norėdami pavaizduoti šių principų poveikį, apsvarstykite skirtumą tarp DFM optimizuotos detalės ir neoptimizuotos.

Taikant šias pagrindines principus, inžinerijos komandos gali sistemingai pašalinti neefektyvumus, sumažinti atliekas ir sukurti patvaresnę bei pelningesnę gamybą. Dėmesys perkyla nuo vien tik konstrukcinės problemos sprendimo prie visapusiško ir gaminamo sprendimo kūrimo.

DFM procesas automobilių formų projektavime: žingsnis po žingsnio metodika

Diegimas projektuojant gaminamumą automobilių formų projektavimui nėra vienkartinis įvykis, o kartojamas procesas, reikalaujantis tarpfunkcinio bendradarbiavimo. Jis apima sisteminį požiūrį į konstrukcijos analizę, tobulinimą ir patvirtinimą, kad būtų užtikrinta jos visiška optimizacija gamybai. Šis struktūruotas darbo procesas leidžia komandoms anksti aptikti galimas problemas, kai pokyčiai yra pigiausi.

DFM procesas paprastai susideda iš keleto pagrindinių etapų:

1. Pradinė koncepcija ir realizuojamumo analizė: Šis pirmasis žingsnis apima detalės funkcijos, našumo reikalavimų ir tikslinės kainos nustatymą. Inžinieriai vertina įvairius gamybos procesus (pvz., štampavimą, liejimą, kovavimą), kad nustatytų tinkamiausią metodą, remiantis gamybos apimtimis, medžiagos pasirinkimu ir geometrine sudėtingumu.
2. Krosfunkcinės komandos bendradarbiavimas: DFM iš esmės yra komandinis darbas. Konstruktorių inžinieriai, technologijos inžinieriai, kokybės specialistai ir netgi medžiagų tiekėjai turi bendradarbiauti nuo pat pradžių. Toks ankstyvas įtraukimas užtikrina, kad projektavime būtų taikomos įvairios ekspertizės, neleidžiant žinių spragoms, kurios gali sukelti problemų vėlesniais etapais. Kaip pažymėta Automobilių gamybos sprendimai , šis „artumo dvasia“ tarp konstravimo ir gamybos yra pagrindinis lyderių automobilių gamintojų skirtumas.
3. Medžiagos ir proceso pasirinkimas: Turint įgyvendinamą koncepciją, komanda pasirenka konkretų medžiagą ir gamybos procesą. Formos konstrukcijai tai reiškia plieno rūšies pasirinkimą, kuri sulygina ilgaamžiškumą su apdirbamumu, taip pat užtikrina, kad detalės geometrija būtų tinkama presavimui. Sudėtingiems projektams svarbu bendradarbiauti su specializuotu gamintoju, kuris gali suteikti esminius įžvalgų. Pavyzdžiui, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. turi ekspertizę individualių automobilių presformių srityje, naudodama pažangias CAE imitacijas medžiagų srautui optimizuoti ir defektams užkirsti kelią dar prieš pjaunant metalą.
4. Prototipavimas ir imitacija: Prieš įsigydamai brangią gamybos įrangą, komandos naudoja imitavimo programinę įrangą (pvz., baigtinių elementų analizę), kad numatytų, kaip medžiaga elgsis gamybos metu. Tai gali padėti nustatyti galimas problemas, tokias kaip įtempimo koncentracija, medžiagos storio sumažėjimas ar atsitraukimas presuojant. Tada gaminami fiziniai prototipai, kad patvirtintų konstrukciją bei išbandytų surinkimo tikslumą ir funkcionalumą.
5. Atsiliepimai ir iteracija: Rezultatai iš modeliavimo ir prototipų grąžinami dizaino komandai. Šis etapas yra nuolatinis tobulinimo ciklas, kuriame dizainas koreguojamas siekiant išspręsti bet kokias nustatytas problemas. Tikslas – pasiekti galutinį dizainą, kuris atitiktų visus našumo reikalavimus ir būtų optimizuotas gamybai.
6. Galutinis dizainas gamybai: Kai visi suinteresuotieji šalių atstovai tiki dizaino gamybos galimybėmis, galutinės specifikacijos ir brėžiniai išleidžiami įrankių gamybai ir masinei gamybai. Dėl griežto DFM proceso šis galutinis dizainas turi žymiai mažesnę riziką susidurti su gamybos problemomis, užtikrindamas sklandesnį paleidimą.

Realus poveikis: DFM atvejų tyrimai automobilių pramonėje

DFM teoriniai pranašumai tampa akivaizdūs, nagrinėjant jo praktinius taikymo atvejus. Visoje automobilių pramonėje, nuo mažų detalių iki didelių kėbulo plokščių, taikant DFM principus pasiektas reikšmingas progresas sąnaudų, kokybės ir gamybos greičio požiūriu. Šie atvejų tyrimai parodo, kaip dizaino filosofijos pakeitimas tiesiogiai lemia matuojamus verslo rezultatus.

Vienas ryškus pavyzdys kilo iš degalų bako dangčio užrakto gamintojo, kuris susidūrė su pastoviu detalių gedimu. Pradinis konstrukcijos sprendimas, pagamintas iš aliuminio, gamybos metu kentėjo dėl nenuolatinio medžiagos susitraukimo ir užpildymo problemų, dėl ko gaunamos netikimos detalės. Kaip išsamiai aprašyta atvejo tyrimo metu, pateiktame Gyvūniniai transliuotojai , jų inžinerijos komanda buvo įtraukta siekiant išspręsti šią problemą. Pirmasis žingsnis buvo išsamus DFM analizės atlikimas. Naudodami simuliacinę programinę įrangą, jie nustatė, kad kitas medžiaga – cinko lydinys, vadinamas Zamak 5, – siūlo geresnį stiprumą ir kietumą. Svarbiausia, jie iš naujo suprojektavo pačią liejimo formą, optimizavo užpildymo vietą ir sukūrė daugiakamerinį sprendimą, kad būtų užtikrintas nuoseklus medžiagos srautas ir detalės vientisumas. Rezultatas buvo visiškai pašalintos gedimų atsiradimo galimybės, ilgesnis formos tarnavimo laikas ir žemesnės bendrosios vienos detalės savikaina klientui.

Kitas dažnas DFM taikymas – automobilių karosės plokščių gamyba. Tradicinis požiūris gali apimti sudėtingos šoninės plokštės projektavimą, kuriam reikia kelis skardos lakštus atskirai išspausdinti ir tada suvirinti kartu. Šis daugiapakopis procesas įveda papildomas įrankių išlaidas, ilgesnius ciklus bei potencialius gedimo taškus siūlių vietose. Taikydami DFM principus inžinerijos komanda peržiūrėtų šį požiūrį. Jie galėtų suprojektuoti plokštę kaip vieną gilesnį išspaudimą. Nors tai reikalauja sudėtingesnio ir patvaresnio pradinio formavimo įrankio, eliminuojami visi žemyn srovės procesai. Toks sujungimas sumažina surinkimo darbą, pašalina būtinybę naudoti suvirinimo tvirtinimus, pagerina plokštės konstrukcinį vientisumą ir galiausiai sumažina bendras gamybos išlaidas vienam automobiliui.

Šie pavyzdžiai atskleidžia bendrą sėkmingos DFM realizavimo liniją: pereiti nuo vien tik detalių projektavimo prie visos gamybos sistemos, orientuotos į tą detalę, kūrimo. Atsižvelgiant į medžiagų mokslą, įrankių technologijas ir surinkimo logistiką jau ankstyviausiose projektavimo stadijose, automobilių gamintojai gali spręsti sudėtingus gamybos iššūkius, skatinti inovacijas ir kurti atsparesnę bei efektyvesnę gamybos ekosistemą.

Vadovaujame automobilių pramonės ateities kūrimui

Gamybai pritaikytas projektavimas (DFM) yra daugiau nei paprasčiausias kaštų mažinimo būdas; tai strateginė būtinybė, leidžianti sėkmingai veikti automobilių pramonės ateityje. Kai automobiliai tampa sudėtingesni dėl elektrifikacijos, autonominių sistemų ir susietų technologijų, gebėjimas supaprastinti gamybą tampa esminiu konkurenciniu pranašumu. DFM suteikia struktūrą šiai sudėtingumui valdyti, užtikrinant, kad inovatyvūs projektai būtų ne tik įmanomi, bet ir masiškai gaminami bei konkurencinga kaina.

DFM principai – supaprastinimas, standartizavimas ir ankstyvas bendradarbiavimas – yra amžini, tačiau jų taikymas kartu su technologijomis tobulėja. Išsivysčius skaitmeninėms priemonėms, tokiose kaip pažangios simuliacinės programinės įrangos ir dirbtinio intelekto analizės sprendimai, inžinieriai gali greičiau ir tiksliau nei anksčiau nustatyti ir išspręsti gamybos problemų klausimus. Šios technologijos leidžia taikyti prognozuojantį, o ne reaguojantį požiūrį į produkto kūrimą, sutrumpinant projektavimo ciklus ir pagreitinant išvedimą į rinką.

Galutinai DFM kultūros įsisavinimas suteikia automobilių kompanijoms galimybę efektyviau kurti aukštesnės kokybės produktus. Tai skatina nuolatinio tobulėjimo aplinką, kurioje dizainas ir gamyba nėra atskiri procesai, bet integruoti partneriai inovacijose. Bet kuriai automobilių gamyklos siekiančiai klestėti sparčiai besikeičiančiu metu, DFM – projektavimas dėl gamybos – menas ir mokslas yra būtinas kelio į priekį elementas.

Dažniausiai užduodami klausimai apie automobilių DFM

1. Kas yra gamybos patogumo projektavimo (DFM) procesas?

Gamybos patogumo projektavimo (DFM) procesas apima detalių ir produktų projektavimą, atsižvelgiant į jų lengvą gamybą. Tikslas – sukurti geresnį produktą mažesne kaina supaprastinant, optimizuojant ir tobulinant dizainą. Tai paprastai pasiekiamas tarpfunkcinio bendradarbiavimo tarp dizainerių, inžinierių ir gamybos personalo metu ankstyvoje produkto kūrimo ciklo stadijoje.

2. Koks yra DFM – gamybos patogumo projektavimo – pavyzdys?

Klasikinis DFM pavyzdys yra produkto dizainas su prisijungiančiomis detalėmis vietoj varžtų ar kitų tvirtinimo elementų. Tai supaprastina surinkimo procesą, sumažina reikalingų detalių skaičių, žemesnes medžiagų išlaidas ir mažina surinkimo laiką bei darbo sąnaudas. Kitas automobilių pramonės pavyzdys – komponento modifikavimas taip, kad jis būtų simetriškas, kas pašalina poreikį atskirai kairiai ir dešiniai pusėms, supaprastindamas atsargų valdymą ir surinkimą.

3. Koks yra pagrindinis tikslas dizaino gamybai (DFM) produktų kūrime?

Pagrindinis DFM tikslas – sumažinti bendras gamybos išlaidas, išlaikant ar gerinant produkto kokybę ir užtikrinant, kad dizainas atitiktų visus funkcinius reikalavimus. Antraeiliai tikslai apima rinkai skirtos prekės pasiekimo laiko sutrumpinimą dėl gamybos delsų mažinimo ir surinkimo proceso supaprastinimo.

4. Kuri dizaino veikla priklauso dizaino gamybai (DFM) metodikai?

Svarbi dizaino veikla DFM metodikoje yra detalės geometrijos analizė ir supaprastinimas. Tai apima tokias priemones kaip vienodo sienelių storio naudojimas liejiniuose, ištraukos kampų pridėjimas, kad būtų palengvinta išėmimas iš formos, kampų spindulių didinimas, kad būtų supaprastinta apdirbimo procedūra, bei veiksnių, kurie yra veidrodiniai atvaizdai, vengimas, siekiant sumažinti sudėtingumą ir įrankių gamybos išlaidas.