POVZETEK

Načrtovanje za izdelavo (DFM) v avtomobilski industriji je pomembna inženirska metodologija, ki neposredno vključuje obravnave procesov izdelave že v najzgodnejših fazah oblikovanja izdelka. Pri načrtovanju orodij ta pristop zmanjšuje zapletenost, poenostavi proizvodnjo in znižuje stroške. S tem, da zagotovi učinkovito proizvodnjo komponente že od samega začetka, DFM omogoča višjo kakovost, bolj zanesljive avtomobilske dele in pospeši čas do trženja.

Kaj je DFM (Načrtovanje za izdelavo) v avtomobilski industriji?

Načrtovanje za izdelovanje, pogosto označeno kot DFM, je proaktiven inženirski pristop, usmerjen k oblikovanju delov, komponent in izdelkov za enostavno proizvodnjo. Na zahtevnem avtomobilskem področju DFM ni le najboljša praksa, temveč temeljna strategija za uspeh. Vključuje sodelovanje med načrtovalci, inženirji in strokovnjaki za proizvodnjo, da naprej napovejo in preprečijo težave pri proizvodnji, še preden bi se pojavile. Osnovna filozofija je, da se premaknemo naprej od oblikovanja, ki preprosto deluje, in namesto tega ustvarimo takšno, ki ga je mogoče učinkovito, zanesljivo in ekonomično izdelovati.

Ta metodologija vključuje proizvodnena znanja že v fazo načrtovanja in s tem ovrga tradicionalne, ločene postopke, kjer se dizajn »preprosto preda« proizvodnemu timu. S tem, ko že od začetka upoštevajo dejavnike, kot so lastnosti materialov, zmogljivosti orodij in postopki sestavljanja, lahko avtomobilske podjetja preprečijo dragocene predelave, zamude in težave s kakovostjo. Glede na načela, opisana v celovitem Vodiču DFM , je takšno zgodnje vključevanje ravno točka, kjer imajo inženirji največji vpliv na končne stroške in časovni razpored proizvodnje.

Na primer, pri načrtovanju orodij za avtomobilsko industrijo bi lahko preprosta DFM-razmislek vključeval prilagoditev polmera vogala kovinskega podložnega nosilca. Konstrukcija z ostrimi notranjimi koti bi sicer lahko izgledala čisto v CAD modelu, vendar je težko in draga za obdelavo v orodje, kar povečuje stroške orodij ter lahko povzroči točke koncentracije napetosti v končnem delu. Inženir, ki uporablja DFM, bi določil zaokroženo vogalno obliko, ki jo je mogoče enostavno izdelati s standardnimi rezci, s čimer se zmanjša čas obdelave, podaljša življenjska doba orodja in izboljša strukturna trdnost komponente.

Končni cilj je odpraviti nepotrebno zapletenost. Ta pristop ekipe prisili, da preverijo vpliv vsake konstrukcijske odločitve na proizvodni liniji. Kot so poudarili vodilni igralci v industriji, kot je Toyota, če določena konstrukcijska izbira ne pripomore k dodani vrednosti za stranko, jo je treba poenostaviti ali odstraniti, da se izognemo dodatni zapletenosti v proizvodnem procesu. Ta način razmišljanja je ključnega pomena v industriji, ki se sooča z močno konkurenco in hitrim prehodom na električna vozila (EV), kjer sta učinkovitost in hitrost najpomembnejši.

Osnovna načela in cilji avtomobilskega DFM

Glavni cilj oblikovanja za izdelovanje (Design for Manufacturability) v avtomobilski industriji je optimizacija razmerja med oblikovanjem, stroški, kakovostjo in časom do tržišča. Z vključevanjem logike izdelovanja v proces oblikovanja lahko podjetja dosegajo pomembne konkurenčne prednosti. Glavni cilji so zmanjšanje stroškov izdelovanja, izboljšanje kakovosti in zanesljivosti izdelka ter skrajšanje življenjske dobe izdelka. Teh ciljev se dosegajo z upoštevanjem več osnovnih načel.

Osnovno načelo je poenostavitev oblikovanja . Vključuje zmanjšanje skupnega števila sestavnih delov v komponenti ali sestavu, kar je ena najhitrejših metod za zmanjšanje stroškov. Manj sestavnih delov pomeni manj materiala, orodij, sestavnih delov in dela pri upravljanju zalog. Drugo ključno načelo je standardizacija delov, materialov in značilnosti. Uporaba skupnih komponent in široko razpoložljivih materialov poenostavi dobavno verigo, zmanjša stroške zaradi nakupa v večjih količinah ter zagotavlja doslednost. Na primer, če na več komponent uporabimo isti tip spojne element, znatno poenostavimo sestavno linijo.

Izbira materialov in postopkov je še en pomemben temelj. Izbirani material mora ne le izpolnjevati funkcionalne zahteve posameznega dela, temveč mora biti tudi združljiv z najučinkovitejšim proizvodnim postopkom. Na primer, del, ki je prvotno zasnovan za obdelavo s CNC stroji, se lahko preoblikuje za litje v kalupe, če so proizvodne količine dovolj visoke, kar vodi do nižjih stroškov na enoto. Kot podrobno pojasnjujejo strokovnjaki pri Boothroyd Dewhurst, Inc. , DFM programska oprema lahko ekipam pomaga pri modeliranju teh kompromisov, da bi lahko sprejemale odločitve na podlagi podatkov. To vključuje tudi razrahljavanje toleranc tam, kjer to funkcionalno omogoča, saj nepotrebno tesne tolerance močno povečajo stroške obdelave in kontrole.

Za ponazoritev učinka teh načel si oglejmo primer neoptimiziranega in DFM-optimiziranega dela.

Z uporabo teh osnovnih načel lahko inženirski timi sistematično odpravijo neučinkovitosti, zmanjšajo odpadke in ustvarijo bolj trdno ter donosnejšo proizvodno operacijo. Osredotočenost se prestavi s samih reševanj konstrukcijskih problemov na ustvarjanje celostne in izdelljive rešitve.

Postopek DFM pri konstruiranju avtomobilskih orodij: postopni pristop

Uvedba konstruiranja za izdelovanje (DFM) pri konstruiranju avtomobilskih orodij ni enkratni dogodek, temveč iterativen proces, ki zahteva medfunkcionalno sodelovanje. Vključuje sistematični pristop k analizi, izboljševanju in overjanju konstrukcije, da se zagotovi njena popolna optimizacija za proizvodnjo. Ta strukturirana delovna pot omogoča ekipam, da prepoznajo morebitne težave že v zgodnjih fazah, ko so spremembe najmanj stroškovno zahtevne.

Postopek DFM običajno sledi več ključnim fazam:

1. Začetni koncept in analiza izvedljivosti: Ta prvi korak vključuje opredelitev funkcije dela, zahtevanih zmogljivosti in ciljne cene. Inženirji ocenijo različne postopke izdelave (npr. žiganje, litje, kovanje), da določijo najprimernejši pristop glede na količino proizvodnje, izbiro materiala in geometrijsko zapletenost.
2. Sodelovanje medresnične ekipe: DFM je po svoji naravi timsko opravilo. Konstruktorji, proizvodni inženirji, strokovnjaki za kakovost in celo dobavitelji materialov se morajo sodelovati že od začetka. Takšno zgodnje vključevanje zagotovi uporabo raznolike strokovnosti pri konstruiranju in prepreči vrzeli v znanju, ki bi lahko povzročile težave kasneje. Kot je omenjeno v Rešitve za proizvodnjo vozil , je »duh tesnega sodelovanja« med konstrukcijo in proizvodnjo ključna razlika za vodilne proizvajalce avtomobilov.
3. Izbira materiala in procesa: Ob izvedljivem konceptu ekipa izbere specifični material in postopek izdelave. Pri načrtovanju orodij to pomeni izbiro jeklene sorte, ki uravnoveša vzdržnost in obdelovalnost ter zagotavlja primerno geometrijo delov za žigosanje. Pri zapletenih projektih je sodelovanje s specializiranim proizvajalcem lahko neprecenljivo. Na primer, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. ponuja strokovnost pri izdelavi prilagojenih avtomobilskih orodij za žigosanje z uporabo naprednih CAE simulacij za optimizacijo pretoka materiala in preprečevanje napak še preden se karkoli prereže.
4. Izdelava prototipov in simulacija: Preden se odložijo dragocene proizvodne opreme, ekipe uporabljajo programska orodja za simulacijo (npr. analiza končnih elementov), da napovedujejo vedenje materiala med izdelovalnim procesom. S tem je mogoče ugotoviti morebitne težave, kot so koncentracije napetosti, redčenje materiala ali povratno upogibanje pri žigosanih delih. Nato se izdelajo fizični prototipi za overitev konstrukcije ter preizkus ustreznosti sestavljanja in funkcionalnosti.
5. Povratne informacije in ponovljanje: Rezultati iz simulacij in prototipov se vračajo nazaj na načrtovalni tim. Ta faza predstavlja nenehno zanko izboljševanja, kjer se prilagaja načrtovanje za odpravo vseh ugotovljenih težav. Cilj je iterativno priti do končnega načrta, ki izpolnjuje vse zahteve glede zmogljivosti in hkrati ostaja optimiziran za proizvodnjo.
6. Končni načrt za proizvodnjo: Ko imajo vsi udeleženci zaupanje v izvedljivost proizvodnje, se sprostijo končne specifikacije in risbe za izdelavo orodij in serijsko proizvodnjo. Zaradi temeljitega DFM procesa ta končni načrt nosi veliko manjši tveganje proizvodnih težav, kar zagotavlja gladki zagon.

Delež v praksi: primeri DFM-ja v avtomobilski industriji

Teoretične prednosti DFM-ja postanejo oprijemljive, ko preučimo njegove dejanske aplikacije. Po vsej avtomobilski industriji, od majhnih komponent do velikih karoserijskih plošč, je uporaba načel DFM-ja privedla do pomembnih izboljšav pri stroških, kakovosti in hitrosti proizvodnje. Ti primeri uporabe prikazujejo, kako sprememba filozofije oblikovanja neposredno vpliva na merljive poslovne rezultate.

En jasen primer izhaja iz proizvajalca zaklepajočih gorivnih vrat, ki se sooča s pogostimi okvarami komponent. Izvirni dizajn, izdelan iz aluminija, je utrpel zaradi neenakomernega krčenja materiala in težav z napolnjevanjem med proizvodnjo, kar je vodilo do nepoudbnih delov. Kot je podrobno opisano v primeru uporabe, objavljenem v Dynacast , je bila vključena njihova inženirska ekipa, da bi rešila težavo. Prvi korak je bila temeljita DFM analiza. S pomočjo programske opreme za simulacije so ugotovili, da različen material – zinkska zlitina, znana kot Zamak 5 – ponuja nadpovprečno trdnost in togost. Še pomembneje, popolnoma so preoblikovali orodje za litje pod tlakom, optimirali položaj dotoka in ustvarili večpolostno rešitev, da zagotovijo enakomeren tok materiala ter celovitost delov. Rezultat je bil popolnoma odpravljen prelom delov, daljša življenjska doba orodja in nižji skupni strošek na kus za stranko.

Druga pogosta uporaba DFM-ja je pri proizvodnji karoserijskih plošč avtomobilov. Pri tradicionalnem pristopu bi lahko oblikovali zapleteno stransko ploščo, ki zahteva več posameznih kosov lima, ki se ločeno žongirajo in nato zvarijo skupaj. Ta večstopenjski proces povzroči dodatne stroške orodij, daljše čase ciklov in morebitne točke okvare na varjenih šivih. Inženirska ekipa, ki uporablja načela DFM-ja, bi tak pristop postavila pod vprašaj. Ploščo bi morda preoblikovali v enojno globlje žongirano ploščo. Čeprav to zahteva bolj zapleteno in trdno prvotno kalibracijo, s tem odpravi celotne nadaljnje procese. Ta konsolidacija zmanjša sestavno delovno silo, odpravi potrebo po varilnih pritrdilih, izboljša strukturno celovitost plošče in končno zmanjša skupne stroške proizvodnje na vozilo.

Ti primeri poudarjajo skupno nit pri uspešni izvedbi DFM: premik od preprostega načrtovanja delela k načrtovanju celotnega proizvodnega sistema okoli njega. S tem, ko v najzgodnejših fazah načrtovanja upoštevamo znanje o materialih, orodni tehnologiji in logistiki sestave, lahko avtomobilske podjetja rešujejo zapletene proizvodne izzive, spodbujajo inovacije ter gradijo bolj odporen in učinkovit proizvodni ekosistem.

Poganjanje prihodnosti avtomobilske proizvodnje

Načrtovanje za izdelavo (DFM) je več kot le taktika za zmanjševanje stroškov; gre za strateško nujnost pri krmarjenju po prihodnosti avtomobilske industrije. Ko vozila postajajo vedno bolj zapletena zaradi elektrifikacije, avtonomnih sistemov in povezanih tehnologij, sposobnost poenostavitve proizvodnje postaja ključna konkurenčna prednost. DFM ponuja okvir za upravljanje s to zapletenostjo in zagotavlja, da inovativne konstrukcije niso le predstavljive, temveč tudi masovno izvedljive in pri konkurenčnih stroških.

Načela DFM-ja – poenostavitev, standardizacija in zgodnje sodelovanje – so večna, vendar se njihova uporaba razvija skupaj s tehnologijo. Napredek digitalnih orodij, kot so napredno programska oprema za simulacije in analiza na podlagi umetne inteligence, omogoča inženirjem, da hitreje in natančneje kot kdaj koli prej odkrijejo in odpravijo težave s proizvodljivostjo. Te tehnologije omogočajo bolj predvidljem in manj reaktivnim pristop k razvoju izdelkov, kar skrajša oblikovalske cikle in pospeši uvedbo na trg.

Končno pa sprejemanje DFM kulture omogoča avtomobilskim podjetjem, da učinkoviteje dostavljajo izdelke višje kakovosti. Spodbuja okolje stalnega izboljševanja, kjer načrtovanje in proizvodnja nista ločeni funkciji, temveč integrirana partnerja pri inovacijah. Za vsakega proizvajalca avtomobilov, ki želi uspevati v dobi hitre transformacije, je obvladovanje umetnosti in znanosti Oblikovanja za proizvodljivost bistveno za pot naprej.

Pogosto zastavljena vprašanja o DFM-ju v avtomobilski industriji

1. Kaj je proces oblikovanja za izdelavo (DFM)?

Proces oblikovanja za izdelavo (DFM) vključuje oblikovanje delov in izdelkov s poudarkom na enostavnosti izdelave. Cilj je ustvariti boljši izdelek pri nižjih stroških z poenostavitvijo, optimizacijo in izpopolnjevanjem oblike. To se običajno doseže s skupnim delovanjem med oblikovalci, inženirji in osebami iz proizvodnje že v zgodnjih fazah razvoja izdelka.

2. Kakšen je primer DFM – oblikovanja za izdelavo?

Klasičen primer DFM je oblikovanje izdelka s kliknimi spoji namesto uporabe vijakov ali drugih spojnih elementov. To poenostavi postopek sestavljanja, zmanjša število potrebnih delov, zniža stroške materiala ter skrajša čas in stroške sestave. Drug primer iz avtomobilske industrije je sprememba komponente tako, da postane simetrična, kar odpravi potrebo po ločenih levih in desnih delih ter poenostavi zaloge in sestavo.

3. Katera je glavna cilj razvoja za proizvodnjo (DFM) pri oblikovanju izdelka?

Glavni cilj DFM-ja je zmanjšati skupne stroške proizvodnje, hkrati pa ohraniti ali izboljšati kakovost izdelka in zagotoviti, da konstrukcija izpolnjuje vse funkcionalne zahteve. Sekundarni cilji vključujejo skrajšanje časa do trženja s zmanjševanjem zamud pri proizvodnji ter poenostavitev procesa sestavljanja.

4. Katera oblikovalska dejavnost je del metodologije razvoja za izdelavo (DFM)?

Ključna oblikovalska dejavnost znotraj metodologije DFM je analiza in poenostavitev geometrije dela. Vključuje ukrepe, kot so uporaba enotne debeline stene pri litih delih, dodajanje izpusta za olajšano odstranitev iz kalupa, povečanje polmera vogalov za poenostavitev obdelave in izogibanje funkcijam, ki so zrcalne podobe, da se zmanjša zapletenost in stroški orodij.