Коротко

Проектування з урахуванням технологічності (DFM) у автомобільній промисловості — це важливий інженерний підхід, спрямований на безпосереднє врахування виробничих процесів на найранніших етапах проектування продукту. Зокрема для проектування матриць цей підхід має на меті оптимізацію виробництва, зменшення складності та зниження витрат. Забезпечуючи можливість ефективного масового виробництва компонента з самого початку, DFM забезпечує вищу якість, надійність автомобільних деталей та скорочує термін виходу на ринок.

Що таке DFM (проектування з урахуванням технологічності) у автомобільній промисловості?

Проектування для виготовлення, що часто скорочується як DFM, є проактивною інженерною практикою, зосередженою на проектуванні деталей, компонентів та продуктів з урахуванням простоти їх виробництва. У високоризиковому автомобільному секторі DFM — це не просто найкраща практика, а базова стратегія успіху. Це передбачає спільну роботу конструкторів, інженерів та експертів з виробництва задля передбачення та запобігання виробничим проблемам ще до їх виникнення. Основна філософія полягає в тому, щоб вийти за межі створення конструкції, яка просто працює, і замість цього розробити таку, яку можна ефективно, надійно та економічно виготовляти.

Цей метод інтегрує виробничі знання на етапі проектування, що суперечить традиційним ізольованим процесам, коли проект просто «перекидають через стіну» виробничій команді. Враховуючи з першого дня такі фактори, як властивості матеріалів, можливості оснащення та процеси збирання, автомобільні компанії можуть запобігти дороговажним переділкам, затримкам і проблемам із якістю. Згідно з принципами, викладеними в комплексному Посібнику з DFM , саме ця рання інтеграція дає інженерам найбільше можливостей впливати на кінцеві витрати та терміни виробництва.

Наприклад, у конструкції штампів для автомобілебудування простим аспектом DFM може бути зміна радіуса кута штампованого металевого кронштейна. Конструкція з гострими внутрішніми кутами може виглядати чистою в CAD-моделі, але її важко та дорого обробити у формі, що призводить до вищих витрат на інструменти та потенційних місць концентрації напружень у готовій деталі. Інженер, який застосовує DFM, визначив би закруглений кут, який легко отримати стандартними різальними інструментами, тим самим скоротивши час обробки, продливши термін служби інструменту та покращивши структурну цілісність компонента.

Кінцева мета полягає в усуненні непотрібної складності. Такий підхід змушує команди аналізувати вплив кожного конструктивного рішення на виробничій ділянці. Як наголошують лідери галузі, такі як Toyota, якщо конструктивне рішення не додає вартості для клієнта, його слід спростити або взагалі усунути, щоб не загромаджувати виробничий процес. Таке мислення має вирішальне значення в галузі, де існує жорстка конкуренція та швидкий перехід до електромобілів (EV), а ефективність і швидкість є пріоритетними.

Основні принципи та цілі DFM у автомобільній промисловості

Основна мета проектування з урахуванням технологічності в автомобільній промисловості полягає в оптимізації взаємозв'язку між конструкцією, вартістю, якістю та терміном виходу на ринок. Впроваджуючи логіку виробництва в процес проектування, компанії можуть отримати суттєві конкурентні переваги. Основні цілі — мінімізувати витрати на виробництво, підвищити якість і надійність продукту та скоротити життєвий цикл розробки продукту. Цих цілей досягають шляхом дотримання кількох основних принципів.

Фундаментальний принцип спрощення конструкції . Це передбачає зменшення загальної кількості деталей у компоненті або складальному вузлі, що є одним із найшвидших способів знизити витрати. Менше деталей означає менше матеріалів, оснастки, трудовитрат на складання та управління запасами. Іншим ключовим принципом є стандартизація компонентів, матеріалів і характеристик. Використання типових компонентів і широко доступних матеріалів спрощує ланцюг поставок, зменшує витрати за рахунок закупівлі великих обсягів і забезпечує узгодженість. Наприклад, проектування кількох компонентів з використанням одного типу кріпіжних елементів значно спрощує процес збірки.

Вибір матеріалу та технологічного процесу є ще одним ключовим принципом. Обраний матеріал повинен не лише відповідати функціональним вимогам деталі, але й бути сумісним із найефективнішим технологічним процесом виробництва. Наприклад, деталь, спочатку розроблену для обробки на CNC-верстатах, можна перепроектувати для лиття під тиском, якщо обсяги виробництва достатньо великі, що призведе до зниження вартості одиниці продукції. Як детально описано експертами з Boothroyd Dewhurst, Inc. , програмне забезпечення DFM може допомогти командам моделювати ці компроміси для прийняття рішень на основі даних. Це включає послаблення допусків там, де це функціонально можливо, адже надмірно вузькі допуски можуть значно збільшити час обробки та витрати на контроль.

Щоб проілюструвати вплив цих принципів, розгляньте контраст між деталлю, оптимізованою за DFM, та неоптимізованою.

Застосовуючи ці основні принципи, інженерні команди можуть систематично усувати неефективність, зменшувати відходи та створювати більш надійну й прибуткову виробничу діяльність. Акцент переміщується з простого вирішення проектної проблеми на створення комплексного та технологічного рішення.

Процес DFM у проектуванні прес-форм для автомобілебудування: поетапний підхід

Реалізація проектування з урахуванням технологічності (DFM) для автомобільних прес-форм — це не одноразова подія, а ітеративний процес, що вимагає міжфункціональної взаємодії. Він передбачає системний підхід до аналізу, удосконалення та перевірки конструкції, щоб забезпечити її повну оптимізацію для виробництва. Цей структурований робочий процес дає змогу командам виявляти потенційні проблеми на ранніх етапах, коли внесення змін є найменш коштовним.

Процес DFM, як правило, включає кілька ключових етапів:

1. Початкове концептуальне проектування та аналіз технічної можливості: Цей перший крок передбачає визначення функції деталі, вимог до її продуктивності та цільової вартості. Інженери оцінюють різні технологічні процеси (наприклад, штампування, лиття, кування), щоб визначити найбільш доцільний підхід залежно від обсягу виробництва, вибору матеріалу та геометричної складності.
2. Співпраця міжфункціональної команди: DFM за своєю суттю — це командний вид діяльності. Конструктори, технологи, фахівці з якості та навіть постачальники матеріалів мають співпрацювати з самого початку. Така рання взаємодія забезпечує залучення різноманітних компетенцій до проектування, запобігаючи прогалинам у знаннях, які можуть призвести до проблем на наступних етапах. Як зазначено в Рішення для автомобільного виробництва , цей «дух близькості» між проектуванням і виробництвом є ключовим фактором відмінності провідних автовиробників.
3. Вибір матеріалу та технології: Після розробки реалістичного концепту команда вибирає конкретний матеріал і технологічний процес. У разі проектування прес-форм це означає вибір марки сталі, яка забезпечує оптимальний баланс між міцністю та оброблюваністю, а також гарантує придатність геометрії деталі для штампування. Для складних проектів співпраця зі спеціалізованим виробником може забезпечити важливі експертні знання. Наприклад, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. має експертну кваліфікацію у виготовленні спеціальних прес-форм для автомобільної промисловості, використовуючи сучасні CAE-симуляції для оптимізації течії матеріалу та запобігання дефектам ще до того, як буде оброблено будь-який метал.
4. Прототипування та моделювання: Перш ніж розпочинати виготовлення дорогого виробничого інструментарю, команди використовують програмне забезпечення для моделювання (наприклад, метод скінченних елементів), щоб передбачити поведінку матеріалу під час виробничого процесу. Це дозволяє виявити потенційні проблеми, такі як концентрація напружень, зменшення товщини матеріалу або пружне відновлення форми після штампування. Потім виготовлюють фізичні прототипи для підтвердження конструкції та перевірки правильності збірки, посадки та функціонування.
5. Зворотній зв'язок та ітерації: Результати моделювання та прототипів передаються назад до проектної команди. Цей етап є безперервним циклом удосконалення, під час якого проект змінюється для усунення будь-яких виявлених проблем. Мета — ітеративне наближення до остаточного дизайну, який відповідає всім вимогам до продуктивності та залишається оптимізованим для виробництва.
6. Остаточний дизайн для виробництва: Як тільки всі зацікавлені сторони переконані у можливості виробництва конструкції, остаточні специфікації та креслення передаються для підготовки оснастки та масового виробництва. Завдяки ретельному процесу DFM, цей остаточний дизайн має значно менший ризик виникнення проблем на виробництві, забезпечуючи більш плавний запуск.

Реальний вплив: Приклади впровадження DFM у автомобільній галузі

Теоретичні переваги DFM стають відчутними під час вивчення їхнього практичного застосування. У всій автомобільній галузі, від малих компонентів до великих панелей кузова, застосування принципів DFM призвело до суттєвого покращення вартості, якості та швидкості виробництва. Ці приклади показують, як зміна філософії проектування безпосередньо перетворюється на вимірювані бізнес-результати.

Один переконливий приклад надійшов від виробника кришок паливних баків, який стикався з постійним виходом компонентів з ладу. Первісний дизайн, виготовлений з алюмінію, мав проблеми з нерівномірним усаджуванням матеріалу та заповненням під час виробництва, що призводило до ненадійних деталей. Як детально описано в прикладі, наведеному в дослідженні від Dynacast , залучили їхню інженерну команду для вирішення цього питання. Першим кроком був ретельний аналіз DFM. За допомогою програмного забезпечення для моделювання було встановлено, що інший матеріал — цинковий сплав під назвою Zamak 5 — має кращу міцність і твердість. Ще важливіше те, що вони переконструювали сам інструмент для лиття під тиском, оптимізувавши місце живлення та створивши багатопорожнинний розв'язок, щоб забезпечити стабільний потік матеріалу та цілісність деталі. У результаті вдалося повністю усунути відмови деталей, продовжити термін служби інструменту та знизити загальну вартість одиниці продукції для клієнта.

Ще одне поширене застосування DFM — це виробництво кузовних панелей автомобілів. Традиційний підхід може передбачати проектування складної бічної панелі, яка потребує окремого штампування кількох деталей з листового металу, а потім їх зварювання. Цей багатоетапний процес призводить до додаткових витрат на оснащення, подовження циклу виробництва та потенційних місць відмов у зварних швах. Інженерна команда, що застосовує принципи DFM, переглянула б такий підхід. Вони могли б спроектувати панель як єдину деталь із глибоким витягуванням. Хоча це вимагає складнішого та міцнішого первинного штампу, такий підхід повністю усуває цілий ряд наступних операцій. Така консолідація скорочує трудомісткість збирання, виключає необхідність у пристроях для зварювання, підвищує структурну цілісність панелі та врешті-решт знижує загальну вартість виробництва на одне транспортний засіб.

Ці приклади вказують на загальну тенденцію успішного впровадження DFM: перехід від простого проектування деталі до проектування всієї виробничої системи навколо неї. Беручи до уваги матеріалознавство, технології оснащення та логістику складання на найраніших етапах проектування, автомобільні компанії можуть вирішувати складні виробничі завдання, сприяти інноваціям і створювати більш стійку та ефективну виробничу екосистему.

Рушій майбутнього автомобілебудування

Конструювання з урахуванням технологічності — це більше, ніж просто захід щодо скорочення витрат; це стратегічна необхідність для руху вперед у сфері автомобілебудування. Оскільки транспортні засоби стають все складнішими завдяки електрифікації, автономним системам і технологіям підключення, здатність спрощувати виробництво стає ключовою конкурентною перевагою. DFM забезпечує основу для управління цією складністю, гарантуючи, що інноваційні конструкції є не лише можливими, але й реально виробничими у великих масштабах та з конкурентоспроможною вартістю.

Принципи DFM — спрощення, стандартизація та рання співпраця — є вічними, але їх застосування змінюється разом із технологіями. Розвиток цифрових інструментів, таких як програмне забезпечення для просунутої симуляції та аналізу на основі штучного інтелекту, дозволяє інженерам виявляти та усувати проблеми виготовлення набагато швидше та точніше, ніж будь-коли раніше. Ці технології дають змогу підходити до розробки продуктів більш передбачувано, а не реактивно, скорочуючи цикли проектування та прискорюючи вихід на ринок.

У кінцевому підсумку, прийняття культури DFM дозволяє автомобільним компаніям ефективніше створювати продукти вищої якості. Це сприяє формуванню середовища безперервного вдосконалення, де проектування та виробництво є не окремими функціями, а інтегрованими партнерами в інноваціях. Для будь-якого автомобільного виробника, який прагне процвітати в епоху швидких перетворень, оволодіння мистецтвом і наукою проектування для виготовлення є необхідним для успішного руху вперед.

Поширені запитання про автомобільний DFM

1. Що таке процес проектування для технологічності (DFM)?

Процес проектування для технологічності (DFM) полягає у створенні деталей і продуктів із орієнтацією на простоту виготовлення. Мета полягає в тому, щоб створити кращий продукт за нижчою вартістю шляхом спрощення, оптимізації та вдосконалення конструкції. Цього зазвичай досягають завдяки міжфункціональній співпраці між конструкторами, інженерами та виробничим персоналом на ранніх етапах розробки продукту.

2. Який приклад DFM — проектування для виробництва?

Класичним прикладом DFM є проектування продукту з елементами, що з'єднуються за принципом защілкування, замість використання гвинтів або інших кріпильних деталей. Це спрощує процес складання, зменшує кількість необхідних деталей, знижує витрати на матеріали та скорочує час і трудомісткість складання. Іншим прикладом з автомобільної галузі є зміна конструкції компонента таким чином, щоб він був симетричним, що усуває необхідність у різних лівих і правих частинах і спрощує управління запасами та процес складання.

3. Яка основна мета методу проектування для виготовлення (DFM) у розробці продуктів?

Основною метою DFM є мінімізація загальних витрат на виробництво з одночасним збереженням або покращенням якості продукту та забезпеченням відповідності конструкції всім функціональним вимогам. Додаткові цілі включають скорочення терміну виходу продукту на ринок шляхом зменшення простою у виробництві та оптимізації процесу складання.

4. Яка діяльність із проектування входить до методології проектування для технологічності (DFM)?

Однією з ключових дій у методології DFM є аналіз і спрощення геометрії деталі. Це включає такі дії, як використання однакової товщини стінок у литих деталях, додавання конусності для полегшення вилучення з форми, збільшення радіусів кутів для спрощення обробки, а також уникання елементів, що є дзеркальними копіями, задля зменшення складності та витрат на оснастку.