PM: Design for Manufacturing

Transkript

1 PM: Design for Manufacturing I den inledande delen av produktutveckling är det av hög vikt att se till kundens behov, krav och produktens egenskaper samt korrelation mellan dessa aspekter. I det senare steget ska man ta vara på resultatet och applicera det i en fulländad design. Här blir det ofta problem och det är därför man har valt att använda olika metoder för att styra designarbetet mot olika kriterier beroende på vilka krav man har. Det finns en uppsjö av kriterier under samlingsnamnet DFX, Design for X. Här kan nämnas till exempel design mot miljöpåverkan eller pålitlighet. Följande litteraturstudie ska behandla kriteriet tillverkning, dvs. DFM, eller Design for Manufacturing. Huvudmålet för DFM är tydligt, lägre tillverkningskostnad för en produkt kan ge företaget en högre vinst. Ett framgångsrecept är att ha en hög vinstmarginal, dvs. hög skillnad mellan priset på produkten och tillverkningskostnad för produkten. Med i ekvationen finns självklart antalet produkter som företaget säljer, en variabel som mycket beror på kvaliteten på produkten. Sammantaget är det alltså en bra kvalitet på en produkt med låg tillverkningskostnad som gagnar ett företag ekonomiskt. DFM är i sin tur en metod som strävar mot detta, att minska tillverkningskostnaderna utan att tumma på kvaliteten. DFM börjar egentligen redan i konceptfasen av produktutvecklingen. Här bestäms produktens specifikationer och egenskaper, redan här har utvecklingsingenjörerna tillverkningskostnaderna i bakhuvudet. Till exempel så kan en lägre vikt på produkten ge upphov till att man måste använda andra material och tillverkningskostnaden kan då stiga. Vidare kan produkten delas in i olika komponenter med den förväntade tillverkningskostnaden och tillverkningskomplexiteten i fokus. När man närmar sig själva tillverkningsprocessen används DFM mer och mer flitigt. Metoden kan delas in i fem olika steg (kronologisk ordning): Uppskatta tillverkningskostnad Reducera komponentkostnad Reducera monteringskostnad Reducera kostnad av produktionsstöd Slutligen, utvärdera påverkan av olika DFM-beslut på andra faktorer Steg 1 - Uppskatta tillverkningskostnad Tillverkningssystemet för en produkt består av flera olika tillverkningselement där kostnaderna kan skilja tydligt beroende på produktens komplexitet. Systemet har här en kanal för ingående parametrar, t.ex. råmaterial, anställdas prestationer och utrustning, samt en kanal för utgående parametrar såsom den färdiga produkten och avfall. Själva tillverkningskostnaden är alltså summan av de ingående parametrarna och behandlingen av avfallet. Som nämnt kan tydligare få en överblick över tillverkningskostnaderna genom att se på respektive element i systemet. Uppdelningen består generellet av tre huvudelement: Komponentkostnad Monteringskostnad Övriga kostnader 1

2 Komponentkostnaden grundar sig hur de olika komponenterna, eller delarna, i produkten förskaffas. Ett alternativ är att beställa färdiga komponenter från externa leverantörer medan det andra alternativet är att tillverka komponenter på plats eller att företaget ger en komplett beskrivning av komponenten till en leverantör som sedan tillverkar den. När man uppskattar kostnader för standardprodukter, dvs. produkter som införskaffas från leverantör, så finns det två sätt att gå tillväga på. Antingen jämför man komponenten med andra liknande komponenter som företaget redan producerar eller köper in för att få ett liknande kostnadsförslag. Det andra sättet är att helt enkelt be en leverantör om en kostnad för komponenten. Att uppskatta kostnaden på komponenter som måste tillverkas speciellt för produkten tillkommer fler faktorer. Eftersom komponenten måste tillverkas från grunden adderas kostnad för råmaterial, eventuella former för gjutning och dylikt. I vissa fall är komponenten i sig själv bestående av egna komponenter och kan benämnas produkt. Detta ger ytterligare kostnader komponent- och monteringskostnader och övriga kostnader. Monteringskostnaden är som ordet säger kostnaden för att montera ihop respektive komponent till en färdig produkt. Kostnaden här är mjukare i den bemärkelsen att det är utgifter för själva arbetet utfört av en anställd men också förslitningskostnader på utrustning och dylikt. Monteringskostnaderna är beroende av hur lång tid produkten tar att montera i de fall där den monteras manuellt. Tiden det tar att montera produkten är i sin tur beroende på produktens komplexitet, storlek och produktionens kvantitet. En enkel montering i stora kvantiteter har alltså lägre kostnad vilket gör att t.ex. viss utrustning som görs tillgänglig för den anställde vilket förenklar dennes uppgift kan ge en kostnadsreduktion i monteringsarbetet. Slutligen är de övriga kostnaderna sådana som täcker de andra elementen eller berör företaget i helhet. En övrig kostnad är stödkostnader, eller kostnader som direkt påverkar produkten, såsom kvalitetssäkring, materialhantering eller utrustning. En annan stödkostnad handlar inte lika mycket om produktionen utan mer faktorer runt om, eller indirekta kostnader, såsom hyran av lokalen eller betalning av vaktbolag. Att uppskatta direkta och indirekta kostnader tillhör de svårare delarna i uppskattningen. Företag brukar här i allmänhet tillämpa olika kostnadsklasser som i sin tur hänger samman med en eller flera mätbara kostnadsdrivare såsom inköp av material samt kostnad för montering. Steg 2 - Reducera komponentkostnad Den största delen av den totala tillverkningskostnaden är inköp av komponenter. Detta steg kommer att beskriva en metod för att lyckas med detta. Förstå processbegränsningar och kostnadsdrivare Vissa komponenter kan vara kostsamma enbart för att konstruktören inte hade tillräckligt med kunskap om komponenten samt om produktionsprocessen. För vissa processer är det enkelt att räkna ut dessa kostnadsdrivare, det beror på att vissa processer går enkelt att beskriva med en matematisk formel. T.ex. vid svetsning är kostnaden direkt proportionell mot antal svetsningar samt länden på svetsningen. Andra processer är betydligt mer komplicerade. Det bästa sättet är då att studera personer med djup förståelse av den aktuella processen. Omkonstruera komponenter för att eliminera produktionssteg Detta steg går ut på att reducera antal produktionssteg för aktuella produkten. I vissa fall kan det helt enkelt uppnås genom att eliminera steg som inte är nödvändiga. En vanlig metod för att 2

3 uppnå förre steg är net-shape, det går ut på att tillverka den slutliga geometrin i ett enda tillverkningssteg. Genom att göra på detta sätt kommer antal produktionssteg att minska vilket ofta leder till minskade kostnader. Välj lämplig tillverkningsstorlek för komponenten Tillverkningskostnaden sjunker vanligtvis när produktionsvolymen ökar. Detta fenomen kallas för economies of scale. Detta uppstår av två anledningar: 1. Fasta kostnader är konstant och vid fler produkter kan kostnaden delas fler gånger 2. Variabla kostnader minskar inte men intresset att investera i nya processer för att minska dessa ökar vid större volymer Standardisera komponenter och processer Fenomenet economies of scale kan även appliceras på komponenter och processer. Där en ökad volym ger ett lägre pris. Ofta leder det även till en ökad komponent kvalitet. Använd black box vid framtagning av komponenter Black box är en metod för att ta fram komponenter som baseras på att stort ansvar läggs hos leverantören. Istället för att företaget kommer med tydliga direktiv hur komponenten ska se ut beskrivs vilka krav komponenten ska klara av. Detta gör att leverantören själv kommer att få utforma komponenten på bästa sätt. Steg 3 - Reducera monteringskostnad I många fall utgör monteringen en relativt liten del av den totala tillverkningskostnaden. Det finns dock pengar att spara även här. Integrera delar Om en del inte uppfyller kraven för att vara teoretisk nödvändig kan den vara en kandidat för fysisk integration men en eller flera delar. Detta har flera fördelar: - Integrerade delar behöver inte monteras - Det är ofta billigare att integrera delar med varandra än producera dem separat - Det är lättare att kontrollera kvaliteten då exempelvis svetsningar inte finns Trots att detta kan leda till minskade moteringskostnader kan det leda till ökde kostnader i t ex tillverkning, en ökad komplexitet är även vanlig. Maximera enkelheten i monteringen För att spara tid är det bra om monteringen är enkel, detta kan göras enligt följande steg: - Delen sätts in uppifrån - Delen är självanpassad - Delen behöver inte blir orienterad - Delen behöver enbart en hand för montering - Delen kräver inga verktyg för montering - Delen monteras i en enskild linjär rörelse - Delen är fäst omedelbart vid införande 3

4 Steg 4 - Reducera kostnad av produktionsstöd För att reducera kostnader som uppkommer vid stödprocesser inom produktion finns några enkla steg: Minimera systematisk komplexitet Genom att minimera komplexiteten i varje tillverkningsprocess kommer även den totala komplexiteten att minska. Detta leder till minskade omkostnader för t ex personal och tid. Förutse fel Att kunna förutse eventuella fel i en produktion kommer att spara mycket pengar. Detta kan förebyggas redan under utvecklingen av en process och kallas då error proofing. Steg 5 - Utvärdera påverkan av olika DFM-beslut på andra faktorer Att ta beslut som minskar tillverkningskostnaderna är en del av processen att utveckla en produkt. Som nämndes i inledningen måste man ta hänsyn till vilken effekt som eventuella kostnadsreduktioner ger på faktorer såsom utvecklingstid, utvecklingskostnad, kvalitet på produkten och andra externa faktorer. Det kan vara värdefullt för ett företag att ha utvecklingstiden i åtanke då DFM används för att reducera kostnader i tillverkningen. Till exempel om ett beslut tas kring byte av material eller något som ökar produktens komplexitet så kan detta förlänga utvecklingstiden markant vilket i sin tur kan kosta mer än det man sparar på tillverkningskostnaden. Utvecklingskostnaden har då en nära korrelation med tiden för produktutvecklingen. Idealt ska ett bra beslut inom DFM ge en lägre kostnad för tillverkning av en produkt samtidigt som produktens kvalitet hålls statisk eller till och med ökar. Men i många fall kan reducerad tillverkningskostnad ge upphov till en försämrad kvalitet i form av sämre stabilitet och liknande. Slutligen ska man även ta hänsyn till de externa faktorerna omkring projektet. Många beslut som tas inom DFM skapar en produkt eller komponent med låg kostnad som kan användas av andra projekt. Men vissa beslut kan tas då man har en högre kostnad på tillverkningen bara för att det kan gagna andra projekt. En annan extern faktor är hanteringen av produkten genom hela dess livscykel, dvs. kostnader som kommer till om produkten innehåller miljöfarliga eller giftiga ämnen. Analys Enligt Radojcic et. als artikel Design for Manufacturing for Fabless Manufacturers (2009) kräver ett införande av DFM, en total inkrementell struktur av systemen för process och design. Vidare hävdar författaren att en optimering av olika DFM-metoder på ett komplext vis påverkar genom att de medför olika kompromisser för produkten med dess attribut och teknologi. Därför kan det vara svårt att implementera metoder för DFM på ett fullständigt och framgångsrikt sätt. Det kräver en stor arbetsprocess som ska ses över på flera plan som dessutom påverkar produktens övergripande prestanda då man korrigerar detaljer. Därför hävdar författarna att DFM inte kan anses som ett fungerande verktyg för alla typer av processer. DFM kan här tolkas som ett ekosystem där olika beslut kring produkten kan påverka andra steg olika mycket. Beslut att införa DFM i endast individuella processer ska i hög grad undvikas, tonvikten för metoden ligger alltså på att använda den som en helhetslösning. Här kan man binda samman artikeln med boken där man menar på att ett beslut inom DFM påverkar flera omgivande faktorer. 4

5 Rapporten tar också upp problemet kring avsaknaden av en tydlig mall för DFM. I dagsläge finns det många metoder som ofta går under kategorin DFM men som inte är kategoriserade och organiserade under ett klassificeringssystem. DFM består av en rad olika multidisciplinära och mångfacetterade metoder för att möta olika utmaningar och det skulle därför vara av intresse för utsvävarna att kunna tillgå ett klassificeringssystem för att förtydliga och tillgängliggöra de metoder som finns att tillgå. Författarna ger exempel på ett klassificeringssystem med två huvudkategorier, där den ena behandlar avkastning och den andra behandlar förändringar. Artikeln Automated Manufacturing Analysis: A Survey av Gupta et.al (1997) tar upp olika aspekter av DFM och talar om viktiga komponenter som bör ingå för att kunna arbeta effektivt med DFM. Det finns starka kopplingar mellan det som tas upp i artikeln och det Eppinger och Ulrich tar upp i boken Product Design and Development i kapitlet Design for Manufacturing. Meningen med denna jämförelse är att se likheter mellan det som tas upp i boken och det som artikeln tar upp angående DFM. Det kommer att analyseras likheter men även de olikheter som finns. Man ser vad som är en tydlig stomme för DFM i båda texterna, det råder ingen tvekan om att barriärer mellan olika avdelningar är något som hindrar ett effektivt arbete med DFM. Båda texterna menar på att ett effektivt arbete med DFM innebär att barriärer mellan design och tillverkning rivs, det ska snarare vara ett starkt sammansvetsat team. Tidigare har designavdelningen tagit fram en ritning som tillverkningsavdelningen kollat, vid eventuella fel så skickades ritningen tillbaka till designavdelningen och så arbetade man. Arbetet byggde på iterationer. Båda texterna talar även om att den globala pressen satt fart på användningen av DFM. Det gäller idag för organisationer att få fram produkter snabbt och till en god kvalitet, detta har gjort användningen av DFM har växt. Båda texterna talar överlag gott om DFM som teknik, att den hjälper företag att bibehålla en god kvalitet på produkter samtidigt som man minskar kostnader för tillverkning. Det som skiljer texterna åt är lite hur man talar om DFM, boken fokuserar mer på hur man skär ner på kostnader i olika processer medan artikeln talar djupare om olika arbetssätt i DFM. Artikeln talar även mer om DFM som något slags program som man kan använda sig av för att kunna slå ihop design- och tillverkningsavdelningen till en gemensam avdelning. Man ska under designfasen kunna få förslag om förbättringar och tips som gör det lättare under tillverkningsfasen. Referenser Eppinger S.T, Ulrich K.T, 2012, Femte utgåvan, Product Design and Development Gupta S.K., et.al (1997), Automated Manufacturing Analysis: A Survey, Research in Engineering Design 9: Radojcic R., et. al (2009), Design for Manufacturing for Fabless Manufacturers, IEEE Solid-State Circuits Magazine, p