进阶篇：2.2）DFMA运用实例

本章目的：摘录一些DFMA运用的实例，可做参考。

1.DFMA的运用实例

DFMA提供了一个从装配和制造的角度去分析已给定设计的系统方法。采用这种方法可以使得产品结构更简单、性能更可靠、装配和制造的成本更低。另外,装配过程中的任何零件数量的减少,将产生成本减少的“滚雪球”效应,相应的图样和说明书的减少、库存的减少对“管理费用”产生了重要影响。在许多场合,“管理费用”占到产品总成本的最大比例。

1.1 IGT公司

DFMA工具促进了设计师、制造工程师和一些在设计早期阶段能对产品最终成本起到重要影响的人员之间的对话与交流。这可以促进团队协作,从并行工程中获益个近期的案例来自于国际博弈技术公司(IGT),IGT是一个设计、制造、运营电子游戏设备的公司,跻身世界财富500强。在经济危机影响客户和世界游戏业的情况下,他们的工程师接受一个挑战,就是如何减小成本,寻求设计创新和发展的新机遇。

大约四年前,一名叫 Sam mikhail有DFMA经验的员工肩负起ICT公司实行DFMA缩减成本的职责。DFMA实施过程中遇到了一种态度:DFMA在公司内推行没有必要,而且在公司已经实施的主要工艺中已经包含了任何潜在成本缩减的措施。典型回应有“为什么?我们已经没时间做这些了”“我们不需要这些”“我们已经这么做了”。

最初,工程师们都认为DFMA耗费时间,而且收益也没有保证。同时,以公司的规模来看,执行起DFMA来肯定会遇到挑战。还有许多工程师认为公司已经或正在实行DFMA原理,所以没必要在公司里正式地引DFMA。

结果, Sam mikhail成功地在试点车间引进DFMA。当被挑选出来的参与者进入DFMA试点车间时,他们的不情愿是可以预料的。这些都反映在图1.13的问卷调查结果上。

随着车间的试验开展,当DFMA应用于现有的设计时,参与者的热情明显高涨,改进设计的挑战受到空前欢迎。DFMA的应用使得设计超越了现有的部门极限,涉及生产制造、机械、电子的开放性的交流与沟通促进了产品设计的革新。这个车间实施了DFMA以后,又做了一个调查,结果如图1.14所示,说明了参与者的态度转变。

随着车间实施DFMA的成功,2008年6月,公司管理层批准了DFMA发展计划,并继续训练工程师。结果,到2009年6月,公司就节省成本一百多万美元,并期待着更多的节省。

//这是一个比较好的案例。

1.2  Aztalan Engineering

另一个近期案例来自 Aztalan Engineering公司,这是一家为美国工业提供高品质零件的精密仪器公司。经理 Jim Hale指出“所有的精密切削和铣削都要仔细计划和跟踪”。在一天的课程学习活动中,技术人员聚集在一起“分析给出的面向制造能力的零件设计,确立加工零件的工艺控制,与顾客和供应链厂商进行交流和沟通。

2008年, Jim Hale找到一位有价值的助手来帮助他更高效地完成任务,它就是DFMA软件。据 Jim Hale说,公司以许多方式使用了这套软件。

例如,客户送来新零件的CAD模型,我们将CAD中的几何形状转换到DFMA中。根据几何形状、材料和加工零件所选择的初始加工工艺,这款软件可以生成加工时间、零件的搬移和夹紧时间以及工具成本和辅助工艺成本的相应模块。

有时候,并不是加工工艺,而是零件的设计影响了成本。在这种情况下, Aztalan Engineering公司和设计师分享了它的设计分析。“我们经常处理一系列来自于分析结果的问题” Jim Hale说,“零件复杂吗?它能被做得更简单,或对机床友好吗?标注的公差是否太小?有没有什么方法减少辅助加工的次数?能不能使用其他材料来制造零件,降低成本?”这些问题的答案有助于工程师在保证零件功能的情况下降设计成本。

一旦建立了基准, Aztalan Engineering公司就能探讨零件加工的不同方法,寻找是否有一种潜在的、更节约的方法。此时,DFMA工艺库显得尤其有用。Hale指出,“虽然我们是专业机械师,但也不可能熟悉每一种工艺方法,比如熔模铸造或锻造。”在这个阶段,DFMA软件提供了有价值的指导--先探讨哪一种工艺可以加工当前设计的零件,然后提供初步的时间和成本(包括任何工具成本)估算。

“一旦决定了使用哪一种最经济的工艺,我们将向专家咨询相关工艺的更多信息。”Hale说:“DFMA软件可帮助我们关注我们的探索。”

1.3 福特汽车

那些实施了DFMA的公司节约的成本之大令人震惊。正如早前提到的,福特汽车公司对自己初始 Ford taurus汽车生产线实施DMA后,从中节约数十亿美元。这是个典型的大批量生产的例子。

1.4 Brown& Sharpe公司

在另一方面,生产批量小的 Brown& Sharpe公司通过DFMA开发了他们的旋转坐标测量仪--MicroVal,比竞争对手节约了一半成本,赢得了数百万美元的生意。

1.5 QSTAR公司

QSTAR是 MDS Sciex公司生产的一种质谱仪。该产品是一种复杂的、体积大、产量小的设备。制造团队意识到装配的难易将很大程度地影响产品的成本、加工效率和仪器性能。在最初建造时,原型机装配困难,需要很长时间去测试和调试。 QSTAR工程师应用DFA软件分析了现有的设计,用创新的方法加固零件,消除了装配困难。

DFA软件标记了连接一串电阻和金属环的紧固件数量。在最初的设想中,32个电阻中的每一个都由4颗螺钉紧固,这需要8h的装配时间。作为替代方案,工程师设计了一种连接头,允许技工把电阻直接嵌入金属基座里。

最后, QSTAR团队设计了一种反射镜子部件,45min就可以轻松装配,也可单独拆卸维护,不影响设备的其他部件。相比之下,原型机反射镜包含289个零件和26个独特元件,成型后的反射镜只有144个零件和21个独特元件,只需3个螺栓和螺母固定所有的144个零件。

DFA实践在其他方面也节省了大量金钱。通过减少零件数量, QSTAR工程师每一单位可减少材料成本3500美元,并降低了设计和制造出错的可能性。

最重要的是,DFA可帮助缩短开发周期20%。 MDS Sciex公司管理层计算过,DFA的实施帮助他们得到市场,14个月增加收入2000万美元,并使得 QSTAR产品在第一年的销售中获得了全球市场的五分之一份额。

1.6 戴尔公司

接下来的案例说明了DFMA可减少服务时间和装配时间。

在戴尔公司, PC Optiframe机箱的重新设计估计节省了约3250万美元的直接人工费用。通过增加生产能力,从而推迟工厂搬迁,这为公司节省了数百万美元。在1998年,从机箱集成和相关的供应链优化程序中节省的材料成本是1160万美元,1999年达到了3500万美元。

机械装配时间平均降低了32%。

购买零件数量降低了50%。

螺钉类型数量降低了67%。

最小/最大螺钉数量降低了55%。

平均服务时间降低了44%。

这些削减导致戴尔公司生产率的大幅增长。工厂每小时每平方英尺(1ft²=0.093m²)的生产能力有了78%的改善。操作员生产率从每个操作员每小时1.67个单位增加到每小时3.07个单位,操作员生产率提升了84%。

2.DFMA对美国工业的总体影响

前面的案例研究描述了一些应用DFMA软件的成功范例。表1.5展示了来自不同公司公开发表的应用案例研究结果总结。由表1.5可知,零件数量平均减少约53%。这个表中还展示了案例研究提到的DFMA应用的其他改进,例如,在32项研究报告中给出了产品成本平均减少50%。

根据我们的记录,从1990年以来,超过800家不同的美国公司已经使用了DFMA软件。当然,这个数字并不意味着包含个人用户的数量。例如在美国通用汽车公司,据报道有150个用户,而在另一些公司却只有一个用户。迄今为止,还没有其他类似的设计方法在整体上对美国工业产生了如此巨大的影响。在20世纪80年代早期,日立装配评价方法(AEM)曾被许可给几个主要的制造商使用,而现在,这些制造商都在使用DFMA软件。

当然,并不是所有DFMA的成功应用都被发表。一些公司通常不愿意披露他们的应用进展—肯定不是在有问题的产品出现在市场之前。因此,公布的研究只占应用DFMA的成功案例的一小部分。

在那些年收入超过30亿美元的《财富》500强公司中,其中60%的制造商有部门或自己公司已获得许可使用DFMA软件。这表明大约38%的制造商获得了DFMA的许可(图1.15)。

激励实施DFMA或并行工程的原因是企业正面临降低生产成本、缩短新产品上市时间等竞争压力,这当然是20年前美国计算机设备和运输行业就要面对的事情。最近,美国航空航天和国防工业也处于这种压力下而变得更有竞争力。究其原因,这并不奇怪,它们的发展都反映在使用DFMA软件的行业上,如图1.16所示。

3.书中DFMA结论

显然,当DFMA软件适当地应用在并行工程环境中时,它将会产生极大的影响。采用了DFMA设计的工作车间的经验表明:改进设计的大量想法一定会在短时间内不断涌出。不幸的是,小公司一直无法利用DFMA的巨大潜力。它们缺乏人力或资源以及必要的经验。即使是大公司,如果没有管理层的支持和承诺,单个部门成功实施DFMA,并不一定能延伸到公司其他部门。然而,我们不断收到美国的大批量产品制造商和小批量产品制造商由于使用DFMA软件所带来的持续的产品改进和惊人的成本节省的报道。

应该注意的是,在所有提及的发布案例中,使用了一个系统的、递进的DFMA分析和量化程序。然而,正如早些时候指出的那样,仍然有人声称,设计规则或指南(有时称为生产能力规则)本身就可以给出类似的结果。事实上,指南或定性程序表会增加产品的复杂性,因为它们通常旨在简化单独的零件,导致设计中零件数量庞大、质量下降和更多的管理费用,而且零件数量多会增加库存,需要更多的供应商和更多的记录。而我们的目标是:为了保持产品结构尽可能地简单,将每个生产工艺的能力发挥到最大限度。

在所有的成功案例里,妨碍DFMA实施的原因仍然是人类的惰性。人们抵制新的想法和不熟悉的工具,或声称他们一直在设计中考虑了制造问题。DFMA方法挑战了传统的产品设计层次结构,设计师通常在巨大压力下希望尽可能快地产生结果,从而导致DFMA成为另一个时间延迟。

事实上,通过使用早期制造分析工具可以缩短总体设计开发周期,因为设计师可以获得他们在概念阶段所依赖的设计决策结果的快速反馈。

总之,为了在将来保持竞争力,几乎所有制造厂商都已经采纳了DFMA的哲理,并在产品设计的早期阶段应用了成本量化工具。

--《面向制造及装配的产品设计》_美_布斯罗伊德著

4.作者小记

其一目的，这些公司都不是希望DFMA帮助他们赚快钱，或是帮助他们提高销售手段。

其二环境，国外的公司。

其三软件，软件的辅助可以加快DFMA实施。用过DFMA表格的人都知道，用心做这个是非常耗心血的。

不过不黑不吹，想干的话还是可以干的，用DFMA表格也行，无非是慢一点和需要耐心。不想干的话理由永远有。