Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Өндірісті жеңілдету үшін өнімдерді жобалау
Designing products to facilitate manufacturing
Өндірістік жобалау (кейде өндіріс үшін жобалау немесе DFM деп те аталады) – өнімдерді өндіруді оңайлату үшін жобалаудың жалпы инженерлік тәжірибесі. Бұл тұжырым инженерлік салалардың көбінде кездеседі, бірақ оның іске асырылуы өндіріс технологиясына байланысты әртүрлі болады. DFM – өндіріс шығындарын төмендету мақсатында өндіріс процесін жеңілдету үшін өнімді жобалау немесе инженерлік шешімдерді әзірлеу процесін сипаттайды. DFM жобалау кезеңінде туындауы мүмкін мәселелерді оларды түзетудің ең арзан кезінде шешуге мүмкіндік береді. Шикізаттың түрі, шикізаттың пішіні, өлшемдік толеранттар және аяқтау сияқты қосымша өңдеу сияқты факторлар да өндірістік мүмкіндіктерге әсер ете алады. Әртүрлі өндіріс процестеріне қарай DFM практикасы үшін белгілі бір нұсқаулар бар. Бұл DFM нұсқаулықтары DFM-мен байланысты әртүрлі толеранттарды, ережелерді және жалпы өндірістік тексерулерді дәл анықтауға көмектеседі. DFM жобалау процесіне қатысты болғанымен, көптеген ұйымдарда DFSS (алты сигма үшін жобалау) деп аталатын ұқсас тұжырым да қолданылады.
Design for manufacturability (also sometimes known as design for manufacturing or DFM) is the general engineering practice of designing products in such a way that they are easy to manufacture. The concept exists in almost all engineering disciplines, but the implementation differs widely depending on the manufacturing technology. DFM describes the process of designing or engineering a product in order to facilitate the manufacturing process in order to reduce its manufacturing costs. DFM will allow potential problems to be fixed in the design phase which is the least expensive place to address them. Other factors may affect the manufacturability such as the type of raw material, the form of the raw material, dimensional tolerances, and secondary processing such as finishing. Depending on various types of manufacturing processes there are set guidelines for DFM practices. These DFM guidelines help to precisely define various tolerances, rules and common manufacturing checks related to DFM. While DFM is applicable to the design process, a similar concept called DFSS (design for Six Sigma) is also practiced in many organizations.
Баспа схемалары (PCB) үшін
ПКБ жобалау процесінде DFM өндірістік қабілеттілікті қамтамасыз етуге бағытталған жобалау ережелері жиынтығын құрайды. Осы арқылы, өндірісте туындауы мүмкін мәселелер жобалау кезеңінде шешілуі мүмкін. Ең жақсы жағдайда, DFM ережелері өңдеу өнеркәсібінің процестері мен мүмкіндіктерін ескереді. Сондықтан, DFM үздіксіз дамып отырады. Өндіріс компаниялары дамып, процестердің көбірек бөліктерін автоматтандырған сайын, бұл процестерге келетін шығындар төмендеуге бейім. DFM көбінесе осы шығындарды азайту мақсатында қолданылады. Мысалы, егер қандай да бір процесс автоматты түрде машиналармен орындалатын болса (яғни, SMT компоненттерін орналастыру және тіктеу), онда бұл процесс қолмен орындауға қарағанда арзан болуы мүмкін.
In the PCB design process, DFM leads to a set of design guidelines that attempt to ensure manufacturability. By doing so, probable production problems may be addressed during the design stage. Ideally, DFM guidelines take into account the processes and capabilities of the manufacturing industry. Therefore, DFM is constantly evolving. As manufacturing companies evolve and automate more and more stages of the processes, these processes tend to become cheaper. DFM is usually used to reduce these costs. For example, if a process may be done automatically by machines (i. e. SMT component placement and soldering), such process is likely to be cheaper than doing so by hand.
Мақсаты
Мақсат – төмен құнмен жобалау. Құн уақытпен тікелей байланысты, сондықтан жобалау материалды өңдеу (алып тастау) ғана емес, сонымен қатар CNC станогының дайындық уақытын, NC бағдарламалауды, детальды бекітуді және бөлшектің күрделілігі мен көлеміне байланысты басқа да көптеген операцияларды барынша азайтуы тиіс.
The objective is to design for lower cost. The cost is driven by time, so the design must minimize the time required to not just machine (remove the material), but also the set up time of the CNC machine, NC programming, fixturing and many other activities that are dependent on the complexity and size of the part.
Операцияларды орнату уақыты (бөлімнің бұрылуы)
Егер 4 және/немесе 5 ось қолданылмаса, CNC станогы бөлшекке тек бір бағыттан ғана жақындаса алады. Бір уақытта тек бір жағын өңдеу қажет (бұл операция деп аталады). Содан кейін, бөлшектің барлық элементтерін өңдеу үшін оны бір жағынан екінші жағына аударып қою керек. Элементтердің геометриясы бөлшекті аудару қажеттігін анықтайды. Операциялардың саны неғұрлым көп болса, бөлшектің құны соғұрлым жоғары болады, себебі бұл орнатуға және жүктеу/түсіруге көп уақыт жұмсауды талап етеді. Әрбір операция (бөлшекті аудару) орнату уақытын, станок жұмыс уақытын, құралдарды жүктеу/түсіру уақытын, бөлшектерді жүктеу/түсіру уақытын және әрбір операция үшін NC бағдарламасын жасау уақытын қамтиды. Егер бөлшекте бір ғана операция болса, онда бөлшектерді бір рет қана жүктеу/түсіру қажет. Егер 5 операция болса, жүктеу/түсіру уақыты маңызды болады. Ең тиімдісі – операциялардың санын (бөлшекті аударуды) азайту арқылы айтарлықтай үнемдеуге қол жеткізу. Мысалы, кішкентай бөлшектің бетін өңдеуге 2 минут жұмсалса, ал станокты дайындауға бір сағат кетеді. Немесе, егер 5 операция болса, әрқайсысы 1,5 сағатқа созылса, бірақ станоктың жалпы жұмыс уақыты 30 минут болса, онда 30 минуттық өңдеу үшін 7,5 сағат есептелуі мүмкін. Соңында, өңделетін бөлшектердің саны (көлемі) орнату уақытын, бағдарламалау уақытын және басқа да іс-шаралардың құнын амортизациялауда маңызды рөл атқарады. Жоғарыдағы мысалда, 10 данадан тұратын бөлшектің құны 100 данадан тұратын бөлшектің құнынан 7-10 есе артық болуы мүмкін. Әдетте, 100-300 дана көлемінде табыстың азаю заңы күшіне енеді, себебі орнату уақыты, арнайы құралдар мен бекіткіштердің құны өндіріс шуына амортизацияланады.
Unless a 4th and/or 5th axis is used, a CNC can only approach the part from a single direction. One side must be machined at a time (called an operation or op). Then the part must be flipped from side to side to machine all of the features. The geometry of the features dictates whether the part must be flipped over or not. The more ops (flip of the part), the more expensive the part because it incurs substantial set up and load/unload time. Each operation (flip of the part) has set up time, machine time, time to load/unload tools, time to load/unload parts, and time to create the NC program for each operation. If a part has only 1 operation, then parts only have to be loaded/unloaded once. If it has 5 operations, then load/unload time is significant. The low hanging fruit is minimizing the number of operations (flip of the part) to create significant savings. For example, it may take only 2 minutes to machine the face of a small part, but it will take an hour to set the machine up to do it. Or, if there are 5 operations at 1.5 hours each, but only 30 minutes total machine time, then 7.5 hours is charged for just 30 minutes of machining. Lastly, the volume (number of parts to machine) plays a critical role in amortizing the set up time, programming time and other activities into the cost of the part. In the example above, the part in quantities of 10 could cost 7–10 times the cost in quantities of 100. Typically, the law of diminishing returns presents itself at volumes of 100–300 because set up times, custom tooling and fixturing can be amortized into the noise.
Материалдың түрі
Алюминий, мыс және жұмсақ металдар ең оңай өңделетін металл түрлеріне жатады. Материалдар болат, тот баспайтын болат, титан және экзотикалық қорытпалар сияқты қаттырақ, тығыз және мықтырақ болған сайын, оларды өңдеу қиындай түседі және көбірек уақыт қажет етеді, демек, оларды өндіруге қолайсыз болады. Пластмассаның көп бөлігін өңдеу оңай, бірақ шыны талшығы немесе көміртек талшығы қосылғанда өңделу қабілеті төмендейді. Әсіресе жұмсақ және жабысқақ пластиктердің өңделуіне қатысты өздеріне тән мәселелер болуы мүмкін.
The most easily machined types of metals include aluminum, brass, and softer metals. As materials get harder, denser and stronger, such as steel, stainless steel, titanium, and exotic alloys, they become much harder to machine and take much longer, thus being less manufacturable. Most types of plastic are easy to machine, although additions of fiberglass or carbon fiber can reduce the machinability. Plastics that are particularly soft and gummy may have machinability problems of their own.
Материалдық түрі
Металдар түрлі формаларда келеді. Мысалы, алюминий жағдайында, штанга және пластина – машинамен өңделген бөлшектер жасалатын екі ең көп қолданылатын форма. Компоненттің өлшемі мен пішіні қандай материал түрін пайдалану керектігін анықтайды. Инженерлік сызбаларда бір форманы екіншісінен артық көрсету жиі кездеседі. Штанганың құны, әдетте, пластина құнының шамамен 1/2 бөлігін құрайды. Материалдың формасы компоненттің геометриясына тікелей байланысты болмаса да, ең арзан материал формасын көрсету арқылы жобалау кезеңінде шығындарды азайтуға болады.
Metals come in all forms. In the case of aluminum as an example, bar stock and plate are the two most common forms from which machined parts are made. The size and shape of the component may determine which form of material must be used. It is common for engineering drawings to specify one form over the other. Bar stock is generally close to 1/2 of the cost of plate on a per pound basis. So although the material form isn't directly related to the geometry of the component, cost can be removed at the design stage by specifying the least expensive form of the material.
Толеранстықтар
Машинамен өңделген компоненттің құнына маңызды үлес қосатын фактор – компоненттің элементтеріне қойылатын геометриялық толеранстық. Қаншалықты тығыз толеранстық талап етілсе, компонентті өңдеу соғұрлым қымбатқа түседі. Жобалау кезінде компоненттің жұмысын атқаруға жеткілікті ең кең толеранстықты көрсетіңіз. Толеранстықтар әрбір элемент бойынша бөлек көрсетілуі керек. Жоғары толеранстықтармен салыстырылатын өнімділікке ие, төменгі толеранстықтармен компоненттерді жасаудың шығармашылық жолдары бар.
A significant contributing factor to the cost of a machined component is the geometric tolerance to which the features must be made. The tighter the tolerance required, the more expensive the component will be to machine. When designing, specify the loosest tolerance that will serve the function of the component. Tolerances must be specified on a feature by feature basis. There are creative ways to engineer components with lower tolerances that still perform as well as ones with higher tolerances.
Құрылымы мен пішіні
Машинамен өңдеу – алу процесі болғандықтан, материалды алып тастауға кеткен уақыт өңдеу құнының негізгі факторы болып табылады. Алып тасталатын материалдың көлемі мен пішіні, сондай-ақ құралдарды қаншалықты жылдам жылжытуға болатыны өңдеу уақытын анықтайды. Фрезерлік кескіштерді пайдаланғанда, құралдың беріктігі мен қатаңдығы, құралдың ұзындығы мен диаметрі арақатынасымен анықталатын, жылдамдықты анықтауда маңызды рөл атқарады. Құралдың диаметріне қатысты қысқа болған сайын, материалды жылдам өңдеуге болады. 3:1 (L:D) немесе одан төмен арақатынасы ең тиімді. Егер мұндай арақатынасқа қол жеткізу мүмкін болмаса, осында көрсетілгендей шешім қолданылуы мүмкін. Тесіктер үшін құралдың ұзындығы мен диаметрі арақатынасы аса маңызды емес, бірақ оны 10:1-ден төмен ұстаған жөн. Машинамен өңдеуге арзан немесе қымбат болатын көптеген басқа да элементтер бар. Жалпы, сыртқы көлденең жиектердегі радиустарға қарағанда, фаскалар машинамен өңдеуде арзан. Жазықтықта бір-біріне параллель емес жиектердегі радиустарды жасау үшін 3D интерполяция қолданылады, бұл 10 есе қымбатқа түседі. Ішкі қиылыстарды өңдеу қымбатқа түседі. L:D арақатынасына қарамастан, кіші құралдарды қажет ететін элементтердің өңделуі қымбат.
As machining is a subtractive process, the time to remove the material is a major factor in determining the machining cost. The volume and shape of the material to be removed as well as how fast the tools can be fed will determine the machining time. When using milling cutters, the strength and stiffness of the tool which is determined in part by the length to diameter ratio of the tool will play the largest role in determining that speed. The shorter the tool is relative to its diameter the faster it can be fed through the material. A ratio of 3:1 (L:D) or under is optimum. If that ratio cannot be achieved, a solution like this depicted here can be used. For holes, the length to diameter ratio of the tools are less critical, but should still be kept under 10:1. There are many other types of features which are more or less expensive to machine. Generally chamfers cost less to machine than radii on outer horizontal edges. 3D interpolation is used to create radii on edges that are not on the same plane which incur 10X the cost. Undercuts are more expensive to machine. Features that require smaller tools, regardless of L:D ratio, are more expensive.
Тексеруге арналған жоба
Тексеруге арналған жобалау (ТЖ) тұжырымдамасы өнімнің өндіріс құнын төмендету және өндірістің іс жүзіндегі мүмкіндіктерін арттыру үшін өндіріске қабілеттілік үшін жобалау (ӨҚЖ) және құрастыруға қабілеттілік үшін жобалау (ҚҚЖ) тұжырымдамаларын толықтырып, олармен бірлесіп жұмыс істеуі керек. Бұл әдіс кейде күнтізбелік кешігулерге алып келуі мүмкін, себебі ол жобаны тексеруге қатысты презентациялар мен құжаттарды дайындау сияқты көптеген қосымша жұмыстарды қажет етеді. Бұл мәселені шешу үшін ұйымдар мерзімді тексерулердің орнына, әсіресе өнімді әзірлеу кезеңінде, басқарушылықты күшейту қағидатын қабылдауы ұсынылады, онда жоғары басшылық жоба жетекшісіне өнімнің өнімділігі, құны, сапасы және даму уақыты бойынша күтілетін нәтижелерге сәйкес өндіріс процестерін және нәтижелерін бағалауға толық өкілеттік береді. Дегенмен, сарапшылар ТЖ-ның қажеттілігін атап көрсетеді, өйткені ол өнімділік пен сапаны бақылауда маңызды рөл атқарады, өнімнің сенімділігі, қауіпсіздігі және қызмет ету мерзімі сияқты маңызды факторларды анықтайды. Әуе-ғарыш компоненттерін өндіретін компания үшін, онда тексеру міндетті болып табылады, өндіріс процесінің тексеруге сәйкес келуі талап етіледі. Бұл ретте, жобалық ұсыныстарды бағалайтын тексеру индексі сияқты механизм қолданылады. ТЖ-ның тағы бір мысалы – сәйкес келетін элементтердің жиынтық санының диаграммасы (СЖД), ол инспекция мен техникалық қызмет көрсетудің түрлі нұсқалары бар жүйелер үшін инспекциялау және техникалық қызмет көрсетуді жоспарлауда қолданылады.
The concept of design for inspection (DFI) should complement and work in collaboration with design for manufacturability (DFM) and design for assembly (DFA) to reduce product manufacturing cost and increase manufacturing practicality. There are instances when this method could cause calendar delays since it consumes many hours of additional work such as the case of the need to prepare for design review presentations and documents. To address this, it is proposed that instead of periodic inspections, organizations could adopt the framework of empowerment, particularly at the stage of product development, wherein the senior management empowers the project leader to evaluate manufacturing processes and outcomes against expectations on product performance, cost, quality and development time. Experts, however, cite the necessity for the DFI because it is crucial in performance and quality control, determining key factors such as product reliability, safety, and life cycles. For an aerospace components company, where inspection is mandatory, there is the requirement for the suitability of the manufacturing process for inspection. Here, a mechanism is adopted such as an inspectability index, which evaluates design proposals. Another example of DFI is the concept of cumulative count of conforming chart (CCC chart), which is applied in inspection and maintenance planning for systems where different types of inspection and maintenance are available.
Қосымша өндіріс үшін жобалау
Қосымша өндіріс дизайнерге өнімнің немесе бөлшектің дизайнын оңтайландыру мүмкіндігін кеңейтеді (мысалы, материалдарды үнемдеу үшін). Қосымша өндіріс үшін жасалған жобалар кейде механикалық өңдеу немесе формалау өндірісі үшін жасалған жобалардан мүлдем өзгеше болуы мүмкін. Сонымен қатар, қосымша өндіріс машиналарынң өлшемдік шектеулеріне байланысты, үлкен конструкциялар кейде өздігінен құрастырылатын элементтерімен немесе бекіткіштер орналастырылатын жерлерімен кішігірім бөліктерге бөлінеді. Қосымша өндіріс әдістерінің, мысалы, балқытылған осаздау модельдеудің, ерекшелігі – бөліктердің тірегі бар бөліктері үшін уақытша тіреу құрылымдарының қажеттігі. Осы уақытша тіреу құрылымдарын өңдеуден кейін алып тастау өндірістің жалпы құнын арттырады. Бөлшектерді қосымша өндіріс үшін жобалау кезінде уақытша тіреу құрылымдарын жою немесе олардың қажеттілігін азайту мүмкін. Бұл берілген қосымша өндіріс машинасының, материалдың және процесінің шегінен аспайтын тірегі бар конструкциялардың бұрышын шектеу арқылы жүзеге асырылады (мысалы, вертикальдік сызықтан 70 градусқа дейін).
Additive manufacturing broadens the ability of a designer to optimize the design of a product or part (to save materials for example). Designs tailored for additive manufacturing are sometimes very different from designs tailored for machining or forming manufacturing operations. In addition, due to some size constraints of additive manufacturing machines, sometimes the related bigger designs are split into smaller sections with self assembly features or fasteners locators. A common characteristic of additive manufacturing methods, such as fused deposition modeling, is the need for temporary support structures for overhanging part features. Post processing removal of these temporary support structures increases the overall cost of fabrication. Parts can be designed for additive manufacturing by eliminating or reducing the need for temporary support structures. This can be done by limiting the angle of overhanging structures to less than the limit of the given additive manufacturing machine, material, and process (for example, less than 70 degrees from vertical).