O que é o Design para Fabricação / Montagem (DFM / DFA)?

Design para Fabricação / Montagem (DFM / DFA)

As últimas décadas trouxeram vários novos desafios para as empresas de manufatura. Tecnologia e melhorias no transporte de mercadorias permitiram que as empresas adquirissem peças globalmente. Isso também resultou em mais fabricantes tendo entrado no mercado. A competição por negócios é feroz. As empresas de manufatura no mercado mundial em desenvolvimento são capazes de oferecer produtos a preços mais baixos. É por isso que existe o Design for.

Em um esforço para manter os negócios e alcançar o crescimento, muitos fabricantes estão continuamente desenvolvendo novos produtos para ampliar sua base de clientes. Eles devem ser rápidos para comercializar um produto de alta qualidade ou vão ficar para trás. Planejados e implementados adequadamente os processos de Design para Manufatura e Montagem (DFMA, DFM / A ou DFM / DFA) estão permitindo que as empresas desenvolvam produtos de alta qualidade em menos tempo e com menores custos de produção.

O que é o design para fabricação / montagem (DFM / DFA)?

O DFMA é uma combinação de duas metodologias, Design for Manufacturing (DFM) e Design for Assembly (DFA). Essa combinação permite que um projeto de produto seja eficientemente fabricado e facilmente montado com custo mínimo de mão de obra. Por meio do uso do DFM / A, uma empresa pode prevenir, detectar, quantificar e eliminar desperdícios e ineficiência de fabricação dentro de um projeto de produto. O DFM / A é uma ruptura da tradição. Com o DFM / A, os Engenheiros de Projeto e Manufatura trabalham juntos como uma equipe no desenvolvimento dos métodos de fabricação e montagem do produto simultaneamente com o projeto.  Convencionalmente, o engenheiro de projeto o produto e entrega os desenhos à manufatura, os quais determinam os processos de fabricação e montagem. Muitos engenheiros separam automaticamente os dois no DFM e no DFA, uma vez que foram definidos separadamente por vários anos.

Por que executar o design para fabricação / montagem (DFM / DFA)?

A metodologia DFMA permite que produtos novos ou melhorados sejam projetados, fabricados e oferecidos ao consumidor em um curto período de tempo. O DFM / DFA ajuda a eliminar várias revisões e alterações de design que causam atrasos no programa e aumentam o custo. Com o DFM / A, o design é geralmente mais abrangente, eficiente para produzir e atende aos requisitos do cliente pela primeira vez. Um tempo total mais curto para o mercado frequentemente resulta em menores custos de desenvolvimento. A aplicação do método DFMA resulta em menor tempo de montagem, menor custo de montagem, eliminação de desperdício de processo e maior confiabilidade do produto.

Como executar o projeto para fabricação / montagem (DFM / DFA)?

Atualmente, muitas empresas estão integrando as práticas DFM e DFA por meio do trabalho em equipe de design e fabricação. As técnicas de Design for Manufacturing (DFM) e Design for Assembly (DFA) são duas classificações diferentes. As técnicas de DFM são focadas em peças e componentes individuais com o objetivo de reduzir ou eliminar recursos caros, complexos ou desnecessários que os tornariam difíceis de fabricar. 

As técnicas do DFA se concentram na redução e padronização de peças, subconjuntos e montagens. O objetivo é reduzir o tempo e custo de montagem. Mas se você pensar sobre isso, eles devem ser integrados para evitar que um cause efeitos negativos sobre o outro. O designer pode procurar combinar peças para reduzir etapas de montagem, quantidade de peças e hardware. Se as peças resultantes são difíceis ou caras de fabricar, então você não ganhou nada. Devemos trabalhar juntos para atingir os dois objetivos. Os principais objetivos para o DFM / A simultâneo são detalhados abaixo.

Reduza a quantidade de peças componentes e simplifique o projeto da peça

O projetista deve revisar a parte do projeto de montagem por peça e determinar se qualquer peça pode ser eliminada ou combinada com outra peça. O projetista deve determinar a quantidade mínima teórica de peças necessárias para a montagem. Um método para determinar quantidades mínimas de peças é primeiro listar todos os componentes em sua montagem, incluindo o hardware. Em seguida, faça as seguintes perguntas:

• A peça pode ser fabricada usando o mesmo material das outras peças?
• Como a peça em questão se move em relação a outras partes móveis?
• As peças podem ser combinadas sem necessidade de qualquer processo ou ferramenta especial?
• Se combinado com outra parte, como isso afeta a facilidade de uma possível desmontagem?
• Se combinado com outras partes, como impactaria a facilidade de fabricação?

Por meio da redução de quantidades de componentes, você também reduz a quantidade de hardware e o número de etapas de montagem necessárias. A probabilidade de erros de montagem é subsequentemente reduzida em relação à redução nas etapas de montagem.

Peças de Design para Facilidade de Fabricação

O projetista deve considerar o método de fabricação que pode ser usado para produzir as peças, as especificações de material necessárias e os volumes de produção necessários. Algumas diretrizes específicas para revisão são as seguintes:

• Especifique materiais comumente usados ​​e compatíveis com processos de produção existentes que minimizem o tempo de processamento e atendam a todos os requisitos funcionais;
• Revise a peça e elimine recursos desnecessários que podem resultar em etapas adicionais do processo, esforço extra e ferramentas complexas ou caras;
• Faça revisões de design com membros da engenharia de processos, controle de qualidade e equipe de fabricação são benéficas quando possível. Na maioria dos casos, as reuniões resultam em algumas alterações no design que aumentam a utilização de ferramentas existentes ou melhoram a utilização da máquina, evitando a necessidade de despesas de capital para ferramentas especiais. Além disso, as reuniões melhoram a transferência de conhecimento da intenção de design para todos os níveis da organização.

Projete dentro dos recursos conhecidos do processo e evite tolerâncias apertadas

O projetista deve se familiarizar com as capacidades do processo de qualquer equipamento necessário para a fabricação da peça. Além disso, revise os controles de processo atuais para assegurar que quaisquer Características Especiais (KCCs ou KPCs) possam ser monitoradas. Evite tolerâncias estreitas além da capacidade comprovada dos processos de fabricação. Determine se as capacidades aprimoradas do processo são necessárias no início do planejamento do projeto ou programa, para dar tempo a qualquer atividade de melhoria de processo e ao estabelecimento de controles de processo adequados. 

Além disso, o projetista deve avaliar as interações entre as partes componentes para evitar problemas de "acumulação" de tolerância. As peças devem ser dimensionadas no centro da faixa de tolerância para permitir a maior variação e ainda assim continuar sendo uma peça funcional. Além do que, evite tolerâncias e use especificações para acabamento de superfície somente quando necessário, pois isso pode resultar em custo adicional desnecessário. Os cantos chanfrados ou radiais devem ser permitidos se não alterarem a função da peça. Isso permitirá que o controle de produção direcione a peça para máquinas diferentes com base na demanda.

Utilize peças e materiais comuns

Sempre que possível, o projeto deve incorporar peças e materiais comuns, incluindo peças já em uso em outros produtos ou conjuntos similares. Peças e materiais comuns ajudam a minimizar os níveis de estoque e resultam em menor custo e maior qualidade.

Concepção e Montagem de Produto à Prova de Erro (Poka Yoke)

Os projetistas devem procurar maneiras de confundir os projetos com as provas, tornando a montagem adequada das partes correspondentes imediatamente reconhecíveis e impossíveis de montar incorretamente. Com a adição de abas e ranhuras, furos assimétricos e características de interferência, as peças podem ser difíceis ou impossíveis de montar em sentido inverso ou orientadas incorretamente. O projetista também deve evitar a necessidade de ajustes ou alinhamentos especiais no processo de montagem. Com o pensamento suficiente colocado no design de uma montagem, muitas das peças podem ser feitas à prova de erros. O projetista também deve considerar como a peça ou montagem pode ser inspecionada para fins de qualidade. Para algumas peças, a conformidade com os requisitos de projeto pode ser verificada com ferramentas básicas de ir / não-ir.

Requisitos de manuseio e orientação de peças

O engenheiro de projeto deve considerar como as peças serão manuseadas e orientadas durante os processos de fabricação e montagem. Se isso não for feito, o impacto pode variar de movimento sem valor agregado e movimentação de peças a possíveis problemas ou requisitos de segurança do operador para dispositivos especiais ou dispositivos de elevação. Existem vários princípios básicos que podem ser aplicados para melhorar o manuseio e a orientação das peças. Alguns exemplos podem ser encontrados abaixo:

• Os desenhos devem indicar de forma consistente a origem adequada quando inseridos em um processo. Um exemplo seria como as peças são orientadas em uma prensa de freio para operações de flexão ou de flexão.
• O projetista deve evitar o uso de peças que podem ficar facilmente emaranhadas no contêiner ou que são difíceis de pegar e manusear. Isso retarda a produção e pode aumentar o desperdício devido a peças danificadas, perdidas ou perdidas.
• Quando possível, desenhe peças que sejam simétricas ao longo de ambos os eixos. Isso permite facilidade de fabricação e montagem correta.
• As peças devem ser projetadas de modo que possam ser facilmente agarradas, orientadas e colocadas em um conjunto ou dispositivo de solda. Exemplos seriam peças com superfícies planas e paralelas que são facilmente captadas e montadas pelo operador. Outro exemplo a ser considerado seria se a peça fosse apanhada por um dispositivo de sucção ou de fixação magnética quando usada em uma aplicação “pick and place robot”.
• Sempre evite peças com bordas afiadas, rebarbas ou pontos. Use raios e chanfros, quando possível, para reduzir a chance de lesão do operador.
• Evite peças pesadas ou de grandes dimensões que exijam dispositivos de elevação ou que possam aumentar a fadiga do trabalhador e o risco de ferimentos. Sempre considere a segurança do montador e do operador em todos os projetos.
• Ao projetar uma estação de trabalho, é recomendável planejar o tempo mínimo de deslocamento do trabalhador. Minimize a distância para acessar e mover uma peça ou montagem. Uma boa regra é que a maioria dos componentes deve estar a duas etapas do ponto de montagem e hardware e ferramentas comuns de fácil acesso.

Design para facilidade de montagem

Existem muitos métodos para projetar para facilitar a montagem. Ao projetar para montagem, lembre-se de que quanto mais simples o projeto, mais fácil é montá-lo. O projetista deve considerar onde a montagem será executada e as ferramentas ou equipamentos que estarão disponíveis. Por exemplo, se o produto for vendido como um kit e montado em campo pelo cliente, será diferente do que se for montado em uma linha de montagem ou em uma célula de trabalho. Existem muitas diretrizes para facilitar a montagem. A lista a seguir contém alguns exemplos:

• Incorpore padrões simples de movimento em seu processo de montagem e minimize etapas. Se isso não for possível, considere dividi-lo em subconjuntos lógicos.
• Evite várias configurações ou reorientação durante o processo de montagem. Isso cria movimento e tempo desperdiçados.
• As peças devem incorporar recursos de entrada e chanfros. Isso permite a inserção mais fácil de pinos ou parafusos.
• Projete o produto para que ele possa ser montado de baixo para cima usando a gravidade a seu favor.
• Sempre permita uma folga adequada da ferramenta e assegure que o operador possa ver o que está montando, sem interfaces ocultas ou pontos de conexão.
• Limite a variedade de tamanhos de hardware e configurações em uma montagem. Isso ajudará a impedir que o hardware incorreto seja usado ou usado no local errado.
  • Exemplo: Um projeto recentemente observado utilizou um tamanho e tipo de parafuso auto-roscante para cada submontagem e montagem pai. Apenas um tipo de hardware era necessário na célula de produção.

Reduzir / eliminar partes flexíveis e interconexões

O projetista deve considerar o uso e o ambiente em que o produto irá operar. Muitas falhas do produto ocorrem porque as partes do componente não são robustas para a aplicação. Vamos ver um exemplo. Havia um sistema de exibição que operava um equipamento usado ao ar livre que tinha vibração inerente durante a operação e sofria uso pesado. Os monitores estavam falhando devido a um frágil cabo de fita que se fragilizou com o passar do tempo e que quebraria. Também foi descoberto que os conectores de cabo não travavam no lugar e às vezes vibravam, interrompendo a conexão. O produto foi reprojetado para incluir um conector de travamento conectado a um cabo resistente à temperatura, robusto ao ambiente operacional. Aqui estão algumas idéias para pensar:

• Design para uso de conectores robustos e pontos de conexão
• Evite cabos flexíveis frágeis, tubos e juntas quando possível
• Minimize o uso de chicotes - em vez disso, projete placas que se empilham e / ou se conectam diretamente quando possível
• Utilize acionamento direto em vez de polias e correias
• Quando os chicotes são usados, teste os conectores com prova de erro usando conectores exclusivos que não podem ser conectados na orientação errada ou na conexão de acoplamento incorreta

Incorporar métodos de fixação fáceis e eficientes

Parafusos roscados, arruelas e porcas são demorados para montar. Se eles forem necessários, considere as porcas ou porcas de solda que são capturadas na peça. O designer deve procurar métodos alternativos de fixação.

• Minimize a variedade de hardware necessária para montagem
• Considere o uso de conexões integradas nas peças, como ajuste de encaixe ou aba e slot
• Avaliar outras técnicas de colagem com adesivos
• Combinar as técnicas de fixação aos requisitos funcionais de materiais e produtos
• Considere a facilidade de desmontagem para manutenção e reparos

Design de Produto Modular

O design modular está se tornando mais prevalente em muitos setores. Tem várias vantagens para o fabricante, o revendedor e os clientes. Algumas das vantagens do design modular estão listadas abaixo:

• Os módulos ajudam a minimizar os custos reduzindo o número de diferentes partes dentro de uma família de produtos
• Módulos podem resultar em curvas de aprendizado mais curtas quando novos funcionários precisam de treinamento na montagem dos produtos
• Em alguns casos, permite que o fabricante equilibre a produção ao longo do ano com base nas vendas sazonais projetadas
• Além disso, o revendedor pode estocar itens mais vendidos para entrega rápida ao cliente. Combinações personalizadas dos módulos podem ser entregues no site e instaladas rapidamente.
• Módulos permitem maior terceirização de peças e módulos de montagem, liberando a capacidade de produção e aumentando o número de produtos entregues no prazo
• Os módulos permitem a instalação fácil e rápida de produtos no local, economizando mão de obra e tempo
• Os módulos melhoram a manutenção e a manutenção dos produtos, além de reduzir o número de peças de reposição que precisam ser estocadas no revendedor.
• Conjuntos modulares também podem ser melhorados com efeito mínimo no resto do produto

Design para automação

Há muitas vantagens óbvias em projetar produtos ou peças para automação. Alguns deles estão listados abaixo:

• Maior rendimento ou eficiência do processo.
• Melhor qualidade ou resultados de processos mais previsíveis.
• Consistência na saída do processo.
• Redução dos custos de mão-de-obra do operador e custos indiretos de mão de obra

Outra coisa a considerar é o fato de que a produção automatizada pode exigir menos flexibilidade no projeto do que a produção manual. O produto deve ser projetado de forma que possa ser manuseado com equipamentos automatizados, como equipamentos de elevação ou colocação magnética. Evite quaisquer requisitos para troca de garras / ferramentas. Você também deve usar peças autolocadas, dispositivos de apresentação de peças simples e evitar a necessidade de fixação ou fixação de peças durante a montagem ou o processamento.

Design para Fabricação e Design para Montagem são importantes e muitas vezes entrelaçados e referidos simplesmente como DFM / A. O objetivo principal é projetar um produto e processo para ser o mais eficiente possível. Independentemente de um produto ser montado por máquinas ou por operadores, o projetista e o engenheiro mecânico devem trabalhar juntos para garantir que o custo de mão-de-obra, a sobrecarga e os materiais sejam reduzidos o máximo possível. Devemos sempre nos esforçar para produzir um produto de qualidade pela primeira vez e sempre, e o Design for Manufacturing and Assembly pode ajudar! Quando o DFM / A é aplicado, sua empresa pode ter margens de lucro mais altas, com maior qualidade e com maior nível de eficiência.