design for x - Università degli studi di Bergamo
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GTSL TMSG DESIGN FOR X SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 1/49 Design for X GTSL TMSG BACKGROUND • Ambiente competitivo, pressioni esterne • Progettazione e sviluppo dei prodotti sequenziali • Modello di sviluppo prodotto rigido • Possibili difetti individuati troppo «tardi», ovvero a processo avanzato: – In fase di testing – Nei casi peggiori, in fase di produzione • • Procedure di intervento inefficienti Approccio funzionale inefficiente: • Nuovo approccio: – Le attività sono suddivise tra le varie funzioni aziendali – Interventi correttivi più complessi e onerosi – Concurrent engineering vs sequential engineering SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 2/49 Design for X GTSL TMSG STRUMENTI • Rendere più solide le prime fasi del processo, ovvero la PROGETTAZIONE Come? • Performance Analysis (PA) • Design for Manufacturing (DFM) • Design for Assembly (DFA) È stato sviluppato un nuovo approccio, centrato sulla fase di progettazione (DESIGN CENTRED) È quindi possibile introdurre: • Sistema di progettazione flessibile e integrato «DESIGN FOR X» SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 3/49 Design for X GTSL TMSG DESIGN FOR X (DFX) X sta per: • Differenti proprietà del prodotto • Proprietà che lo caratterizzano in relazione a una o più fasi del processo Esempio, massimizzazione di: • Funzionalità • Performance • Manufacturability • Qualità • Affidabilità • Sicurezza • User-friendliness • Envirnomental friendliness • … SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 4/49 GTSL TMSG Design for X DESIGN FOR X Approccio alla progettazione fatti di strumenti e tecniche in grado di: • supportare il «decision making» • Condurre differenti tipi di analisi • Quantificare le performance e le scelte di design TECNICHE LEGATE ALLE SINGOLE FASI DELPROCESSO: • Design for manufacturability (DFM) • Design for assembly (DFA) • Design for variety • Design for robustness/quality • Design for reliability • Design for serviceability/maintainability • Design for safety • Design for product retirement/recovery SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 5/49 GTSL TMSG Design for X TECNICHE COMUNI ALLE VARIE FASI: • Design for cost • Design for environment and sustainability Contestualizzazione delle tecniche DFX SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 6/49 GTSL TMSG DESIGN FOR ENVIRONMENT (DFE) SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 7/49 Design for environment GTSL TMSG DESIGN FOR THE ENVIRONMENT •Crescente – – – – attenzione nei confronti di: Materiali utilizzati Processi produttivi Rischio di inquinamento Progettazione e sviluppo sostenibile • Approccio nuovo alla progettazione, creando analogie tra: – I processi di trasformazione naturale – I processi industriali – Trarre spunto dai processi naturali per l’ottimizzazione del flusso delle risorse SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 8/49 Design for environment GTSL TMSG SVILUPPO SOSTENIBILE «Lo sviluppo sostenibile è un approccio allo sviluppo che incrocia i bisogni dell’oggi senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i propri bisogni» Fattori chiave dello sviluppo sostenibile: • Stabilire obiettivi, regolamentazioni, incentivi e standard a livello produttivo • Implementare un sistema di valutazione globale • • • Realizzare un uso più efficiente delle risorse Aumentare la capacità di fronteggiare il rischio ambientale Aumentare l’impegno internazionale a sostegno dei paesi in via di sviluppo SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 9/49 Design for environment GTSL TMSG IL RUOLO DELLE SCIENZA E DELLA TECNOLOGIA Fattori Economici Scienza Tradeoff Fattori Socioculturali Tecnologia Fattori ambientali SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 10/49 Design for environment GTSL TMSG ECOLOGIA INDUSTRIALE • Studio dei flussi di trasformazione dei materiali e dell’energia • Armonizzazione tra sistema industriale e sistemi ecologici • • Cambio di prospettiva: trasformazione dei processi, da lineare a ciclico Emulazione dei sistemi naturali: – Struttura dei sistemi industriali – Organizzazione dei sistemi industriali OBIETTIVI: • • Sviluppo della consapevolezza dell’impatto dei sistemi industriali Sviluppo di strategie per la riduzione dell’impatto dei prodotti e dei processi SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 11/49 Design for environment GTSL TMSG L’IMPORTANZA DELLA PROGETTAZIONE • • Progettazione: – Utilizzo di materiali ed energia – Per soddisfare i bisogni umani Progettazione per l’ambiente: Ma: – Plasmare materiale e flussi energetici – Per soddisfare i bisogni umani – I bisogni sono contestualizzati nel flusso dei sistemi naturali – Assimilando i principi organizzativi dell’ecosfera SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 12/49 Design for environment GTSL TMSG DFE: DEFINIZIONE E APPROCCIO Alcune linee guida per l’implementazione della DFE sono riportate di seguito: • Riduzione scarti e sprechi: – quindi uso più efficiente delle risorse e – riduzione del volume di non conformità – riduzione dell’impatto associato con la gestione degli scarti • Gestione ottimale dei materiali: • Ottimizzazione dei processi produttivi: • Miglioramento dei prodotti: – Uso corretto dei materiali sulla base delle performance richieste – Dismissione corretta dei materiali alla fine del ciclo di vita – Riduzione dell’uso di materiali inquinanti – Introduzione dei processi energeticamente efficienti e a basse emissioni – Comportamento del prodotto durante l’utilizzo – Comportamento dopo dismissione SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 13/49 GTSL TMSG Design for environment DFE: LINEE GUIDA • Ridurre l’utilizzo di materiale • Usare materiale riciclabile e riciclato • Ridurre l’utilizzo di materiali tossici e inquinanti • Massimizzare il numero di componenti sostituibili o riciclabili • Ridurre le emissioni e gli sprechi in produzione • Aumentare l’efficienza energetica in fase di produzione e utilizzo • Aumentare l’affidabilità e la manutenibilità del sistema • Estendere la vita utile dei prodotti • Pianificare strategie per il recupero delle risorse alla fine del ciclo di vita • Facilitare il riutilizzo dei prodotti • Rispettare le norme vigenti e cercare di prevedere le future linee guida SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 14/49 Design for environment Sistema Industriale Sviluppo sostenibile Ecologia industriale Dismissione DFE Pollution Control & Prevent Produzione Uso Ciclo di vita del prodotto Estensione spaziale Società GTSL TMSG Produzione Uso Dismissione Ciclo di vita del prodotto Vita umana Civilizzazione Estensione temporale SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 15/49 GTSL TMSG DESIGN FOR ASSEMBLY (DFA) SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 16/49 Design for Assembly GTSL TMSG SEQUENZA DELL’ANALISI SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 17/49 Design for Assembly GTSL TMSG DEDFINIZIONE «Insieme di metodologie di progettazione del prodotto finalizzata alla • • facilitazione dell’assemblaggio» La DFA è uno strumento utilizzato per assistere i team di progettazione nella fase di design di prodotti caratterizzati da processi produttivi a costi minimi Focalizzando l’attenzione su: – Numero di componenti – Handling – Facilità di assemblaggio SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 18/49 Design for Assembly GTSL TMSG PRINCIPI • Minimizzazione numero componenti • Sistemi di auto-afferraggio • • • • • • • Progettazione componenti con caratteristiche di auto-posizionamento Minimizzazione del ri-orientamento componenti durante assemblaggio Focus su handling e l’assemblaggio finale Enfatizzare assemblaggi top-down Standardizzare i componenti Incoraggiare l’assemblaggio modulare Simmetria di assemblaggio/inserimento SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 19/49 GTSL TMSG Design for Assembly DFA: processo • STEP 1: – Analisi funzionale – Identificazione delle parti «standardizzabili» – Determinare il numero efficiente di componenti • STEP 2: Determinare il numero effettivo (reale) di componenti • STEP 3: Identificare opportunità pratiche di miglioramento della qualità (mistake proof) • STEP 4: Identificare opportunità di handling (afferraggio e orientazione) • STEP 5: Identificare opportunità di inserimento (localizzazione e bloccaggio) • STEP 6: Identificare possibilità di riduzione di operazioni secondarie • STEP 7: Analizzare i dati per un nuovo design SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 20/49 GTSL TMSG Design for Assembly STEP UNO: ANALISI FUNZIONALE • L’analisi funzionale del prodotto inizia con l’individuazione delle varie parti nell’ordine dell’assemblaggio • Assegnare a ciascuna parte un numero identificativo SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 21/49 GTSL TMSG Design for Assembly SUDDIVISIONE IN COMPONENTI SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 22/49 Design for Assembly GTSL TMSG CONTARE COMPONENTI E INTERFACCE • Creare una lista dei componenti e delle relative quantità (Np) • Creare una lista del numero di interfacce (Ni) SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 23/49 Design for Assembly GTSL TMSG IMPLEMENTARE UN «PROCESS FLOW DIAGRAM» … … SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 24/49 GTSL TMSG Design for Assembly DETERMINARE IL NUMERO MINIMO DI COMPONENTI SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 25/49 GTSL TMSG Design for Assembly VERIFICARE SE IL COMPONENTE PUò ESSERE STANDARDIZZATO • Possiamo standardizzare il componente «x»? – Nella stazione di assemblaggio – Nella fase di assemblaggio – Nell’isola di assemblaggio (più prodotti) – Nell’azienda • Rispondere «si» (Y) o «no» (N) alla domanda SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 26/49 GTSL TMSG Design for Assembly VALUTAZIONE TEORICA DELL’EFFICIENZA DEL NUMERO COMPONENTI Numero teorico componenti = Numero minimo componenti / Tot componenti * 100 = 1/10*100 = 10% OBIETTIVO EFFICIENZA: 60% SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 27/49 Design for Assembly GTSL TMSG FATTORE DI COMPLESSITA’ Definizione • Np: numero di componenti • Ni: numero interfacce componente-componente • «Smaller (FC) is better» Npt: theoretical number of parts Nit: theoretical number of interfaces = 2 * (Npt-1) SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 28/49 GTSL TMSG Design for Assembly DETERMINARE I COSTI RELATIVI DEI COMPONENTI • Valutazione qualitativa • Valutazione in riferimento agli altri componenti nella linea di assemblaggio – Low – Medium – High SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 29/49 Design for Assembly GTSL TMSG COMPONENT COST BREAKDOWN • Carta adesiva 2,3% • Piastre 21% • • • • • • • • Tubo centrale 4,6% Plastisol 3% incollaggio interno 10% Viti 2% Guscio 22% Molle 3% Incollaggio finale … … SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 30/49 GTSL TMSG Design for Assembly STEP DUE: DETERMINARE IL NUMERO MINIMO REALE DI COMPONENTI • Valutazione effettuata in team • Trade-off tra costo componenti e costo assemblaggio SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 31/49 Design for Assembly GTSL TMSG CREATIVITA’ E INNOVAZIONE SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 32/49 GTSL TMSG Design for Assembly COSTI ASSEMBLAGGIO VS COSTI PRODUZIONE COMPONENTE SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 33/49 GTSL TMSG Design for Assembly Caso pratico: LE VITI • Uno studio della Ford Motor Co. ha rivelato che le viti filettate rappresentano la causa primaria di guasto in garanzia • Da uno studio recente sul settore automotive è emerso che l’80% delle viti viene rilevata montata in maniera scorretta o non serrata completamente ELIMINAZIONE DEI COMPONENTI SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 34/49 GTSL TMSG Design for Assembly Case study: CUMMING ENGINES Munroe&Associates, 2002 SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 35/49 GTSL TMSG Design for Assembly DIMENSIONE STANDARD BULLONE • Minimizzare taglie extra per ridurre il magazzino e allo stesso tempo eliminare confusione durante l’assemblaggio SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 36/49 GTSL TMSG • Design for Assembly Selezionare poi il sistema di fissaggio meno dispendioso e complesso SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 37/49 GTSL TMSG Design for Assembly PRINCIPI GENERALI DI PROGETTAZIONE • Utilizzare sistemi autobloccanti SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 38/49 GTSL TMSG Design for Assembly PRINCIPI GENERALI DI PROGETTAZIONE • Sfruttare la simmetrie per evitare riposizionamenti SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 39/49 GTSL TMSG Design for Assembly PRINCIPI GENERALI DI PROGETTAZIONE • Assemblaggio top-down SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 40/49 GTSL TMSG Design for Assembly PRINCIPI GENERALI DI PROGETTAZIONE • Assemblaggio modulare SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 41/49 GTSL TMSG Design for Assembly STEP TRE: IDENTIFICARE OPPORTUNITA’ DI INCREMENTO DELLA QUALITA’ • Evitare di assemblare parti errate • Evitare di omettere componenti • Evitare di assemblare componenti al contrario SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 42/49 GTSL TMSG Design for Assembly STEP QUATTRO: IDENTIFICARE OPPORTUNITA’ DI HANDLING • Quante mani servono per afferrare il componente? • Assistenza all’afferraggio necessaria? • Effetto della simmetria sul componente? • La parte è facilmente allineabile? SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 43/49 GTSL TMSG • Design for Assembly Eliminare le possibilità di impigliamento o impaccamento SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 44/49 GTSL TMSG Design for Assembly STEP CINQUE: IDENTIFICARE OPPORTUNITA’ DI INSERIMENTO • Valutazione del tempo necessario ad inserire un componente – La parte è fissata subito dopo l’inserimento? – Che tipo di fissaggio si usa? – La parte viene allineata facilmente? SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 45/49 GTSL TMSG • Design for Assembly Fare in modo che i componenti non debbano essere mantenuti in posizione SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 46/49 GTSL TMSG • • Design for Assembly Rendere la parti facili da inserire Fornire adeguata visibilità SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 47/49 GTSL TMSG Design for Assembly STEP SEI: ELIMINARE OPERAZIONI SECONDARIE • Ovvero: – Ri-orientazioni – Forature, piegature, … SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 48/49 GTSL TMSG Design for Assembly STEP SEI: ELIMINARE OPERAZIONI SECONDARIE • Ovvero: – Saldature, incollaggi, … – Verniciature, lubrificazione,… – Testing, misurazioni, aggiustamenti, … STEP SETTE: ANALIZZARE I DATI RACCOLTI PER UN NUOVO DESIGN • Indice di handling: somma Ys colonna Handling/ Numero minimo teorico parti • Indice di inserimento: somma Ys colonna Inserimenti/ Numero minimo teorico parti • Indice operazioni secondarie: somma Ys colonna Op. Secondarie / Numero minimo teorico parti • Indice di error proofing: somma Ys colonna Errori / Numero minimo teorico parti SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 49/49 GTSL TMSG DESIGN FOR MANUFACTURING SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 50/49 Design for Manufacturing GTSL TMSG DEFINIZIONE «Insieme di metodologie di progettazione finalizzata alla facilitazione della produzione delle parti che formeranno il prodotto dopo la fase di assemblaggio» • La DFM è uno strumento utilizzato nelle prime fasi della progettazione per selezionare i materiali e i processi più adatti da utilizzare nella produzione SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 51/49 Design for manufacturing GTSL TMSG PREMESSE Nel sistema di produzione ci sono numerosi processi e attività che influenzano: • la qualità e il costo del prodotto • il periodo di tempo necessario per introdurre nel mercato il prodotto • il tempo e lo sforzo richiesto per la produzione Questi processi devono essere monitorati costantemente e gestiti in modo ottimale SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 52/49 Design for manufacturing GTSL TMSG PREMESSE Nel ciclo di sviluppo del prodotto si deve ricercare sino dall’inizio la coerenza tra: FUNZIONALITÀ e PRODUCIBILITÀ Ovvero il prodotto deve soddisfare le specifiche funzionali, ed essere agevole ed economico da fabbricare, assemblare e manutenere. E’ importante sottolineare che decisioni razionali prese durante la concezione del prodotto ne influenzano, in modo positivo, il costo più che anni di continui e successivi miglioramenti. SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 53/49 Design for manufacturing GTSL TMSG PREMESSE Non tenere conto della producibilità può dar luogo a numerosi problemi come: • incompatibilità con le strutture produttive • raggiungimento della qualità a costi elevati • • • • • incremento dei costi esigenza di particolari attrezzature incremento del “time-to-market” insoddisfazione del cliente minori possibilità di miglioramento SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 54/49 GTSL TMSG Design for manufacturing PREMESSE La fase iniziale del processo di sviluppo prodotto è di fondamentale importanza Le prime decisioni di progetto sono quelle più efficaci, ma sono prese con un certo grado di incertezza Una conseguenza ineliminabile della progettazione sono i progressivi e continui cambiamenti del progetto (miglioramenti) Il progetto è in continua evoluzione fino al raggiungimento di un risultato soddisfacente SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 55/49 Design for manufacturing GTSL TMSG PREMESSE Attuare un cambiamento in una fase avanzata della progettazione del prodotto può portare ad una variazione delle caratteristiche prestazionali e delle funzionalità. Nel peggiore dei casi il risultato è un prodotto parzialmente o totalmente non conforme alle specifiche di progetto iniziali. Il costo di un cambiamento di progetto attuato in fase concettuale è dato dal costo del lavoro Il costo di un cambiamento di progetto introdotto nelle ultime fasi e particolarmente dopo la produzione o la vendita include: - costi diretti - costi indiretti - costi invisibili (perdita di reputazione, inefficienza interna) SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 56/49 GTSL TMSG Design for manufacturing PREMESSE SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 57/49 GTSL TMSG Design for manufacturing PREMESSE SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 58/49 GTSL TMSG Design for manufacturing PREMESSE Fasi dove esistono le maggiori opportunità di ottimizzazione e di riduzione dei costi SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 59/49 Design for manufacturing GTSL TMSG APPROCCIO TRADIZIONALE SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 60/49 GTSL TMSG Design for manufacturing Situazione AS-IS (pratiche tradizionali): • Value engineering Design engineering (A) • Producibility engineering Manufacuring engineering (B) • Sono effettuate dopo che le decisioni di «concept» del prodotto sono state effettuate Quindi: • Due UO distinte • Fanno riferimento a due manager differenti • Appartenenti a due UO differenti In particolare: (A): focus sulla funzionalità prodotto e suoi costi (B): focus sulla producibilità, sulla maneggiabilità componenti, disponibilità mutensili, assemblabilità del prodotto SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 61/49 Design for manufacturing GTSL TMSG APPROCCIO CLASSICO Problematiche: • Concept, progettazione e testing effettuate prima della produzione e della relativa pianificazione Concept e produzione devono essere fatte in parallelo SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 62/49 GTSL TMSG Design for manufacturing EVOLUZIONE: • Progettazione: primo step nella produzione di un nuovo prodotto • Ogni decisione può causare extra costi di produzione • Il design del prodotto deve essere coerente con: – La produzione flessibile – L’assemblaggio – Il controllo qualità – L’handling Simultaneous engineering SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 63/49 Design for manufacturing GTSL TMSG Duplice approccio alla progettazione: • • Sequential engineering Concurrent engineering Importanza del «team interfunzionale» facilitare la comunicazione tra i vari elementi del team e a cascata tra le funzioni In generale, il prodotto: • Deve funzionare • Deve vendere • • Deve essere producibile Deve essere profittevole SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 64/49 Design for manufacturing GTSL TMSG Approccio a una progettazione efficiente del prodotto Prendere le migliori decisioni di progetto e di processo sino dall’inizio per: • ridurre il numero dei cambiamenti di progetto necessari per ottenere un prodotto • concentrare i cambiamenti nelle fasi iniziali dello sviluppo prodotto quando le ottimale. variazioni costano poco e non penalizzano i costi, la qualità, l’affidabilità e la producibilità. SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 65/49 GTSL TMSG Design for manufacturing DFM • Comprendere come la progettazione «comunica» con le altre fasi • Usare la conoscenza acquisita per ottimizzare la produzione • Nel rispetto di costi, qualità, produttività SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 66/49 GTSL TMSG Design for manufacturing DFM: principi di progettazione prodotto per una produzione efficiente 1. • • • • • Minimizzare il numero totale di parti Minor numero di parti si traduce in minore complessità di realizzazione Minor tempo di progettazione Minor numero di disegni Magazzino più contenuto Handling più semplice ed efficace Tuttavia, l’eliminazione non deve superare il punto per cui: • Aumenta la complessità e/o il peso del prodotto Soluzioni: • Componenti in materiale polimerico, metallurgia delle polveri SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 67/49 GTSL TMSG Design for manufacturing 2. • • • • • Sviluppare un design modulare Componenti con interfaccia standard con altri componenti Permette di standardizzare Sopravvive all’obsolescenza Il prodotto può essere customizzato dall’abbinamento di diversi moduli Bassi costi e facilità di riparazione 3. • • • • • Usare componenti standard Un componente a stock è sempre più economico di uno custom Lead time minimo Più affidabili Debolezze note a priori Facili da reperire SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 68/49 GTSL TMSG Design for manufacturing 4. Progettare componenti multifunzionali • Combinare più funzioni in un unico componente • Esempio: progettare una vite come componente strutturale 5. Progettare componenti per utilizzo multiplo • Molti componenti possono essere utilizzati per molteplici funzioni • I componenti vengono divisi in: – Parti/componenti unici relativi a singoli – Parti comuni a molteplici prodotti • L’obiettivo è quindi: – Minimizzare il numero di categorie – Minimizzare il numero di variazioni in ciascuna categoria – Minimizzare il numero di design per ciascuna variazione SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 69/49 GTSL TMSG Design for manufacturing 6. Progettare i componenti per una facile fabbricazione • Singole parti devono essere progettate usando materiale che soddisfa i requisiti • Evitare seconde lavorazioni 7. Minimizzare le direzioni di assemblaggio • Tutti i componenti dovrebbero essere assemblati secondo un’unica direzione 8. Minimizzare l’handling • Minimizzare i posizionamenti per ridurre i costi • Realizzare componenti il più possibile simetriche • Componenti con area ampia per essere afferrate da robot • Evitare componenti flessibili SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 70/49 Design for manufacturing GTSL TMSG Importante declinazione del concetto di DFM è quello di DFA, in cui: • Minimizzazione del numero di componenti da assemblare • Tenere presente le successive fasi di handling • • • Progettazione dei componenti finalizzata alla facilità di assemblaggio Ispezioni effettuate durante il processo Qualità dei componenti Sfida: Rendere questi approcci applicabili sotto il vincolo di politiche aziendali esistenti, strutture rigide e pratiche amministrative in un contesto competitivo SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 71/49 Design for Assembly GTSL TMSG DFM vs DFA: differenze • Design for Assembly, DFA: – Attenzione alla riduzione dei costi di assemblaggio – Minimizzazione delle operazioni di assemblaggio • – Componenti singoli tendono ad essere più complessi in fase di progett. Design for Manufacturing, DFM: – Riduzione dei costi di produzione «totali» – Minimizzazione della complessità delle operazioni di produzione – Sfrutta feature e assi principali comuni SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 72/49 Design for Assembly GTSL TMSG DFM vs DFA: aspetti simili • Riduzione del costo del lavoro e dello spreco di materiale • Hanno come obiettivo l’utilizzo di standard per la riduzione dei costi • Riducono il tempo ciclo dello sviluppo prodotto In generale, si fa riferimento al DFMA, come unica metodologia. SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 73/49 GTSL TMSG DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 74/49 Design for manufacturing and assembly GTSL TMSG DESIGN FOR MANUFACTURE AND ASSEMBLY E’ un metodo strutturato e sistematico per l’analisi di un progetto al fine di: • ridurre i costi • ridurre il time-to-market • • migliorare la qualità ottimizzare la struttura del prodotto Il compito del DFMA è perciò facilitare la realizzazione di un prodotto che sia: • funzionale, superiore alla concorrenza, soddisfi le esigenze del cliente • caratterizzato da affidabilità operativa e una efficiente produzione, vendibile e che sia: tempestivamente SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 75/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly DESIGN FOR MANUFACTURE AND ASSEMBLY Obiettivi • Risparmio nei costi di assemblaggio • Aumento della flessibilità e velocità di distribuzione • • • • • • Risparmio nella fabbricazione Risparmio nei costi per ottenere la qualità richiesta dal mercato Riduzione dei costi e tempi di sviluppo prodotto Maggiore competitività nel proprio segmento di mercato Soddisfazione delle esigenze del cliente Progettazione “robusta” del prodotto/sistema SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 76/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly DESIGN FOR MANUFACTURE AND ASSEMBLY Tenere conto delle necessità di fabbricazione del prodotto, ottimizzando le soluzioni costruttive in funzione dei processi di lavorazione e assemblaggio DFM - DESIGN FOR MANUFACTURE • Progettazione dei componenti in funzione dei processi di lavorazione • Valutazione dei costi di produzione • Serie di accorgimenti mirati a introdurre informazioni sul processo produttivo già in sede di progetto DFA - DESIGN FOR ASSEMBLY • Progettazione dei componenti e dei sistemi mirata alla semplificazione dei processi di assemblaggio • Valutazione di tempi e costi di assemblaggio • Metodi strutturati SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 77/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) Si parte con la valutazione dei problemi di montaggio si passa poi a quelli di fabbricazione avendo come obiettivo primario la semplificazione dei processi. Il primo principio da applicare è la riduzione delle parti componenti il prodotto. Per comprendere se una parte può essere eliminata si deve innanzitutto partire da un’ipotesi di progetto e del conseguente processo di montaggio. SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 78/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) Quindi ogni parte deve essere esaminata secondo tre criteri ciascuno dei quali può essere sintetizzato da una domanda. 1) Durante l’uso del prodotto la parte si muoverà rispetto alle altre già montate? 2) La parte deve essere costruita in un materiale differente rispetto alle altre già montate, ovvero ne deve essere isolata? 3) La parte deve essere distinta dalle altre già montate perché altrimenti sarebbe • • impossibile il montaggio o lo smontaggio di altre parti? Se la risposta ad almeno una delle tre domande fosse positiva allora la parte è critica e deve essere distinta dalle altre. Il numero minimo di parti costituenti il prodotto è dato dal numero delle parti critiche. SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 79/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) Il passo successivo consiste nello stimare il tempo complessivo di montaggio nonché il grado di difficoltà delle varie operazioni. Ogni parte deve essere esaminata accuratamente per capire: 1. come deve essere afferrata, orientata e preparata per il suo montaggio; 2. come deve essere montata e/o fissata. Quindi, per calcolare i tempi di montaggio si ricorre a metodi previsionali (MTM o simili). SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 80/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) Si procede quindi l’analisi della fabbricazione (DFM). Si valutano i costi di diversi processi per consentire al progettista di valutare alternative differenti e prendere le decisioni più opportune. Questo modo di procedere consente anche di anticipare eventuali trattative con i fornitori per l’acquisto di componenti o servizi. SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 81/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly PREMESSE SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 82/49 GTSL TMSG Design for manufacturing and assembly PREMESSE SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 83/49 GTSL TMSG SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 84/49 Design for manufacturing and assembly GTSL TMSG DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) Sintesi delle linee guida per il DFA • Ridurre il numero e il tipo delle parti • Facilitare l’alimentazione, la manipolazione, l’auto-allineamento e il posizionamento riducendo le operazioni da compiere • Evitare di disegnare parti che possano essere montate in modo sbagliato sfruttando simmetrie a asimmetrie • Assicurare un accesso adeguato e una facile visibilità • Usare tecniche efficaci per il serraggio o il fissaggio • Dettagliare bene i disegni per il montaggio • Usare la gravità SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 85/49 Design for manufacturing and assembly GTSL TMSG DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) Principi del DFM Che cosa considerare nella scelta dei materiali ? • Facilità di approvvigionamento • Facilità di trasformazione e lavorazione • Materiali già utilizzati e codificati in azienda • Come trasformare e lavorare i materiali ? • Minimizzare il numero di operazioni nell’impiego della tecnologia • • • • • Minimizzare il numero di tecnologie impiegate Evitare quanto più possibile tolleranze e accuratezze di lavorazione molto elevate Evitare quanto più possibile l’uso di materiali speciali Evitare quanto più possibile l’uso di apparecchiature per la movimentazione Verificare la compatibilità con i limiti fisici del sistema di produzione SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 86/49 Design for manufacturing and assembly GTSL TMSG DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA) Principi del DFM Obiettivi a scalare per le lavorazioni alle macchine utensili • utilizzare una sola macchina utensile, completando le lavorazioni in un solo piazzamento usando un solo utensile • impiegare il minor numero di piazzamenti sulla stessa macchina utensile • impiegare il minor numero di passaggi tra macchine utensili SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 87/49 GTSL TMSG SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 88/49 Design for manufacturing and assembly GTSL TMSG Driver di costo per DFMA Costi di Costi di Assemblaggio • Tempo di Ass. • Tempo ciclo • • • • • Fabbricazione Metodo di Ass. Qualità Inserimento Materiale • Volume • Standard di Ass. Manipolazione • • • • • • • Processo Qualità Tolleranze Finitura Attrezzaggio Fornitori Prototipazione Costi del ciclo di vita • Manutenzione • Certificazioni • • • • • • Distribuzione Imballaggio Assistenza Smaltimento Riciclaggio Test Vantaggi competitivi • Cliente • Valore aggiunto • • • • • • SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini Requisiti Affidabilità Prezzo Caratt. Attrattive Tecnologia Contenuti prog. 89/49 GTSL TMSG SIP – Università degli Studi di Bergamo – Prof. Giancarlo Maccarini 90/49
