Polish (Poland)English (United Kingdom)

Zakład Projektowania Procesów Wytwarzania

Zdobądź kwalifikacje osiągane przez najleszych inżynierów

There are no translations available.

Analiza technologiczności konstrukcji ze względu na montaż metodą DFA

Analiza DFA jest jedną z metod oceny wyrobu, która umożliwia obiektywną ocenę konstrukcji pod względem technologii montażu, oszacowanie czasu oraz kosztu montażu.

Autor: Michał Karpiuk

Analiza konstrukcji przy pomocy metody DFA polega na badaniu każdej jednostki montażowej pod względem jej niezbędności w zapewnieniu funkcjonalności całego wyrobu. Zastosowanie analizy DFA generuje teoretycznie minimalną liczbę jednostek prostych – części montażowych. Wszystkie pozostałe jednostki przynajmniej teoretycznie mogą zostać wyeliminowane lub połączone z częściami niezbędnymi. Dlatego też zespół przeprowadzający analizę DFA, musi mieć konkretne dane wynikające z procesu montażu, aby wyodrębnić część z konstrukcji wyrobu, która nie spełnia kryteriów zawartych w metodzie DFA. Przeprowadzenie analizy DFA może nasunąć pomysł uproszczenia konstrukcji lub uczynienia jej bardziej „przejrzystą". W fazie opracowywania projektu konstrukcyjnego zmiany w konstrukcji nie są jeszcze tłumaczone na „język kosztów" a także nie są analizowane od strony technologicznej. Z tego powodu może się okazać, że niektórych zmian w praktyce nie będzie można przeprowadzić. Jednakże rozważanie proponowanych rozwiązań wspiera innowacyjność i kreatywność zespołu projektowego, co w efekcie może doprowadzić do udoskonalenia konstrukcji wyrobu.

Istotną częścią analizy konstrukcji jest ocena czasu montażu projektowanego wyrobu i określenie miernika efektywności procesu montażu, w odniesieniu do problemów związanych z montażem.

Wszystkie jednostki montażowe wyrobu badane są pod względem:

  • sposobu uchwycenia, zorientowania i dostarczenia do miejsca łączenia z innymi częściami wyrobu,
  • sposobu umieszczenia części w wyrobie lub jej zamocowania.

DFA klasyfikuje stopień trudności działań montażowych i na tej podstawie określa standardowy czas wykonania wszystkich czynności montażowych. Czas określany przez metodologię DFA wynika z klasyfikacji tych cech części konstrukcyjnych, które wpływają na przebieg operacji montażowych. Na tym etapie projektowania można oszacować całkowity czas montażu wyrobu zaprojektowanego przez zespół konstruktorów, a po przyjęciu standardowej stawki godzinowej pracownika zatrudnionego przy montażu, oszacować koszty montażu. Ponadto, z punktu widzenia konkurencyjności, można w sposób ilościowy wyznaczyć wskaźnik efektywności montażu konstrukcji, jako miarę łatwości montażu oraz wykorzystać go do jakościowej oceny konstrukcji wyrobu. W oparciu o założenie, że wszystkie „części niezbędne” są łatwe w montażu, czas montażu idealnego wyrobu jest porównywany z całkowitym czasem montażu rzeczywistego wyrobu. W wyniku takiego postępowania uzyskamy miernik efektywności procesu montażu - tzw. indeks DFA. Wskaźnik ten, dla danego wyrobu, może ulegać poprawie jedynie w wyniku eliminacji zbędnych części i/lub operacji oraz w wyniku uproszczenia procesu montażu.

Po zakończeniu analizy DFA zespół może powrócić do opracowania alternatywnych projektów wyrobu, co może poprawić efektywność montażu lub też przyczynić się do osiągnięcia celów, które zostały określone przez dział sprzedaży lub porównawcze analizy konkurencyjnych wyrobów.

Indeks DFA

Metodologia DFA sprowadza się do wyliczenia indeksu DFA, zwanego również współczynnikiem DFA. Generalnie na współczynnik DFA ma wpływ:

  • liczba jednostek montażowych w produkcie,
  • łatwość manipulowania, wkładania i mocowania jednostek montażowych.

Indeks DFA jest liczbą uzyskaną przez podzielanie teoretycznie minimalnego czasu montażu przez czasu montażu wyrobu w aktualnej postaci konstrukcyjnej.

Gdzie:
Nmin - teoretycznie minimalna liczba jednostek montażowych,
tw  - podstawowy, wzorcowy czas montażu dla jednej jednostki montażowej,
ta  - szacowany czas montażu produktu w aktualnej postaci konstrukcyjnej.

Wzorcowy czas montażu jest średnim czasem dla jednostki montażowej, która nie wykazuje trudności manipulowania, wkładania lub mocowania – wynosi ok. 3 s.
Jednostkę montażowa będziemy mogli wliczyć do sumy , wtedy gdy spełnia co najmniej jedno z poniższych kryteriów:

  • Dana jednostka montażowa podczas eksploatacji wyrobu porusza się względem wszystkich innych zmontowanych jednostek. Należy brać pod uwagę jedynie ruchy główne. Niewielkie przemieszczenia, które mogą być wykonywaneprzez np. elastyczne zawiasy nie są wystarczającym powodem do spełnienia kryterium.
  • Jednostka musi być wykonana z innego materiału lub musi być izolowana od wszystkich innych już zmontowanych części. Jedynie ważne powody związane z wymaganymi właściwościami materiałów upoważniają do spełnienia tego kryterium.
  • Dana jednostka montażowa musi być samodzielna (oddzielna), gdyż w przeciwnym razie niezbędne operacje montażu lub demontażu innych jednostek byłyby niemożliwe.

Dane do analizy DFA

Do wykonania analizy DFA konieczne jest podanie danych dotyczące każdej jednostki montażowej tj. części, podzespołu czy też zespołu wyrobu oraz technologii wykorzystywanej podczas jego montażu tj.:

  1. Struktura procesu montażu - należy określić strukturę procesu montażu wraz z określeniem zadań technologicznych, które będą wykonywane w trakcie procesu montażu.
  2. Kryterium konieczności występowania części (jednostek prostych) - należy określić, czy obecność w konstrukcji danej części jest niezbędna, a jeśli tak, to dlaczego. Analizuje się:
    1. ruch wykonywany względem innych jednostek montażowych,
    2. konieczność zastosowania odmiennego materiału (np. w przypadku izolacji elektrycznej, cieplnej, itp.),
    3. stworzenie możliwości montażu innych części.
      Jeśli żadne z wcześniejszych uzasadnień nie znajduje w rozpatrywanym przypadku zastosowania, część teoretycznie nie jest niezbędna, więc może być wyeliminowana.
  3. Sposób zamocowania jednostki montażowej:
    1. nie jest zabezpieczana w czasie jej montażu,
    2. blokuje się sama w czasie montażu bądź blokuje jednocześnie inne jednostki montażowe; informacją dodatkową jest sposób mocowania (połączenie skrętne, nitowane, wciskane, lutowane, itp.),
    3. część jest zabezpieczana przez operację, zabieg, o której informacje zawarte są w bazie danych (skręcanie, nitowanie, zatrzaskiwanie, deformacja plastyczna, spawanie, lutowanie, klejenie, itp.); możliwe jest także zdefiniowanie własnych operacji wraz z określeniem czasu ich wykonywania.
  4. Cechy określające łatwość uchwycenia i manipulacji jednostki montażowej - określenie, czy jest łatwa do uchwycenia i manipulowania bez użycia dwóch rąk i bez użycia narzędzi montażowych. Należy określić, czy występują następujące trudności:
    1. jednostki sczepiają się z sobą mniej lub bardziej intensywnie (do ich rozdzielenia konieczne jest użycie w pierwszym przypadku jednej, w drugim dwóch rąk),
    2. jednostka montażowa jest elastyczna, lepka, śliska, ciężka (powyżej 4,5 kg).
  5. Konieczność użycia narzędzi - określenie, czy w czasie jej montażu konieczne będzie zastosowanie następujących środków:
    1. szczypce lub pinceta,
    2. inne standardowe narzędzia montażowe,
    3. specjalne narzędzia montażowe,
    4. przyrządy optyczne,
    5. dwóch rąk,
    6. dwóch ludzi lub urządzenie wspomagające pracę człowieka.
  6. Cechy geometrii części decydujące o jej orientowalności:
    1. określenie, czy część jest obrotowa, czy nie,
    2. wymiary gabarytowe,
    3. symetria α - jest to symetria obrotowa części dookoła osi prostopadłej do kierunku kojarzenia części,
    4. symetria β - jest to symetria obrotowa części dookoła osi wyznaczającej kierunek kojarzenia części; wielkość symetrii obrotowej jest to najmniejszy możliwy kąt, o jaki można obrócić część wokół odpowiedniej osi i otrzymać tę samą, wymaganą orientację.
  7. Cechy konstrukcji określające łatwość kojarzenia części:
    1. dostęp do miejsc kojarzenia i wystarczająca ich widoczność,
    2. przestrzeń wokół miejsca kojarzenia części wystarczająca do wykonania manipulacji częścią przez montera bądź głowicę urządzenia montażowego,
    3. łatwość pozycjonowania i orientowania części w czasie kojarzenia - obecność elementów konstrukcyjnych ułatwiających te czynności,
    4. wielkość sił, jakie muszą zostać użyte w czasie montażu części,

konieczność (bądź jej brak) przytrzymywania już zamontowanej częścido momentu wykonania kolejnej operacji montażowej (część traci pozycję bądź orientację, wypada z gniazda, itp.).

Literatura

  1. Boothroyd G., Dewhurst D.: Product Design for Manufacture and Assembly, Boothroyd Dewhurst Inc, 2002
  2. Boothroyd Dewhurst Inc. Implementation guide – design for manufacture & assembly, Methodology and software, 2005.

Działanie programu DFAExcel2004

Opis procedury analizy DFA

Program wspomaga analizę technologiczności konstrukcji ze względu na montaż. Poniżej w kolejnych krokach zostanie przedstawiona procedura analizy DFA za pomocą programu DFAexcel (2014).

Krok 1
Zebranie informacji o procesie technologicznym montażu. Potrzebny będzie nam komplet dokumentacji konstrukcyjnej wyrobu (rysunki zestawieniowe wyrobu, rysunki zestawieniowe zespołów, podzespołów, specyfikacje części, itp.).

Krok 2
Podział wyrobu na jednostki montażowe. Jeśli wyrób zawiera podzespoły musimy potraktować je wstęnie jako "części", a następnie dokonać oddzielnej analizy jednostek wchodzących w ich skład.

Krok 3
Przejście do arkusza projektowanego wyrobu, gdzie wpisujemy rozpatrywane przez nasze jednostki montażowe (w kolejności montażu).

Krok 4
Zakładamy wstępnie, iż nigdy nie bierzemy po jednej części do każdej ręki i nie montujemy ich równocześnie.
Każda część ma przydzielony wiersz w Excelu. Aby uzyskać czas manipulowania należy zaznaczyć którąkolwiek komórkę (1) w wierszu i nacisnąć przycisk wywołujący kalkulator (2).

dfa1

 

W ten sam sposób uzupełniamy resztę komórek.

Kolumna A
    Nazwa części
Kolumna B
    Liczba tych samych operacji wykonanych dla danej części
Kolumna C
    Czas chwytania i manipulowania otrzymany z kalkulatorów
Kolumna D
    Czas potrzebny na wzięcie (chwycenie) i obsługi narzędzia 
Kolumna E
    Czas kojarzenia części uzyskany z kalkulatorów
Kolumna F
Całkowity czas operacji. Obliczany jest przez dodanie czasu manipulacji i łączenia części z Kolumny C i Kolumny E. Suma jest mnożona przez liczbę powtarzanych (tych samych) operacji z Kolumny B. Do całkowitego czasu operacji dodaje się również czas potrzebny do obsługi narzędzia z Kolumny D.
Kolumna G
Liczba w tej kolumnie wskazuje teoretyczną minimalną liczbę części w złożeniu. Ocena tych cyfr jest szczególnie ważnym krokiem w całej analizie. W momencie dodawania części do złożenia, bez względu na praktykę, projektant musi odpowiedzieć na pytania, które są zarazem kryterium DFA:

  1. Czy dana część podczas eksploatacji wyrobu porusza się względem wszystkich innych zmontowanych części? Jedynie główne ruchy powinny być brane pod uwagę - niewielkie przemieszczenia, które mogą być wykonywane przez np. elastyczne zawiasy nie są wystarczającym powodem do udzielenia pozytywnej odpowiedzi.
  2. Czy część musi być wykonana z innego materiału lub musi być izolowana od wszystkich innych części już zmontowanych? Jedynie ważne powody związane z wymaganymi właściwościami materiałów upoważniają do udzielenia pozytywnej odpowiedzi.
  3. Czy dana część musi być oddzielna, gdyż w przeciwnym razie niezbędne operacje montażu lub demontażu innych części byłyby niemożliwe?

Jeżeli odpowiedź na któreś z tych pytań brzmi "tak", wtedy w Kolumnie G wstawiana jest liczba "1".

dfa2

Krok 5
Kiedy wszystkie wiersze są już wypełnione, liczby z Kolumny F zostają automatycznie zsumowane i dają całkowity czas montażu ręcznego "ta". Liczby z Kolumny G dają teoretyczną minimalną liczbę części potrzebnych w złożeniu "Nmin".

Krok 6
Zakończeniem analizy projektu jest obliczenie współczynnika efektywności montażu (współczynnik/indkes DFA), na podstawie danych z arkusza. Indeks DFA obliczany jest automatycznie.

Założenia:

  • W metodzie założono, że części są montowane pojedynczo, dzięki czemu możliwa jest oddzielna analiza każdej części występującej w operacji montażowej. W montażu warsztatowymjak i w liniach montażowych pracownicy używają dwóch rąk równocześnie ;). Wobec tego całkowity czas montażu może zostać zredukowany o około 1/3. W ten sposób, jeżeli chcemy otrzymać dokładniejsze oszacowanie całkowitego czasu montażu warsztatowego, uzyskany czas powiniśmy podzielić przez 1,5.
  • Założono również, że części przed pobraniem są zebrane w większą ilość i zorientowane losowo. Czasami natomiast części są dostępne w magazynie lub specjalnych kontenerach.

Wykonanie powyższej analizy opiera się na informacjach użytkowych potrzebnych w projektowaniu inżynierskim. Informacje te obejmują dwa główne obszary:

  • Kryteria separacji części prostych do zdemontowania, gdzie możliwa jest redukcja części. W wielu przypadkach redukcja danej części nie może zostać wykonana, ponieważ inne względy, np. ekonomiczność produkcji części lub niedostępność specjalnego wyposażenia potrzebnego do wyprodukowania połączonej części stają na przeszkodzie. Chcąc stwierdzić, czy dana część może zostać wyeliminowana należy przeanalizować Kolumny G.
  • Obszary usprawniania manipulacji i montażu - liczby w Kolumnach C i E. Zbyt duży czas operacji powinien zostać gruntownie przeanalizowany.

Krok 7
Sprawdzenie Kolumny G w arkuszu projektowym. Kiedy liczba w kolumnie jest mniejsza niż w Kolumnie B sprawdzamy możliwość  wyeliminowania części. Redukcja liczby części jest zwykle najefektowniejszą drogą do usprawnienia montażu.
Krok 8
Sprawdzenie Kolumny C i Kolumny E. Liczby w tych kolumnach wskazują potencjalny czas do redukcji. Im większy czas, tym większy tkwi w nim potencjał oszczędności.
Krok 10
Ewentualne zmiany i porównanie z projektem oryginalnym.

 

Krok 7

Sprawdzenie Kolumny G w arkuszu projektowym. Kiedy liczba w kolumnie jest mniejsza niż w Kolumnie B, celowe może być wyeliminowanie części. Redukcja liczby części jest zwykle najefektowniejszą drogą do usprawnienia montażu.

 

Krok 8

Sprawdzenie Kolumny C i Kolumny E. Liczby w tych kolumnach wskazują potencjalny czas do redukcji. Im większy czas, tym większy tkwi w nim potencjał oszczędności.

Rysunek techniczny

sekcja STUDENT



We have 77 guests online
Content View Hits : 478925