طراحی برای تولید و مونتاژ (Design for Manufacturing & Assembly) چیست؟

مقدمه

بیایید فرض کنیم واژه تولید (Manufacture) به تولید یک قطعه منفرد از یک مجموعه مونتاژی یا محصول و واژه مونتاژ (Assembly) نیز به افزودن یا اتصال تعدادی قطعه به یکدیگر و ایجاد یک محصول اشاره داشته باشد. بنابراین عبارت “طراحی برای تولید” یا به اختصار DFM به معنی طراحی برای ساده سازی تولید مجموعه ای از قطعات است که پس از مونتاژ یک محصول را شکل می دهند. عبارت “طراحی برای مونتاژ” یا DFA نیز به معنای طراحی محصول بر مبنای سادگی مونتاژ است. به این ترتیب عبارت “طراحی برای تولید و مونتاژ” یا DFMA به ترکیب دو عبارت فوق گفته شده و شامل سه دسته از فعالیت ها می شود که عبارتند از :

  • مبنایی برای مطالعات مهندسی همزمان که نکات راهنمایی را در اختیار تیم طراح قرار می دهد تا با ساده سازی ساختار محصول ,هزینه تولید و مونتاژ را کاهش داده و پیشرفت ها را بصورت کمی ارزیابی کنند.
  • به عنوان معیاری جهت مطالعه محصولات رقبا و بیان کمی مشکلات تولید و مونتاژ.
  • به عنوان ابزار تحلیل Should-Cost (تعیین قیمت یک کالا بر اساس هزینه متریال, نیروی کار, هزینه های بالاسری و حاشیه سود) جهت کنترل هزینه ها و کمک به مذاکره با تامین کنندگان.

تاریخچه DFMA

برای سالها عبارت “طراحی برای تولید آسان” یا به عبارت دیگر “تولید پذیری” یا “قابل ساخت بودن” به عنوان یک فاکتور مهم تلقی می شد هرچند که تا دهه 1970 هیچ ابزار اندازه گیری کمی برای تولیدپذیری یک محصول و اجزای آن در اختیار طراح نبود و تنها راه پیش روی طراحان, انتظار برای دریافت تخمین از تامین کنندگان بود.

اینکه طراحان باید تنها به رفع مشکلات تولید توجه کنند برای سالها تئوری قابل دفاعی بود. یک طراح رقابتی باید با روشهای تولید آشنا باشد تا در فرایند طراحی ,بدون دلیل هزینه تولید را افزایش ندهد. به طور سنتی انتظار می رود که دانشجویان مهندسی ,دوره های کارگاهی لازم را بگذرانند تا در مورد روشهای تولید, شناخت کافی را کسب کنند. متاسفانه در دهه 1960 دوره های کارگاهی از واحدهای درسی دانشگاه های آمریکا حذف گردیدند زیرا برای اعتبار تحصیلات آکادمیک مناسب تشخیص داده نشدند. اکنون مهندسین فارغ التحصیلی که به دپارتمان های طراحی می پیوندند اغلب دانش کمی درباره فرایندهای تولید دارند.

توسعه DFMA با تحقیقات در زمینه مونتاژ اتوماتیک محصولات , آغاز گردید. در اوایل دهه 1970 یک هندبوک در دانشگاه ماساچوست تالیف گردید که تکنیکهای مربوط به پیشروی (Feed) و جهت گیری (Orienting) قطعات کوچک را فهرست کرده بود. این هندبوک را می توان اوج مطالعاتی دانست که در 1963 در دانشگاه سالفورد انگلیس توسط Geoff.Boothroyd و دانشجوی تحصیلات تکمیلی وی Alan Redford آغاز شد و بعدها توسط Geoff Boothroyd و همکارانش Corrado Poli و Laurence Murch در دانشگاه ماساچوست دنبال گردید. یک روش کدگذاری برای قطعات توسط یکی از دانشجویان تحصیلات تکمیلی Geoff Boothroyd به نام C.Ho در این هندبوک ارائه گردید که هدف از آن فهرست کردن تکنیکهای مختلف پیشروی و جهت گیری قطعات بود. این روش کدگذاری نه تنها شماره صفحه ای از هندبوک را که پیشروی و نوع جهت گیری قطعه در آن ارائه شده بود را مشخص می کرد بلکه تعیین می کرد که پیشروی و جهت گیری برای کدام قطعات ساده , برای کدام یک دشوار و برای چه قطعاتی پیشروی و جهت گیری به صورت نرمال و اتوماتیک, غیر ممکن خواهد بود.

به نظر می رسید که طراحان قطعات با استفاده از سیستم کدگذاری بتوانند از طراحی قطعات با شکلی که پیشروی و جهت گیری آنها دشوار است اجتناب کنند و یا قطعات را بگونه ای طراحی کنند که پیشروی و جهت گیری مناسب آنها را تسهیل کند. با استفاده همزمان از سیستم کدگذاری و داده های حاصل از تحقیقات ,یک روش سیستماتیک ایجاد شده که به طراحان کمک می کرد که طرح های مختلف را از نظر سادگی مونتاژ اتوماتیک به صورت کمی ارزیابی کنند.

 تلاشهای تعداد زیادی از دانشجویان لیسانس و تحصیلات تکمیلی و ملاقات با پژوهشگران مختلف و حدود 140 سیستم تغذیه و جهت گیری که توسط دانشجویان ترم های تابستانی ساخته و تست شد, منجر به توسعه و تکمیل “روش طراحی برای مونتاژ اتوماتیک” یا Design for Automatic Assembly Methodology گردید.

پعدها Boothroyd و همکارش Bill Wilson در دانشگاه ماساچوست به این نتیجه رسیدند که می توانند یافته های قبل را به موضوع وسیعتری یعنی “طراحی محصول به منظور سادگی تولید” توسعه دهند. Boothroyd و Wilson ضمن مراجعه به بنیاد ملی علوم (NSF) ,پروپوزال خود را ارائه نموده و در سال 1978 بودجه لازم جهت سه سال تحقیقات در زمینه “طراحی برای تولیدپذیری” یا Design For Manufacturability را دریافت نمودند.

با توجه به مسئولیت Bootroyd در این تحقیقات , وی علایق خود را در زمینه “طراحی برای مونتاژ” با توجه به تحقیقات انجام شده در زمینه پیشروی و جهت گیری قطعات دنبال نمود. وی در زمینه تغذیه اتوماتیک قطعات با همکارش Alan Redord در انگلستان و همچنین Ken Swift (که توانسته بود بودجه ای جهت تحقیقات در زمینه طراحی برای مونتاژ اتوماتیک بدست آورد) همکاری نمود. به عنوان بخشی از تحقیقات در انگلستان , طرح های مختلف دبی سنج گاز (Gas.Flow Meter) تولید داخل که بر مبنای اصول یکسان و قطعات مشابه کار می کردند, بررسی گردید. آنها متوجه شدند که قابلیت تولید طرح های مختلف , تفاوت زیادی داشته و بدترین طرح از نظر قابلیت تولید حدود شش برابر بهترین طرح به کار نیروی انسانی نیاز دارد.

شکل زیر پنج راه حل برای اتصال قطعات را نشان می دهد که از تحقیقات در زمینه طراحی دبی سنج گاز برگرفته شده است. همانطور که در طرح سمت چپ مشاهده می شود , ساده ترین روش برای اتصال هوزینگ , اتصال Snap-fit است. در نمونه های سمت راستی نه تنها زمان مونتاژ افزایش می یابد بلکه تعداد و هزینه قطعات نیز بالا می رود. این مثال , دو اصل مهم در طراحی محصول برای سادگی مونتاژ را نشان می دهد : کاهش تعداد عملیات لازم جهت مونتاژ بوسیله کاهش تعداد قطعات و آسان سازی عملیات مونتاژ.

Capture1

در ادامه, Boothroyd و دانشجویانش روش تحلیل جهت “طراحی برای مونتاژ دستی” را توسعه دادند تا مهندسان تولید بتوانند در مورد روش های پیشنهادی جهت اتوماسیون قضاوت کنند.

مشارکت Bill.Wilson در این تحقیقات به مطالعات وی در زمینه انتخاب اولیه متریال و فرآیندهای تولید قطعات که به تصمیمات مهم طراحان در مراحل اولیه طراحی محصول می پردازد, مربوط می شود.

سومین بخش از تحقیقات به مطالعه پیرامون “طراحی برای تولید” مربوط می شود. در این قسمت,.Winston Knight که دوره مطالعاتی خود را در دانشگاه ماساچوست می گذراند به همراه Poli به تحقیقات در این زمینه پرداخت و به طور خاص در زمینه طراحی برای آهنگری (Forging) مطالعه نمود.

به این ترتیب “طراحی برای تولید” یا DFM و “طراحی برای مونتاژ” یا DFA متولد شده و بعدها دانش “طراحی برای تولید و مونتاژ” یا DFMA را بوجود آوردند.

هدف اولیه تحقیقات در این زمینه , توسعه روش های تحلیلی بود که کمک طراحان در فرایند طراحی باشند.  ایده کلی , طراحی محصولات برای سادگی مونتاژ و طراحی قطعات آنها برای سادگی تولید (تولید پذیری) بوده است. هر چند که بزودی مشخص شد این اهداف تناقضاتی با یکدیگر دارند. بر مبنای قوانین تولید پذیری , اجزای یک محصول باید به قطعاتی با اشکال ساده تقسیم شوند که البته به ندرت ایده خوبی محسوب می شود. در حقیقت کاهش تعداد قطعات مجزا در یک محصول نه تنها هزینه مونتاژ را کاهش نمی دهد بلکه تنها هزینه کلی ساخت قطعات را کم می کند.

در تحقیقات در زمنیه DFA سه معیار ساده توسعه داده شد که تا مشخص شود که یک قطعه (به دلیل طراحی نامناسب) باید کنار گذاشته شود یا خیر. کاربرد این معیارها بود که منجر به ساده سازی ساختار محصول و در نتیجه کاهش هزینه ها گردید.

روش شناسی ” طراحی برای مونتاژ” هم در زمینه مونتاژ دستی و هم مونتاژ اتوماتیک بصورت یک هندبوک در دانشگاه ماساچوست چاپ گردید و درازای یک فرایند کوچک ثبت نام ,در اختیار صنعت قرار گرفته است. در طول یک دوره 4 ساله بیش از 2000 مورد ثبت نام جهت استفاده از هندبوک صورت گرفته و برای تکمیل کار در زمینه طراحی برای مونتاژ مورد استفاده قرار گرفته است.

پس از اینکه هندبوک DFA منتشر گردید , چندین تحقیق در بخش Diablo دپارتمان پرینتر شرکت Xerox انجام شد. این تحقیقات که در مورد برخی مجموعه های مونتاژی کوچک انجام شد منجر به باز طراحی مجموعه های مونتاژی گردید که صرفه جویی قابل ملاحظه ای در هزینه کلی تولید بدست آمد که بیشتر آن نتیجه کاهش تعداد قطعات مجزا بوده است.

شرکتهای بزرگ مانند Xerox , General Electric , Westinghouse Electric, IBM و Digital Equipment به سرعت اصول DFA را به منظور ساده سازی طراحی محصولات خود اجرا نمودند. به عنوان مثال در برآوردی که توسط Sydney Liebson از شرکت Xerox تهیه گردید, اجرای کامل DFA می تواند به صرفه جویی سالیانه چند صد میلیون دلاری در این شرکت منجر شود. Sydney Liebson که به عنوان Corporate Manager در بخش تولید شرکت Xerox مشغول بکار است یکی از حامیان مشتاق پروپوزال اولیه DFM بود که به بنیاد ملی علوم ارائه گردید.

نتیجه تمامی تحقیقات در زمینه مونتاژ اتوماتیک و DFA با ارائه جزییات کامل در کتاب Automatic Assembly and Design for Assembly ارائه شده است.

زیرنویس :

  • مهندسی همزمان : نوعی روش طراحی برای توسعه محصولات و ساخت آنهاست که فرایندها را نیز به طور همزمان در نظر میگیرد. این روش بر شالوده کار تیمی و استفاده از برخی تکنیک های کاری بنا شده و کارایی سازمان را افزایش می دهد.
    در این روش ، با استفاده از تیم های چند تخصصی می توان تفکر مفهومی ، طراحی محصول و برنامه ریزی تولید را همزمان انجام داد . هدف این روش ، ملزم کردن افراد به در نظر گرفتن تمام عوامل چرخه عمر محصول شامل نیازهای مشتری و تامین کنندگان نظیر : عملکرد ، کیفیت ؛ هزینه ، برنامه اجرایی ، تعمیر و نگهداری ، از همان ابتدای کار است.
  • برای آشنایی بیشتر با مفاهیم پیشروی و جهت گیری قطعات در فرایند مونتاژ به منبع زیر رجوع کنید :

Geometry and Part Feeding – Ken Goldberg

منبع :

کتاب Product Design for Manufacture and Assembly نوشته Geoffrey Boothroyd ,Peter Dewhurst, Winston A. Knight . انتشارات CRC Press . سال 2011

 

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

6 پاسخ

  1. پیمان گفت:

    سلام من ترجمه فارسی این کتاب یعنی کتاب product design for manufacture and assembly
    رو میخواستم ؟ ۳۰ صفحه اول کتاب کافیه

    • نویسنده-1 گفت:

      باسلام
      ترجمه این مطلب ومقالات و کتب مرتبط صرفا برای درج در سایت انجام می شود و مطاب حاضر از منبع دیگری کپی نشده که برای شما ارسال کنیم.

  2. Pn گفت:

    سلام میخواستم ببینم کاربرد dfa در حوزه فاکتورهای انسانی و خطای های انسانی چیه ?

    • نویسنده-1 گفت:

      سلام بر شما
      طراحی برای مونتاژ یا همون DFA به مواردی مربوط میشه که طراح باید رعایت کنه تا مونتاژ قطعات به روش صحیح قابل انجام باشه. مثلا دسترسی های مناسب جهت باز و بست وجود داشته باشه و یا دید کافی در نقاط اتصال فراهم بشه تا خطای مونتاژ کاهش پیدا کنه و مونتاژ کار هم در معرض آسیب قرار نگیره . بعلاوه در طراحی گاهی این امکان هم وجود داره که قطعاتی طراحی شوند که فقط به یک طریق قابلیت مونتاژ داشته باشند و بروز خطا در مونتاژ تقریبا غیرممکن بشه

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *