製造可能性設計とは？DFMの原則

ホーム > その他 > 製造可能性設計とは？DFMの原則

製造可能な設計 (DFM）は、Design for Excellence（DFX）の考え方の一部である新しい設計コンセプトです。DFXは、設計と製造プロセスを調整するための比較的新しい手法を指します。多くの利点があるため、これらの方法論は製品設計でますます使用されるようになっています。

設計者は、製品設計の目的に適合する1つまたは複数のDFX手法を選択します。デザイナーは、それぞれの方法でコンセプトを実装することで、優れた製品デザインを実現することができます。

今、あなたが製造業界の新進プロダクトデザイナーなら、DFMとその原則の使い方を理解することは、あなたのスキルを磨くのに役立つでしょう。それでは早速、DFMについて詳しくご紹介しましょう。

DFMとは何か？

形状、適合性、および機能要件を考慮して、製造の容易さと製造コストを最適化するために品目を設計するエンジニアリング・プロセスは、次のように知られている。 製造可能設計 (DFM）である。

製造業務における効果的なDFMは、成形部品の厳しい公差や冷却時間から、材料の種類や機械の選定に至るまで、多様な製品や製造工程に対する様々な評価に基づいている。

金型製作や射出成形など、製造工程が多いため、DFMプロセスは、製造可能性と製品品質を保証すると同時に、製造コスト全体を適正化する上で、より重要になっている。 製品開発 ライフサイクル。

さらに、DFMは、原材料や部品の一貫性、効率的な組み立て工程、部品の削減など、製造性のための品質要件を確立する。

製品設計の初期段階は、次のようなことに適している。 製造可能設計 その結果、設計プロセス全体における判断力が向上し、再設計やサプライチェーンの混乱が減り、高品質な製品が生まれ、市場投入までの時間が短縮され、大幅なコスト削減が実現する。

製造可能性設計の初期段階からの進化：

どのような商業的な設計手法であれ、基礎となる製品がどのように製造されるかをある程度考慮する必要がある。しかし 製造可能設計 は、この根本的な懸念に対する、より組織的で分析的なアプローチへと進化した。

この手続きは、開始以来、以下の段階を経てきた：

当初、メーカーは実験的な製品ラインをスケールアップするために、真にモデル生産を行い、試行錯誤に頼るという制約を満たしていた。この制限は、近年3Dプリンティングの普及によって変わりましたが、それでも時間とコストがかかります。
以前は、デジタル製造シミュレーションがなかったため、製造可能性に関する唯一の有効なデータ源は、過去のプロジェクトとの比較だけだった。
表計算ソフトは単純な製造可能性の計算には便利だが、設計、製造工程、持続可能性、コスト構造の間の複雑な相互依存関係を調べる仕組みは含まれていなかった。
多くの生産要素が設計段階で実質的に立ち往生していたため、設計エンジニアと生産エンジニアの専門的な責任を完全に分離することは、DFMの初期には非常に困難であった。

過去や現在と比較して、先進的なDFM解析ソフトウェアツールは、製造可能性と持続可能性の課題をはるかに広範に理解することを可能にします。 製造性を考慮した設計 プロセスだ。

DFM原則とは何か？

を満たす製品を作る。 製造可能設計 原則は、以下の5つの主要分野に焦点を当てることで可能となる：

製造工程
製品デザイン
製品素材
サービス環境
テストと各種規格への準拠

では、それぞれの分野をさらに掘り下げてみよう。

製造工程：

適切な製造プロセスを用いることは、製品の成功にとって重要である。製品に最適な製造方法を選択するには、コスト、製品材料、体積、表面研磨、後処理要件、公差など、数多くの基準を考慮しなければならない。

初期投入量と諸経費が大きいため、例えば少量生産の製品に射出成形を採用することは持続可能ではない。そのような状況では、積層造形や熱成形が望ましいかもしれない。金型や工具に多額の投資をする代わりに、これらの技術によって少ない部品でより安価に製造することができる。

なぜなら、他の4つの基準はそれに大きく依存しているからである。製品設計は、いくつかの製造手順を提案することができる。

各オプションは、最適な選択のためにDFMの原則を用いて検討されなければならない。製造コストの代わりに、総合的な実行可能性を考慮しなければならない。ある製造技術は他の製造技術よりも製造コストが低いかもしれないが、流通などを通して全体的なコストは劇的に上昇するかもしれない。

製品に割り当てられる公差も、最終製品のコストに大きな影響を与える要因の一つである。不必要に厳しい公差は、追加の加工時間や二次的な加工手順を必要とし、コストを引き上げる可能性があります。

企業は、特定の基準を満たすために製造方法を調整しなければならないこともある。設計者は、製品の機能的ニーズを達成しながら、可能な限り緩い公差を使用すべきである。このような公差を使用することで、金型費用と欠陥の数を最小限に抑え、同時に製品の製造を容易にすることができる。

製品デザイン：

製品設計は、事業の実現可能性を左右する最も重要な側面のひとつである可能性が高い。効率的な設計は、わずかな変更であっても、コストとリードタイムを大幅に削減することができる。しかし、逆の場合もある。

設計者が製造について理解していないと、多くのことがうまくいかない。このため設計者は、設計上の決定が製造に与える影響を評価するDFMツールを求めている。

肉厚の異なるプラスチック製品の場合を考えてみよう。当初は、目標の強度が損なわれない限り、可能な限り原材料の価格を下げることは良い方向に見えるかもしれない。

しかし、厚みが変化するプラスチック製品を作ることの難しさを考えれば、厚みを一定に保つことの方がはるかに可能であることはすぐにわかる。このことは、それなりのエンジニアなら誰でも理解していることだが、製品のプロトタイプを作るデザイナーはそうではないかもしれない。

こちらもお読みください： ダイカスト金型の設計、製作、メンテナンスの究極ガイド

製品素材：

新製品を設計・開発する初期段階において、エンジニアはグレードや形状を含む原材料の選択に関して重要な決定を下さなければなりません。適切な選択は、製品の望ましい結果と期待される性能に左右される。

技術者は、強度、耐熱性、耐電性、表面研磨性、燃焼性、不透明性、加工性など、いくつかの要素によって最適な選択の方向に導かれる。材料の加工性は、材料の硬度が高くなるにつれて低下する。適切な金属を選択するだけでなく、材料の品質と形状を注意深く考慮することで、商品の総コストに大きな影響を与えることができる。

原材料の形状について語るとき、それは機械加工される前の形状やサイズを指す。例えば、金属は通常、プレート、バーストック、ストリップ、シートとして流通する。ほとんどの場合、複数の種類を利用することができるが、その割合や品質はそれぞれ異なる。

例えば、アルミ棒材の価格は、キログラム当たりでアルミ板材よりも約50%安い。全体的な状況を考慮した上で、ある種の原材料を他の原材料よりも優遇することの意味を調査することが不可欠である。

サービス環境：

使用環境の評価は、機能的で安価な製品を設計するために、効率的なDFMプロセスで行わなければならない段階の一つである。埃っぽい環境で機能することを意図した製品の構造基準は、水中で機能することを意図した製品の構造基準と同じではありません。

DFMでは、その製品の典型的な使用環境に見合った製品品質を達成するよう努力することを推奨している。DFMのプロセスでは、雨、雪、風、塩分、水分、研磨剤などの環境要素の強さと影響を考慮する必要があります。

製造コストを下げるためには、合理的な期待とそうでないものを区別することが不可欠である。製品寿命の間、乾燥した環境でのみ使用される製品に、マリングレードの基準を設ける必要はない。

例えば、5083マリングレードアルミニウムの優れた耐食性は、海上用途での使用に絶対必要なものです。しかし、腐食の可能性が中程度から低い状況では、この等級のアルミニウムを使用するのは妥当ではないでしょう。

私たちはDFMを行う際、生産工程に余分な出費を増やさないよう、通常の操業状況を考慮するだけです。

テスト：

製造エンジニアは、後々の問題を避けるため、DFMを行う際には常にテストとコンプライアンス基準を念頭に置かなければならない。初期コストの何分の一かで作ることができても、認証に合格できない製品は日の目を見ることはない。

認証基準にはさまざまな種類がある。高品質の製品を保証するために、業界標準、第三者標準、あるいは企業が設定した標準がある。また、規制機関が多数の製品に適用可能な基準を設けることもある。これらの要件に準拠するため、生産者はそれぞれの試験能力を持たなければならない。

DFMプロセスを使用する場合、量産を開始する前に製品設計の適合性をテストすることをお勧めします。製品開発プロセスの最後まで待つと、多額の費用が発生する可能性があり、製品を設計段階に戻さなければならなくなる可能性さえある。

非破壊検査は、検査工程終了後も検査部品が完全に機能し、無傷であることから推奨される。

結論

このガイドにあるように 製造可能設計 の原則は、多面的な設計・製造ビジネスの推進に役立ちます。DFMの正しい原則を導入することで、製品の生産品質と性能は理想的に加速します。

についてまだ質問がある。 製造可能設計?当社の専門家にご相談ください。プロトツール・ドットコム.

細部に至るまで卓越したエンジニアリング