Design for Manufacturing (DFM) について知っておくべき 3 つのこと

DFM は Design for Manufacturing の略で、設計がプロトタイプ開発から新製品導入に移行するときに開始される製品開発プロセスの一部です。正しく行うと、製造と生産の時間とコストを大幅に削減できます。この記事では、DFM について知っておく必要がある 3 つの重要事項と、DFM が製品の製造可能性に与える影響について説明します。

DFM とは何ですか? なぜ重要なのですか?

製造のための設計 (DFM) は、大量生産と組み立てが容易な部品とアセンブリを使用して製品を設計する方法です。これは、製品を経済的に製造するために必要な次のレベルの製品設計です。ほとんどの経験豊富なエンジニアは、長年の製造経験により、製造作業の設計を初期段階に組み込みますが、全体的なプロセスは非常に詳細であるため、その作業には独自の段階が必要です。 DFM を行うのに適切な時期があります。製品開発プロセスの後半に行うと、かなりのコストがかかる可能性があります。一般に、製造設計の適切な時期は、コンセプト開発が凍結され、プロトタイプが数回作成され、技術チームが設計に自信を持っている十分なテストが完了した後です。

DFM 分析はどのように実行しますか?

• デザインの意図を確認して理解する
• コストがかかるすべてのプロセスを念頭に置きながら、設計要件を満たす材料を選択する
• パーツの形状と予測される体積に基づいて、各パーツの最終的な製造プロセスを決定する
• 材料の除去を最小限に抑えて加工時間を短縮するように、選択したストック サイズで部品を設計する
• 公差を慎重に検討して、適切なフィット、形状、および機能を保証し、可能な限り緩い公差を決定します。公差は、選択した製造方法を使用して製造できる優れた製品を考慮に入れる必要があります。
• 1 つのパーツの複雑さ (コスト) と、複数のパーツからなるアセンブリの組み立て時間とを比較する
• プラスチック射出成形部品については、成形プロセスの均一性と一貫性を確保するために、肉厚、ドラフト、リブ、テクスチャを確認してください。
• 組み立て順序、部品数、必要な組み立て時間に細心の注意を払いながら、アセンブリの設計を確認する
• 必要なさまざまなサイズのハードウェアの数を最小限に抑え、必要なツールを減らす
• 必要な組み立て治具と治具の数を最小限に抑える
• 受入検査時の測定を容易にする公差部品。測定時にパーツを切断する必要がないようにしてください
• 製品に電子機器が含まれている場合は、組み立てプロセスと顧客による最終用途の両方の安全要件を確認してください。
• 適切な製品ラベルを確認してリスクを最小限に抑え、規制や業界の要件を遵守する

製造のための設計に影響を与える主な要因は何ですか?

製造工程

製品設計に最も影響を与えるものの 1 つは、製造に必要なプロセスです。機械加工部品を慎重に設計してセットアップの数を最小限に抑えると、コストを低く抑えることができます。たとえば、すべての加工が片側で行われる場合、クランプを外して別の側に再配置する必要がなくなるため、時間と人件費が削減されます。機械加工部品のコストを最小限に抑えることができるもう 1 つのことは、それらを製造するために必要な工具交換の回数です。たとえば、すべての半径が同じで十分な大きさであれば、同じエンドミルを使用して材料を除去し、コーナーにフィレットを生成することができ、工具交換の必要がなくなります。また、パーツ全体で同じサイズの穴またはタップ穴を使用すると、ツールの変更を最小限に抑えることができます。 DFM 中のもう 1 つのオプションは、部品を別のマシンに移動する必要がある二次操作を排除することです。フライス盤や EDM (放電加工機) マシンで旋盤部品の細部を完成させるときのように。 CNC マシニング センターの進歩と第 4 軸または第 5 軸の機械の追加により、このことはあまり問題になりませんが、すべての機械工場がこれらの新しい機械を持っているわけではありません。

部品の数量

コストを削減する最も手っ取り早い方法が、生産するさまざまな部品の数を減らすことであることは驚くことではありません。機能やユーザーの要件によっては、これが不可能な場合もありますが、製品の品質を犠牲にすることなく部品の数量を減らす方法がいくつかあります。一部のパーツは、複数の小さなパーツを 1 つの大きなプラスチック パーツに組み合わせることができる場合があります。同様に、モジュラー アセンブリを使用すると、すべてのユニットの部品生産を増やすことなく、さまざまな製品モデルにエクストラを追加できます。コンポーネントを見て、同じ部品を複数の場所で使用できるかどうかを確認します。たとえば、外側のケースの両方の半分に同じ部品を使用するなどです。少量の 2 つの部品を製造する代わりに、1 つの部品を大量に製造することで、部品の価格を大幅に削減できます。また、個別の部品の事務処理や品質管理が不要になるため、検査と組み立てのコストにも影響を与える可能性があります。

予想販売量

予想される販売量は、部品の生産を決定する役割を果たします。生産量が十分に多い場合、部品の成形または鋳造を検討することは理にかなっているかもしれません。これらのプロセスはどちらもかなりの工具費がかかりますが、製品の寿命にわたって工具費を償却することで、部品の価格を下げることができます。場合によっては、設計を安定させるために、最初の数か月間、大量の部品を最初に機械加工することがあります。部品設計の変更がない場合、生産方法は、コスト削減プログラムとして成形または鋳造に移行する可能性があります。

仕上げ要件

部品の仕上げ要件も製造設計に影響します。材料および環境要因に基づいて、多くの仕上げが利用可能です。たとえば、金属部品を完了するには、少なくとも 1 つの二次操作が必要です。最も単純なオプションは、パッシベーションと呼ばれる洗浄プロセスのみを必要とするステンレス鋼です。アルミニウム部品の場合、数色のアルマイト、硬質アルマイト、ニッケルメッキ、塗装、粉体塗装が最も人気があり、選択肢は数多くあります。

必要な公差

公差は、製品の機能を損なう前に許容される製品寸法のバリエーションを示します。公差の見直しは、製造設計プロセスの必要な側面です。部品の公差は、価格だけでなく、製品の組み立てや機能にも影響します。部品は、プリントで提供される範囲内で互いに適合し、機能することを保証するために公差を設定する必要があります。部品の寸法が多すぎたり、公差が非常に厳しかったりすると、検査に時間がかかり、コストが高くなる可能性があります。公差が厳しくなると、製造コストも高くなり、部品のフォールアウトが高くなります。検査時に簡単に検証できるように、部品には公差が設定されている必要があります。公差が製造または検査に特殊な装置を必要とする場合、コストの問題も発生する可能性があります。良いニュースは、CNC マシニング センターの登場により、公差が厳しくなることはほぼ当然のことです。通常、以前は +/- .005 インチが標準でしたが、現在ではマシニング センターの精度により +/- .003 インチはコストがかからなくなりました。

材料の選択

材料の選択は、原材料費だけでなく、加工送り速度 (時間) も決定します。今日の多くの製品が電気機械的であるため、プリント回路基板の設計とコンポーネントの選択は重要です。コンポーネントの入手可能性を慎重に検討してください。陳腐化はコストのかかる問題です。コンポーネントの熱伝達要件は、多くの電子基板の性能と機能に影響を与える可能性があります。熱分析と安全性も、電子機器の DFM レビューの側面です。組立業者の安全を確保するために、製品の性能検証の見直しが必要です。これはハードウェアに関連していますが、ソフトウェアの作成は通常、綿密なレビューと更新が行われます。製品のテストと認証はコストに大きな影響を与える可能性がありますが、通常は 1 回限りの認証 (CE または UL) です。

組み立てプロセス

人件費とともに、必要な組み立て時間を考慮する必要があります。部品を単純化して 1 つの部品を複数の部品に変更し、組み立てが必要な場合、追加の組み立て時間と必要なハードウェアに対してコスト削減を比較検討する必要があります。製品の組み立てが簡単であるほど、費用対効果が高くなります。さらに、単一の複雑な部品に移行することで、位置合わせ治具やジグが不要になる場合、費用を節約できます。これらすべての要因は、DFM 中に評価する必要があります。

DFM プロセスのすべてのタスクとニュアンスを 1 つの記事で網羅することは困難です。プロトタイプを作成して十分なテストを実施するまでプロセスを開始できないことを理解することが重要です。もう 1 つの理由は、プロセスが厳密で多段階であり、予想される製造プロセスに精通したエンジニアによる慎重な統合設計作業が必要になることです。製造のための設計を行う場合、経験に代わるものはありません。開始方法がわからない場合や、ツールの設計に関する専門家のアドバイスが必要な場合は、お問い合わせください。喜んでお手伝いいたします。