13. oblikovanje za proizvodnjo - lit.fe.uni-lj.silit.fe.uni-lj.si/contents/students/material/9/13....
TRANSCRIPT
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
1
13. Oblikovanje za proizvodnjo
Zasnova in razvoj izdelkov
Product Design and Development
Chapter 13
Karl T. Ulrich and Steven D. Eppinger
5th Edition, Irwin McGraw-Hill, 2012.
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
2
Product Design and Development Karl T. Ulrich and Steven D. Eppinger
5th edition, Irwin McGraw-Hill, 2012.
Chapter Table of Contents:
1. Introduction
2. Development Processes and Organizations
3. Opportunity Identification
4. Product Planning
5. Identifying Customer Needs
6. Product Specifications
7. Concept Generation
8. Concept Selection
9. Concept Testing
10. Product Architecture
11. Industrial Design
12. Design for Environment
13. Design for Manufacturing
14. Prototyping
15. Robust Design
16. Patents and Intellectual Property
17. Product Development Economics
18. Managing Projects
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
3
Oblikovanje za proizvodnjo
Načrtovanje
razvoja
Razvoj
zamisli
Sistemska
zasnova
Podrobna
zasnova
Testiranje in
optimizacija
Začetek
proizvodnje
Definicija Oblikovanje za proizvodnjo (OZP) je razvojna dejavnost, ki
poudarja proizvodni vidik pri razvoju izdelkov
Potreben je funkcionalno heterogen tim s strokovnjaki za proizvodnjo in delovanje v vseh ključnih razvojnih fazah
Uspešno OZP se odraža v najmanj enaki kakovosti a nižjih proizvodnih stroških izdelkov → večji dobiček
OZP je del »Oblikovanja za X« (OZX), kjer je X kriterij kakovosti (kakovost z oblikovanjem – Quality by Design), npr.: → zanesljivost (OZZ) → robustnost (OZR) → servisne zmožnosti (OZS) → vpliv na okolje (OZO) → ...
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
4
Proces oblikovanja
za proizvodnjo 1. Ocena stroškov
proizvodnje
2. Zmanjševanje
stroškov
komponent
4. Zmanjševanje
stroškov
režije
5. Preučitev vpliva
OZP na druge
dejavnike
Ponovni izračun
proizvodnih
stroškov
3. Zmanjševanje
stroškov
sestavljanja
Prvotna
zasnova
Sprejemljiva
zasnova
Ocena stroškov proizvodnje
predstavlja izhodišče OZP
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
5
1. Ocena stroškov proizvodnje
Proizvodni
sistem
Informacije Oprema Orodja
Oskrba Energija Storitve
Izdelki Delo
Komponente
Material
Odpadki
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
6
1. Ocena stroškov proizvodnje
Stroški
proizvodnje
Komponente Režija
Standardne
Material
Sestavljanje
Nestandardne Delo Oprema in
orodja
Podpora
proizvodnji
Posredni
stroški
Obdelava Orodja Stroški prevoza
Fiksni stroški → npr. orodje, oprema, prostor, …
Stroški na enoto → npr. delo, material, …
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
7
Primer ocene stroškov
Komponenta Material Obdelava Sestava
Skupen
strošek
enote
Izdelava
orodij
Življenj-
ska doba
orodij
Skupen
fiksni
strošek
enote
Skupni
stroški
Ohišje
Strojni kalup 12,83 5,23 18,06 1960.000 500.000 0,50 18,56
Povratna cev 1,30 0,15 1,45 1,45
Sistem prezračevanja
Ventil
Tesnilo
Pokrov
Vijaki
1,35
0,05
0,76
0,06
0,14
0,13
0,13
0,15
1,49
0,18
0,89
0,21
1,49
0,18
0,89
0,21
Vakuumska posoda
Blok
Tesnilo
Vijak
0,95
0,03
0,02
0,13
0,05
0,09
1,08
0,08
0,11
1,08
0,08
0,11
Neposredni stroški 17,35 5,23 0,95 23,53 1960.000 0,50 24,03
Režijski stroški 2,60 9,42 1,71 0,75 14,48
Skupni stroški 38,51
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
8
1. Ocena stroškov proizvodnje
Ocena stroškov standardnih komponent Primerjava s podobnimi komponentami
→ ocena temelji na izkušnjah podjetja oz. razvojnega tima
Povpraševanje po ceni pri dobaviteljih → natančno ocenimo obseg proizvodnje, ker ta zelo vpliva na ceno
→ ob obsežni proizvodnji lahko dobavitelji ponudijo izdelavo različice
Ocena stroškov nestandardnih komponent Strošek surovine
→ nabavna cena x (masa dela + masa odpada)
Strošek obdelave → strošek obratovanja + nabavna cena opreme
Strošek izdelave orodij → npr. orodij za ulivanje aluminija, plastike, …
Velika odvisnost od obsega proizvodnje
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
9
1. Ocena stroškov proizvodnje
Ocena stroškov sestavljanja Ročno sestavljanje
→ do nekaj sto tisoč enot/leto (izjema so elektronska vezja)
→ cena delovne ure od 1 do 40 EUR, odvisno od države
Avtomatsko sestavljanje → elektronska vezja in masovna proizvodnja
→ stroški nabave opreme + stroški obratovanja
Ocena stroškov režije Navadno naredimo grobo oceno deleža režijskih stroškov
→ npr. 10% delež za nakup surovin, 80% za delovno silo, ...
Ocena deleža posrednih stroškov je zahtevna → npr. varovanje, vzdrževanje, …
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
10
Proces oblikovanja
za proizvodnjo 1. Ocena stroškov
proizvodnje
2. Zmanjševanje
stroškov
komponent
4. Zmanjševanje
stroškov
režije
5. Preučitev vpliva
OZP na druge
dejavnike
Ponovni izračun
proizvodnih
stroškov
3. Zmanjševanje
stroškov
sestavljanja
Prvotna
zasnova
Sprejemljiva
zasnova
Stroški komponent pogosto predstavljajo
večji del proizvodnih stroškov
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
11
2. Zmanjševanje stroškov komponent
1. Razumevanje tehnologije Oblikovalec se mora zavedati katere operacije so zahtevne in
drage ter kaj določa stroške izdelave, npr: → prezahtevne tolerance
→ posebne oblike, ki zahtevajo drago orodje in zamudno obdelavo
→ preseganje procesnih zmožnosti lastnih tehnoloških postopkov
(npr. debelina in vrsta materiala za laserski razrez)
Nujno je sodelovanje s tehnologi
2. Zmanjševanje procesnih korakov Pregled in ponovno oblikovanje nekaterih komponent
→ nekateri postopki so mogoče odvečni
(npr. barvanje nevidnih aluminijastih delov)
→ nekatere dele lahko izdelamo celostno v enem samem koraku
(npr. odlivanje, kovanje, …)
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
12
Fiksni strošek
npr. 1.000 EUR
2. Zmanjševanje stroškov komponent
3. Ekonomija skale v proizvodnem procesu Stroški so močno odvisni od obsega proizvodnje:
→ fiksni stroški se razdelijo na večje število enot
→ variabilni stroški so nižji, ker lahko nabavimo bolj učinkovito opremo
Procesi z majhnimi fiksnimi in velikimi variabilnimi stroški → primerni za majhen obseg proizvodnje (npr. strojna obdelava)
Procesi z velikimi fiksnimi in majhnimi variabilnimi stroški → primerni za velik obseg proizvodnje (npr. ulivanje)
Skupni
stroški
Število proizvedenih enot
Ulivanje
Strojna obdelava
Strošek orodja
npr. 10.000 EUR
Prelomna točka
npr. pri 1000 enot
npr. 1 EUR/enoto
npr. 10 EUR/enoto
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
13
2. Zmanjševanje stroškov komponent
4. Standardizacija komponent in procesov Ekonomija skale se logično prenese tudi na standardizacijo:
→ uporabljamo standardne postopke in komponente
→ nižamo stroške in povečujemo kakovost
5. Uporaba načela „črne škatle“ pri nabavi Dobavitelju posredujemo le opis komponente
→ opis funkcij brez vnaprejšnje notranje zasnove
Prednosti: → dobavitelj ima možnost lastne zasnove in nižanja stroškov
→ razvojni tim se razbremeni odgovornosti za oblikovanje
Slabosti: → potrebni so precejšni razvojni napori pri sistemski zasnovi in
→ jasne definicije funkcij, vmesnikov in povezav med komponentami
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
14
Proces oblikovanja
za proizvodnjo 1. Ocena stroškov
proizvodnje
2. Zmanjševanje
stroškov
komponent
4. Zmanjševanje
stroškov
režije
5. Preučitev vpliva
OZP na druge
dejavnike
Ponovni izračun
proizvodnih
stroškov
3. Zmanjševanje
stroškov
sestavljanja
Prvotna
zasnova
Sprejemljiva
zasnova
Stroški sestavljanja pogosto predstavljajo
manjši del proizvodnih stroškov
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
15
3. Zmanjševanje stroškov sestavljanja
Poleg stroškov sestavljanja lahko zmanjšamo tudi
število delov, kompleksnost proizvodnje in režijo!
1. Sledenje stroškov Določimo mero učinkovitosti sestavljanja
Teoretično ločeni deli so tisti, ki ustrezajo vsaj enemu od pogojev: → Potrebno jih je znatno premikati glede na sestav!
→ Morajo biti narejeni iz drugih materialov!
→ Potrebno jih je ločiti od sestava za potrebe dostopa in zamenjave!
Minimalni čas 3 sekund je navadno dovolj za sestavo dela, ki je
enostaven za prijem, ne potrebuje posebne orientacije in napora!
𝐷𝐹𝐴 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑘𝑠 =𝑇𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖č𝑛𝑜 𝑛𝑎𝑗𝑚𝑎𝑛𝑗š𝑒 š𝑡𝑒𝑣𝑖𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣 × (3 𝑠𝑒𝑘𝑢𝑛𝑑𝑒)
𝑃𝑟𝑖𝑏𝑙𝑖ž𝑒𝑘 𝑐𝑒𝑙𝑜𝑡𝑛𝑒𝑔𝑎 č𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑠𝑡𝑎𝑣𝑙𝑗𝑎𝑛𝑗𝑎
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
16
3. Zmanjševanje stroškov sestavljanja
2. Združevanje delov Tistih, ki ne ustrezajo pogojem za ločene dele
→ združevanje zmanjša kompleksnost sestavljanja (npr. z ulivanjem)
→ znižamo stroške in dosežemo boljšo geometrijsko natančnost
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
17
3. Zmanjševanje stroškov sestavljanja
3. Poenostavljanje procesa sestavljanja Nekateri napotki
→ del se vstavi z vrha in se sam poravna
→ dela ni potrebno orientirati
→ del sestavimo le z eno roko
→ del ne zahteva uporabe orodja
→ del se vstavi v enem ravnem gibu
→ del je pritrjen takoj po vstavljanju
4. Sestavljanje prenesemo na kupca Pri tem lahko poenostavimo tudi pakiranje
→ vendar le za zelo preproste izdelke, npr. igrače
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
18
Primer pravil in napotkov za
sestavljanje računalnikov
1. Minimiziraj število delov
2. Spodbujaj modularno sestavo
3. Nakopiči sestave
4. Izogibaj se nastavljanju
5. Odstrani kable
6. Uporabi samopritrdilne dele
7. Uporabi samonastavljive dele
8. Izloči ponovno orientacijo
9. Olajšaj rokovanje z deli
10. Določi standardne dele
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
19
Proces oblikovanja
za proizvodnjo 1. Ocena stroškov
proizvodnje
2. Zmanjševanje
stroškov
komponent
4. Zmanjševanje
stroškov
režije
5. Preučitev vpliva
OZP na druge
dejavnike
Ponovni izračun
proizvodnih
stroškov
3. Zmanjševanje
stroškov
sestavljanja
Prvotna
zasnova
Sprejemljiva
zasnova
Stroške režije zmanjšamo tudi posredno
preko stroškov komponent in sestavljanja
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
20
4. Zmanjševanje stroškov režije
1. Minimiziranje sistemske kompleksnosti Čim manjše število dobaviteljev, delov, procesov, …
→ odvisno je od zasnove in lahko predstavlja velike stroške za podjetje
2. Odpravljanje napak Zastojev zaradi zamenjav podobnih delov, npr:
→ podobno dolgi vijaki, levo- ali desno-sučni navoji
→ zrcalno-simetrični deli ali deli, ki se razlikujejo le po surovini
Majhne razlike odpravimo ali poudarimo → npr. barvno kodiranje podobnih delov
Viri kompleksnosti Verzija 1 Verzija 2
Število novih delov 6 5
Število novih dobaviteljev 3 2
Število novih nestandardnih delov 2 2
Število novih »velikih orodij« 2 2
Število novih procesov 0 0
Skupno 13 11
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
21
Proces oblikovanja
za proizvodnjo 1. Ocena stroškov
proizvodnje
2. Zmanjševanje
stroškov
komponent
4. Zmanjševanje
stroškov
režije
5. Preučitev vpliva
OZP na druge
dejavnike
Ponovni izračun
proizvodnih
stroškov
3. Zmanjševanje
stroškov
sestavljanja
Prvotna
zasnova
Sprejemljiva
zasnova
Poleg cene izdelkov je pomemben tudi
čas in cena razvoja ter kakovost izdelkov
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
22
5. Preučitev vpliva na druge dejavnike
1. Vpliv OZP na čas razvoja Čas razvoja je zelo dragocen
→ razmerje med OZP in časom razvoja je kompleksno
→ oblikovanje kompleksnih delov za OZP lahko odločilno definira čas
→ na dinamičnih trgih je čas razvoja lahko pomembnejši od stroškov
2. Vpliv OZP na stroške razvoja Stroški so skoraj sorazmerni času razvoja
→ čas je odvisen od kompleksnosti izdelka
→ OZP v dobrem razvojnem procesu ne vpliva na čas
3. Vpliv OZP na kakovost izdelkov Kljub manjšim stroškom naj bi se kakovost dvignila
→ lahko pa se zmanjša zanesljivost in robustnost izdelkov
3. letnik, Izbirni Modul E
1. stopnja UN študija Elektrotehnika
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za Elektrotehniko
Zasnova in razvoj izdelkov prof. dr. Boštjan Likar, as. dr. Žiga Špiclin
23
• OZP je primarno namenjeno zmanjševanju
proizvodnih stroškov, sekundarno pa tudi:
dvigovanju kakovosti
hitrejšemu in cenejšemu razvoju
• Vključiti je potrebno strokovnjake za
proizvodnjo in nabavo
• Iščemo cenejšo zasnovo in sestavo
s poenostavljanjem, integracijo in
standardizacijo komponent
• Upoštevamo tudi stroške režije in vpliv
OZP na kakovost, čas in ceno razvoja
Opomnik