Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из Design для производства )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Модернизирован для повышения технологичности

Дизайн для технологичности (также иногда известный как дизайн для производства или DFM ) - это общая инженерная практика проектирования продуктов таким образом, чтобы их было легко производить. Эта концепция существует практически во всех инженерных дисциплинах, но реализация сильно различается в зависимости от технологии производства. DFM описывает процесс проектирования или разработки продукта, чтобы облегчить производство.процесс с целью снижения затрат на его производство. DFM позволит устранить потенциальные проблемы на этапе проектирования, что является наименее затратным способом их решения. На технологичность производства могут влиять другие факторы, такие как тип сырья, форма сырья, допуски на размеры и вторичная обработка, например отделка.

В зависимости от различных типов производственных процессов существуют определенные руководящие принципы для практики DFM. Эти инструкции DFM помогают точно определить различные допуски, правила и общие производственные проверки, связанные с DFM.

Хотя DFM применим к процессу проектирования, во многих организациях также практикуется аналогичная концепция, называемая DFSS (Дизайн для шести сигм).

Для печатных плат (PCB) [ править ]

В процессе проектирования печатной платы DFM приводит к набору руководящих принципов проектирования, которые пытаются обеспечить технологичность. Таким образом, возможные производственные проблемы могут быть решены на этапе проектирования.

В идеале рекомендации DFM учитывают процессы и возможности обрабатывающей промышленности. Поэтому DFM постоянно развивается.

По мере того, как производственные компании развиваются и автоматизируют все больше и больше этапов процессов, эти процессы имеют тенденцию удешевляться. DFM обычно используется для снижения этих затрат. [1] Например, если процесс может выполняться автоматически с помощью машин (например, размещение и пайка компонентов SMT ), такой процесс, вероятно, будет дешевле, чем выполнение вручную.

Для интегральных схем (ИС) [ править ]

Создание высокопроизводительных конструкций в современной технологии СБИС стало чрезвычайно сложной задачей из-за миниатюризации, а также сложности передовых продуктов. Здесь методология DFM включает в себя набор методов для изменения конструкции интегральных схем (ИС), чтобы сделать их более технологичными, т. Е. Улучшить их функциональный выход, параметрический выход или их надежность.

Фон [ править ]

Традиционно в эпоху до нанометров DFM состоял из набора различных методологий, пытающихся обеспечить соблюдение некоторых мягких (рекомендуемых) правил проектирования, касающихся форм и многоугольников физического макета интегральной схемы . Эти методологии DFM работали в основном на уровне полной микросхемы. Кроме того, было применено моделирование наихудшего случая на разных уровнях абстракции, чтобы минимизировать влияние изменений процесса на производительность и другие типы параметрических потерь урожайности. Все эти различные типы моделирования наихудшего случая были по существу основаны на базовом наборе файлов параметров устройства SPICE для наихудшего случая (или угловых), которые были предназначены для представления изменчивости характеристик транзистора во всем диапазоне изменений в процессе изготовления.

Таксономия механизмов потери урожая [ править ]

Наиболее важные модели потерь доходности (YLM) для СБИС ИС можно разделить на несколько категорий в зависимости от их характера.

  • Потеря функционального выхода по-прежнему является доминирующим фактором и вызывается такими механизмами, как неправильная обработка (например, проблемы, связанные с оборудованием), систематическими эффектами, такими как проблемы с возможностью печати или выравнивания, и чисто случайными дефектами.
  • Высокопроизводительные изделия могут демонстрировать предельные отклонения в параметрическом дизайне, вызванные колебаниями процесса или факторами окружающей среды (такими как напряжение питания или температура).
  • Эти потери урожая испытаний , связанных , которые вызваны неправильным тестирования, могут также играть важную роль.

Методы [ править ]

После понимания причин потери урожайности следующий шаг - сделать конструкцию максимально устойчивой. Для этого используются следующие методы:

  • Замена ячеек с более высокой производительностью, если это разрешено синхронизацией, мощностью и возможностью маршрутизации.
  • По возможности изменение расстояния между соединительными проводами и их ширины.
  • Оптимизация количества избыточности во внутренней памяти.
  • Замена отказоустойчивых (избыточных) переходных отверстий в конструкции, где это возможно

Все это требует детального понимания механизмов потери урожайности, поскольку эти изменения противоречат друг другу. Например, введение избыточных переходных отверстий снизит вероятность проблем с переходными отверстиями , но увеличит вероятность нежелательных коротких замыканий. Следовательно, будет ли это хорошей идеей, зависит от деталей моделей потерь урожая и характеристик конкретной конструкции.

Для обработки с ЧПУ [ править ]

Цель [ править ]

Цель состоит в том, чтобы спроектировать по более низкой цене. Стоимость зависит от времени, поэтому конструкция должна минимизировать время, необходимое не только для обработки (удаления материала), но и время настройки станка с ЧПУ , программирование ЧПУ, крепление и многие другие действия, которые зависят от сложность и размер детали.

Настройка времени операций (переворот партии) [ править ]

Если не используется 4-я и / или 5-я оси, ЧПУ может приближаться к детали только с одного направления. Одна сторона должна обрабатываться за раз (это называется операцией или Op). Затем деталь нужно перевернуть из стороны в сторону, чтобы обработать все детали. Геометрия элементов определяет, нужно ли переворачивать деталь или нет. Чем больше операций (переворачивание детали), тем дороже деталь, потому что это требует значительного времени на «настройку» и «загрузку / выгрузку».

Каждая операция (переворот детали) имеет время настройки, машинное время, время загрузки / выгрузки инструментов, время загрузки / выгрузки деталей и время для создания программы ЧПУ для каждой операции. Если деталь имеет только 1 операцию, то детали нужно загружать / выгружать только один раз. Если у него 5 операций, то время загрузки / выгрузки значительное.

Низко висящий плод сводит к минимуму количество операций (переворачивание детали), что дает значительную экономию. Например, обработка лицевой стороны небольшой детали может занять всего 2 минуты, но на настройку станка потребуется час. Или, если выполняется 5 операций по 1,5 часа каждая, но всего 30 минут машинного времени, тогда 7,5 часов затрачиваются всего на 30 минут обработки. [2]

Наконец, объем (количество деталей, которые нужно обработать) играет решающую роль в амортизации времени настройки, программирования и других действий в стоимости детали. В приведенном выше примере деталь в количестве 10 может стоить в 7–10 раз больше стоимости в количестве 100 штук.

Обычно закон убывающей доходности проявляется в объемах 100–300, потому что время наладки, специальные инструменты и приспособления могут быть амортизированы до уровня шума. [3]

Тип материала [ править ]

К наиболее легко обрабатываемым типам металлов относятся алюминий , латунь и более мягкие металлы. По мере того как материалы становятся тверже, плотнее и прочнее, например, сталь , нержавеющая сталь , титан и экзотические сплавы, их становится труднее обрабатывать, и на них уходит гораздо больше времени, что делает их менее технологичными. Большинство видов пластика легко обрабатываются, хотя добавление стекловолокна или углеродного волокна может снизить обрабатываемость. Пластики, которые являются особенно мягкими и липкими, могут иметь собственные проблемы с обрабатываемостью.

Материальная форма [ править ]

Металлы бывают всех форм. В случае алюминия, например, пруток и пластина являются двумя наиболее распространенными формами, из которых изготавливаются обрабатываемые детали. Размер и форма компонента могут определять, какую форму материала необходимо использовать. В технических чертежах обычно указывается одна форма над другой. Пруток обычно составляет около 1/2 стоимости листа в расчете на фунт. Таким образом, хотя форма материала не связана напрямую с геометрией компонента, стоимость может быть устранена на этапе проектирования, указав наименее дорогостоящую форму материала.

Допуски [ править ]

Существенным фактором, влияющим на стоимость обработанного компонента, является геометрический допуск, с которым должны быть выполнены элементы. Чем жестче требуемый допуск, тем дороже будет обрабатываться компонент. При проектировании укажите минимальный допуск, который будет выполнять функцию компонента. Допуски должны указываться для каждого элемента отдельно. Существуют творческие способы конструировать компоненты с более низкими допусками, которые при этом работают хорошо, а также компоненты с более высокими допусками.

Дизайн и форма [ править ]

Поскольку обработка - это процесс вычитания, время удаления материала является основным фактором при определении стоимости обработки. Объем и форма удаляемого материала, а также скорость подачи инструментов определяют время обработки. При использовании фрез прочность и жесткость инструмента, которые частично определяются отношением длины к диаметру инструмента, будут играть наибольшую роль в определении этой скорости. Чем короче инструмент относительно его диаметра, тем быстрее он может проходить через материал. Соотношение 3: 1 (L: D) или меньше является оптимальным. [4] Если это соотношение не может быть достигнуто, можно использовать решение, подобное изображенному здесь. [5] Для отверстий отношение длины инструмента к диаметру менее критично, но его все же следует поддерживать ниже 10: 1.

Есть много других типов функций, которые более или менее дороги в обработке. Обычно обработка фаски обходится дешевле, чем радиусы на внешних горизонтальных кромках. 3D-интерполяция используется для создания радиусов на кромках, которые не находятся в одной плоскости, что влечет за собой 10-кратную стоимость. [6] Обработка канавок дороже. Функции, требующие инструментов меньшего размера, независимо от соотношения L: D, более дороги.

Дизайн для проверки [ править ]

Концепция дизайна для проверки (DFI) должна дополнять и работать в сотрудничестве с Design for Manufacturability (DFM) и Design for Assembly.(DFA) для снижения затрат на производство продукции и повышения практичности производства. Бывают случаи, когда этот метод может вызвать календарные задержки, поскольку он требует много часов дополнительной работы, например, в случае необходимости подготовить презентации и документы для обзора проекта. Для решения этой проблемы предлагается, чтобы вместо периодических проверок организации могли принять структуру наделения полномочиями, особенно на этапе разработки продукта, когда высшее руководство уполномочивает руководителя проекта оценивать производственные процессы и результаты в соответствии с ожиданиями в отношении производительности продукта, стоимости , качество и время разработки. [7] Эксперты, однако, ссылаются на необходимость DFI, потому что он имеет решающее значение для производительности и контроля качества., определяя ключевые факторы, такие как надежность, безопасность и жизненный цикл продукта. [8] Для компании, производящей аэрокосмические компоненты, где проверка является обязательной, существует требование о пригодности производственного процесса для проверки. Здесь принят такой механизм, как индекс инспектируемости, который оценивает проектные предложения. [9] Другим примером DFI является концепция совокупного подсчета соответствия диаграмм (диаграмма CCC), которая применяется при планировании проверок и технического обслуживания для систем, в которых доступны различные типы проверок и технического обслуживания. [10]

Дизайн для аддитивного производства [ править ]

Основная статья: Дизайн для аддитивного производства

Аддитивное производство расширяет возможности дизайнера по оптимизации конструкции продукта или детали (например, для экономии материалов). Конструкции, предназначенные для аддитивного производства, иногда сильно отличаются от конструкций, предназначенных для операций механической обработки или формовки.

Кроме того, из-за некоторых ограничений по размеру машин для аддитивного производства, иногда связанные более крупные конструкции разделяются на более мелкие секции с функциями самостоятельной сборки или локаторами крепежа.

Общей характеристикой аддитивных методов производства, таких как моделирование наплавлением, является необходимость во временных опорных конструкциях для выступающих деталей. Удаление этих временных опорных конструкций после обработки увеличивает общую стоимость изготовления. Детали могут быть спроектированы для аддитивного производства за счет исключения или уменьшения необходимости во временных опорных конструкциях. Это можно сделать, ограничив угол нависающих конструкций до значения, меньшего, чем предел для данной машины, материала и процесса аддитивного производства (например, менее 70 градусов от вертикали).

См. Также [ править ]

  • Дизайн для X
  • Автоматизация электронного проектирования
  • Техника надежности
  • Шесть Сигм
  • Статистическое управление процессами
  • DFMA

Ссылки [ править ]

  1. ^ Dolcemascolo, Даррен. «DFM помогает производителям снизить затраты при сохранении стоимости» . Надежный завод .
  2. ^ «Как проектировать дешевые обработанные детали и почему? - Параметрическое производство» . 3 сентября 2016 г.
  3. ^ "Руководство по прототипированию и производству станков с ЧПУ - параметрическое производство" .
  4. ^ Inc., eFunda. «Фрезерование: правила проектирования» .
  5. ^ "Руководство по дизайну" (PDF) . Про ЧПУ . Проверено 30 января 2017 года .
  6. ^ «Убийца №1 для недорогой детали с ЧПУ - Параметрическое производство - Станочный цех с ЧПУ + электроэрозионный электроэрозионный станок» . 17 июля 2016 г.
  7. ^ Андерсон, Дэвид (2004). Дизайн для технологичности и параллельное проектирование: как проектировать с низкими затратами, проектировать с высоким качеством, проектировать для бережливого производства и быстро проектировать для быстрого производства . Камбрия, Калифорния: CIM Press. п. 28. ISBN 978-1878072238.
  8. ^ Гупта, Praveen (2006). Бизнес-карта «Шесть сигм», Глава 3 - Потребность в бизнес-карте «Шесть сигм» . Нью-Йорк: McGraw Hill Professional. п. 4. ISBN 9780071735117.
  9. ^ Столт, Роланд; Элг, Фредерик; Андерссон, Петтер (2017). «Дизайн для проверки - оценка проверяемости аэрокосмических компонентов на ранних этапах проектирования» . Процедуры Производство . 11 : 1193–1199. doi : 10.1016 / j.promfg.2017.07.244 - через Elsevier Science Direct.
  10. ^ Чан, Лин-Яу; Ву, Шаоминь (1 октября 2009 г.). «Оптимальный дизайн для проверки и политики обслуживания на основе диаграммы CCC» . Компьютеры и промышленная инженерия . 57 (3): 667–676. DOI : 10.1016 / j.cie.2008.12.009 . ISSN 0360-8352 . 

Источники [ править ]

  • Mentor Graphics - DFM: Что это такое и для чего? (необходимо заполнить форму запроса).
  • Mentor Graphics - DFM: Magic Bullet или Marketing Hype (необходимо заполнить форму запроса).
  • Руководство по автоматизации проектирования электроники для интегральных схем , Лаваньо, Мартин и Шеффер, ISBN 0-8493-3096-3 Обзор области EDA. Приведенное выше резюме было взято с разрешения из главы 19 тома II « Дизайн для технологичности в эпоху нанометров » Никола Драгоне, Карло Гардиани и Анджея Дж. Стройваса. 
  • Дизайн для технологичности и статистического дизайна: конструктивный подход , Майкл Оршанский, Сани Нассиф, Дуэйн Бонинг ISBN 0-387-30928-4 
  • Оценка космических ASIC с помощью SEER-IC / H , Роберт Сиснерос, Tecolote Research, Inc. (2008) Полная презентация

Внешние ссылки [ править ]

  • Почему DFM / DFMA важны для бизнеса
  • Контрольный список для изготовления - DFM, DFA (Контрольный список для сборки от производителя Quick-teck PCB
  • Советы по проектированию дуги для повышения технологичности
  • Дизайн для производства и сборки
  • Превращение дизайна в реальность: парадигма технологичности