Conception pour la fabrication et l’assemblage

Au cours des dernières décennies, la recherche sur le design thinking a engendré une nouvelle vague de méthodologies dans la conception de produits et les processus de fabrication. Ces méthodologies ont permis d’économiser des milliards dans le développement de produits et d’assurer des coûts moindres, une concurrence accrue et une plus grande fiabilité des produits.

Parmi ces méthodologies, l’une des plus importantes, la conception pour l’excellence (DFX), s’est depuis fragmentée en domaines d’intervention plus petits tels que la conception pour la fabrication (DFM), la conception pour l’assemblage (DFA), la conception pour la fabrication et l’assemblage (DFMA), Conception pour la chaîne d’approvisionnement (DFSC) et ainsi de suite. Dans DFX, un objectif tel que le coût, la qualité ou la facilité de fabrication est choisi et la conception du produit est améliorée en ce qui concerne cet aspect.

Cet article explore le rôle de la conception pour la fabrication et l’assemblage (DFMA ou DFM/A) dans la conception de produits. DFMA représente une combinaison harmonieuse de Design for Manufacturing (DFM) et Design for Assembly (DFA)dont nous avons discuté précédemment dans des articles séparés.

Qu’est-ce que la conception pour la fabrication et l’assemblage ?

DFMA signifie Design for Manufacturing and Assembly. Il s’agit d’une méthodologie d’ingénierie qui se concentre sur l’optimisation des aspects de fabrication et d’assemblage d’un produit. Ces deux aspects ont un impact important sur la qualité et le coût du produit final.

Des facteurs tels que les matières premières, les processus de fabrication, le volume, les machines, l’outillage, la précision, le nombre de pièces et leur complexité, la main-d’œuvre et les compétences, le potentiel d’automatisation, etc., sont tous très influents dans le développement de produits. En optimisant ces seuls facteurs, les entreprises peuvent réduire les estimations de coûts initiales de plus de 50 %. C’est l’intention principale de la mise en œuvre des principes DFMA.

Dans DFMA, la conception du produit est continuellement modifiée tout en gardant à l’esprit certains objectifs finaux pour arriver à un produit qui nécessite moins de temps, d’argent et d’efforts à produire.

Le besoin d’une méthodologie DFMA

Pourquoi avons-nous besoin de DFMA alors que nous avons déjà DFM et DFA ? Commençons par revoir notre compréhension de chacun.

La conception pour la fabrication vise à maximiser la facilité de fabrication d’un produit. Il utilise des techniques qui rendent la fabrication plus rapide, moins chère et plus facile en améliorant la conception et le processus de fabrication.

D’autre part, Design for Assembly vise à simplifier, raccourcir et éviter les erreurs du processus d’assemblage. Des principes tels que le poka-yoke, la combinaison et la standardisation des pièces sont tous des exemples d’application DFA.

DFM et DFA ont des objectifs similaires. Ils visent tous deux à réduire les besoins en matériaux, les coûts et les délais de mise sur le marché. Mais il y a des moments où les deux peuvent fonctionner l’un contre l’autre. Un gain net de DFM pourrait entraîner une perte nette de DFA, rendant essentiellement le gain sans valeur.

Prenons l’exemple de la combinaison de parties du « guide » DFA. Si moins de pièces individuelles conduisent à une pièce coûteuse ou difficile à fabriquer, nous tirons peu d’avantages de cette technique DFA car la DFM est affectée négativement. De même, de nombreuses directives DFM peuvent réduire l’efficacité d’une technique DFA.

Pour éviter de tels événements, il était prudent de regarder les deux méthodologies de DFM et DFA ensemble. C’est ainsi que DFMA est né. Il utilise DFA et DFM en tandem pour arriver à une conception de produit optimale. DFMA peut nous aider à tirer parti des avantages de ces deux méthodologies sans les inconvénients de l’une ou l’autre.

Avantages de DFMA

Une application DFMA bien structurée offre des avantages à court et à long terme. Ces avantages sont indispensables à la création d’un produit solide capable de battre les concurrents d’aujourd’hui. Certains des avantages incroyables de DFMA sont :

Délai de mise sur le marché plus court

Le time to market est défini comme la durée entre la phase de génération d’idées et l’introduction d’un produit sur le marché. Idéalement, vous voudriez que ce temps soit aussi court que possible. DFMA réduit considérablement le délai de mise sur le marché en simplifiant les processus de fabrication et les étapes d’assemblage.

Réduction des coûts de développement de produits

Un DFMA efficace lors de la phase initiale réduit les coûts de développement en pensant à l’avance et en résolvant les éventuels problèmes qui pourraient survenir plus tard.

L’un des principaux experts en ingénierie simultanée et en conception pour la fabrication, le Dr David Anderson explique que dans DFM, il existe une « règle de 10 » qui stipule qu’il en coûte 10 fois plus pour réparer les défauts à chaque étape successive de l’assemblage. Ainsi, si la correction d’un défaut de pièce coûte x avant l’assemblage, cela coûtera 10x au sous-assemblage, 100x à l’assemblage final, 1000x au stade du distributeur et 10.000x si la pièce est parvenue au client.

DFMA supprime le besoin de modifications de conception en aval. Il recommande également d’ajouter des dispositions pour les fonctionnalités que le fabricant peut vouloir ajouter à un produit ultérieurement.

Gaspillage réduit

DFMA vise à éliminer les déchets de la conception du produit et de l’assemblage. Il réduit le gaspillage de matériaux, le mouvement, l’inventaire et le surtraitement. Il minimise également les risques de défaut et les temps d’attente en éliminant les étapes de fabrication et d’assemblage redondantes et les fonctionnalités inutiles.

Plus grande fiabilité du produit

En raison de l’accent mis sur la prévention des défauts et l’augmentation du rapport avantages-coûts (BCR), les produits DFMA deviennent naturellement très fiables et durables. Le nombre réduit de pièces dans un produit compatible DFMA contribue également à réduire le taux d’échec.

Contrôle de qualité

DFMA améliore la communication et le travail d’équipe entre différentes équipes dans une configuration de fabrication. Un effort de développement de produits bien coordonné entre les concepteurs et les ingénieurs de fabrication, par exemple, informe les deux équipes des meilleures pratiques de chaque département pour atteindre un certain objectif final. Cela garantit un produit de meilleure qualité dans le budget alloué.

Principes DFMA

DFMA est une vaste méthodologie et de nombreux livres ont été écrits sur ce sujet. Il se compose d’une variété de principes. L’application à portée de main est évaluée à la lumière de ces principes pour créer un produit compatible DFMA.

Il est crucial que DFMA commence dès la phase de création du concept. L’étape de conception est la plus influente pour déterminer de nombreux aspects du produit tels que la qualité, la fiabilité et le prix final. Toute décision prise à ce stade a des effets considérables. Certains des principes communs de DFMA qui peuvent être appliqués à une grande variété de produits sont les suivants :

Conception simplifiée

Garder la conception simple est l’un des principes de la conception pour la fabrication et l’assemblage (DFMA). Un designer doit s’efforcer d’avoir une conception de produit claire et efficace. La suppression des fonctionnalités et des composants inutiles doit être une priorité.

Une telle conception est généralement plus facile à fabriquer et à assembler. Cela nécessite également des coûts d’investissement inférieurs et relativement moins de temps pour la fabrication et la réparation, si la nécessité s’en fait sentir.

Une géométrie de produit compliquée est inesthétique en plus d’être inconfortable à utiliser. Vous constaterez qu’il est en réalité plus complexe de créer un design simple que complexe. N’oubliez pas l’adage « La simplicité est la sophistication ultime ».

Optez pour une conception modulaire

Une conception modulaire décompose un produit en différents modules, chacun remplissant une certaine fonction. De tels modules réduisent le nombre de pièces présentes dans une famille de produits. Par exemple, une seule batterie d’ordinateur portable peut être utilisée dans plusieurs ordinateurs portables différents. Il en va de même pour d’autres composants tels qu’un module de caméra pour smartphone. Ce type de processus de conception a un effet positif sur les délais de mise sur le marché, les stocks, les coûts, la personnalisation, la durabilité et la possibilité de futures mises à niveau.

Fixations simples et efficaces

La plupart des produits nécessitent l’utilisation d’un certain type de fixations et il existe une variété d’options disponibles sur le marché. De nombreuses fixations peuvent sembler bon marché sur le papier, mais leur installation peut être coûteuse et prendre du temps. De plus, les fixations peuvent créer un goulot d’étranglement dans la configuration de fabrication d’une usine, limitant souvent le volume de production.

DFMA optimise le processus de fixation en recommandant des fixations abordables qui sont également faciles et bon marché à installer. Dans la mesure du possible, il privilégie l’utilisation de méthodes de fixation par encliquetage. Pour une liaison plus solide, les rivets peuvent être choisis plutôt que les vis. Une attention particulière aux méthodes de fixation peut réduire les coûts de fabrication, les déchets, le poids du produit et les besoins en espace.

Poka-Yoke

détrompage dans la conception pour la fabrication
Poka-yoke dans la vie quotidienne – la fiche ne s’adapte à la prise que lorsqu’elle est correctement orientée

Poka-yoke fait référence à l’utilisation de techniques anti-erreur pour améliorer les taux de précision des opérations d’assemblage et de fabrication. L’intention est de corriger les erreurs et les défauts aussi près que possible de la source en installant des verrouillages automatiques/manuels qui empêchent la fabrication et l’assemblage incorrects des pièces du produit. Ces verrouillages garantissent qu’un composant ne peut être assemblé que dans le bon sens. L’utilisation de l’asymétrie dans la structure du produit est l’un des moyens d’y parvenir. Cependant, il faut noter que les produits symétriques sont plus faciles à fabriquer et à assembler.

Réduire le nombre de pièces

La réduction du nombre de pièces est l’une des techniques les plus populaires dans DFMA comme dans DFM et DFA. Il y a de nombreux avantages à cela.

Chaque partie puise dans la bande passante de votre équipe d’un point de vue logistique et financier. Cela nécessitera un outillage et des accessoires spécifiques. Plus de pièces nécessiteront plus de prototypes, de fabrication, d’analyses individuelles et d’étapes d’assemblage. C’est toujours une bonne pratique de consolider les fonctions des pièces dans la mesure du possible.

Moins de pièces réduit le temps nécessaire aux processus de fabrication et de fixation. Cela réduit également le temps d’assemblage et les risques d’assemblage incorrect.

Utiliser des pièces standards

Les pièces standard sont facilement disponibles, elles sont également moins chères et ont une plus grande fiabilité que les pièces sur mesure. DFMA conseille de privilégier l’utilisation de composants standardisés dans la mesure du possible.

Soyez conscient des limites du processus

De nombreux concepteurs ne connaissent pas les processus de fabrication appropriés et leurs capacités lors de la conception d’un produit. En améliorant la communication entre les différentes équipes, DFMA garantit que les concepteurs prennent des décisions qui conviennent à des méthodes de fabrication plus économiques.

Utiliser des tolérances appropriées

Des tolérances serrées peuvent être très difficiles à atteindre. Ils nécessitent des méthodes de production et de mesure coûteuses. De plus, les pièces avec des tolérances plus serrées sont difficiles à assembler. Cela augmente les coûts d’assemblage en raison de l’augmentation des coûts de main-d’œuvre et des taux de rebut.

Dans la mesure du possible, les tolérances doivent être aussi lâches que possible pour maintenir le prix bas tout en conservant la fonctionnalité.

Autres techniques DFMA

En plus des principes ci-dessus, certaines autres techniques DFMA qui améliorent la facilité de fabrication et d’assemblage sont :

  • Retirer les pièces flexibles

  • Mettre en œuvre l’automatisation dans le processus de production ou prévoir un potentiel d’automatisation futur

  • Faire des modifications pour un assemblage facile

  • Tenir dûment compte de la façon dont la pièce sera manipulée et orientée pendant les opérations d’assemblage et de fabrication

  • Concevoir des pièces multifonctionnelles

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