Principes de conception pour l’assemblage (DFA) expliqués

Bien que les principes de conception pour l’assemblage (DFA) et de conception pour la fabrication (DFM) soient souvent considérés comme un seul sujet et combinés dans la conception pour la fabrication et l’assemblage (DFMA), il s’agit de méthodologies distinctes.

Design for Assembly, qui fait partie de la famille Design for X (DFX), est l’optimisation du produit et du processus d’assemblage, tandis que Design for Manufacturing se concentre sur la sélection des matériaux et les processus de fabrication.

Plus de 70 % du coût final du produit est déterminé lors du processus de conception et les 30 % restants lors de la fabrication. Résoudre les problèmes potentiels à ces premiers stades du développement du produit vous aidera à bien faire les choses du premier coup ou du moins nécessitera moins de prototypage et moins d’itérations de produit.

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

La conception pour l’assemblage (DFA) simplifie la structure du produit en réduisant le nombre de composants et en minimisant le nombre d’opérations d’assemblage nécessaires. L’objectif est de rendre le processus de fabrication plus facile, plus rapide et plus cohérent, donc plus productif.

Le processus de conception pour l’assemblage de base consiste à poser trois questions pour chaque pièce d’un assemblage :

  1. La pièce doit-elle se déplacer par rapport aux autres pièces de l’assemblage ?
  2. La pièce est-elle fabriquée dans un matériau différent pour des raisons esthétiques ou fonctionnelles ?
  3. La pièce doit-elle être séparée pour garantir l’accès aux autres pièces ou pour pouvoir effectuer la réparation et l’entretien ?

Lorsque vous répondez non à toutes les questions ci-dessus, la pièce doit très probablement être combinée avec une autre pièce de l’assemblage.

Assemblage manuel et automatisé

La plupart des produits sont assemblés manuellement et les méthodes originales de DFA pour l’assemblage manuel ont eu un impact énorme sur la productivité. On s’est rapidement rendu compte que l’aspect le plus important de l’optimisation de la conception pour l’assemblage était de réduire au minimum le nombre de composants et de supprimer les fonctionnalités inutiles qui n’ajoutent pas à la fonctionnalité du produit.

Différentes formes de lignes directrices pour aider les concepteurs ont été proposées dans les années 60 et 70, mais ce n’est qu’à la fin des années 70 que des méthodes d’évaluation numérique ont été développées. Cela a facilité l’estimation de la différence de temps et de coût entre l’assemblage manuel et automatique.

Les principes clés de l’assemblage manuel et automatique sont similaires. Il existe cependant quelques différences, car par rapport à un humain, les robots sont assez limités dans leur amplitude de mouvement et leurs capacités. Dans la conception pour l’assemblage automatisé (DFAA), une grande partie de l’attention se porte sur différents outils et pinces pouvant être installés sur des robots, tels que des ventouses, des pinces parallèles, des pinces à trois doigts et des électro-aimants.

Walkman Sony
Sony Walkman a utilisé l’assemblage de haut en bas

Vous devez viser à minimiser le besoin de réorientation lors de l’assemblage avec des processus d’assemblage manuels et automatisés, mais cela est particulièrement crucial pour l’automatisation. L’histoire à succès de Sony Walkman est un bon exemple d’automatisation de l’assemblage, incorporant un assemblage à axe unique avec uniquement des mouvements directs vers le bas (assemblage descendant).

Lorsque vous suivez les directives de conception pour l’assemblage avec des assemblages plus complexes, il n’est peut-être pas toujours possible d’éliminer complètement la réorientation, mais essayez de la réduire au minimum.

Principes de conception pour l’assemblage (DFA)

Les grands principes de DFA à garder à l’esprit sont les suivants :

  • Minimiser le nombre de pièces
  • Modularité
  • Attaches intégrées
  • Symétrie de la pièce
  • Anti-erreur
  • Utilisation de pièces standards
  • Utilisation de tolérances raisonnables

La prise en compte de tous ces aspects tout au long de la phase de développement du produit garantira des coûts de fabrication globaux inférieurs, augmentant ainsi les revenus potentiels. Bien que DFA puisse sembler très centré sur le producteur, bon nombre de ces fonctionnalités seront également appréciées par le client final.

Examinons donc plus profondément chaque point pour établir une compréhension commune qui peut vous aider à créer de meilleurs produits.

Minimiser le nombre de pièces

Le nombre total de pièces dans un produit est un indicateur clé de la qualité de la conception. Les bons produits ont en fait moins de pièces et ils finissent généralement par être plus durables et plus faciles à fabriquer et à réparer. Maintenir votre stock de pièces aussi bas que possible vous aidera à réduire le temps d’assemblage et donc les coûts d’assemblage. Moins de composants différents éviteront la confusion, ce qui entraînera moins de problèmes d’assemblage.

Mais gardez à l’esprit que des composants trop complexes peuvent également avoir un effet indésirable sur les coûts de fabrication. Lors de la mise en œuvre des principes de conception pour l’assemblage, la communication entre les concepteurs et les autres services est la clé pour déterminer l’alternative la plus rentable.

Refonte de l'arceau suivant les principes de la conception pour l'assemblage

Conception modulaire

L’intégration d’assemblages modulaires dans votre production peut être l’un des plus gros gains de temps, surtout si vous disposez d’une gamme de produits similaires. La conception modulaire présente également des avantages secondaires car ils sont souvent plus faciles à réparer et à personnaliser, augmentant ainsi leur utilité et leur cycle de vie.

Attaches intégrées

Différents types de fixations, telles que des vis, des rivets et des boulons, doivent toujours être considérés comme une cible pour la conception. Bien que les fixations soient plutôt bon marché en elles-mêmes, le processus d’installation prend beaucoup de temps. De plus, les fixations filetées sont connues pour être la cause de la majorité des défauts sur les chaînes de montage.

Incorporez des attaches dans la conception du produit pour accélérer l’assemblage. Les fixations intégrées telles que les clips et les fixations adhésives ne nécessitent souvent aucun équipement de production spécial et facilitent l’assemblage.

Il n’est peut-être pas toujours possible de se débarrasser complètement des fixations, mais pour faciliter l’assemblage, essayez d’utiliser un minimum de types et de tailles différents. Idéalement, vous devriez viser à utiliser des pièces communes et les mêmes outils non seulement pour l’ensemble de l’assemblage, mais pour l’ensemble de la gamme de produits.

Symétrie

La création d’une conception symétrique réduit le temps nécessaire à la réorientation. Faites en sorte que les composants s’adaptent dans les deux sens, afin que l’ouvrier d’assemblage n’ait pas à perdre du temps à déterminer la bonne façon d’insérer une pièce. Si ce n’est pas possible, allez dans l’autre sens et rendez l’asymétrie évidente.

Anti-erreur (Poka-Yoke)

Utilisez les principes du poka-yoke sous la forme d’obstructions physiques pour empêcher les composants d’être mal montés. Même l’ajout d’une simple encoche à votre pièce facilitera son identification et son assemblage. S’assurer qu’une pièce ne peut pas être assemblée de manière incorrecte évitera de nombreux problèmes sur toute la ligne.

Utiliser des pièces normalisées disponibles dans le commerce

Réduire la quantité d’usinage et de fabrication personnalisés réalisés en interne et incorporer des produits commerciaux sur étagère (COTS) dans la conception de votre produit peut vous faire économiser beaucoup de temps et d’argent. Certains exemples incluent les moteurs, les engrenages, les ressorts, les boîtiers, etc.

Cela réduira non seulement les coûts d’assemblage dans la fabrication, mais contribuera également à accélérer le processus de conception du produit avec moins de pièces sur lesquelles se concentrer.

Gardez les tolérances réalistes

Bien qu’avec des équipements de construction mécanique modernes, il soit possible de fabriquer des pièces avec des tolérances extrêmement précises, cela ne signifie pas que cela soit toujours nécessaire.

L’usinage de précision prend plus de temps et augmente le coût de production. Avoir des tolérances trop serrées peut entraîner des problèmes d’assemblage potentiels, même si les pièces finissent par être légèrement hors spécifications.

Considérations relatives au processus d’assemblage

Evitez les composants trop petits ou trop gros et dotez vos pièces de caractéristiques qui facilitent leur préhension, leur déplacement, leur orientation et leur insertion. L’utilisation de pièces et de fonctions à alignement et à positionnement automatique dans la conception de votre produit peut accélérer considérablement l’assemblage. Parfois, l’ajout d’un petit chanfrein ou d’une fossette à votre conception peut faire une énorme différence.

Faites attention à certains types d’éléments (ressorts, objets en forme de coupe, etc.) qui sont connus pour s’emmêler et se coincer. Lorsqu’un ouvrier d’assemblage doit passer du temps à démêler ou à séparer des pièces imbriquées, c’est de l’argent et du potentiel gaspillés.

Conclusion

La combinaison des différentes pratiques de DFX peut avoir un impact significatif sur les coûts globaux. Imaginez simplement les avantages cumulés de la conception pour la fabrication, de la conception pour l’assemblage et de la conception pour la chaîne d’approvisionnement.

Bien que garder à l’esprit toutes les différentes « règles » et tous les conseils pendant la phase de conception puisse sembler une tâche insurmontable, la plupart des principes de DFX s’alignent pour créer un processus sain. Bon nombre des principes décrits dans l’un se chevauchent avec d’autres, car la méthodologie est universellement utile dans de nombreux domaines de la conception de produits.

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