Dfm

INGENIERÍA|UDEM

Design for Manufacturing (DFM)

Otoño 2006 DMC

Índice

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Revisión de tareas Definición de DFM Paso 1: Estimar los costos de manufactura Paso 2: Reducir los costos de los componentes Paso 3: Reducir los costos de ensamble Paso 4: Reducir los costos de producción (directos) Paso 5: Impactos en otros factores Tareas Proyecto Minibaja (si hay tiempo)

La fuente

Karl T. Ulrich http://www.wharton.upenn.edu/faculty/ulrich.html

Steven D. Eppinger http://www.mit.edu/people/eppinger/

Página del libro http://www.ulrich-eppinger.net

GE, Best Practices, 1995

Definición Definición: DFM es una de las tantas metodologías de DFX que se usan para cumplir criterios de calidad como confiabilidad, diseño robusto, impacto ambiental, etc. Siendo la metodología de DFM la de más impacto. La metodología de DFM es útil para conectar necesidades y especificaciones del cliente con las dificultades que enfrenta la empresa, especialmente los equipos de diseño y manufactura.

Definición DFM requiere de un equipo multifuncional ya que se ven involucrados distintos tipos de información como: Bosquejos, Dibujos, especificaciones de producto, alternativas de diseño. Entendimiento detallado de los procesos de fabricación y ensamble Estimados de costos de manufactura, volúmenes de producción, crecimiento de la demanda, etc. Por lo tanto DFM requiere contribuciones de integrantes de diferentes equipos o departamentos de la empresa.

Definición DFM es un proceso que acompaña el desarrollo del producto: Inicia desde la etapa conceptual del producto donde las funciones y especificaciones son determinadas El costo es casi siempre un factor determinante para seleccionar un diseño y el costo va asociado directamente a la manufactura (fabricación y ensamble) Luego en la etapa de diseño a detalle, muchas decisiones se basan en restricciones de manufactura. Por lo anterior podemos ver que DFM acompaña al producto durante todo su desarrollo.

Propuesta de diseño

Definición El Método:

Estimar los costos de manufactura PASO 1

Reducir el Costo de los componentes PASO 2 SSD

NO

¿Diseño competitivo?

SI Diseño aceptable

Reducir el Costo de ensamble PASO 3 DFA WORK OUT Considerar los impactos de DFM en otros factores PASO 5

Recalcular los costos de Manufactura

Reducir los costos de producción (directos) PASO 4

Paso 1: Estimar los costos de manufactura La siguiente figura muestra las entradas y salidas de un sistema de manufactura:

Donde el costo de manufactura es la suma de todas las entradas más el desperdicio.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Una medida para el costo de manufactura, es el “costo de manufactura unitario” que es la relación entre el costo de manufactura de cierto período (trimestral, bianual, etc), entre las unidades producidas en ese período. Siempre hay dificultades para calcular este valor: ¿Qué pasa cuando una máquina comparte productos? ¿Cómo cargar los costos de outsourcing? Etc. Estas respuestas pueden variar entre empresas, pero lo importante es medirnos siempre con la misma base para luego poder mejorar.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura La siguiente figura nos muestra una de las formas de categorizar los costos:

1

2

3

Paso 1: Estimar los costos de manufactura 1.- Costos de componentes: Incluye partes standard y hechas a la medida 2.- Costos de ensamble: Mano de obra y preferentemente de equipo involucrado en el proceso directamente 3.- Costos de generales (overhead): - Directos: Los que dependen del producto, como manejo de materiales, traslados, equipo y herramienta, etc. Es decir, se requieren para manufacturar el producto. Se consideran generales ya que pueden servir para varios productos. - Indirectos: No dependen del producto pero se tienen que pagar. Ejemplo, salarios, mantenimientos de instalaciones, etc. estos costos no los considera la metodología de DFM.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Costos variables vs. Costos fijos. Costos fijos: No dependen de la cantidad de producción, ejemplo: un molde (a menos que sepamos la cantidad de piezas a producir en total), una celda de manufactura (hasta ciertos rangos). Costos variables: Dependen de la cantidad de producción, ejemplo: materia prima, costos de operarios, energía, etc.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura “Bill of Materials” BOM Procesamiento Costo Total de Materiales Ensamble Herramientas Unidades a Costo Componente Cantidad (máquinado mas variable costos comprados (M.O.) y otros producir Total M.O.) TOTAL FIJOS Manifold vaciado y maquinado 1 12.83 5.23 18.06 1960 3920 0.5 18.56 EGR tubo de retorno 1 1.3 0.15 1.45 1.45 Ensablme PCV Válvula 1 1.35 0.14 1.49 1.49 Empaque 1 0.05 0.13 0.18 0.18 Cubierta 1 0.76 0.13 0.89 0.89 Tornillos 3 0.02 0.15 0.21 0.21 Ensamble de boque de vacío Bloque 1 0.95 0.13 1.08 1.08 Empaque 1 0.03 0.05 0.08 0.08 Tornillos 1 0.02 0.09 0.11 0.11 Total de costos directos 17.31 5.23 0.97 23.55 1960 0.5 24.05 Overhead 2.6 9.42 1.71 0.75 14.48 COSTO TOTAL 38.53

NOTAS: Herramientas y otros: son costos no recurrentes Las unidades a producir son números conservadores El costo de OVERHEAD (0.75), incluye depreciación de equipo.

El costo de ensamble se obtiene a partir del DFA.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Estimando el costo de componentes estándar 3) Se pueden tomar partes ya existentes y similares 4) Solicitar nuevas cotizaciones, en donde el precio de un componente puede variar hasta 10 veces de precio dependiendo del volumen. En GM solo si el volumen es mayor a 100,000 unidades se justifica hacer una pieza nueva siempre y cuando esto le de ventajas al producto. Recordemos de no incrementar la variedad negativa.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Fuentes recomendadas para estimar costos de componentes standard: 3) www.grainger.com 4) www.grainger.com.mx 5) www.mcmaster.com 6) www.thomasregister.com

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Estimando los costos de Componentes Especiales:

NOTAS: Materiales incluyen scrap Costos de procesamiento incluyen mano de obra

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Estimando los costos de Componentes Especiales:

A.- Podemos ver como con aumento de volumen, el costo cae considerablemente. 2.- El proceso define en mucho el costo del componente

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Estimando los costos Ensamble:

NOTAS: Los tiempos de manejo e inserción se ven a detalle en la clase de DFA (Design for Assembly) Los costos de mano de obra son locales.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Estimando los costos generales (overhead): Es el costo más difícil de calcular para un nuevo producto. Es común que se considere un porcentaje del costo total del producto en función de ecuaciones particulares que involucran principalmente: h) Costos de ensamble i) Costos de materiales A continuación veremos unas ecuaciones de industrias específicas.

Paso 1: Estimar los costos de manufactura Estimando los costos generales (overhead):

NOTAS: 1.- Esta tabla muestra costos totales por orden de cliente 2.- Los costos de materiales incluyen costos de materia prima y componentes comprados Fuentes: a) Desconocido b) Casos de estudio de la Escuela de Negocios de Harvard: Destin Brass Products Co., 9-190-089 C) John Deere Components Works, 9-187-107

Paso 2: Reducir los costos de los Componentes Consiste en una serie de estrategias para para minimizar estos costos, las cuales se transforman luego en reglas de diseño. Entendiendo las restricciones de proceso y los costos críticos Es primordial que el diseñador entienda los procesos de manufactura existentes para evitar incrementos en costos de manufactura. Ejemplo: Tolerancias. El diseñador, debe tener una idea de los costos de producción por proceso y sus restricciones, para no subcontratar, comprar materiales especiales, etc., etc.; esto es primordial para cuidar el costo del producto

Paso 2: Reducir los costos de los Componentes Lo mínimo que debemos conocer de un proceso…….

Product Design for Manufacturing and Assembly, Boothroyd y Dewhurst, Second Edition, Pag. 50 y 51

Paso 2: Reducir los costos de los Componentes Rediseñando componentes para eliminar procesos. Aquí podemos usar herramientas ya conocidas como - SSD - TRIZ - DFA - Descomposición - FEM - Conocimiento de nuevos procesos - Etc. etc.

Paso 2: Reducir los costos de los Componentes Ejemplo de rediseño de GM.

La clave: nuevos materiales, nuevos procesos y reducción de piezas

Paso 2: Reducir los costos de los Componentes Seleccionar la correcta economía de escala (EE) para la parte a procesar. EE es el fenómeno que explica la disminución de los costos con el aumento de producción. Claro está, el tipo de proceso a usar importa mucho.

Paso 2: Reducir los costos de los Componentes Estandarizar componentes y procesos: Aquí se destacan dos tipos de estandarización: Interna: No es clara para el cliente común, ejemplo; válvulas internas del motor. Externas: Lo contrario a la interna, ejemplo: Pernos M10 para las ruedas del auto. La estandarización externa puede ser usada como una ventaja competitiva.

Paso 2: Reducir los costos de los Componentes

En modelos antiguos existían llantas “derechas” e “izquierdas” Las alianzas con proveedores se vuelven importantes

Paso 3: Reducir los costos de ensamble Para esto existe una metodología llamada Design For Assembly (DFA), inventada por Boothroyd and Dewhurst en 1989. Esto se verá mucho más a detalle en el tema de DFA Es necesario llevar un indicador, el cual es: DFA Index = (Número mínimo de partes teóricas x 3 segundos) -----------------------------------------------------------------------Tiempo total estimado de ensamble Donde 3 Segundos es el tiempo mínimo de manejo y ensamble de una pieza,

Paso 3: Reducir los costos de ensamble Integrar partes: - Usando el VAT-3 del SSD Ejemplo de una análisis de DFA para una linterna de mano

Paso 3: Reducir los costos de ensamble Integrar partes: - Usando nuevos procesos de manufactura Usar nuevos procesos de manufactura, puede traer consigo el uso de nuevos materiales; debemos estar “sensibles” a los costos de los mismos.

Paso 3: Reducir los costos de ensamble Maximizando la facilidad de ensamble: - Insertar componentes de manera vertical - Partes autoalineadas (chamfer) - Partes que no requieran orientación, tender al uso de piezas curvas como cilindros y esferas - Partes que requieran solo una mano para en ensamble (ver DFA) - Partes que no requieren herramientas - Partes alineadas en una sola línea en movimiento lineal - Partes aseguradas inmediatamente después de la inserción

Paso 3: Reducir los costos de ensamble

Considerar el ensamble por parte del cliente: El cliente solo apreciará el ensamble en casa si trae beneficios como: - Empaque pequeño, ejemplo: abanico de techo - Economía: ejemplo, closets de Home Depot Pero hacer un diseño para un ensamble a prueba de “tontos” es todo un reto.

Paso 4: Reducir los costos de producción (directos) Importante reducir todo lo que genere costo directo, esto traerá beneficios en cascada. Se trata de monitorear la “complejidad del sistema”, el cual es un parámetro que mide lo siguiente:

Paso 4: Reducir los costos de producción (directos)

Paso 4: Reducir los costos de producción (directos) Eliminar las posibilidades de errores en el proceso de fabricación y ensamble. - Diferenciando piezas ligeramente o enormemente. Ejemplo: -Aplicar colores en tornillos del mismo diámetro pero de diferente paso - En aparatos electrónicos, es muy común colocar una marca en donde debe de ir un tornillo, así el operador tiene referencias rápidas.

Paso 5: Impactos en otros factores Aunque el costo del producto es muy importante, no lo es todo. Tiempo de desarrollo del producto En la industria automotriz, 1 dólar en ahorros, representa 1 millón anual, pero si este ahorro, retrasa 1 mes la entrada del producto ¿será conveniente? Es común que al tratar de desarrollar una pieza “simple”, su proceso se vea afectado y determine el tiempo de introducción del producto. Ej. Boquilla de polímero.

Paso 5: Impactos en otros factores

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Paso 5: Impactos en otros factores

Paso 5: Impactos en otros factores

Aunque el costo del producto es muy importante, no lo es todo. Costo de desarrollo del producto Va de la mano con el tiempo de desarrollo del producto. El tiempo es dinero.

Paso 5: Impactos en otros factores Aunque el costo del producto es muy importante, no lo es todo. Calidad de producto Muchas de las prácticas del DFM, pueden afectar la calidad del producto, sin que nos demos cuenta, lo cual es muy común si el diseñador no conoce todo el entorno (producto y manufactura) Ejemplo: Nuevos materiales, menos sujeciones en una junta. Se debe tener en cuenta los CTQ del producto. Es recomendable, entonces, usar la guía de NPI (New Product Introduction)

Paso 5: Impactos en otros factores

Paso 5: Impactos en otros factores

Paso 5: Impactos en otros factores

Paso 5: Impactos en otros factores

Paso 5: Impactos en otros factores Aunque el costo del producto es muy importante, no lo es todo. Factores Externos Aunque estos factores no son tomados en cuenta en el costeo del producto, afectan a los costos de la “sociedad” - Reuso de componentes - Uso de materiales no dañinos o degradables (Green Design) El plástico tarda 1,500 años en degradarse.

En resumen Design For Manufacturing (DFM), es una metodología que ayuda a reducir costos de manufactura y al mismo tiempo mejora (o al menos no compromete), calidad del producto, tiempo de desarrollo y costos de desarrollo. DFM, se auxilia de herramientas como TRIZ, DFA, SSD, NPI, etc. Es una manera diferente de pensamiento para el desarrollo de productos, tomando en cuenta no solo factores de forma y función del producto.

WORK-OUT GE

Entregables para el trabajo final

En el formato que deseen, con la información de soporte que deseen Razones por las cuales seleccionaron el segmento de mercado Mapa o mapas de exploración tecnológica Explicación de los frentes seleccionados Propuesta de diseño propio, con análisis de SSD y DFA. Determine el costo de producción del producto con su proceso de producción y ensamble a detalle Determine las modificaciones que reducirán costo vs. el mejor diseño del mercado, incluyendo DFA. Mencione 10 razones por las cuales su producto es mejor en costo y funcionalidad que los analizados Planos a detalle del diseño propio Tienen en total para presentar la propuesta final entre los tres equipos 75 minutos más 15 para preguntas y respuestas. Recuerden que si su producto no mejora en los frentes propuestos, el diseño no es aceptable.