dfm

INGENIERÍA|UDEM

Design for Manufacturing (DFM)

Otoño 2006DMC

Índice

I. Revisión de tareasII. Definición de DFMIII. Paso 1: Estimar los costos de manufacturaIV. Paso 2: Reducir los costos de los componentesV. Paso 3: Reducir los costos de ensambleVI. Paso 4: Reducir los costos de producción

(directos)VII. Paso 5: Impactos en otros factoresVIII. TareasIX. Proyecto Minibaja (si hay tiempo)

La fuente

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

Steven D. Eppingerhttp://www.mit.edu/people/eppinger/

Página del librohttp://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.

Definición

El Método: Estimar los costosde manufactura

PASO 1

Reducir el Costo de los

componentesPASO 2

Reducir el Costode ensamble

PASO 3

Reducir los costos de

producción (directos)PASO 4

Considerar los impactos de DFM en otros factores

PASO 5

Recalcular los costos de

Manufactura

¿Diseñocompetitivo?

Propuestade diseño

Diseño aceptable

NO

SI

SSDDFA

WORK OUT

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.


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.


La siguiente figura nos muestra una de las formas de categorizar los costos:

1 2 3


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.


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.


“Bill of Materials” BOM

Componente CantidadMateriales comprados

Procesamiento (máquinado mas

M.O.)

Ensamble (M.O.)

Costo variable TOTAL

Herramientas y otros

Unidades a producir

Total de costos FIJOS

Costo Total

Manifold vaciado y maquinado 1 12.83 5.23 18.06 1960 3920 0.5 18.56EGR tubo de retorno 1 1.3 0.15 1.45 1.45Ensablme PCVVálvula 1 1.35 0.14 1.49 1.49Empaque 1 0.05 0.13 0.18 0.18Cubierta 1 0.76 0.13 0.89 0.89Tornillos 3 0.02 0.15 0.21 0.21Ensamble de boque de vacíoBloque 1 0.95 0.13 1.08 1.08Empaque 1 0.03 0.05 0.08 0.08Tornillos 1 0.02 0.09 0.11 0.11Total de costos directos 17.31 5.23 0.97 23.55 1960 0.5 24.05Overhead 2.6 9.42 1.71 0.75 14.48COSTO TOTAL 38.53

El costo de ensamble se obtiene a partir del DFA.

NOTAS:Herramientas y otros: son costos no recurrentesLas unidades a producir son números conservadoresEl costo de OVERHEAD (0.75), incluye depreciación de equipo.


Estimando el costo de componentes estándar

1) Se pueden tomar partes ya existentes y similares2) 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.


Fuentes recomendadas para estimar costos de componentes standard:

1) www.grainger.com2) www.grainger.com.mx3) www.mcmaster.com4) www.thomasregister.com


Estimando los costos de Componentes Especiales:

NOTAS:Materiales incluyen scrapCostos de procesamiento incluyen mano de obra


Estimando los costos de Componentes Especiales:

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


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.


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:

a) Costos de ensambleb) Costos de materiales

A continuación veremos unas ecuaciones de industrias específicas.


Estimando los costos generales (overhead):

NOTAS:1.- Esta tabla muestra costos totales por orden de cliente2.- Los costos de materiales incluyen costos de materia prima y componentes comprados

Fuentes:a) Desconocidob) Casos de estudio de la Escuela de Negocios de Harvard: Destin Brass Products Co., 9-190-089C) 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


Lo mínimo que debemos conocer de un proceso…….

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


Rediseñando componentes para eliminar procesos.

Aquí podemos usar herramientas ya conocidas como- SSD- TRIZ- DFA- Descomposición- FEM- Conocimiento de nuevos procesos- Etc. etc.


Ejemplo de rediseño de GM.

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


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.


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.


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,


Ejemplo de una análisis de DFA para una linterna de mano

Integrar partes: - Usando el VAT-3 del SSD


Usar nuevos procesos de manufactura, puede traer consigo el uso de nuevos materiales; debemos estar “sensibles” a los costos de los mismos.

Integrar partes: - Usando nuevos procesos de manufactura


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


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:


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.


http://www.prolecge.com/htmls/frmset_principal_productos.htm



Costo de desarrollo del producto

Va de la mano con el tiempo de desarrollo del producto.

El tiempo es dinero.



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)



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 mercadoMapa o mapas de exploración tecnológicaExplicación de los frentes seleccionadosPropuesta de diseño propio, con análisis de SSD y DFA.Determine el costo de producción del producto con su proceso de producción y ensamble a detalleDetermine 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 analizadosPlanos 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.

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