Design para fabricação

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Reprojetado para fabricação

Projeto para manufatura (também conhecido como projeto para manufatura ou DFM ) é a prática geral de engenharia de projetar produtos de forma que sejam fáceis de fabricar. O conceito existe em quase todas as disciplinas de engenharia, mas a implementação difere muito dependendo da tecnologia de fabricação. O DFM descreve o processo de projeto ou engenharia de um produto para facilitar a fabricaçãoprocesso para reduzir seus custos de fabricação. O DFM permitirá que problemas em potencial sejam corrigidos na fase de projeto, que é o local menos dispendioso para resolvê-los. Outros fatores podem afetar a fabricação, como o tipo de matéria-prima, a forma da matéria-prima, as tolerâncias dimensionais e o processamento secundário, como o acabamento.

Dependendo dos vários tipos de processos de fabricação, existem diretrizes definidas para as práticas de DFM. Essas diretrizes do DFM ajudam a definir com precisão várias tolerâncias, regras e verificações comuns de fabricação relacionadas ao DFM.

Embora o DFM seja aplicável ao processo de design, um conceito semelhante chamado DFSS (Design for Six Sigma) também é praticado em muitas organizações.

Para placas de circuito impresso (PCB) [ editar ]

No processo de projeto de PCB , o DFM leva a um conjunto de diretrizes de projeto que tentam garantir a capacidade de fabricação. Ao fazer isso, prováveis ​​problemas de produção podem ser resolvidos durante a fase de projeto.

Idealmente, as diretrizes do DFM levam em consideração os processos e recursos da indústria de manufatura. Portanto, o DFM está em constante evolução.

À medida que as empresas de manufatura evoluem e automatizam cada vez mais etapas dos processos, esses processos tendem a se tornar mais baratos. O DFM geralmente é usado para reduzir esses custos. [1] Por exemplo, se um processo puder ser feito automaticamente por máquinas (ou seja , colocação e soldagem de componentes SMT ), esse processo provavelmente será mais barato do que fazê-lo manualmente.

Para circuitos integrados (IC) [ editar ]

Alcançar projetos de alto rendimento, no estado da arte , a tecnologia VLSI tornou-se uma tarefa extremamente desafiadora devido à miniaturização e à complexidade dos produtos de ponta. Aqui, a metodologia DFM inclui um conjunto de técnicas para modificar o projeto de circuitos integrados (CI) para torná-los mais fabricáveis, ou seja, para melhorar seu rendimento funcional, rendimento paramétrico ou sua confiabilidade.

Plano de fundo [ editar ]

Tradicionalmente, na era pré-nanométrica, o DFM consistia em um conjunto de diferentes metodologias que tentavam impor algumas regras de projeto suaves (recomendadas) em relação às formas e polígonos do layout físico de um circuito integrado . Essas metodologias DFM funcionaram principalmente no nível de chip completo. Além disso, simulações de pior caso em diferentes níveis de abstração foram aplicadas para minimizar o impacto das variações do processo no desempenho e outros tipos de perda de rendimento paramétrico. Todos esses diferentes tipos de simulações de pior caso foram essencialmente baseados em um conjunto básico de arquivos de parâmetros de dispositivo SPICE de pior caso (ou canto) que se destinavam a representar a variabilidade do desempenho do transistor em toda a faixa de variação em um processo de fabricação.

Taxonomia de mecanismos de perda de rendimento [ editar ]

Os modelos de perda de rendimento (YLMs) mais importantes para CIs VLSI podem ser classificados em várias categorias com base em sua natureza.

  • A perda de rendimento funcional ainda é o fator dominante e é causada por mecanismos como processamento incorreto (por exemplo, problemas relacionados a equipamentos), efeitos sistemáticos como problemas de impressão ou planarização e defeitos puramente aleatórios.
  • Produtos de alto desempenho podem apresentar marginalidades de projeto paramétrico causadas por flutuações do processo ou fatores ambientais (como tensão de alimentação ou temperatura).
  • As perdas de rendimento relacionadas ao teste , que são causadas por testes incorretos, também podem desempenhar um papel significativo.

Técnicas [ editar ]

Depois de entender as causas da perda de rendimento, o próximo passo é tornar o projeto o mais resistente possível. As técnicas usadas para isso incluem:

  • Substituir células de maior rendimento onde permitido por tempo, potência e roteabilidade.
  • Alterar o espaçamento e a largura dos fios de interconexão, sempre que possível
  • Otimizando a quantidade de redundância nas memórias internas.
  • Substituindo vias tolerantes a falhas (redundantes) em um projeto sempre que possível

Tudo isso requer uma compreensão detalhada dos mecanismos de perda de rendimento, uma vez que essas mudanças se equilibram umas com as outras. Por exemplo, a introdução de vias redundantes reduzirá a chance de problemas de via, mas aumentará a chance de curtos indesejados. Se isso é uma boa ideia, portanto, depende dos detalhes dos modelos de perda de rendimento e das características do projeto específico.

Para usinagem CNC [ editar ]

Objetivo [ editar ]

O objetivo é projetar para menor custo. O custo é determinado pelo tempo, portanto, o projeto deve minimizar o tempo necessário não apenas para usinar (remover o material), mas também o tempo de set-up da máquina CNC , programação NC, fixação e muitas outras atividades que dependem do complexidade e tamanho da peça.

Tempo de configuração das operações (inversão da parte) [ editar ]

A menos que se utilize um 4º e/ou 5º Eixo, um CNC só pode aproximar a peça desde uma única direção. Um lado deve ser usinado por vez (chamado de operação ou Op). Em seguida, a peça deve ser virada de um lado para o outro para usinar todos os recursos. A geometria dos recursos determina se a peça deve ser virada ou não. Quanto mais Ops (flip of the part), mais cara a peça, pois incorre em tempo substancial de "Set-up" e "Load/Unload".

Cada operação (inversão da peça) possui tempo de set-up, tempo de máquina, tempo para carregar/descarregar ferramentas, tempo para carregar/descarregar peças e tempo para criar o programa NC para cada operação. Se uma peça tiver apenas 1 operação, as peças só precisam ser carregadas/descarregadas uma vez. Se tiver 5 operações, o tempo de carregamento/descarregamento é significativo.

O fruto mais fácil é minimizar o número de operações (inversão da peça) para gerar economias significativas. Por exemplo, pode levar apenas 2 minutos para usinar a face de uma peça pequena, mas levará uma hora para configurar a máquina para fazer isso. Ou, se houver 5 operações de 1,5 horas cada, mas apenas 30 minutos de tempo total da máquina, serão cobradas 7,5 horas por apenas 30 minutos de usinagem. [2]

Por fim, o volume (número de peças para máquina) desempenha um papel crítico na amortização do tempo de set-up, tempo de programação e outras atividades no custo da peça. No exemplo acima, a peça em quantidades de 10 pode custar de 7 a 10 vezes o custo em quantidades de 100.

Normalmente, a lei dos retornos decrescentes se apresenta em volumes de 100 a 300 porque os tempos de configuração, ferramentas e acessórios personalizados podem ser amortizados no ruído. [3]

Tipo de material [ editar ]

Os tipos de metais mais fáceis de usinar incluem alumínio , latão e metais mais macios. À medida que os materiais ficam mais duros, mais densos e mais fortes, como aço , aço inoxidável , titânio e ligas exóticas, tornam-se muito mais difíceis de usinar e levam muito mais tempo, sendo menos fabricáveis. A maioria dos tipos de plástico é fácil de usinar, embora adições de fibra de vidro ou fibra de carbono possam reduzir a usinabilidade. Plásticos que são particularmente macios e gomosos podem ter seus próprios problemas de usinabilidade.

Formulário do material [ editar ]

Os metais vêm em todas as formas. No caso do alumínio como exemplo, a barra e a chapa são as duas formas mais comuns de fabricação das peças usinadas. O tamanho e a forma do componente podem determinar qual forma de material deve ser usada. É comum que os desenhos de engenharia especifiquem uma forma sobre a outra. O estoque de barras é geralmente próximo a 1/2 do custo da chapa grossa por libra. Portanto, embora a forma do material não esteja diretamente relacionada à geometria do componente, o custo pode ser removido no estágio de projeto, especificando a forma menos cara do material.

Tolerâncias [ editar ]

Um fator que contribui significativamente para o custo de um componente usinado é a tolerância geométrica para a qual os recursos devem ser feitos. Quanto mais apertada a tolerância necessária, mais caro será o componente para usinar. Ao projetar, especifique a tolerância mais flexível que servirá à função do componente. As tolerâncias devem ser especificadas recurso por recurso. Existem maneiras criativas de projetar componentes com tolerâncias mais baixas que ainda funcionam tão bem quanto aqueles com tolerâncias mais altas.

Design e forma [ editar ]

Como a usinagem é um processo subtrativo, o tempo para remover o material é um fator importante na determinação do custo da usinagem. O volume e a forma do material a ser removido, bem como a rapidez com que as ferramentas podem ser alimentadas, determinarão o tempo de usinagem. Ao usar fresas , a resistência e rigidez da ferramenta, que é determinada em parte pela relação comprimento/diâmetro da ferramenta, desempenhará o maior papel na determinação dessa velocidade. Quanto mais curta for a ferramenta em relação ao seu diâmetro, mais rápido ela pode ser alimentada através do material. Uma proporção de 3:1 (L:D) ou inferior é a ideal. [4] Se essa proporção não puder ser alcançada, uma solução como esta descrita aqui pode ser usada. [5] Para furos, a relação comprimento/diâmetro das ferramentas é menos crítica, mas ainda deve ser mantida abaixo de 10:1.

Existem muitos outros tipos de recursos que são mais ou menos caros para usinar. Geralmente, os chanfros custam menos para usinar do que os raios nas bordas horizontais externas. A interpolação 3D é usada para criar raios em arestas que não estão no mesmo plano que incorrem em 10X o custo. [6] Os rebaixos são mais caros para usinar. Recursos que exigem ferramentas menores, independentemente da relação L:D, são mais caros.

Projeto para Inspeção [ editar ]

O conceito de Design for Inspection (DFI) deve complementar e trabalhar em colaboração com Design for Manufacturability (DFM) e Design for Assembly(DFA) para reduzir o custo de fabricação do produto e aumentar a praticidade de fabricação. Há casos em que esse método pode causar atrasos no calendário, pois consome muitas horas de trabalho adicional, como no caso da necessidade de se preparar para apresentações e documentos de revisão de projeto. Para resolver isso, propõe-se que, em vez de inspeções periódicas, as organizações possam adotar a estrutura de empoderamento, particularmente no estágio de desenvolvimento do produto, em que a alta administração capacita o líder do projeto para avaliar os processos de fabricação e os resultados em relação às expectativas de desempenho do produto, custo , qualidade e tempo de desenvolvimento. [7] Especialistas, no entanto, citam a necessidade do DFI porque é crucial no desempenho e controle de qualidade, determinando fatores-chave, como confiabilidade, segurança e ciclos de vida do produto. [8] Para uma empresa de componentes aeroespaciais , onde a inspeção é obrigatória, há a exigência da adequação do processo de fabricação para inspeção. Aqui, adota-se um mecanismo como o índice de inspecionabilidade, que avalia as propostas de projeto. [9] Outro exemplo de DFI é o conceito de contagem cumulativa de carta conforme (carta CCC), que é aplicada no planejamento de inspeção e manutenção para sistemas onde estão disponíveis diferentes tipos de inspeção e manutenção. [10]

Design para manufatura aditiva [ editar ]

A manufatura aditiva amplia a capacidade de um designer de otimizar o design de um produto ou peça (para economizar materiais, por exemplo). Projetos sob medida para manufatura aditiva às vezes são muito diferentes de projetos sob medida para operações de usinagem ou fabricação de conformação.

Além disso, devido a algumas restrições de tamanho das máquinas de manufatura aditiva, às vezes os projetos maiores relacionados são divididos em seções menores com recursos de automontagem ou localizadores de fixadores.

Uma característica comum dos métodos de manufatura aditiva, como o Fused Deposition Modeling , é a necessidade de estruturas de suporte temporárias para recursos de peças pendentes. A remoção pós-processamento dessas estruturas de suporte temporárias aumenta o custo geral de fabricação. As peças podem ser projetadas para manufatura aditiva, eliminando ou reduzindo a necessidade de estruturas de suporte temporárias. Isso pode ser feito limitando o ângulo das estruturas suspensas a menos do que o limite da máquina, material e processo de fabricação aditiva fornecidos (por exemplo, menos de 70 graus da vertical).

Veja também [ editar ]

Referências [ editar ]

  1. ^ Dolcemascolo, Darren. "O DFM ajuda os fabricantes a reduzir custos mantendo o valor" . Planta confiável .
  2. ^ "Como projetar peças usinadas baratas e por quê? - Fabricação paramétrica" ​​. 3 de setembro de 2016.
  3. ^ "Guia para Protótipo e Produção de Usinagem CNC - Fabricação Paramétrica" ​​.
  4. ^ Inc., eFunda. "Fresagem: Regras de Projeto" .
  5. ^ "Guia de Design" (PDF) . Pro CNC . Recuperado em 30 de janeiro de 2017 .
  6. ^ "O assassino nº 1 para uma peça usinada CNC de baixo preço - fabricação paramétrica - oficina de máquinas CNC + fio EDM" . 17 de julho de 2016.
  7. ^ Anderson, David (2004). Design para manufaturabilidade e engenharia simultânea: como projetar para baixo custo, projetar em alta qualidade, projetar para manufatura enxuta e projetar rapidamente para produção rápida . Cambria, CA: CIM Press. pág. 28. ISBN 978-1878072238.
  8. ^ Gupta, Praveen (2006). Six Sigma Business Scorecard, Capítulo 3 - Necessidade do Six Sigma Business Scorecard . Nova York: McGraw Hill Professional. pág. 4. ISBN 9780071735117.
  9. ^ Stolt, Roland; Elgh, Frederik; Anderson, Petter (2017). "Projeto para Inspeção - Avaliando a Inspecionabilidade de Componentes Aeroespaciais nos Estágios Iniciais do Projeto" . Procedia Fabricação . 11 : 1193-1199. doi : 10.1016/j.promfg.2017.07.244 – via Elsevier Science Direct.
  10. ^ Chan, Ling-Yau; Wu, Shaomin (1 de outubro de 2009). "Projeto ideal para política de inspeção e manutenção com base no gráfico CCC" . Computadores e Engenharia Industrial . 57 (3): 667–676. doi : 10.1016/j.cie.2008.12.009 . ISSN 0360-8352 . 

Fontes [ editar ]

  • Mentor Graphics - DFM: O que é e para que serve? (deve preencher formulário de solicitação).
  • Mentor Graphics - DFM: Magic Bullet ou Marketing Hype (preenchimento obrigatório do formulário).
  • Manual de Automação de Projeto Eletrônico para Circuitos Integrados , por Lavagno, Martin e Scheffer, ISBN 0-8493-3096-3 Uma pesquisa no campo da EDA. O resumo acima foi derivado, com permissão, do Volume II, Capítulo 19, Design for Manufacturability in the Nanometer Era , de Nicola Dragone, Carlo Guardiani e Andrzej J. Strojwas. 
  • Design para manufaturabilidade e design estatístico: uma abordagem construtiva , por Michael Orshansky, Sani Nassif, Duane Boning ISBN 0-387-30928-4 
  • Estimando ASICs Espaciais Usando SEER-IC/H , por Robert Cisneros, Tecolote Research, Inc. (2008) Apresentação Completa

Links externos [ editar ]