Konstruktion unter Berücksichtigung der Fertigungseignung: Schlank von Anfang an

Hersteller suchen konstant Möglichkeiten, um schneller und kostengünstiger bessere Produkte zu entwickeln. Noch nie hatten die Verbraucher mehr Auswahl als heute, und noch nie waren sie so kostenbewusst. Besonders schnell und sicher lassen sich Kosten im Produktentwicklungszyklus einsparen, indem die Fertigungskosten gesenkt werden.

Die schlanke Fertigung beginnt schon in den Frühphasen der Konstruktion. Konzeptentwickler können sich beim Brainstorming fantastische, innovative Produkte ausdenken, die in fotorealistischen Hochglanz-Darstellungen beeindrucken. In Wirklichkeit aber sind diese aufregenden neuen Produkte unter Umständen zu zeitaufwendig und/oder teuer in der Herstellung, oder das Unternehmen verfügt vielleicht nicht über die Anlagen oder technischen Ressourcen, um sie überhaupt herzustellen.

Dieses als Konstruktion unter Berücksichtigung der Fertigungseignung (Design for Manufacturing, DFM) bekannte Konzept ist nicht neu. Angesichts steigender Fertigungskosten und wachsenden Wettbewerbsdrucks wird es jedoch von immer mehr Herstellern ernster genommen. Bei der Konstruktion unter Berücksichtigung der Fertigungseignung werden Konstruktionsziele und Fertigungseinschränkungen gleichzeitig berücksichtigt, um mögliche Fertigungsprobleme schon während der Teilekonstruktion zu identifizieren. So wird die Vorlaufzeit für die Produktentwicklung gesenkt und die Produktqualität verbessert.

Die systematische Vereinfachung der Montage und Fertigung von Konstruktionen von Beginn des Entwicklungsprozesses an kann Herstellern helfen, die Arbeitskosten und die Zahl der Teile zu reduzieren, die Montage- und Produktentwicklungszyklus-Dauer zu verkürzen und die Entwicklungskosten insgesamt zu senken. Alle diese Vorteile verbessern die Wettbewerbsposition und gestalten den Herstellungsprozess effizienter.

Wichtige Faktoren beim Front-End

Beim Entwurf eines neuen Produkts sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Am Ende der Produktentwicklung zählt jedoch nur Eines: Die Komponenten und Baugruppen, die die Ingenieure in so mühevoller Kleinarbeit entworfen haben, müssen auch gebaut werden können. Je komplexer ein Produkt ist, umso schwieriger ist es in der Herstellung. Diese Komplexität hat oft Probleme, unvorhergesehene Schwierigkeiten und Engpässe in der Produktion zur Folge.

Bei jeder Baugruppenkomponente besteht die Gefahr eines Defekts, was die Montage erschwert. Aufgrund der zunehmenden Zahl von Bauteilen steigen auch die Gesamtkosten für den Bau und die Montage des Produkts. Die Toleranzanhäufung, also die Bemaßungsvarianz zwischen zwei Konstruktionselementen eines Teils, nimmt zu und kann zusätzliche Konstruktions- und Fertigungsschritte notwendig machen, um eine ordnungsgemäße Herstellung der Baugruppe zu erreichen. Das alles treibt letztendlich die Produktkosten in die Höhe.

Um Kosten zu senken, sollten Unternehmen versuchen, die Zahl der Komponenten in einer Produktbaugruppe zu reduzieren. Je einfacher die Produktstruktur und die notwendigen Vorgänge, umso weniger Herstellungs- und Montageschritte sind erforderlich. Dadurch sinkt der Zeitaufwand für die Fertigung des Produkts. Designer, Konstrukteure und Fertigungsmitarbeiter müssen eng zusammenarbeiten, um festzustellen, ob Komponenten entfernt oder mit anderen Komponenten zusammengeführt werden können oder ob eine Funktion einfacher durchgeführt werden kann.

Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung und dadurch Senkung der Fertigungskosten und des Fertigungsaufwands ist die Verwendung von handelsüblichen Standardteilen oder OEM-Komponenten. Auf diese Weise können der Lagerbestand reduziert und die Transport- und Montageabläufe standardisiert werden – was mit entsprechenden Einsparungen einhergeht. Durch die Verwendung von Standardkomponenten sinken außerdem die Einmalkosten (Non-recurring Engineering Costs, NRE-Kosten), der Bedarf an Fertigungswerkzeugen wird reduziert und es werden hochwertigere Produkte erzielt.

Um schon bei der Konstruktion die Herstellung und Montage zu berücksichtigen, sollten Hersteller Prozesse wählen, die mit der Konstruktionsabsicht, den verwendeten Materialien und dem Fertigungsvolumen kompatibel sind. Die gewählten Materialien sollten für die Produktionsprozesse geeignet sein und bei voller Erfüllung der Funktionsanforderungen die Verarbeitungsdauer minimieren. Ingenieure müssen außerdem bewusst darauf achten, unnötige Teile-Konstruktionselemente zu vermeiden, die einen zusätzlichen Verarbeitungsaufwand und/oder komplexere Werkzeuge erforderlich machen.

Tipps für die „schlanke“ Konstruktion

Senken Sie die Materialkosten. Ingenieure sollten beim Entwurf und der Erstellung von Baugruppen auf die Verwendung gängiger Teile und Rohstoffe achten. Außerdem sollten sie stets nach Möglichkeiten Ausschau halten, die Zahl der Teile zu reduzieren und die Entwürfe zu vereinfachen.

Senken Sie die Arbeitskosten. Die Vereinfachung von Konstruktionen und Reduzierung der Teilezahlen in Baugruppen sind weitere einfache Maßnahmen zur Senkung der Arbeitskosten. Zusätzlich sollten die Produkttoleranzen den verfahrenstechnischen Vorgaben angepasst und Prozesse standardisiert werden.

Minimieren Sie die Einmalkosten. Diese Kosten lassen sich unter anderem durch die Verwendung von Standardteilen und -vorgehensweisen wie statistische Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE), Value-Engineering und Six Sigma senken.

Bild: urbangarden

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