projektovanje za izradu i montažu u okviru projektovanja...

G. JOVIČIĆ i dr. PROJEKTOVANJE ZA IZRADU I MONTAŽU U OKVIRU PROJEKTOVANJA....

TEHNIKA – MAŠINSTVO 63 (2014) 2 233

Projektovanje za izradu i montažu u okviru projektovanja za izvrsnost: prilazi, metode i metodologije

GORAN M. JOVIČIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Pregledni rad Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad UDC: 621.01 DEJAN O. LUKIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad VELIMIR V. TODIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad MIJODRAG P. MILOŠEVIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad JOVAN B. VUKMAN, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad

Projektovanje za izvrsnost (DfX) predstavlja metodologiju koja ima za cilj definisanje i sprovoñenje niza zahteva koji omogućavaju razvoj optimalnog proizvoda sa aspekta pogodnosti njegove izrade (DfM), montaže (DfA), demontaže (DfD), uticaja na životnu sredinu (DfE) i mnogih drugih aspekata. Kao posledica nemogućnosti razmatranja ovih aspekata prilikom projektovanja proizvoda, za rezultat se može se dobiti proizvod koji je suviše skup, a samim tim i manje profitabilan. U ovom radu su prikazane osnovne DfX metode, kao i neke manje afirmisane metode, dok je posebna pažnja posvećena metodologijama koje se odnose na projektovanje za izradu i montažu proizvoda. Klju čne reči: projektovanje za izvrsnost (DfX), projektovanje za izradu (DfM), projektovanje za montažu (DfA), projektovanje za izradu i montažu (DfMA)

1. UVOD

Sa aspekta racionalne proizvodnje od suštinskog značaja je da se proces projektovanja proizvoda spre-gne sa tehnološkim procesima neophodnim za nji-hovu izradu. Ova dva procesa danas predstavljaju si-multane procese izmeñu kojih postoji manja ili veća interakcija. Kako konstruktivno rešenje utiče na izbor tehnologije izrade tako i tehnologija izrade utiče na konstrukciju proizvoda [1, 2, 3, 4, 5, 6].

Postojanje interakcije izmeñu ova dva procesa znači, upravo to, da projektanti pored ispunjavanja fu-nkcionalnih zahteva proizvoda moraju da ispune i zahteve u pogledu tehnologije njegove izrade. Ova in-terakcija je iterativne prirode [6, 7, 8].

Kao prvo, neophodno je formirati inicijalno kon-struktivno rešenje, a zatim izvršiti proveru njegove te-

Adresa autora: Goran Jovičić, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, Trg Dositeja Obradovića 6

Rad primljen: 18.09.2013. Rad prihvaćen: 16.01.2014.

hnologičnosti i prepoznavanje kritičnih delova konst-rukcije proizvoda. Zatim se vrše korekcije konstru-ktivnog rešenja i ponovo proverava tehnologičnost.

Ovaj proces se sukcesivno ponavlja sve dok se inicijalno konstruktivno rešenje ne transformiše u ne-ko novo rešenje, koje u sebi ne sadrži konflikte ili ko-ntradikcije tehnološke prirode. Ključni zahtev je da se do interakcije pomenuta dva procesa doñe što je ranije moguće, već u konceptualnoj fazi, slika 1.

Cilj ovog rada je da se prikažu osnovne DfX me-tode, dok je akcenat dat na opis DfM i DfA meto-dologije, koje integrišu aspekte izrade i montaže pro-izvoda.

Slika 1 – Proces razvoja proizvoda [9]



2. PROJEKTOVANJE ZA IZVRSNOST - DFX

U literaturi postoje dva pogleda na značenje „X” u okviru pojma DfX [10]: • Projektovanje za „X” (eng. Design for X), gde

„X” predstavlja promenljivu koja može da se odnosi na: izradu, montažu, troškove, životnu sre-dinu, nabavku, pouzdanost, održavanje, itd.

• Projektovanje za izvrsnost (eng. Design for Ex-cellence), gde „X” predstavlja primenu svih „Pro-jektovanje za” metoda, kako bi se postigla „izvr-snost” proizvoda. DfX metode su razvijene u cilju donošenja kva-

litetnih odluka pri projektovanju, slika 2. Ove odluke utiču na sve faze životnog ciklusa proizvoda. Tokom razvoja proizvoda, troškovi, pa samim tim i napori se uvećavaju ukoliko se greške isprave u kasnijoj fazi ži-votnog ciklusa proizvoda. Zbog toga je neophodno da se potencijalni problemi uoče i otklone što je pre mo-guće.

Slika 2 – Prikaz uže strukture DfX-a [11]

U nastavku su ukratko prikazane osnovne DfX metode, počevši od projektovanja za izradu i monta-žu, zatim projektovanja za zaštitu životne sredine, a potom i neke manje afirmisane metode.

Projektovanje za izradu (eng. Design for Manufa-cturing-DfM) je zapravo sistematski pristup koji omo-gućava projektantima da predvide troškove proizvo-dnje u ranoj fazi procesa projektovanja, čak i kada je poznata samo okvirna geometrija proizvoda koji se razvija [3, 12]. Prema [13], DfM je definisan kao pri-laz za projektovanje proizvoda gde se ideja brzo pre-nosi na konstrukciju proizvoda, proizvodnja se reali-zuje sa minimalnim troškovima i naporima a projek-tovani kvalitet se direktno ugrañuje u finalni pro-izvod.

U okviru projektovanja za montažu (eng. Design for Assembly-DfA) procenjuje se kvalitet konstru-kcije proizvoda na osnovu kvantitativnih karakteristi-ka proizvoda. Najvažniji pokazatelj efikasnosti proje-ktovanja predstavlja vreme montaže. Vreme montaže

proizvoda odražava poteškoće procesa montaže kao što su dovoñenje u ravnotežni položaj, poravnavanje, stezanje i dr. Dakle, može se reći da DfA ima za cilj integraciju komponenata i funkcija proizvoda u manji broj komponenata, čime se utiče na smanjenje vre-mena i troškova montaže. [6]

Projektovanje za zaštitu životne sredine (eng. De-sign for Environment-DfE) - Rast zabrinutosti zbog zagañenja životne sredine doveo je do brojnih istra-živanja koja se odnose na razvoj ekološki prihvatlji-vih proizvoda. Za razliku od DfM i DfA metoda, gde je osnovni cilj smanjenje troškova, kod projektovanja za zaštitu životne sredine ne postoji jednoznačna me-ra uticaja na životnu sredinu. Razne faze životnog veka proizvoda na različite načine utiču na životnu sredinu. DfE metode obuhvataju projektovanje za de-montažu, reciklažu, životni vek proizvoda, troškove životnog ciklusa i održivi dizajn [14].

U okviru projektovanja za demontažu (eng. Desi-gn for Disassembly-DfD), uspostavlja se i procenjuje izvodljivost zahvata demontaže za odreñeni proizvod.

Najznačajniji rad koji se odnosi na projektovanje za životni vek proizvoda (eng. Design for End-of-Life-DfEoL) je „Savetnik za životni vek proizvoda“ [15]. U ovom radu izvršena je procena četiri izvo-dljive strategije za životni vek proizvoda: strategije za ponovnu upotrebu, održavanje, doradu i reciklažu. Ove strategije se zasnivaju na karakteristikama proiz-voda, kako bi se utvrdilo koja varijanta proizvoda je ekološki pogodnija.

Projektovanje za reciklažu (eng. Design for Recy-cle-DfR) je usko povezan sa DfD i DfEoL, što znači da će sklopovi čiji su delovi složeniji za demontažu takoñe imati i složeniji proces reciklaže.

U poslednje vreme, postavlja se i pitanje održivog dizajna (eng. Sustainable Design-SD). Umesto da se posmatra samo ekonomičnost proizvoda, održivi di-zajn prepoznaje potrebu da proizvodi moraju biti eko-loški, ekonomski i socijalno održivi. Ovo je poznato kao „trostruka donja linija“ (eng. Triple bottom-line), koja naglašava potrebu da se uspostavi ravnoteža iz-meñu ova tri aspekta [16].

Iako su DfM i DfA, kao i razne grane ekološki svesnog dizajna metode koje dobijaju najviše pažnje, postoje i metode koje podržavaju ostale DfX aspekte, meñu kojima su kvalitet, jednostavnost održavanja, pouzdanost i cena [16].

Projektovanje za kvalitet (eng. Design for Qua-lity-DfQ) se bavi razvojem proizvoda koji ispunjava zahteve kupaca sa aspekta kvaliteta.

Projektovanje za pogodnost održavanja (eng. De-sign for Maintainability-DfMt) je metoda koja omo-gućava projektantima da procene koliko je jednosta-vno održavanje njihove konstrukcije.



Projektovanje za pouzdanost (eng. Design for Re-liability-DfR) je metoda koja služi za procenu spo-sobnosti proizvoda da obavlja svoju funkciju u odre-ñenom vremenskom periodu bez otkaza.

S obzirom na finansijski pritisak, bilo kog proje-kta, razvijene su DfX metode koje su povezane sa tro-škovima, kao što su projektovanje za troškove (eng. Design for Cost-DfC), metoda koja ima za cilj mi-nimiziranje troškova proizvodnje proizvoda i proje-ktovanje do odreñenih troškova (eng. Design to Cost-DtC), metoda koja ima za cilj održavanje troškova u okviru definisanih granica.

Ovde je takoñe neophodno naglasiti da DfX me-tode ne predstavljaju „statičko polje” i da su metode koje su do sada razmatrane već našle svoju značajnu primenu u praksi. Pored navedenih, razvijaju se i pot-puno nove DfX metode koje imaju za cilj da odgo-vore na promene koje se javljaju na globalnom tr-žištu. U nastavku su prikazane tri novije DfX metode koje su još uvek u procesu razvoja, čiji je fokus us-meren je na razvoj pokazatelja, isključivo za merenje željenih karakteristika i uspostavljanje mogućnosti procene izvodljivosti životnog ciklusa proizvoda [16].

Projektovanje za lanac snabdevanja (eng. Design for Supply Chain-DfSC) –Fokus kod ove metode je usmeren na uspostavljanje i vrednovanje, odnosno, procenu izvodljivih lanaca snabdevanja [17]. Sve vi-še, karakteristike, kao što su identitet brenda, izgled i individualni osećaj korisnika dobijaju na značaju, po-sebno kada je reč o masovnom tržištu robe široke po-trošnje. Shodno tome razvijene su metode projekto-vanja za afektivnu konstrukciju proizvoda (eng. Afe-ctive Design-AD), čiji je osnovni cilj da obezbede po-

kazatelje kojima će se vrednovati emocionalne rea-kcije na datu konstrukciju proizvoda [18].

Projektovanje za inkluzivnu konstrukciju proizvo-da (eng. Inclusive Design-ID). Ova oblast se odnosi na razvijanje alata, koji omogućuju projektantima da bolje shvate potrebe i mogućnosti različitih korisnika, pri razvoju odreñene konstrukcije proizvoda.

Svaka od prikazanih DfX metoda ima svoju spe-cifičnu namenu, koje su prikazane u tabeli 1.

S obzirom da konstrukcija proizvoda nastaje na osnovu unapred zadatih zahteva, projektovani proiz-vodi poseduju fizičku i hotimičnu prirodu [19].

Pod fizičkom prirodom podrazumeva se oblik i materijal proizvoda, dok se pod hotimičnom prirodom podrazumevaju funkcije koje proizvod obavlja. Hoti-mična priroda proizvoda obuhvata sve aspekte kao što su komfor, estetski izgled, troškovi i održivost, odno-sno, to su svi važni prodajni poeni kojih projektant mora biti svestan. Pored toga, postoji rastuće prepo-znavanje da fizička priroda proizvoda mora da odgo-vara za sve uticaje tokom njegovog životnog ciklusa, pa tako proizvodnja, distribucija, upotreba i odlaganje proizvoda takoñe moraju biti uzeti u obzir.

Prema vrsti optimizacije DfX metode mogu biti podeljene u dve osnovne grupe. Prvu grupu čine me-tode koje vrše optimizaciju proizvoda s obzirom na pojedinačne karakteristike, kao što su troškovi, kva-litet, upotrebljivost, i dr., dok drugu grupu čine me-tode koje vrše optimizaciju proizvoda s obzirom na pojedinačne faze tokom svog životnog ciklusa, kao što su izrada, montaža, reciklaža, i dr. Ove grupe me-toda mogu biti označene kao DfXkarakteristika i DfX životna

faza, respektivno. [15]

Tabela 1. Prikaz osnovnih namena DfX metoda [15]

PROJEKTOVANJE ZA ... OSNOVNA NAMENA

Izradu i montažu Smanjenje troškova proizvodnje

Životnu sredinu Smanjenje uticaja na životnu sredinu

Životni vek proizvoda Smanjenje uticaja na životnu sredinu

Demontažu Smanjenje troškova/vremena demontaže

Reciklažu Veći procenat reciklaže

Kvalitet Veće zadovoljstvo kupaca

Pogodnost održavanja Smanjenje troškova održavanja

Pouzdanost Smanjenje procenta otkaza

Troškove Smanjenje troškova

Afektivnu konstrukciju Veće emocionalno zadovoljstvo kupaca

Lanac snabdevanja Smanjenje troškova lanca snabdevanja

Inkluzivnu konstrukciju Smanjenje potrebe za isključivanjem konstrukcije proizvoda

Kao zaključak može se reći da DfX metode utiču na proces razvoja proizvoda na dva načina.

Prvi je kroz uticaj na projektante da postanu sve-sniji važnijih karakteristika i životnih faza proizvoda koje moraju uzeti u razmatanje.

Drugi je podrška koju DfX metode pružaju pri donošenju odluka, odnosno, one omogućuju projekta-ntima da pomoću odgovarajućih alata izvrše procenu konstrukcije proizvoda sa odreñenih aspekata.



3. PROJEKTOVANJE ZA IZRADU I MONTAŽU-DFMA

Najznačajnije metode unutar projektovanja za iz-vrsnost su projektovanje za izradu (DfM) i projekto-vanje za montažu (DfA). Ove dve metode, su danas prosto nezamislive jedna bez druge i zato se često po-smatraju objedinjeno pod terminom projektovanje za izradu i montažu (eng. Design for Manufacturing and Assembly-DfMA).

Osnove primene DfMA metoda se odnosi na tri glavne aktivnosti: • Kao osnova za studiju simultanog inženjerstva

kako bi se odredile smernice koje će pojednosta-viti konstrukciju proizvoda, smanjiti troškove iz-rade i montaže i stvoriti mogućnost procene od-reñenih poboljšanja na konstrukciji proizvoda,

• Kao alat za proučavanje konkurentskih proizvoda i alat za vrednovanje odgovarajućih procesa izrade i montaže i

• Kao alat za procenu očekivanih troškova. U slučaju nemogućnosti razmatranja konstrukcije

proizvoda sa aspekta pogodnosti izrade i montaže, prilikom njegovog projektovanja, može se dobiti pro-izvod koji je težak za izradu, ili je pak suviše skup.

U literaturi se često sreće izraz analiza tehnolo-gičnosti proizvoda, kao aktivnost koja se u velikoj meri podudara sa aktivnostima DfMA [8, 20]. Prema [20] sistemi analize tehnologičnosti se dele prema pri-lazu, oceni tehnologičnosti i nivou automatizacije. Prema prilazu sistemi za analizu tehnologičnosti mo-gu biti sa direktnim prilazima ili prilazima baziranim na pravilima (eng. rule-base) i indirektnim prilazima ili prilazima baziranim na tehnološkim procesima (eng. plan-base). Ocena tehnologičnosti proizvoda u ovim sistemima može biti binarna, kvalitativna, kvan-titativna i na bazi vremena i troškova.

Prikaz mesta i uloge projektovanja za izradu i mo-ntažu u okviru projektovanja proizvoda dat je na slici 3.

Slika 3 - Mesto i zadaci DfM i DfA [7]

Prema slici 3, jedna od osnovnih aktivnosti u ok-viru DfM-a je izbor kombinacije materijala proizvoda i procesa njegove izrade, pri čemu se mogu javiti dva osnovna slučaja redosleda izbora: prvo materijal pa proces, i prvo proces pa materijal [5].

Problemom izbora osnovnih tehnoloških procesa bavili su se mnogi autori, kao što su [1, 2, 3, 4, 6, 7] i dr. Na slici 4 dat je algoritam izbora osnovnih tehno-loških procesa, koji u suštini sadrži najbitnije faze, zajedničke za većinu razvijenih metodologija.

Slika 4 - Faze izbora tehnoloških procesa [2]

U literaturi se ova oblast sreće i pod terminom konceptuano projektovanje tehnoloških procesa (Con-ceptual Process Planning-CPP) [21, 22], a odgovara-jući programski sistemi pod imenom Conceptual CA-PP [23]. Neki od razvijenih sistema iz ove oblasti su detaljnije opisani u [24, 25]: CAMPS (Computer-Ai-ded Material and Process Selection), EPSS (Expert Processing Sequence Selector), CMS (Cambridge Materials Selector) i CPS (Cambridge Process Selec-tor), COMPASS (Computer Oriented Material, Pro-cesses and Apparatus Selection System), MaMPS (Material and Manufacturing Process Selection), MAS (Manufacturing Advisory Service), i dr.

Troškovi i vreme proizvodnje predstavljaju osno-vno merilo za kvalitet konstrukcije proizvoda. U zavi-snosti od faze razvoja proizvoda, postoje različiti na-čini odreñivanja troškova. U početnim fazama najče-šće se vrši procena, a u kasnijim fazama detaljan pro-račun troškova [26]. Mnogi autori su se bavili pro-blemom troškova, pa je razvijen veliki broj metoda za proračun i procenu troškova proizvodnje. Prema [26] metode za odreñivanje troškova se dele na intiutivne, komparativne, analogne, parametarske i analitičke. Za odreñivanje troškova u fazi konceptualnog projekto-vanja preporučuju se analogne i parametarske meto-de, kojima se prevashodno vrši procena troškova, kao što je predstavljeno u [27].



Za detaljno ili završno projektovanje preporučuju se analitičke metode kojima se vrši proračun troško-va, kao što je ABC (Activity-Based Costing) metoda, odnosno TD ABC (Time-Driven Activity-Based Co-sting), i dr. U metaloprerañivačkoj industriji savreme-ne metode se baziraju na troškovima obrade tipskih oblika (feature) [26, 27].

Vreme i troškovi se u velikom broju slučaja odre-ñuju paralelno jer su u meñusobnoj korelaciji. Za procenu vremena proizvodnje uglavnom se koriste standardne metode na osnovu unapred definisanih vremena pokreta i zahvata, kao i nekih pokazatelja karakteristika proizvoda i procesa, pri čemu se koriste i odgovarajuće tehnike, kao što je regresiona analiza [28], tehnike VI [29, 30], itd.

U cilju integracije projektovanja i proizvodnje po-kretani su brojni projekti. Tako su na NIST-u realizo-vani projekti SIMA (Systems Integration for Manufa-cturing Applications) i DPPI (Design and Process Planning Integration) [31, 32]. U novije vreme istra-živački napori u ovoj oblasti su fokusirani na primenu savremenih prilaza kao što su alati veštačke inteli-gencije i multi-agent sistemi, a manje na razvoj samih metodologija [21, 33].

Najpoznatije DfMA metodologije koje se danas najviše koriste su: Boothroyd-Dewhurst (DFMA) [6], Lucas-Hull (DfA) [34] i Hitachi (eng. Assembly Evo-lution Method-AEM) [35, 36]. Na osnovama ove tri metodologije razvijeni su i odgovarajući programski sistemi: • DFMA, Boothroyd Dewhurst Inc., USA, progra-

mski sistem razvijen prema metodologiji koju su razvili Boothroyd i Dewhurst [37]

• TeamSET, CSC Computer Sciences Ltd, UK, programski sistem razvijen prema metodologiji Lucas-Hull [7, 38] i

• AEM Assembly Evaluation Method, Hitachi Co-rp., Japan, prema metodologiji koju su razvili Miyakawa i Ohashi [39].

Pored ovih metodologija, postoje i mnoge druge kao što su na primer: AREM (eng. Assembly Reli-ability Evaluation Method) za procenu pouzdanosti montaže, FMEA (eng. Failure Modes and Effects Analysis) za analizu uzroka i efekata potencijalnih otkaza, FBME (eng. Feature Based Manufacturability Evaluation) za procenu tehnologičnosti konstrukcije proizvoda pomoću tipskih oblika, DAC (eng. Design for Assembly Cost Effectiveness) projektovanje za smanjenje troškova montaže, AOD (eng. Assembly Oriented Design) za uporedno projektovanje sklopova i delova, Nippodenso, sistematskog prilaza kod pro-jektovanja za montažu (eng. A systematic approach to Design for Assembly), i mnoge druge.

U domaćim uslovima razvijaju se uglavnom in-dividualna programska rešenja. kao što je rešenje pri-kazano u [39]. U radovima [40, 41] prikazano DfM programsko rešenje, koje se sastoji od modula za ana-lizu tehnologičnosti konstrukcije delova, izbor i ocenu tehnoloških procesa i procenu troškova njihove izrade. U radu [42] prikazano je DfM progamsko re-šenje koje je integrisano u CATIA programski sistem, namenjeno za razvoj tehnologičnih zupčastih preno-snika.

Takoñe, danas, postoje i rešenja za procenu tro-škova izrade i montaže koja se integrišu u unutar CAD platformi kao što je: DFMPro (eng. Design For Manufacturability and Assembly Solution). DFMPro se veoma uspešno integriše u okviru platformi kao što su: PTC Creo (Pro/E), SolidWorks, NX, Solid Edge i CATIA [43].

U nastavku ovog rada prikazane su tri najzastu-pljenije DfMA metodologije.

Boothroyd-Dewhurst DFMA metodologija Boothroyd-Dewhurst DfM metodologija je razvi-

jena u cilju dopunjavanja već razvijene DfA meto-dologije. Danas ona predstavlja značajan prilaz koji se primenjuje prilikom razvoja proizvoda u mnogim svetskim kompanijama. Ova metodologija ističe zna-čaj tipskih oblika (eng. Feature) na proizvodu u ranoj fazi njegovog razvoja, što je veoma važno zato što su tipski oblici usko povezani sa tehnološkim procesima njihove izrade. U okviru njene primene, razmatra se kombinovani izbor odgovarajućih materijala i procesa izrade. Proizvodni procesi su grupisani u tri grupe, primarne, kojima se oblikuju pripremci i delovi, se-kundarne kojima se vrši obrada ovih delova i terci-jalne, koji ne utiču na oblik dela. [6]

Boothroyd-Dewhurst DfA metodologija ocenjuje konstrukciju projektovanog proizvoda na osnovu koe-ficijenta efikasnosti projektovanja, odnosno efikasno-sti montaže, prema izrazu (1). Ova metodologija pre-poručuje eliminaciju nepotrebnih delova, kao i spa-janje pojedinih delova kako bi se smanjio broj kom-ponenata u proizvodu.

3 x teorijski minimum delovaE .P

ukupno vreme zahvata= (1)

Autori su razvili posebnu metodologiju za ocenu kvaliteta konstrukcije proizvoda za ručnu i automati-zovanu montažu, kao i metodologiju za izbor racio-nalne vrste montaže u zavisnosti od ulaznih zahteva proizvodnje, kao što su obim proizvodnje, broj i vari-jantnost sastavnih delova proizvoda, itd.

Boothroyd je 1994. godine predložio metodologi-ju za izradu i montažu, slika 5, u cilju skraćenja vre-mena izlaska proizvoda na tržište.



Slika 5 - Koraci primene DFMA metodologije [6]

Kod ove metodologije pažnja je prvo usmerena na konstrukciju proizvoda sa stanovišta njegove mon-taže kako bi se obezbedila najkvalitetnija konstrukcija proizvoda, a zatim izvršio izbor materijala i procesa izrade pojedinih delova. Nakon toga vrši se procena konstrukcije kako bi se minimizirali troškovi izrade proizvoda. Ovo za posledicu ima blago povećanje ut-rošenog vremena u konceptualnoj fazi projektovanja, dok se značajnije uštede u vremenu postižu u preli-minarnoj i detaljnoj fazi projektovanja.

Kao što je navedeno, na bazi ove metodologije razvijen je i odgovarajući DFMA programski sistem, čije verzije DFM Cost 2.2 i DFA 9.4 smo imali priliku da testiramo, primenom dobijene demo verzije od strane proizvoñača Boothroyd-Dewhurst Inc. [44].

Lucas-Hull DfA metodologija Lucas i Univerzitet Hull u UK su začetnici ove

DfA metodologije, koja je prvo razvijena za manu-elnu (ručnu) primenu. Kasnije, 1989. godine je raz-vijeno i DfA programsko rešenje, koje je zasnovano na “dijagramu toka zahvata montaže” (eng. Assembly Sequence Flowchart-ASF). [34]

Procena konstrukcije proizvoda sa stanovišta jed-nostavnije montaže kod ove metodologije uzima kru-cijalne aspekte pogodnosti montaže, kao i pogodnost izrade komponenata. Ova procena konstrukcije proiz-voda se vrši na osnovu četiri analize: funkcionalne analize, analize izrade, analize manipulacije i analize montaže, slika 6.

Slika 6 - Dijagram toka projektovanja kod Lucas-Hull

metodologije [34]

Funkcionalna analiza je zasnovana na smanje-njenju broja delova u konstrukciji proizvoda, tako što se vrši procena svakog pojedinačnog dela i proverava da li je on od suštinskog značaja za funkcionalnost proizvoda. Pri tome se delovi klasifikuju na funkci-onalne delove (A) i nefunkcionalne delove (B). Efika-snost projektovanja se proračunava prema izrazu (2), pri čemu je poželjna vrednost E.P. veća od 60%.

AE .P * 100%

A B

= + (2)

Analiza izrade se zasniva na odreñivanju relativ-nih troškova izrade svakog dela proizvoda u zavisno-sti od izabranog proizvodnog procesa. Ovi troškovi se odreñuju na osnovu proizvodnih troškova idealne ko-nstrukcije dela (Pt), troškova primenjenog materijala pripremka (Mt) i koeficijenta relativnih troškova ko-nstrukcije dela (Rt). Ovaj koeficijent zavisi od kara-kteristika dela, kao što su složenost oblika, zahtevane tolerancije i kvalitet obrañene površine, obradljivost materijala, i dr. Analiza izrade može da se posmatra kao DfM modul u okviru ove metodologije.

Analiza rukovanja se zasniva na proceni pogo-dnosti manipulacije sa delovima u slučaju ručne ili automatizovane montaže. Procena obuhvata karakte-ristike oblika delova, veličinu, težinu, i orijentaciju delova u prostoru, kao i mehaničke karakteristike de-lova. Pažljivim izborom zahvata ručne montaže i te-hnologije ulaganja dolazi se do povećanja sigurnosti i smanjenja oštećenja delova prilikom montaže.

Analiza montaže ima za za zadatak da istakne probleme pri montaži, neefikasne zahvate kao i da od-redi neophodnu opremu pri montaži odreñenog pro-izvoda. Analiza montaže prikazuje poteškoće koje se odnose na prihvatanje svakog dela i postavljanje po-jedinačnih delova u sklop, bilo da je reč o ručnim ili automatizovanim zahvatima.

Trenutna istraživanja ove metodologije usmerena su na takozvanu proaktivnu DfA metodologiju, slika 7, koja je pogodna za uporedno projektovanje sklo-pova i delova (eng. Assembly Oriented Design-AOD).

Slika 7 -Elementi proaktivne DfA metodologije [34]

U okviru ove metodologije postoje tri glavne po-drške, koje su od suštinskog značaja, i to za: grupu



proizvoda, konstrukciju proizvoda i projektovanje po-jedinačnih delova.

Podrška pri izboru grupe proizvoda – ima za cilj da pomogne projektantima da utvrde mogućnosti gru-pisanja delova pri projektovanju proizvoda. Ovde je od suštinskog značaja da se primenjuju standardne komponente i tipski oblici koji su zasnovani na pre-thodno projektovanim proizvodima, čime se omogu-ćuje racionalizacija i standardizacija delova i zahvata montaže. Na ovaj način se motivišu projektanti da primenjuju jednostavnije delove, tehnologije izrade i montaže.

Podrška pri definisanju konstrukcije proizvoda – ima za cilj da omogući projektantima procenu alterna-tivnih konstrukcija i zahvata montaže. Predložena pr-oaktivna DfA metodologija obuhvata jednostavni in-teraktivni metod za analizu zahvata montaže i neo-phodnih alata kako bi se uzela u obzir geometrijska ograničenja i ograničenja montaže. Ključni aspekt ge-nerisanja kvalitetne konstrukcije proizvoda i zahvata montaže je optimizacija broja delova. Kako bi se do-šlo do ovoga, funkcionalni zahtevi pojedinačnih delo-va moraju biti procenjeni na takav način da grupa de-lova može biti zamenjena sa jednim integrisanim de-lom. Ova vrsta podrške mora da sadrži podatke kao što su: opis procesa, obradivost materijala i moguć-nost razmatranja konstrukcije proizvoda.

Podrška pri konstruisanju delova – predstavlja za-vršnu fazu predložene metodologije, koja pruža po-dršku projektantima pri detaljnom projektovanju ko-mponenata. Kako bi se generisala konstrukcija proiz-voda koja je pogodna za izradu i montažu, neophodni su saveti u pogledu postavljanja i stezanja pojedina-čnih delova. Za to su potrebni podaci koji se odnose na mogućnosti procesa, kao i modeli troškova za ra-zne obradne procese i procese montaže. Ove informa-cije pružaju projektantima mogućnost da procene efe-kte donetih odluka u pogledu troškova i mogućnosti izrade. Sistem treba da pruži korisniku mogućnost prilagoñavanja podataka za konkretne proizvodne us-love.

Hitachi metodologija Ova metodologija za procenu pogodnosti mon-

taže (eng. Assembly Evaluation Method-AEM) je raz-vijena 1976. godine [35,36]. Nakon deset godina, u cilju usavršavanja postojeće metodologije, razvijena je takozvana „Nova AEM metodologija” (eng. New Assembly Evaluation Method), slika 8.

Ova metodologija za procenu pogodnosti monta-že se zasniva na odreñivanju dva koeficijenta:

1. Koeficijenta procene pogodnosti montaže E (koristi se u cilju procene kvaliteta konstrukcije pro-izvoda ili složenosti zahvata montaže) i

2. Koeficijenta procene troškova montaže K (ko-risti se u cilju procene troškova prilikom poboljšanja konstrukcije proizvoda).

Slika 8 – Hitachi-jeva metodologija za procenu pogo-

dnosti montaže [36] Procedura za procenu pogodnosti montaže u okvi-

ru Hitachi-jeve metodologije sastoji se od pripreme tehničke dokumentacije (u konceptualnoj fazi projek-tovanja), kao i definisanja „dokumenta“ na osnovu kojeg se vrši procena pogodnosti montaže. U okviru analize zahvata montaže unose se podaci kao što su naziv dela i broj komada, odreñuju zahvati montaže podsklopova, potom procedure za spajanje delova i unose simboli za svaki pojedinačni deo. Nakon toga, vrši se proračun koeficijenata procene E i K, koji se zatim uporeñuju sa željenim vrednostima. Na samom kraju vrši se poboljšanje konstrukcije proizvoda, pre-tragom delova i podsklopova koji imaju najmanju vrednost koeficijenta E, na osnovu čega se vrši re-dukcija delova.

Procena pogodnosti montaže otpočinje sa defini-sanjem neophodnih pokreta i zahvata (poznatiji kao elementarni zahvati) kako bi se izvršilo sklapanje sva-kog pojedinačnog dela odreñenog proizvoda, za čije označavaje se primenjuju specifični simboli. Tako-zvani kazneni poeni se dodeljuju pokretima i zahva-tima koji se razlikuju od jednostavnog kretanja verti-kalno prema dole. Ovaj vid kretanja se smatra najb-ržim i najednostavnijim i može da se obavlja ručno ili automatizovano. Kazneni poeni se odreñuju za svaki deo proizvoda (Ei za deo „i“), koji se zatim spajaju za ukupni broj delova (N), kako bi se dobila ukupna vre-dnost procene. Radi lakšeg predstavljanja, koeficijent procene pogodnosti montaže E, može se posmatrati i kao efikasnost projektovanja konstrukcije proizvoda. Efikasnost projektovanja čija je vrednost od 80% ili više, smatra se kao prihvatljivo rešenje.

Ukupni troškovi zahvata montaže poboljšane ko-nstrukcije proizvoda podeljeni sa ukupnim troškovi-



ma zahvata montaže prethodne konstrukcije proizvo-da predstavljaju koeficijent procene troškova montaže K. Proračun vrednosti K zavisi od ranije proračunate vrednosti E. Vrednosti E ≥ 80 % i K ≤ 0.7 pred-stavljaju željene, odnosno, ciljane vrednosti koefici-jenata. Ovo se najlakše može postići smanjivanjem broja delova prilikom redizajna konstrukcije proizvo-da ili primenom lakših zahvata montaže.

ZAKLJUČAK

Troškovi nastali tokom projektovanja proizvoda i tehnoloških procesa njihove izrade učestvuju u ma-lom delu ukupne cene proizvoda, meñutim, odluke koje se donose tokom ovih procesa značajno utiču na ukupne troškove razvoja novog proizvoda i od sušti-nske su važnosti za tržišni uspeh. Zbog toga je potre-bno zadatak proizvodnje razmatrati što je moguće ra-nije, još u fazi projektovanja proizvoda, odnosno raz-voja njegovog koncepta, jer su troškovi izmene veći ukoliko se one izvrše u kasnijoj fazi razvoja proiz-voda.

U cilju ispunjenja ovih zahteva, razvijene su od-govarajuće DfX metode, od kojih su pojedine ovde i navedene. U radu su detaljnije prikazane dve najza-stupljenije DfX metode, projektovanje za izradu (DfM) i projektovanje za montažu (DfA), odnosno, objedinjen koncept DfMA, sa opisom najznačajnijih metodologija.

Kako se danas izrañuju različiti proizvodi koji u svojoj konstrukciji sadrže manji broj komponenti, no-vije materijale, integrisane i specifične delove, stan-dardne delove i podsklopove, kao i jednostavnije pro-cedure montaže, može se slobodno reći da su meto-dologije projektovanja za izradu i montažu bitan deo skoro svakog projekta.

Prema podacima proizvodnih sistema koji su pri-menili ove metodologije postiže se povećanje kvali-teta proizvoda uz smanjenje troškova proizvodnje čak do 50%, što permanentno ukazuje na značaj njihove primene.

ZAHVALNOST:

Rad predstavlja deo istraživanja na projektu "Sa-vremeni prilazi u razvoju specijalnih uležištenja u mašinstvu i medicinskoj protetici", TR 35025, podr-žanom od strane Ministarstva prosvete, nauke i tehno-loškog razvoja Republike Srbije.

LITERATURA

[1] Bralla, J. G.: Design for Manufacturability Hand-book, 2nd Edition. McGraw-Hill, New York, 1998.

[2] Ashby M. F.: Materials Selection in Mechanical Design, 3rd edition, Butterworth-Heinemann, 2005.

[3] Dieter, E. G.: ASM Handbook-Material Selection and Design, Vol. 20, Ohio, 1997.

[4] Creese, Manufacturing Processes and Materials, Marcel Dekker, Inc., New York, 1999.

[5] Corrado, P. Design for Manufacturing: A structured Approach, Butterworth-Heinemann, Woburn, MA, 2001.

[6] Boothroyd, G., Dewhurst, P., Knigh, W.: Product Design for Manufacturing and Assembly, 3rd Edi-tion, Taylor&Francis, New York, 2011.

[7] Swift, K. G., Booker, J. D.: Process Selection: From Design to Manufacture, 2nd edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, 2003.

[8] Todić, V., Stanić, J.: Osnove optimizacije tehnolo-ških procesa izrade i konstrukcije proizvoda, FTN, Novi Sad, 2002.

[9] Wrigh, I. C.: Design methods in Engineering and Product Design, McGraw-Hill, London, 1998.

[10] Tarr, M., The DFX concept, URL: http://www.ami.ac.uk/courses/topics/0248_dfx/index.html

[11] Voigt electronic GmbH: Elmug presentation design for X, URL: http://www.voigt-electronic.de

[12] Ristić, M., Tehnološka ograničenja brzih proizvo-dnih tehnologija, IMK-14 Istraživanje i razvoj, Vol. 38, No. 1, Kruševac, 2011.

[13] Das, S. K., Datla, V., Samir, G., DFQM – An ap-proach for improving the quality of assembled pro-ducts, International Journal of product Research, Vol. 38, No. 2, pp. 457-477, 2000.

[14] Hauschild, M., Jeswiet, J., Alting, L.: From Life Cycle Assessment to Sustainable Production: Status and Perspectives, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 54, No. 2, pp. 1-21, 2005.

[15] Rose, C.M., Stevels, A., Ishii, K.: A new approach to end-of-life design advisor, Proceedings of the 2000 IEEE international symposium on electronics and tne environment, San Francisco, pp. 99-104, 2000.

[16] Raymond, H., Barnes, C.: Towards an integrated approach to “Design for X”: an agenda for decision-based DFX research, Research in Engineering Design, Vol. 21, No. 2, pp. 123-136, London, 2010.

[17] Fine, C. H., Golany, Naseraldin, H.: Modeling tra-deoffs in three dimensional concurrent engineering, Journal of Operations Management, Vol. 23, pp. 389-403, 2005.



[18] Jordan, P. W.: Designing pleasurable products-An introduction to the new human factors, Tay-lor&Francis, London, 2000.

[19] Kroes, P: Design methodology and the nature of te-chnical artefacts, Design Studied, Vol. 23, pp. 287-302.

[20] Gupta, S. K., Regli, W. C., Das, D., Nau, D.S.: Au-tomated Manufacturability Analysis: a Survey, Re-search in Engineering Design, Vol. 9. pp. 168–190, 1997.

[21] Feng, S., Song, E.: Preliminary Design and Manu-facturing Planning Integration Using Intelligent Ag-ents, 7th International Conference on Computer Su-pported Cooperative Work in Design (CSCWiD), Rio de Janeiro, pp. 270-275, 2002.

[22] Feng, S., Zhang Y.: Conceptual Process Planning–A definition and functional decomposition, Manufac-turing Science and Engineering, Proceedings of the International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Vol.10, pp.97-106, 1999.

[23] Luttervelt, C.A.: Research Challenges in CAPP, Production Engineering and Computers, Vol. 4, No. 5, FME, Belgrade, pp. 5-18, 2002.

[24] Febransyah, A.: A Feature-based Approach to Auto-mating High-Level Process Planning, Doctoral the-sis, Faculty of North Carolina State University, 2001.

[25] Todić V., Lukić D., Milošević M., Vukman J., Jo-vičić G.: Computer Aided Conceptual Process Pla-nning – A Short Review, 11th DEMI, FME, Banja Luka, pp. 367-373, 2013.

[26] Martin, P., Dantan, J. Y., Siadat, A.: Cost Estima-tion and Conceptual Process Planning, In Cunha, P. F. and Maropoulous, P. G. (ed.) Digital Enterprise Technology: Perspective and Future Challenges, Springer Science+Business Media, LLC., New York, pp. 243-250, 2007.

[27] H’Mida, F., Martin, P., Vernadat F.: Cost Esti-mation in Mechanical Production: the Cost Entity Approach Applied to Integrated Product Engineeri-ng, International Journal of Production Economics, Vol.103, No.1, pp.17-35, 2006.

[28] Antolić, D.: Procena vremena izrade proizvoda reg-resionim modelima, Magistraski rad, FSB, Zagreb, 2007.

[29] Mucientes, M., Vidal, J.C., Bugarin, A., Lama, M.: Processing times estimation in a manufacturing in-dustry through genetic programming, 3rd Interna-tional Workshop on Genetic and Evolving Fuzzy

Systems, Witten-Bommerholz, Germany, pp. 95-100, 2008.

[30] Sudiarso, A., Putranto R.A: Lead Time Estimation of A Production System using Fuzzy Logic Ap-proach for Various Batch Sizes, Proceedings of the World Congress on Engineering, Vol. III, London, pp 2231-2233, 2010.

[31] Nederbragt W., Allen R., Feng S., Kaing S., Sriram S., Zhang, Y.: The NIST Design/Process Planning Integration Project, Proceedings of AI and Manu-facturing Research Planning Workshop, Albuquer-que, New Mexico, pp. 135-139, 1998.

[32] Barkmeyer, E.J.: SIMA Reference Architecture Part 1: Activity Models, The National Institute of Stan-dards and Technology Internal Report 5939, Gaithe-rsburg, Maryland, 1996.

[33] Feng, S., Stouffer, K. A., Jurrens, K. K.: Manufa-cturing planning and predictive process model inte-gration using software agents, Advanced Engine-ering Informatics, Vol. 19, No. 2, pp. 135-142, 2005.

[34] The University of Hull: DFA Analysis Over-view,URL:http://www2.hull.ac.uk/discover/mapp/sandpit/dfa/dfa_analysis.aspx,

[35] Miyakawa, S., Ohashi, T.: The Hitachi Assem-blabilty Evaluation Method (AEM), Proceedings of 1st International Conference on Product Design for Assembly, 1986.

[36] Miyakawa, S., Ohashi, T., Iwata, M.: The Hitachi New Assemblability Evaluation Method (AEM), Trans. North Am. Manuf. Res. Inst. SME, pp. 352-359, 1990.

[37] DFMA software, URL:http://www.dfma.com/soft-ware/

[38] TeamSET software, CSC Manufacturing, Solihull, UK.,URL: www.teamset.com

[39] Ćosić, I., Anišić, Z., Lazarević, M.: Tehnologije montaže, FTN, Novi Sad, 2012.

[40] Lukić, D.: Razvoj opšteg modela tehnološke pri-preme proizvodnje, Doktorska disertacija, Univer-zitet u Novom Sadu, FTN, 2012.

[41] Lukić D., Todić V., Milošević M., Jovičić G., Vu-kman J.: Software development for conceptual pro-cess planning, 11th DEMI, Banja Luka: FME, pp. 375-381, 2013.

[42] Ristić, M.: Projektovanje proizvoda sa aspekta teh-nologičnosti, Magistarski rad, Mašinski fakultet, Niš, 2012.



[43] DFMPro-Geometric,Ltd., URL:http://dfmpro.geometricglobal.com,

[44] Todić, V., Lukić, D., Milošević, M., Jovičić, G., Vukman, J., Manufacturability of product design

regarding suitability for manufacturing and asse-mbly (DfMA), Journal of Production Engineering, Vol. 16, No. 1, pp. 47-50, Novi Sad, 2013.

SUMMARY

DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY WITHIN DESIGN FOR EXCELLENCE: APPROACHES, METHODS AND METHODOLOGIES

Design for eXcellence (DfX) represent methodology which aims to define and implement a series of demands which enables the development of optimal product in terms of its manufacturing (DfM), assembly (DfA), disassembly (DfD), environmental impact (DfE), and many others. Because of impossibility considering these aspects in the design, for results can get a product that is too expensive, and therefore less profitable. This paper presents the basic DfX methods, as well as some less well-established methods, while special attention dedicated methodologies related to the design for manufacturing and assembly of products. Key words: Design for eXcellence (DfX), Design for Manufacturing (DfM), Design for Assembly (DfA), Design for Manufacturing and Assembly (DfMA)

projektovanje za izradu i montažu u okviru projektovanja...

Documents