Дизайн на технологичность - Design for manufacturability

Модернизирован для повышения технологичности

Дизайн на технологичность (также иногда называют дизайн для изготовления или же DFM) является общей инженерной практикой проектирование продукты таким образом, чтобы их было легко производить. Эта концепция существует практически во всех инженерных дисциплинах, но реализация сильно различается в зависимости от технологии производства. DFM описывает процесс проектирования или разработки продукта, чтобы облегчить производство процесс с целью снижения затрат на его производство. DFM позволит устранить потенциальные проблемы на этапе проектирования, что является наименее затратным способом их решения. На технологичность производства могут влиять другие факторы, такие как тип сырья, форма сырья, допуски на размеры и вторичная обработка, например отделка.

В зависимости от различных типов производственных процессов существуют определенные руководящие принципы для практики DFM. Эти инструкции DFM помогают точно определить различные допуски, правила и общие производственные проверки, связанные с DFM.

Хотя DFM применим к процессу проектирования, аналогичная концепция называется DFSS (Дизайн для шести сигм) также практикуется во многих организациях.

Для печатных плат (PCB)

в Печатная плата В процессе проектирования DFM приводит к набору руководящих принципов проектирования, направленных на обеспечение технологичности. Таким образом, возможные производственные проблемы могут быть решены на этапе проектирования.

В идеале, рекомендации DFM должны учитывать процессы и возможности обрабатывающей промышленности. Поэтому DFM постоянно развивается.

По мере того как производственные компании развиваются и автоматизируют все больше и больше этапов процессов, эти процессы имеют тенденцию удешевляться. DFM обычно используется для снижения этих затрат.[1] Например, если процесс может выполняться машинами автоматически (т.е. SMT размещение компонентов и пайка), такой процесс, вероятно, будет дешевле, чем делать это вручную.

Для интегральных схем (ИС)

Достижение высокопроизводительных проектов на современном уровне техники СБИС технология стала чрезвычайно сложной задачей из-за миниатюризации, а также сложности передовых продуктов. Здесь методология DFM включает в себя набор методов для изменения дизайна интегральные схемы (IC), чтобы сделать их более технологичными, т. Е. Улучшить их функциональный выход, параметрический выход или их надежность.

Фон

Традиционно, в эпоху до нанометров, DFM состояла из набора различных методологий, пытающихся обеспечить соблюдение некоторых мягких (рекомендуемых) правил проектирования, касающихся форм и многоугольников физическая схема интегральной схемы. Эти методологии DFM работали в основном на уровне полной микросхемы. Кроме того, было применено моделирование наихудшего случая на разных уровнях абстракции, чтобы минимизировать влияние изменений процесса на производительность и другие типы параметрических потерь урожая. Все эти различные типы моделирования наихудшего случая были по существу основаны на базовом наборе наихудшего случая (или углового) СПЕЦИЯ файлы параметров устройства, которые были предназначены для представления изменчивости характеристик транзистора во всем диапазоне изменений в процессе изготовления.

Таксономия механизмов потери урожая

Наиболее важные модели потерь доходности (YLM) для СБИС ИС можно разделить на несколько категорий в зависимости от их характера.

  • Потеря функциональной доходности по-прежнему является доминирующим фактором и вызывается такими механизмами, как неправильная обработка (например, проблемы, связанные с оборудованием), систематические эффекты, такие как проблемы с возможностью печати или выравнивания, и чисто случайные дефекты.
  • Высокопроизводительные продукты могут выставляться маржинальность параметрического проектирования вызванные колебаниями процесса или факторами окружающей среды (такими как напряжение питания или температура).
  • В потери урожая, связанные с испытаниями, которые вызваны неправильным тестированием, также могут сыграть значительную роль.

Методы

После понимания причин потери урожайности следующий шаг - сделать конструкцию максимально устойчивой. Для этого используются следующие методы:

  • Замена ячеек с более высокой производительностью, если это разрешено по времени, мощности и возможности маршрутизации.
  • По возможности изменение расстояния между соединительными проводами и их ширины.
  • Оптимизация количества избыточности во внутренней памяти.
  • Замена отказоустойчивых (избыточных) переходных отверстий в конструкции, где это возможно

Все это требует детального понимания механизмов потери урожая, поскольку эти изменения противоречат друг другу. Например, введение избыточных переходные отверстия уменьшит вероятность возникновения проблем с переходными отверстиями, но увеличит вероятность нежелательных коротких замыканий. Следовательно, будет ли это хорошей идеей, зависит от деталей моделей потерь урожая и характеристик конкретной конструкции.

Для обработки с ЧПУ

Цель

Цель состоит в том, чтобы спроектировать более низкую стоимость Стоимость зависит от времени, поэтому конструкция должна минимизировать время, необходимое не только для обработки (удаления материала), но также и время настройки Станок с ЧПУ, Программирование ЧПУ, крепление и многие другие действия, которые зависят от сложности и размера детали.

Время настройки операций (переворот детали)

Если не используется 4-я и / или 5-я оси, ЧПУ может приближаться к детали только с одного направления. За один раз необходимо обрабатывать одну сторону (это называется операцией или Op). Затем деталь нужно перевернуть из стороны в сторону, чтобы обработать все детали. Геометрия элементов определяет, нужно ли переворачивать деталь или нет. Чем больше операций (переворачивание детали), тем дороже деталь, потому что это требует значительного времени на установку и загрузку / выгрузку.

Каждая операция (переворот детали) имеет время настройки, машинное время, время загрузки / выгрузки инструментов, время загрузки / выгрузки деталей и время для создания программы ЧПУ для каждой операции. Если деталь имеет только 1 операцию, тогда детали нужно загружать / выгружать только один раз. Если у него 5 операций, то время загрузки / выгрузки значительное.

Низко висящий фрукт сводит к минимуму количество операций (переворачивание детали), что дает значительную экономию. Например, обработка лицевой стороны небольшой детали может занять всего 2 минуты, а на настройку станка потребуется час. Или, если выполняется 5 операций по 1,5 часа каждая, но всего 30 минут машинного времени, то 7,5 часов затрачиваются всего на 30 минут обработки.[2]

Наконец, объем (количество деталей, подлежащих обработке) играет решающую роль в амортизации времени настройки, программирования и других действий в стоимости детали. В приведенном выше примере деталь в количестве 10 может стоить в 7–10 раз больше стоимости в количестве 100 штук.

Обычно закон убывающей доходности проявляется в объемах 100–300, потому что время наладки, специальные инструменты и приспособления могут быть амортизированы до уровня шума.[3]

Тип материала

К наиболее легко обрабатываемым типам металлов относятся: алюминий, латунь, и более мягкие металлы. Поскольку материалы становятся тверже, плотнее и прочнее, например стали, нержавеющая сталь, титан, и экзотические сплавы, их становится труднее обрабатывать, и для них требуется гораздо больше времени, что делает их менее технологичными. Наиболее виды пластика их легко обрабатывать, хотя добавление стекловолокна или углеродного волокна может снизить обрабатываемость. Пластики, которые являются особенно мягкими и липкими, могут иметь собственные проблемы с обрабатываемостью.

Материальная форма

Металлы бывают всех форм. В случае алюминия, например, пруток и лист являются двумя наиболее распространенными формами, из которых изготавливаются детали. Размер и форма компонента могут определять, какую форму материала необходимо использовать. Для инженерных чертежей обычно указывается одна форма над другой. Пруток обычно составляет около 1/2 стоимости листа в расчете на фунт. Таким образом, хотя форма материала не связана напрямую с геометрией компонента, стоимость может быть устранена на этапе проектирования, указав наименее дорогостоящую форму материала.

Допуски

Существенным фактором, влияющим на стоимость обработанного компонента, является геометрический допуск, с которым должны быть выполнены элементы. Чем жестче требуемый допуск, тем дороже будет обработка детали. При проектировании укажите наименьший допуск, который будет выполнять функцию компонента. Допуски необходимо указывать для каждого элемента отдельно. Существуют творческие способы конструировать компоненты с более низкими допусками, которые при этом работают хорошо, а также компоненты с более высокими допусками.

Дизайн и форма

Поскольку обработка - это процесс вычитания, время удаления материала является основным фактором при определении стоимости обработки. Объем и форма удаляемого материала, а также скорость подачи инструментов определяют время обработки. Когда используешь фрезы, прочность и жесткость инструмента, которые частично определяются отношением длины инструмента к диаметру, будут играть наибольшую роль в определении этой скорости. Чем короче инструмент относительно его диаметра, тем быстрее он может проходить через материал. Оптимальное соотношение 3: 1 (L: D) или меньше.[4] Если это соотношение не может быть достигнуто, можно использовать решение, подобное изображенному здесь.[5] Для отверстий отношение длины инструмента к диаметру менее критично, но его все же следует поддерживать ниже 10: 1.

Есть много других типов функций, которые более или менее дороги в обработке. Обычно обработка фаски обходится дешевле, чем радиусы на внешних горизонтальных кромках. Трехмерная интерполяция используется для создания радиусов на кромках, которые не находятся в одной плоскости, что требует 10-кратного увеличения затрат.[6] Обработка канавок дороже. Функции, требующие меньших инструментов, независимо от соотношения L: D, более дороги.

Дизайн для проверки

Концепция чего-либо Дизайн для проверки (DFI) должны дополнять и работать в сотрудничестве с Дизайн для технологичности (DFM) и Дизайн для сборки (DFA) для снижения стоимости производства продукции и повышения практичности производства. Бывают случаи, когда этот метод может вызвать календарные задержки, поскольку он требует много часов дополнительной работы, например, в случае необходимости подготовить презентации и документы для обзора проекта. Для решения этой проблемы предлагается, чтобы вместо периодических проверок организации могли принять структуру наделения полномочиями, особенно на стадии разработки продукта, когда высшее руководство уполномочивает руководителя проекта оценивать производственные процессы и результаты в соответствии с ожиданиями в отношении производительности продукта, стоимости , качество и время разработки.[7] Эксперты, однако, ссылаются на необходимость DFI, потому что он имеет решающее значение для производительности и контроль качества, определяя ключевые факторы, такие как надежность, безопасность и жизненный цикл продукта.[8] Для аэрокосмический Компоненты компании, где осмотр является обязательным, существует требование о пригодности производственного процесса для проверки. Здесь принят такой механизм, как индекс инспектируемости, который оценивает проектные предложения.[9] Другим примером DFI является концепция совокупного подсчета соответствия диаграмм (диаграмма CCC), которая применяется при планировании проверок и технического обслуживания для систем, где доступны различные типы проверок и технического обслуживания.[10]

Дизайн для аддитивного производства

Основная статья: Дизайн для аддитивного производства

Производство добавок расширяет возможности дизайнера по оптимизации конструкции продукта или детали (например, для экономии материалов). Конструкции, предназначенные для аддитивного производства, иногда сильно отличаются от конструкций, предназначенных для операций механической обработки или формовки.

Кроме того, из-за некоторых ограничений по размеру машин для аддитивного производства иногда связанные более крупные конструкции разделяются на более мелкие секции с функциями самосборки или локаторами крепежа.

Общей характеристикой аддитивных методов производства, таких как моделирование наплавлением, является необходимость во временных опорных конструкциях для выступающих деталей. Удаление этих временных опорных конструкций после обработки увеличивает общую стоимость изготовления. Детали могут быть спроектированы для аддитивного производства за счет устранения или уменьшения необходимости во временных опорных конструкциях. Это можно сделать, ограничив угол нависания конструкций до значения, меньшего, чем предел для данной машины, материала и процесса аддитивного производства (например, менее 70 градусов от вертикали).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Dolcemascolo, Даррен. «DFM помогает производителям снижать затраты при сохранении стоимости». Надежный завод.
  2. ^ «Как проектировать дешевые обработанные детали и почему? - Параметрическое производство». 3 сентября 2016 г.
  3. ^ "Руководство по прототипированию и производству станков с ЧПУ - параметрическое производство".
  4. ^ Inc., eFunda. «Фрезерование: правила проектирования».
  5. ^ «Руководство по дизайну» (PDF). Профессиональный ЧПУ. Получено 30 января, 2017.
  6. ^ «Убийца №1 для недорогой детали, обработанной с ЧПУ - Параметрическое производство - Станочный цех с ЧПУ + электроэрозионный электроэрозионный станок». 17 июля 2016 г.
  7. ^ Андерсон, Дэвид (2004). Дизайн для технологичности и параллельное проектирование: как проектировать с низкими затратами, проектировать с высоким качеством, проектировать для бережливого производства и быстро проектировать для быстрого производства. Камбрия, Калифорния: CIM Press. п. 28. ISBN  978-1878072238.
  8. ^ Гупта, Правин (2006). Бизнес-карта "Шесть сигм", Глава 3 - Потребность в бизнес-карте "Шесть сигм". Нью-Йорк: McGraw Hill Professional. п. 4. ISBN  9780071735117.
  9. ^ Столт, Роланд; Элг, Фредерик; Андерссон, Петтер (2017). «Дизайн для проверки - оценка проверяемости аэрокосмических компонентов на ранних этапах проектирования». Производство процедур. 11: 1193–1199. Дои:10.1016 / j.promfg.2017.07.244 - через Elsevier Science Direct.
  10. ^ Чан, Лин-Яу; Ву, Шаоминь (1 октября 2009 г.). «Оптимальный дизайн для политики осмотра и технического обслуживания на основе диаграммы CCC». Компьютеры и промышленная инженерия. 57 (3): 667–676. Дои:10.1016 / j.cie.2008.12.009. ISSN  0360-8352.

Источники

  • Наставник Графика - DFM: Что это такое и для чего он нужен? (необходимо заполнить форму запроса).
  • Наставник Графика - DFM: Magic Bullet или маркетинговая шумиха (необходимо заполнить форму запроса).
  • Справочник по автоматизации проектирования электроники для интегральных схем, Лаваньо, Мартин и Шеффер, ISBN  0-8493-3096-3 Обзор области EDA. Приведенное выше резюме было взято с разрешения из главы 19 тома II, Дизайн для технологичности в эпоху нанометров, Николой Драгоне, Карло Гардиани и Анджеем Стройвасом.
  • Дизайн для технологичности и статистический дизайн: конструктивный подходАвторы: Майкл Оршанский, Сани Нассиф, Дуэйн Бонинг ISBN  0-387-30928-4
  • Оценка космических ASIC с помощью SEER-IC / H, Роберт Сиснерос, Tecolote Research, Inc. (2008) Полная презентация

внешняя ссылка