Üretilebilirlik için tasarım - Design for manufacturability

Üretilebilirlik için yeniden tasarlandı

Üretilebilirlik için tasarım (bazen imalat için tasarım veya DFM olarak da bilinir ), ürünleri, üretimi kolay olacak şekilde tasarlamanın genel mühendislik uygulamasıdır . Konsept, neredeyse tüm mühendislik disiplinlerinde mevcuttur, ancak uygulama, üretim teknolojisine bağlı olarak büyük ölçüde farklılık gösterir. DFM , üretim maliyetlerini azaltmak için üretim sürecini kolaylaştırmak için bir ürünü tasarlama veya mühendislik sürecini tanımlar . DFM, potansiyel sorunların, bunları ele almak için en ucuz yer olan tasarım aşamasında düzeltilmesine izin verecektir. Hammaddenin türü, hammaddenin şekli, boyutsal toleranslar ve bitirme gibi ikincil işlemler gibi diğer faktörler üretilebilirliği etkileyebilir.

Çeşitli üretim proseslerine bağlı olarak, DFM uygulamaları için belirlenmiş kurallar vardır. Bu DFM yönergeleri, DFM ile ilgili çeşitli toleransları, kuralları ve genel üretim kontrollerini tam olarak tanımlamaya yardımcı olur.

DFM, tasarım sürecine uygulanabilirken, DFSS (Altı Sigma için Tasarım) adı verilen benzer bir kavram da birçok kuruluşta uygulanmaktadır.

Baskılı devre kartları (PCB) için

Gelen PCB tasarım süreci, üretilebilirliği sağlamak girişiminde tasarım yönergeleri kümesine DFM yol açar. Böylece tasarım aşamasında olası üretim sorunları giderilebilir.

İdeal olarak, DFM yönergeleri imalat endüstrisinin süreçlerini ve yeteneklerini hesaba katar. Bu nedenle, DFM sürekli gelişmektedir.

İmalat şirketleri, süreçlerin giderek daha fazla aşamasını geliştirip otomatikleştirdikçe, bu süreçler daha ucuz hale gelme eğilimindedir. DFM genellikle bu maliyetleri azaltmak için kullanılır. Örneğin, bir işlem makineler tarafından otomatik olarak yapılabiliyorsa (yani SMT bileşenlerinin yerleştirilmesi ve lehimlenmesi), bu işlemin elle yapmaktan daha ucuz olması muhtemeldir.

Entegre devreler için (IC)

Son teknoloji ürünü VLSI teknolojisinde yüksek verimli tasarımlar elde etmek, minyatürleştirmenin yanı sıra öncü ürünlerin karmaşıklığı nedeniyle son derece zorlu bir görev haline geldi. Burada, DFM metodolojisi, entegre devrelerin (IC) tasarımını daha üretilebilir kılmak, yani fonksiyonel verimlerini, parametrik verimlerini veya güvenilirliklerini geliştirmek için değiştirmek için bir dizi teknik içerir .

Arka fon

Geleneksel olarak, nanometre öncesi çağda, DFM , bir entegre devrenin fiziksel düzeninin şekilleri ve çokgenleri ile ilgili bazı yumuşak (önerilen) tasarım kurallarını uygulamaya çalışan bir dizi farklı metodolojiden oluşuyordu . Bu DFM metodolojileri öncelikle tam çip düzeyinde çalıştı. Ek olarak, süreç varyasyonlarının performans ve diğer parametrik verim kaybı türleri üzerindeki etkisini en aza indirmek için farklı soyutlama seviyelerinde en kötü durum simülasyonları uygulandı. Tüm bu farklı en kötü durum simülasyonları, temel olarak , bir üretim sürecindeki tüm varyasyon aralığında transistör performansının değişkenliğini temsil etmesi amaçlanan bir dizi en kötü durum (veya köşe) SPICE cihaz parametre dosyasına dayanıyordu .

Verim kaybı mekanizmalarının taksonomisi

VLSI IC'ler için en önemli verim kaybı modelleri (YLM'ler), yapılarına göre birkaç kategoride sınıflandırılabilir.

  • İşlevsel verim kaybı hala baskın faktördür ve yanlış işleme (örneğin, ekipmanla ilgili sorunlar), yazdırılabilirlik veya düzlemselleştirme sorunları gibi sistematik etkiler ve tamamen rastgele kusurlar gibi mekanizmalardan kaynaklanır.
  • Yüksek performanslı ürünler, süreç dalgalanmalarından veya çevresel faktörlerden (besleme voltajı veya sıcaklık gibi) kaynaklanan parametrik tasarım marjinallikleri sergileyebilir .
  • Test ile ilişkili verim kayıpları yanlış test neden olduğu, aynı zamanda önemli bir rol oynayabilir.

teknikler

Verim kaybının nedenlerini anladıktan sonraki adım, tasarımı mümkün olduğunca dayanıklı hale getirmektir. Bunun için kullanılan teknikler şunları içerir:

  • Zamanlama, güç ve yönlendirilebilirliğin izin verdiği durumlarda daha yüksek verimli hücrelerin değiştirilmesi.
  • Mümkünse ara bağlantı kablolarının aralığını ve genişliğini değiştirmek
  • Dahili belleklerdeki artıklık miktarını optimize etme.
  • Mümkün olduğunda bir tasarımda hataya dayanıklı (yedek) yolların değiştirilmesi

Tüm bunlar, verim kaybı mekanizmalarının ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını gerektirir, çünkü bu değişiklikler birbiriyle değiş tokuş eder. Örneğin, gereksiz geçişlerin kullanılması , geçiş sorunları olasılığını azaltacak, ancak istenmeyen kısa geçişlerin olasılığını artıracaktır. Bu nedenle, bunun iyi bir fikir olup olmadığı, verim kaybı modellerinin ayrıntılarına ve belirli tasarımın özelliklerine bağlıdır.

CNC işleme için

Amaç

Amaç daha düşük maliyetle tasarım yapmaktır. Maliyet zamana bağlıdır, bu nedenle tasarım sadece işlemek (malzemeyi çıkarmak) için değil, aynı zamanda CNC makinesinin kurulum süresini , NC programlamayı, fikstürle bağlamayı ve üretime bağlı diğer birçok faaliyeti de en aza indirmelidir . parçanın karmaşıklığı ve boyutu.

İşlemlerin Kurulum Süresi (Parça Çevirme)

4. ve/veya 5. Eksen kullanılmadığı sürece, CNC parçaya yalnızca tek bir yönden yaklaşabilir. Tek seferde bir taraf işlenmelidir (operasyon veya Op olarak adlandırılır). Ardından, tüm özellikleri işlemek için parça bir yandan diğer yana çevrilmelidir. Unsurların geometrisi, parçanın ters çevrilmesi gerekip gerekmediğini belirler. Ops (parçanın çevrilmesi) ne kadar fazla olursa, parça o kadar pahalı olur çünkü önemli "Kurulum" ve "Yükleme/Boşaltma" süresi gerektirir.

Her işlemin (parçanın çevrilmesi) kurulum süresi, makine süresi, takımları yükleme/boşaltma süresi, parçaları yükleme/boşaltma süresi ve her işlem için NC programı oluşturma süresi vardır. Bir parçanın yalnızca 1 işlemi varsa, parçaların yalnızca bir kez yüklenmesi/boşaltılması gerekir. 5 işlemi varsa yükleme/boşaltma süresi önemlidir.

Düşük asılı meyve, önemli tasarruflar yaratmak için işlem sayısını (parçanın çevrilmesi) en aza indiriyor. Örneğin, küçük bir parçanın yüzünü işlemek sadece 2 dakika sürebilir, ancak makineyi bunu yapacak şekilde ayarlamak bir saat sürecektir. Veya, her biri 1,5 saatte 5 işlem varsa, ancak toplam makine süresi yalnızca 30 dakikaysa, yalnızca 30 dakikalık işleme için 7,5 saat ücretlendirilir.

Son olarak, hacim (işlenecek parça sayısı), kurulum süresinin, programlama süresinin ve diğer faaliyetlerin parça maliyetine indirgenmesinde kritik bir rol oynar. Yukarıdaki örnekte, 10 adetlik parça, 100 adetlik parça maliyetinin 7-10 katına mal olabilir.

Tipik olarak, azalan getiriler yasası 100-300 hacimlerde kendini gösterir çünkü kurulum süreleri, özel takımlar ve fikstürler gürültüye indirgenebilir.

Malzeme Türü

En kolay işlenen metal türleri arasında alüminyum , pirinç ve daha yumuşak metaller bulunur. Çelik , paslanmaz çelik , titanyum ve egzotik alaşımlar gibi malzemeler daha sert, daha yoğun ve daha güçlü hale geldikçe, işlenmesi çok daha zor hale gelir ve çok daha uzun sürer, dolayısıyla daha az üretilebilir hale gelirler. Çoğu plastiğin işlenmesi kolaydır, ancak fiberglas veya karbon fiber ilaveleri işlenebilirliği azaltabilir. Özellikle yumuşak ve yapışkan olan plastiklerin kendi işlenebilirlik sorunları olabilir.

Malzeme formu

Metaller her formda gelir. Örnek olarak alüminyum durumunda, çubuk stok ve levha, işlenmiş parçaların yapıldığı en yaygın iki formdur. Bileşenin boyutu ve şekli, hangi malzeme formunun kullanılması gerektiğini belirleyebilir. Mühendislik çizimlerinin bir formu diğerinin üzerinde belirtmesi yaygındır. Çubuk stoğu genellikle pound bazında levha maliyetinin 1/2'sine yakındır. Bu nedenle, malzeme formu doğrudan bileşenin geometrisi ile ilgili olmasa da, malzemenin en ucuz formu belirlenerek tasarım aşamasında maliyet kaldırılabilir.

toleranslar

İşlenmiş bir bileşenin maliyetine önemli bir katkıda bulunan faktör, unsurların yapılması gereken geometrik toleranstır. Gerekli tolerans ne kadar sıkıysa, parçanın işlenmesi o kadar pahalı olacaktır. Tasarlarken, bileşenin işlevine hizmet edecek en gevşek toleransı belirtin. Toleranslar, özellik bazında belirtilmelidir. Daha yüksek toleranslara sahip olanlar kadar iyi performans gösteren daha düşük toleranslara sahip bileşenleri tasarlamanın yaratıcı yolları vardır.

Tasarım ve şekil

Talaşlı imalat eksiltici bir işlem olduğundan, malzemeyi çıkarma süresi işleme maliyetini belirlemede önemli bir faktördür. Kaldırılacak malzemenin hacmi ve şekli ile takımların ne kadar hızlı beslenebileceği işleme süresini belirleyecektir. Frezeleme takımlarını kullanırken , takımın uzunluk-çap oranı ile belirlenen takımın mukavemeti ve sertliği, bu hızın belirlenmesinde en büyük rolü oynayacaktır. Takım çapına göre ne kadar kısa olursa, malzemeden o kadar hızlı beslenebilir. 3:1 (L:D) veya altı bir oran optimumdur. Bu oran elde edilemezse, burada gösterilene benzer bir çözüm kullanılabilir. Delikler için, takımların uzunluk-çap oranı daha az kritiktir ancak yine de 10:1'in altında tutulmalıdır.

İşlenmesi az ya da çok pahalı olan birçok başka özellik türü vardır. Genellikle pahlar, dış yatay kenarlardaki yarıçaplardan daha ucuza işlenir. 3D enterpolasyon, aynı düzlemde olmayan kenarlarda 10 kat maliyete neden olan yarıçaplar oluşturmak için kullanılır. Alttan kesimlerin işlenmesi daha pahalıdır. L:D oranından bağımsız olarak daha küçük takımlar gerektiren özellikler daha pahalıdır.

Muayene için Tasarım

Denetim için Tasarım (DFI) kavramı, ürün üretim maliyetini azaltmak ve üretim pratikliğini artırmak için Üretilebilirlik için Tasarım (DFM) ve Montaj için Tasarım (DFA) ile tamamlamalı ve işbirliği içinde çalışmalıdır . Bu yöntemin, tasarım incelemesi sunumlarına ve belgelerine hazırlanma ihtiyacı gibi, saatlerce ek çalışma gerektirdiğinden takvim gecikmelerine neden olabileceği durumlar vardır. Bunu ele almak için, periyodik teftişler yerine kuruluşların, özellikle ürün geliştirme aşamasında, üst yönetimin proje liderine, ürün performansı, maliyet beklentilerine göre üretim süreçlerini ve sonuçları değerlendirme yetkisi verdiği yetkilendirme çerçevesini benimsemeleri önerilmektedir. , kalite ve geliştirme süresi. Ancak uzmanlar, ürün güvenilirliği, güvenlik ve yaşam döngüleri gibi temel faktörleri belirleyen performans ve kalite kontrolünde çok önemli olduğu için DFI'nin gerekliliğini belirtiyorlar . Denetimin zorunlu olduğu bir havacılık ve uzay bileşenleri şirketi için, denetim için üretim sürecinin uygunluğu şartı vardır. Burada, tasarım tekliflerini değerlendiren denetlenebilirlik endeksi gibi bir mekanizma benimsenmiştir. DFI'nin bir başka örneği, farklı tipte muayene ve bakımın mevcut olduğu sistemler için muayene ve bakım planlamasında uygulanan kümülatif uygunluk çizelgesi sayısı (CCC çizelgesi) kavramıdır.

Eklemeli üretim için tasarım

Katmanlı üretim , bir tasarımcının bir ürün veya parçanın tasarımını optimize etme (örneğin malzeme tasarrufu için) yeteneğini genişletir. Katmanlı imalat için özel olarak hazırlanmış tasarımlar, bazen işleme veya imalat operasyonlarının şekillendirilmesi için hazırlanmış tasarımlardan çok farklıdır.

Ek olarak, eklemeli üretim makinelerinin bazı boyut kısıtlamaları nedeniyle, bazen ilgili daha büyük tasarımlar, kendinden montaj özellikleri veya bağlantı elemanları konumlandırıcıları ile daha küçük bölümlere ayrılır.

Fused Deposition Modeling gibi eklemeli üretim yöntemlerinin ortak bir özelliği, taşan parça özellikleri için geçici destek yapılarına ihtiyaç duymasıdır. Bu geçici destek yapılarının işlem sonrası çıkarılması, genel üretim maliyetini artırır. Parçalar, geçici destek yapılarına olan ihtiyacı ortadan kaldırarak veya azaltarak eklemeli imalat için tasarlanabilir. Bu, sarkan yapıların açısını verilen eklemeli imalat makinesi, malzeme ve proses sınırından daha az olacak şekilde sınırlayarak yapılabilir (örneğin, dikeyden 70 dereceden az).

Ayrıca bakınız

Referanslar

Kaynaklar

  • Mentor Graphics - DFM: Nedir ve ne yapacak? (talep formu doldurulmalıdır).
  • Mentor Graphics - DFM: Magic Bullet veya Marketing Hype (talep formunu doldurmanız gerekir).
  • Entegre Devreler için Elektronik Tasarım Otomasyonu El Kitabı , Lavagno, Martin ve Scheffer tarafından, ISBN  0-8493-3096-3 EDA alanının bir araştırması. Yukarıdaki özet, Nicola Dragone, Carlo Guardiani ve Andrzej J. Strojwas tarafından Cilt II, Bölüm 19, Tasarım için Üretilebilirlik in the Nanometer Era'dan izin alınarak türetilmiştir.
  • Üretilebilirlik ve İstatistiksel Tasarım için Tasarım: Yapıcı Bir Yaklaşım , Michael Orshansky, Sani Nassif, Duane Boning ISBN  0-387-30928-4
  • SEER-IC/H Kullanarak Uzay ASIC'lerini Tahmin Etme , Robert Cisneros, Tecolote Research, Inc. (2008) Komple Sunum

Dış bağlantılar