DFMA-Kuliah 1 (HDSB) [PDF]

Citation preview

DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA)



Laboratorium Perancangan Manufaktur dan Otomasi Hendri DS Budiono, Henky S Nugroho, Gandjar Kiswanto



Target Kuliah-1 1. Mahasiswa bisa menjelaskan proses Disain dengan benar, tantangan yang dihadapi industri dan upaya yang telah dilakukan peneliti hingga saat ini kaitannya dengan DFMA



Tugas Kuliah-1 1. Mahasiswa diminta membuat tulisan berisi evaluasi dini penerapan prinsip DFA pada suatu produk yang telah dikembangkan



Terminologi-Awal 1. Design : proses perancanan 2. Early stage of Design : Tahap awal proses perancangan 3. Manufacturing : proses pembuatan produk dari raw material menjadi produk jadi (pemesinan dan perakitan) 4. Assembly : proses perakitan atau penggabungan 5. Produksi (aktivitas membuat produk dengan jumlah banyak/massal) 6. Kompleksitas Assembly (tingkat kerumitan proses perakitan)



Pengajar dan Referensi • • • • •



Pengajar



: Hendri DS Budiono Henky S Nugroho Office : Dept. of Mechanical Eng. UI Telepon : 7270032 ext. 212 E-mail : [email protected] [email protected] Referensi :  Boothroyd, Design for Manufacture and Assembly, 3nd Edition  International Journals  Powerpoint Presentation



Topik kuliah 1. 2. 3. 4.



Introduction Selection of Materials and Processes Product Design for Manual Assembly Electrical Connections and Wire Harness Assembly 5. Design for High-Speed Automatic Assembly and Robot Assembly 6. Design for Manufaktur (Machining) 7. Design For Manufacture and ComputerAided Design



Evaluasi kuliah  Evaluasi : Group Work (Tugas ) Mid Test Quiz (2 times x 5 %) Final Test  Skala nilai : A/AB+/B/BC+/C/CD+/D/D-



20% 30% 20% 30%



80 - 100 70 - 79 55 - 69 30 - 54



The DESIGN FOR ASSEMBLY  Apa yang anda ketahui apa itu : proses perancangan dan tahap awal proses perancangan?  Apakah anda pernah melakukan aktivitas perancangan?apa yang anda lakukan



PERAKITAN Apakah anda pernah melakukan proses perakitan?



Menurut anda masalah apa yang akan dihadapi dalam melakukan proses perakitan untuk desain disamping



The Challenge’s



The Challenge’s



EARLY STAGE OF DESIGN perubahan pada tahap ini pasti akan banyak menfaatnya untuk mempercepat keseluruhan proses disain dan manufaktur produk karena 70% dari total pengembangan produk ada di tahapan proses disain



During Design stage



Sumber : E.M. Shehab, H.S. Abdalla, 2001 Manufacturing cost modelling for concurrent product development, Robotics and Computer Integrated Manufacturing,Pergamon



11



The DATA



The CHALLENGES in



1. 2. 3. 4.



• •



Shorten the lead-time for the introduction of new products, Lower manufacturing cost, Improve the quality and reliability of products (good quality), Satisfy the required functions most effectively



(a) Over-The-Wall Engineering Approach (From Kalpakjian [1997]). (b) Concurrent Engineering Approach (adapted from Pugh [1996]). Source : Hamrock, Jacobson and Schmid ©1998 McGraw-Hill



high cost of product



Manufacturing Industry



high repetition of design activities = time consumming =



Product Design and Development



Source:RS Khurmi



Text Reference: Figure 1.4, page 21



DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY (DFMA)



21 parts



7 parts



CONTROLLER ASSEMBLY



CONTROLLER ASSEMBLY (REDESIGN)



DESIGN OF ASSEMBLY PROCESS



SHINGLING



if the product manufacturing cost can be estimated precisely during the design stage, designers can modify a design to achieve proper performance as well as a reasonable cost at an early stage of the product development process[…..]



DEVIATION OF COST ESTIMATION DURING DESIGN STAGE



Market Demand 1.



2. 3.



4.



Design Process



Shorten the lead-time for the introduction of new products, Lower manufacturing cost, Improve the quality and reliability of products, Satisfy the required functions most effectively



Different Part Geometry Early Cost Estimation



Information-Activity-Time-Cost



Manufacturing Processes Different Machine



Drawing Source: Manufacturing cost estimation for machine parts based on manufacturing fetaures, Jung, J.Y



Information-Activity-Time-Cost



Assembly Processes Different Handling Method Different Insertion Method Different Fastening Method



Designer



Communication with cost



Manufacturer



Final Cost of Product Drawing Source: Product Design for Manufacture and Assembly, Geoffrey Boothroyd



GAMBARAN PROSES MANUFAKTUR Phase 0 Planning



Manufacturing Process



Phase 1



Phase 2



Concept Developme nt



System – Level Design



•Mould Cost Estimation •Mold Cost Point System



•Material Cost •Machine Loading and Unloading •Other Nonproductive Costs •Handling Between Machines •Material Type •Machining Costs •Tool Replacement Costs •Machining Data •Rough Grinding •Finish Grinding •Allowance for Grinding Wheel Wear •Allowance for Spark-Out



A



Machining Process



Phase 4



Phase 5



Detail Design



Testing & Refinement



Production Ramp-Up



D



Die Casting



D



E



•Cost of Individual Dies •Cost of Individual Dies for Piercing Operations •Cost of Individual Dies for Bending Operations •Cost of Miscellaneous Features •Cost for Progressive Dies •Cost of Turret Press Operatios



B



Injection Moulding



E



Powder Metal Processing



C



Sheet Metalworking



F



Sand Casting



G



•Forging Cost •Forging Die Cost •Cost of Flash Removal •Other Forging Cost



•Metal Cost •Sand Cost •Tooling Costs •Processing Costs



•Die Cost Estimation



C



B



A



Phase 3



F



G



H



•Pattern and Core Mold Cost •Core Mould Cost •Pattern Piece Cost •Total Shell Mold Cost •Cost To Melt Metal •Raw Base Metal Cost •Ready-to-Pour Liquid Metal Cost •Pouring Cost •Final Material Cost



•Basic Powder Metallurgy Manufacturing Cost



•Handling Cost •Insertion Cost •Fastening Cost



•Handling Cost •Insertion Cost •Fastening Cost



Investment Casting



P H



Assembly Process



Q



R



S



Hot Forging



P



Manual Assembly



R



Combination Manual and Automatic Assembly



Q



High Speed Automatic Assembly



S



Robot Assembly



•Handling Cost •Insertion Cost •Fastening Cost



•Handling Cost •Insertion Cost •Fastening Cost



Direct Material Cost 55 %



Direct Labor Cost 10 %



Manufacturing Overhead Cost 16 %



Cd Spefification Taget : Shape and overall dimension



Cp



Cm



Ca



Cnp



Marketing and Selling Cost



Administrative Cost 19 %



Advertizing Cost



Ship Cost



Sales Commision



Sales Salary



Executive Compensation



General Accounting



Secretarial



Public Relation



What is DFMA 1. As the basis for concurent engineering studies to provide guidance to the design team in simplifying the product structure, to reduce manufacturing and assembly cost, and to quantify the improvements 2. As a benchmarking tool to study competitors products and quantify manufacturing and assembly difficulties 3. As a should-cost tool to help negotiate suppliers contractors



Sejarah DFMA • DFA yang I dikembangkan 1960 untuk automatic handling • Pertengahan 1970 National Science Foundation (NSF) mengembangkan menjadi DFM & DFA • Selanjutnya DFA & DFM yang dikembangkan NSF digunakan sebagai tonggak awal dikembangkanya DFMA



Model Perancangan (desain) awal



Wrong



Right



Setup



0.015



0.023



Process



0.535



0.683



Material



0.036



0.025



Piece Part



0.586



0.731



Tooling



0.092



0.119



Total Manufacture



0.678



0.850



Assembly



0.000



0.200



Total



0.678



1.050



Approaches to Product Development •



•



(a) Over-The-Wall Engineering Approach (From Kalpakjian [1997]). (b) Concurrent Engineering Approach (adapted from Pugh [1996]).



Text Reference: Figure 1.1, page 5



Adapted from L C. Ou-Yang and T. S. Lin Int J Adv Manuf Technol (1997)



Objectives • Desain untuk perakitan (Design for Assembly = DFA) harus sudah mempertimbangkan semua tahapan rancangan prosesnya, tetapi lebih ditekankan pada tahapan yang mudah • DFA Assessmet Tools harus bisa menjamin konsistensi dan kelengkapan evaluasi sifat kemampurakitan dari sebuah produk • DFA tools harus bisa memberikan alternatif proses yang hasil akhirnya mampu mengurangi biaya manufaktur dan perakitan • The Product Design for Assembly ditujukan untuk menyiapkan informasi proses perakitan (=assembly) pada tahapan konseptual dari sebuah desain proses. Pendekatan DFA merupakan pendifinisian prosedur untuk mengevaluasi desain supaya mudah dalam proses perakitannya.



Objectives • Menyiapkan assesment tool untuk desainer dengan telah mempertimbangkan kompleksitan produk dan perakitannya sehingga akan memberikan tahapan desain paling mudah • Membimbing desainer untuk membuat produk sesimpel mungkin sehingga akan mengurangi biaya assembly dan parts-nya



• Merupakan kumpulan informasi (data base) yang telah dimiliki oleh para desainer berpengalaman sehingga dapat dengan mudah digunakan oleh para desainer pemula • Merupakan sebuah database yang terdiri atas faktor-faktor biaya dan waktu perakitan untuk berbagai variasi produk dengan berbagai kondisi dan situasi dari sebuah produk



CONTROLLER ASSEMBLY



CONTROLLER ASSEMBLY (REDESIGN)



DESIGN OF ASSEMBLY PROCESS



SHINGLING



PRODUCT DESIGN FOR ASSEMBLY



Manfaat Aplikasi DFMA



Manfaat Aplikasi DFMA (lanjutan)



Manfaat Aplikasi DFMA (lanjutan)



Benefits of General Motor •



DFM/DFA is a primary drivers of quality and cost improvement



•



It impacts every system of vehicle



•



It is an integral part of engineering and manufacturing employee training



•



It provides knowledge and capabilities for individuals and organizations



•



It provides technical improvements to both product dan process



•



It’s not an option – it’s a requirement (bukan suatu pilihan akan tetapi kebutuhan)



56 perusahaan ada manfaatnya dikaitkan dengan pengurangan jumlah scrap 86 perusahaan mengatakan ada manfaatnya dikaitan dengan jumlah pekerja



Model Perancangan (desain) awal



Wrong



Right



Setup



0.015



0.023



Process



0.535



0.683



Material



0.036



0.025



Piece Part



0.586



0.731



Tooling



0.092



0.119



Total Manufacture



0.678



0.850



Assembly



0.000



0.200



Total



0.678



1.050



Prinsip kerja DFMA • Selama proses operasi suatu produk, gerakan part harus relative terhadap part yang akan di asembly • Setiap bagian yang akan di asembly di usahakan berbeda materialnya dan mempunyai fungsi saling melindungi • Setiap bagian harus terpisah supaya dapat di buka kembali saat di perlukan



metodologi DFA [12] menyediakan tiga kriteria yang setiap bagian harus diperiksa seperti yang ditambahkan ke produk selama perakitan 1. Selama operasi produk, apakah bagian yang bergerak relatif terhadap seluruh bagian sudah berkumpul. Hanya kotor gerakan harus dianggap-gerakan kecil yang dapat ditampung oleh unsur-unsur elastis integral, misalnya, tidak cukup untuk jawaban yang positif 2. Harus menjadi bagian dari bahan yang berbeda dari atau diisolasi dari semua bagian lain telah dirakit? Hanya alasan mendasar berkaitan dengan sifat material yang dapat diterima. 3. Bagian harus terpisah dari semua bagian lain yang sudah berkumpul karena Jika tidak diperlukan Majelis atau pembongkaran bagian-bagian terpisah lainnya akan mungkin



Contoh prinsip kerja DFMA



Contoh Kerja DFMA 1.



Sebelum DFMA



ANALYSIS : 1. Komponen Dasar (base) : Karena komponen ini adalah bagian pertama untuk dirakit, tidak ada bagian lain yang dapat dikombinasikan, sehingga merupakan bagian yang secara teoritis diperlukan. 2. Bushings (2): Ini tidak memenuhi kriteria karena, secara teoritis, komponen dasar dan bushing bisa dari bahan yang sama. 3. Motor: Motor adalah standar subassembly dalam kasus ini dibeli dari pemasok, dengan demikian, kriteria tidak diterapkan dan motor adalah item terpisah yang diperlukan. 4. Motor sekrup (2): selalu, pengencang yang terpisah tidak memenuhi kriteria karena sebenarnya bisa disatukan



5. Sensor: Ini adalah satu lagi subassembly standar dan akan dianggap sebagai bagian yang terpisah dan diperlukan. 6. Set sekrup: Secara teoritis tidak diperlukan. 7. Standoffs (2): ini tidak memenuhi kriteriamkarena dapat disatukan kedalam komponen dasar 8. End plate: Harus terpisah untuk alasan perakitan item yang diperlukan. 9. End plate screw (2): Secara teoritis tidak diperlukan. 10. Bushing plastik: Bisa jadi dari bahan yang sama dan bisa dikombinasikan dengan end plate 11. Cover: Bisa dikombinasikan dengan end plate. 12. Penutup sekrup (4): Secara teoritis tidak diperlukan.



1. Base: Since this is the first part to be assembled, there are no other parts with which it can be combined, so it is a theoretically necessary part 2. Bushings (2): These do not satisfy the criteria because, theoretically, the base and bushings could be of the same material. 3. Motor: The motor is a standard subassembly of parts that, in this case, is purchased from a supplier. Thus, the criteria cannot be applied and the motor is a necessary separate item. 4. Motor screws (2): Invariably, separate fasteners do not meet the criteria because an integral fastening arrangement is always theoretically possible. 5. Sensor: This is another standard subassembly and will be considered a necessary separate item. 6. Set screw: Theoretically not necessary. 7. Standoffs (2): These do not meet the criteria; they could be incorporated into the base. 8. End plate: Must be separate for reasons of assembly of necessary items. 9. End plate screws (2): Theoretically not necessary. 10. Plastic bushing: Could be of the same material as, and therefore combined with, the end plate. 11. Cover: Could be combined with the end plate. 12. Cover screws (4): Theoretically not necessary.



Contoh Kerja DFMA (lanjutan) 2.



Sesudah DFMA



Contoh Kerja DFMA (lanjutan) Perbandingan Data



Alasan tidak mengimplementasikan DFMA • • • • • • • • • • •



Tidak ada waktu Tidak di diketemukanya suatu hubungan Sindrome bayi jelek Biaya perakitan rendah Volume sedikit Produk tidak dapat di aplikasikan dalam data base Hanya untuk analisa ukuran Hanya ada 1 nilai dari beberapa teknik DFMA contoh produk yang sukar dalam hal service Hanya bergaris besar tengtang desain Menolak menggunakan DFMA



Manfaat Aplikasi DFMA (lanjutan)