由于美国制造业境况不断发生变化,这既为一些厂商带来了挑战,也为其他厂商创造了机遇。例如,许多原始设备制造商(OEM)已从发挥其内部生产能力的操作模式中脱颖而出,开始走向“设计和生产一体化”模式的道路,依靠外部供应商来生产他们产品所需的零部件或组件。采用这一战略达到了意想不到的结果:许多今天的OEM产品设计人员(越来越多的人是来自刚从学校毕业的学生)不再需要与内部的生产工程师们接触,由他们提出可以进行修改的设计方案,以利于进行实际生产。同样,制造商也不需要经常指派工作人员提供这样的帮助或指导,因为他们主要是根据设计图纸制造零部件的。但这种做法可能会导致生产过程过于复杂,不但会增加生产成本,而且也很费时间,最终会失去其在市场上的竞争能力。
一些散装件的制造商已经意识到了这一发展趋势,并正在加紧努力,增强新产品开发商对DFM的洞察能力。Domaille公司就是一个很好的例子,该公司不但能够为客户提供精密的机械加工和机电装配工作,而且还可以为众多客户提供DFM输入。简而言之,该公司应用DFM原理,帮助客户优化新产品的设计,使其生产更为容易。事实证明,这样做的结果对双方都是十分有利的。
图1 通过一次性调试装卡,可以加工多个这类元件
Domaille公司将DFM方法称为“由工程设计转化为实际生产”(E2M)的制造方法,经过重复的小批量生产,由小规模经营操作向“财富”500强企业发展。为了支持其DFM倡议,保持一支健康强大的工程技术人员队伍,对其加工业务(除了扩大其全球分布的光纤抛光产品之外)的发展是至关重要的,这有利于促进其工程技术人员与车间雇员之间的密切合作和开放沟通。为了每一个新的工程项目,该公司认为,应征集来自各生产部门的输入信息,以便最好地简化生产,同时又能更好地优化新产品的设计。该公司的“玻璃小屋”最能体现该小组努力工作的情况,这是一个透明的会议室,通过这个会议室,车间内的境况一览无遗,经理、工程师、机械师和CAM编程人员可以在那里开会,集思广益,改进设计。
但在开始这样的内部讨论之前,该公司首先会设法从客户那里,清楚地了解有关产品的应用目的及其如何组装,具有何种功能等情况。这对该公司有效地应用DFM原理是非常必要的,且有利于零部件材料、几何形状、公差尺寸和生产工艺的灵敏变化。
当然,对于一个更为传统的机加工车间而言,这样做可能会导致报价过程比通常的报价需要更长的时间,而且所报的价格可能会更高一些,但相对更为客观。其他的供应商为了能够赢得该项业务,可能报价会更低一些。然而,对于客户的投资回报率而言,经过精心设计加工的产品将具有更重大的意义。总之,Domaille公司能够更好地巩固其在客户供应链中的地位,能够比其他供应商更好地提供延伸服务,这种做法完全符合他们所提出的口号:帮助客户取得更大的成功!
工程车间的成功典范
1990年,Nancy和Mike Domaille两人共同努力,创建了Domaille公司,作为一个合约机加工车间为客户提供独家服务。然而,在电信行业的工作,致使其在美国Minnesota的公司,成功地开发了一系列的光纤抛光产品,推动并促进了其技术人员对新业务部门的支持。不久之后,该公司利用其所拥有的工程专业知识,进一步扩大加工业务,协助客户优化设计,以达到更高的生产效率。今天,Domaille公司利用其一系列的先进加工设备,其中包括CNC、VMC、瑞士式车床、坐标磨床、平面磨床以及线切割加工机床和滑枕式EDM,为国防、航空航天、医疗、电讯行业及流体技术市场的客户提供各种服务。
目前,Domaille公司评估其客户实际需求的方式已经发生了天翻地覆的变化。该公司总裁Jim Frazer先生和副总裁Don Hickerson先生非常拥护这一倡议:花时间找到彻底有效的识别方法,帮助客户赢得新的业务或使其获得更大的利润。这个概念涉及到与客户建立密切的合作关系,并提出正确的问题,以确定其产品的需求。然后,Domaille公司的项目团队就可以着手考虑,为客户提供高水平的设计方案。
图2 Domaille公司将方形加工坯料安装到Hass分
度器的四个面上。当所有零件外形加工完成以后,
通过分离操作,将每个零件从备料中分离出来nextpage
在某些情况下,设计人员可能会对零件公差尺寸的精度要求过高。而一个组装件可能由多个元件组装而成,其中可能只有一个或两个的组装界面需要很精密的公差尺寸。然而,有些设计人员可能会对整个组装件都执行那种精度水平,即使是矫枉过正也在所不惜。在清楚地了解组装件如何发挥其功能以后,Domaille公司对非关键部分提出可以放宽公差尺寸要求的建议,以简化零件的加工工艺和降低产品的生产成本。
Domaille公司密切注意设计人员如何确定元件的尺寸,因为他们的尺寸要求可能不是最清晰的,或者不适于在生产环境中使用。有时,该公司可能会提出比较简单的测量方法,以满足客户所希望的质量控制要求。在某些情况下,客户可能会提供预先制作的模型或图纸,并要求Domaille公司适当地确定元件生产的尺寸。做好这项工作的关键是:应该在产品开发的早期开始与客户紧密合作,并在完成最终的设计之前,提供各种变更方案。以这种方式应用DFM原理,可以在设计阶段识别和发现潜在的问题,并进行修改,只有在这个时期作出变更是最为经济的。
零件材料的及时更改也有利于实际生产,为了降低生产成本,Domaille公司采用成本较低的铝材来生产这些零件,然后通过硬质涂层工艺,使其达到所需的耐磨特性,并设计了一个较为简单的方法,通过一次性调试装卡加工多个零件。该工件采用方形坯料,夹持在Haas分度器的四个面上,而该分度器则安装在其Kitamura公司的一台立式加工中心上。当坯料被加工出零件的轮廓以后,通过分离操作,将该元件从备料中分离出来。这样做不但可以最大程度地减少零件的加工处理次数,而且还可以使操作员能够腾出时间去照看其他的机床或加工任务。
DFM原理的应用
图3所示的电子元件外壳是一个很好的实例,对于该公司及其客户而言,这是一个双赢的项目。客户首先与Domaille公司联系,要求加工生产这种外壳,因为其现有的供应商交货出现问题。虽然这种零件可以很简单地生产,但Domaille公司的团队认为他们可以开发出一种更有效的设计,特别是考虑到这种外壳的超重情况及其元件所必要的加工量以及生产过程中所必需的加工次数。
图3 一个电子件外壳的DFM项目,导致Domaille
公司开发出一种“无螺栓”式的安装方法,可以
使外壳盖牢固地安装就位,无需使用任何紧固件
最初的壳体设计由五个部分构成:顶部和底部的两半壳体、带有冷却散热片的中央部分和两个壳体盖,在加工后,两半壳体与中央部分采用真空钎焊方式焊接在一起。而真空钎焊会引起元件变形,需要进行额外的机加工才能补偿变形所造成的误差。接着,使用40个螺钉固定上下两半的壳体盖,这种做法势必会增加该装置的整体重量及组装时间。
Domaille公司的解决方案是创建一个具有同等热量冷却性能的单一整体外壳,但不采用真空钎焊方式。为了减轻其重量,该公司还开发了一种不用紧固件固定的“无螺栓”外壳盖。该外壳盖采用一种压缩垫片,并通过特殊的配合槽口将其卡入盖部和外壳上加工的槽口内。卡入后,可采用标准工具将盖卸除。
采用卡入式外壳盖有两个好处:一是可提高生产效率,二是可将这一思想贯彻到未来的加工项目以及Domaille公司自己的光纤产品系列之中。该公司经常通过举办技术研讨会,特别为客户介绍这类创新的解决方案,并考虑如何将这些方案贯彻应用到未来的产品设计之中。
凡是进入这些项目的CAD计算机辅助设计工作,Domaille公司都采用Solidworks软件。该公司非常赞赏这一软件的功能性及与其Pro-E、CATIA和其他高端平台匹配的兼容性。该公司的工程师们还利用各种可进行有效热分析、流体流动分析和有限元分析的附加软件,从视觉效果方面来看,使用Solidworks软件有很多好处,事实证明,在举行WebEx网络会议期间,它有助于展示该公司所提出的各种设计变更。而且也易于录制组件在一起组装时的视频动画和重要的设计属性,并与客户一起分享。
精确报价
Domaille公司具有足够的设计和制造经验,他们知道,一个看起来很简单的零部件,制造起来可能会比人们想象的复杂。这种专业知识使该公司能够根据概念化模型作出精确的报价,有时候,其精确度可以达到实际生产成本的几个百分点范围之内。Domaille公司的客户非常赞赏这种准确的报价,因为这可以使他们按预算办事,不会在设计图最后确定和开始生产的时候出现惊慌失措的局面。而且,这也是采用DFM原理的另一个好处,但与客户建立长久的合作关系还有很长的一段路要走。