Chap 1-2-Introduction Au DFMA

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1 Section 1-2-1 MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage MÉTHODOLOGIE DE CONCEPTION POUR LA FABRICATION ET L’ASSEMBLAGE Victor SONGMENE, ing. jr, Ph.D Professeur, génie mécanique MEC 785 – Aut. 2004 Section 1-2 PRINCIPE DE LA CONCEPTION POUR LA FABRICATION ET L’ASSEMBLAGE (CPFA OU DFMA) Section 1-2-2 MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage DFMA ou CPFA DFMA: Design for manufacturing and assembly CPFA: Conception pour la fabrication et l’assemblage Conception pour la fabrication: CPF Conception pour l’assemblage: CPA

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Section 1-2-1MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

MÉTHODOLOGIE DE CONCEPTION POUR LA FABRICATION ET L’ASSEMBLAGE

Victor SONGMENE, ing. jr, Ph.DProfesseur, génie mécanique

MEC 785 – Aut. 2004

Section 1-2PRINCIPE DE LA CONCEPTION POUR LA

FABRICATION ET L’ASSEMBLAGE (CPFA OU DFMA)

Section 1-2-2MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

DFMA ou CPFA

DFMA: Design for manufacturing and assembly

CPFA: Conception pour la fabrication et l’assemblage

• Conception pour la fabrication: CPF

• Conception pour l’assemblage: CPA

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Section 1-2-3MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Conception pour assemblage

• Démarche méthodique visant à analyser le processus de conception d’un produit nouveau ou existant pour assurer la simplicité de sa conception et de son montage.

• Objectifs– Réduction du nombre total des pièces– Réduction du nombre et du coût des opérations

d’assemblage.– Changement de la géométrie des pièces pour faciliter

leur assemblage

Section 1-2-4MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Conception pour la fabrication

• Démarche méthodique pour analyser l’influence de la géométrie des pièces et le choix des procédés sur les coûts :

– des matériaux– des méthodes de fabrications– d’outillage

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Section 1-2-5MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Objectifs du CPFA

Appliquer des techniques analytiques, au stade de la conception, afin de réduire les coûts et les difficultés d'assemblage et de fabrication des produits.

Section 1-2-6MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Buts visés par cette section

À la fin de cette section, l’étudiant sera àmesure de: • Savoir ce que c’est la CPFA• Connaître comment l’outil CPFA travaille• Reconnaître les freins de l’application du

CPFA• Avoir les outils nécessaire pour

convaincre et faire implémenter le concept de CPFA

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Section 1-2-7MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Contenu

• C’est quoi le CPFA.

• Principe du CPFA.

• Étude de cas

• Résistances à l’implémentation du CPFA

• Conclusion: avantages du CPFA

Section 1-2-8MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Raisons d’échec d’un produit sur le marché

• Mauvaise qualité

• Arrivée tardive ou trop précoce

• Mauvaise communication

• Compétition non attendue ou prévue

• Investissement inadéquat

• Prix de vente élevé

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Section 1-2-9MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

C’est quoi le CPFA ?

• Outil d’analyse à utiliser lors de la conception de produits afin de:– Réduire les coûts et les difficultés d'assemblage et de

fabrication des produits.

– Prévoir et anticiper tôt des changements.

– Optimiser la conception du produit.

• Outil d’analyse d’un produit existant afin de réduire les coûts de fabrication

Section 1-2-10MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

DFMA réduit le temps total de conception des produits

3% 27% 55%

20% 13% 22%

Conceptiontraditionnelle

ConceptionAvec DFMA

Conceptioninitiale

Révisionset itérations

% temps de conception

15%

Finalisationdes données

Conceptiondu concept

Source: Boothroyd G., Dewhurst P., et Knight W., 1994

100%

5%Gain 40%

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Section 1-2-11MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Processus de développement de produit

Nbr

e de

cha

ngem

ents

faits

1-3mois

14-17mois

20-24 mois

90% des changements faits

Rappel des produits

INGÉNIEURIESIMULTANNÉE

Source: refait de L.P. Sullivan American supplier Institute

OuDFMA

Section 1-2-12MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Principes du CPFA ou DFMA

• 4 questions fondamentales en vue de réduire le nombre de composants

1- Y-a-t-il un mouvement relatif fonctionnel entre la pièce et les autres déjà assemblées?

2- Est-ce qu’un ajustement est requis entre les pièces?

3- La pièce doit-elle être de matériau différente ou isolée des autres pièces déjà assemblées?

4- La pièce doit-elle être séparée des autres pièces pour rendre le désassemblage possible?

Si on répond NON à toutes les 4 questions il y a lieu d’éliminer la pièce en question ou de la consolider avec les autres

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Section 1-2-13MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Étude de cas: assemblage d’un moteur

But: Capter et contrôler sa position sur des rails en acier

• L’ensemble doit être dans un boîtier pour des raisons esthétiques.

• Avoir un couvercle et permettre l ’accès pour ajuster les capteurs de position.

• La base doit être rigide et permettre au moteur de translater de haut en bas sur des rails de guidage.

• Le moteur et les capteurs ont des câbles connectés àl ’unité de control et à la source de puissance.

Section 1-2-14MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Concept demandé

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Section 1-2-15MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Conception proposée

1

2

34

56

7

98

12

10

11

Section 1-2-16MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

– 1- Base: 1ère pièce à positionner: nécessaire

– 2- Bushings: peuvent être de même matière que la base.

– 3- Moteur: sous-assemblage standard

– 4-Vis pour moteur: Les vis ne rencontrent pas les critères;

les supprimer si possible

– 5- Capteurs: sous-assemblage standard

– 6- Ergots ‘stand-off’: peuvent s’intégrer à la base

Moteur: Analyse de la conception (1)

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Section 1-2-17MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

– 6- Ergots ‘stand-off’: peuvent s’intégrer à la base

– 7- End plate: doit être séparée pour désassemblage

– 8- Vis pour end plate: pas nécessaire

– 9- Bouchon en plastique: pourrait être de même matériau

que le end plate et combinée à celle-ci.

– 10- Boîtier: peut être combiné avec le end plate

– 11 Vis pour boîtier: à supprimer si possible

Moteur: Analyse de la conception (2)

Section 1-2-18MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Moteur: résultats de l’analyse- ancien design

Efficacité du design = (4 x 3 ) / 160 = 7.5 pourcent

Nombre Nombrethéorique

Tempsassemblage (s)

Coûtassemblage (c)

Base 1 1 3.5 2.9Bouchons 2 0 12.3 10.2S-a. moteur 1 1 9.5 7.9Vis -moteur 2 0 21.0 17.5S-a capteur 1 1 8.5 7.1vis de position 1 0 10.6 8.8Ergots (stand-off) 2 0 16.0 13.3Plaque de bout 1 1 8.4 7.0Vis - end plate 2 0 16.6 13.8bouchon 1 0 3.5 2.9Tarauds - - 5.0 4.2Réorientation - - 4.5 3.8Couvercle 1 0 9.4 7.9Vis couvercle 4 0 31.2 26.0

Total 19 4 160.0 133

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Section 1-2-19MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Moteur: nouveau design

Section 1-2-20MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Moteur: résultats de l’analyse nouveau design

Nombre Nombrethéorique

Tempsassemblage (s)

Coûtassemblage (c)

Base 1 1 3.5 2.9S-a. moteur 1 1 4.5 3.8Vis moteur 2 0 12.0 10.0S-a capteur 1 1 8.5 7.1Vis de position 1 0 8.5 7.1Tarauds - - 5.0 4.2Couvercle enplastique

1 1 4.0 3.3

Total 6 4 46.0 38.4

Efficacité du design = (4 x 3 ) / 46.0 = 26 pourcentMain d ’œuvre = 30 $/h

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Section 1-2-21MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Moteur: comparaison des coûts des pièce

Ancien design Nouveau designÉléments Coûts ($) Éléments Coûts ($)

Base (aluminium) 12.91 Base (nylon) 13.43Bouchons (2) 2.40* Vis –moteur (2) 0.20*Vis –moteur (2) 0.20* Vis de position 0.10*Vis de position 0.10* Couvercle (plastique) 8.0Ergots (2) 5.19 (Outillage non inclus)Plaque de bout 5.89Vis - end plate (2) 0.20*Bouchon (plastique) 0.10*Couvercle 8.05Vis couvercle (4) 0.40*

Total 35.44 Total 21.73* Achetés en lots

Section 1-2-22MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Étapes d’ingénierie simultanée utilisant CPFA

Production

Prototype

Application deconception pour fabrication

Selection du meilleur concept

Selection des matériauxet procédés

Estimation des coûts

Conceptio pour assemblageCPA

Design du concept

Suggetions pourmatériaux et procédés

plus economiques

Suggetions poursimplifier le design

Dessin de détailspour coûts de fabrication minimaux

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Section 1-2-23MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Avantages de l’implémentation de CPFA

• CPFA permet d’analyser le design du point de vue d’assemblage et de fabrication. Cela résulte en :– Un produit simple et fiable

– Un produit moins cher

– Un produit ayant moins de composants d’où

moins d’inventaires et réduction du coût.

Section 1-2-24MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Avantages de l’implémentation de CPFA (2)

• CPFA encourage la communication entre les ingénieurs de conception et ceux de fabrication et tout ceux qui établissent les prix des produits.

• Le travail en équipe est motivant et la productivité en bénéficie.

• Les gains en coûts de fabrication obtenus par des compagnies qui ont implémenté le CPFA sont importants:– Ford: billions de dollars résultant de l’implémentation de CPFA

sur la ligne de production de FORD Taurus.

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Section 1-2-25MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Avantages de l’implémentation de CPFA (2)

• Autres cas de gains:

Anciendesign

Nouveaudesign

Amélioration

Efficacité d’assemblage (%) 4 36 800 %Temps d’assemblage (s) 2742 354 87 %Composants assemblés 217 47 78 %Éléments d’attaches 72 0 100 %

Étude de cas: Reconception des adaptateurs de Motorola

Section 1-2-26MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Freins à l’implémentation de DFMA ou CPFA

• Manque de temps.• Crainte de critiquer.• Coûts d’assemblage bas.• Production à bas volume.• Réticence aux changements : Nous le faisons ainsi

depuis des années.

• Le concept donne lieu à des produits difficiles à entretenir.

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Section 1-2-27MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

ETUDES DES CAS

Section 1-2-28MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Source: Int. Forum on DFMA 1996

Missile Lockheed-MartinAdvanced Combat Systems

• DFMA a considéré "l'exigence(la condition) de conception de principe"

• Réductions des pièces de 74 %

• Plus de 500 personnels a reçu une formation dans DFMA (incluant 175 fournisseurs)

• Plus de 60 études, 17 programmes, avec les économies de coût de 20 à 30 %

• Les économies Prévues en millions de dollars

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Section 1-2-29MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

T45 Goshawk Avion d`entrainementTrain d`atterissageavant Porte de la roue

• Le compte de parties 73 en bas de 6• Attaches 400 maintenant 191• Shims 10 maintenant 0

Poids 2kg de moins

• une réduction de 0.5kg de poids permet de sauver 250$ de coût de carburant

Source: Int. Forum on DFMA 1994

Boeing

Section 1-2-30MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

• DFMA appliqué aux systèmes de commande structurels et électroniques, commandes de vol, moteurs, hydraulique et transmissions

• Le nombre de pièces est tombé de 74 à 9

• Le temps de fabrication était 305 heures, maintenant juste 20 heures.

• 81 % moins de temps d'Installation

• Les dépenses en pièces sont aussi tombées de £ 39,000 à £ 10,000

Boeing HelicopterAH64D Tableau de bord

Source: Int. Forum on DFMA 1997

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Section 1-2-31MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Original Nouveau

Conception Angles attachés avec rivet

Usinage haute vitesse

Pieces Poids Fabrication Fabrication & assemblage Coût

74 3 kg

305 hr 697 hr

$58,000

9 2.74 kg 20 hr 181 hr

$15,000

Nouvelle conception - alignement plus rigide et stable, plus facile, installation réduite et inspection de temps

Boeing Helicopter Apache Longbow

Pilotes Tableau de bord

Source: International Forum on DFMA, 1998

Section 1-2-32MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Source: AEAT, Mar. 95

Boeing

• MD 11, 80/90 soumis à 26 études de DFMA

• Poids du train d'atterrissage réduit de 1,240

• Plus de 53,400 parties et une demi-tonne de poids réduit par DFMA sur MD-11

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Section 1-2-33MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Sytème de Missile courtShoulder-mounted

Starburst Missile Launcher

Nombre de pièces 47 %Temps de montage 85 % Réapparition de Coût 41 %

Le contrôle renvoyant le mécanisme est un dispositif électromécanique

qui provoque une impulsion électrique d'allumage du moteur du

missile.

L'assemblage était complexe avec une forte intensité de main-d’œuvre.

Mécanisme reconçu en utilisant DFMA

SMS were acquired by Thomson-CSF in Feb 2000Source: International Forum on DFMA, 1998

reductions

Section 1-2-34MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Systèmes de Missile court(Shoulder-mounted

Starburst Lanceur de Missile

Composantes 49 %Temps de montage 59 %Réapparition de Coût 44 %L'outillage Coûte 50 %

reductions

SMS were acquired by Thomson-CSF in Feb 2000Case Source: International Forum on DFMA, 1998

La boîte servant de mécanisme est un dispositif électromécanique qui tient le missile autour de la position sur le lanceur.Cette boîte a été reconçu en utilisant DFMA

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Section 1-2-35MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Canadair70-seat CRJ-700 Regional Jet

Porte de Sortie de secours sur-aile reconçue , pour dans le CRJ-200

Reductions:

Pièces 58 %Attaches 36 %Temps de montage 55 %

Poids 6 %Réapparition de coût 6 %L'outillage Coûte 86 %

Source: International Forum on DFMA, 1998

Image courtesy of Bombardier Media Centre

Section 1-2-36MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

ShortsGlobal Express

DFMA déployé en 1995, destiné aux structures aériennes et nacelles de moteur d'abord utilisé sur le Gabarit d'assemblage Final du Fuselage En avant - avec seulement deux semaines pour la conception finale !

Économies :3,840 parties (84 %)

1,240 heures (41 %)

£ 52,100 coûtent (46 %)

Et ils ont convenu le délais de 2 semaine!

Source: International Forum on DFMA, 1998

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Section 1-2-37MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

DFMA utilisé dans les conceptions de l'assemblage de frein de la roue

Le frein de la roue précédent a été assemblé sur une machine d'assemblage non-synchrone

Actuellement le frein de la roue est assemblé à une station simple avec la réorientation mineure (secondaire)

Using BDI software since 1990Source: Int. Forum on DFMA 1997

GMCamaro Firebird

Section 1-2-38MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Magna Seating

• Pièces de 105 à 68

• Les concepts autour de19

• Les parties ont été identifiées pour les R et D future

• Temps de montage au-dessous de 1445 à 258 secondes

Source: Int. Forum on DFMA 1997

Page 20: Chap 1-2-Introduction Au DFMA

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Section 1-2-39MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

• Nombre de pièces 43 % moins• L'assemblage coûte 38 % moins• Coût matériaux 14 % moins

En 1987, Ford a annoncé que DFMA a aidé à économiser $1.2 billions sur la gamme de Ford Taurus-Sable rang

Source: Design News, March 1988 Note: 1997 Model shown

Ford Taurus/SablePompe à eau de Circuit de refroidissement

Section 1-2-40MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Compaq (DEC) Souris de Poste de travail

la balle de la souris a été développée par Digitalisation suite aux études de DFMA sur leur traditionnel, conception existante

Workstation Mouse

• Assembly time 72% less• Part count down by 50%

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Section 1-2-41MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Résumé

• La procédure DFMA ou CPFA permet des conceptions de qualité

• Gain maximal si utilisé plus tôt

• Plus tard l'utilisation peut toujours exposer des occasions manquées

• Utilisation répandue dans la plupart des industries, produits, volumes et types

Source: Boothroyd Dewhurst, Inc.

Section 1-2-42MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblageSource: Boothroyd Dewhurst, Inc.

DFMA ou CPFA = réduction des $$$$$$$$$$

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Section 1-2-43MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

DFMA & réduction des coûts

Section 1-2-44MEC-785 – Conception pour la fabrication et l’assemblage

Façon- de- faire d’hier