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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
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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