Проектирование для технологичности (также иногда известное как проектирование для производства или DFM ) — это общая инженерная практика проектирования продуктов таким образом, чтобы их было легко производить. Эта концепция существует практически во всех инженерных дисциплинах, но ее реализация сильно различается в зависимости от технологии производства. DFM описывает процесс проектирования или разработки продукта с целью облегчить производственный процесс и снизить производственные затраты. DFM позволит устранить потенциальные проблемы на этапе проектирования, что является наименее затратным способом их решения. На технологичность могут влиять и другие факторы, такие как тип сырья, форма сырья, допуски на размеры и вторичная обработка, такая как отделка.
В зависимости от различных типов производственных процессов существуют определенные рекомендации по практике DFM. Эти рекомендации DFM помогают точно определить различные допуски, правила и общие производственные проверки, связанные с DFM.
Хотя DFM применим к процессу проектирования, во многих организациях также практикуется аналогичная концепция под названием DFSS (проектирование для шести сигм).
В процессе проектирования печатных плат DFM приводит к набору рекомендаций по проектированию, которые призваны обеспечить технологичность. Таким образом, возможные производственные проблемы могут быть решены на этапе проектирования.
В идеале рекомендации DFM учитывают процессы и возможности обрабатывающей промышленности. Поэтому DFM постоянно развивается.
Поскольку производственные компании развиваются и автоматизируют все больше и больше этапов процессов, эти процессы имеют тенденцию становиться дешевле. DFM обычно используется для снижения этих затрат. [1] Например, если процесс может выполняться автоматически с помощью машин (т. е. размещение и пайка SMT- компонентов), такой процесс, вероятно, будет дешевле, чем выполнение его вручную.
Достижение высокопроизводительных проектов в современной технологии СБИС стало чрезвычайно сложной задачей из-за миниатюризации, а также сложности передовых продуктов. Здесь методология DFM включает в себя набор методов модификации конструкции интегральных схем (ИС), чтобы сделать их более технологичными, т. е. улучшить их функциональный выход, параметрический выход или их надежность.
Традиционно в донанометровую эпоху DFM состоял из набора различных методологий, пытающихся обеспечить соблюдение некоторых мягких (рекомендуемых) правил проектирования, касающихся форм и многоугольников физической компоновки интегральной схемы . Эти методологии DFM работали в основном на уровне всего чипа. Кроме того, было применено моделирование наихудшего случая на разных уровнях абстракции, чтобы минимизировать влияние изменений процесса на производительность и другие типы параметрических потерь производительности. Все эти различные типы моделирования наихудшего случая по существу основывались на базовом наборе файлов параметров устройства SPICE наихудшего (или углового) случая, которые были предназначены для представления изменчивости характеристик транзисторов во всем диапазоне изменений в производственном процессе. Кроме того, в модели SPICE должны быть встроены несоответствия для моделирования аналоговых схем. Многие несоответствия зависят от размера и ориентации, которые можно хорошо смоделировать. Всегда «точно копируйте» при выполнении аналоговых схем, поскольку многие несоответствия плохо понимаются и не контролируются (т. е. если одно устройство имеет поток тока с севера на юг, все соответствующие устройства должны иметь поток тока с севера на юг).
Наиболее важные модели потерь выхода (YLM) для ИС СБИС можно разделить на несколько категорий в зависимости от их характера.
После понимания причин потери урожайности следующим шагом будет сделать конструкцию максимально устойчивой. Для этого используются следующие методы:
Все это требует детального понимания механизмов потери урожайности, поскольку эти изменения компенсируют друг друга. Например, введение избыточных переходных отверстий уменьшит вероятность возникновения проблем с переходными отверстиями, но увеличит вероятность нежелательных замыканий. Поэтому, является ли это хорошей идеей, зависит от деталей моделей потерь урожайности и характеристик конкретной конструкции.
Цель состоит в том, чтобы проектировать с меньшими затратами. Стоимость зависит от времени, поэтому при проектировании необходимо минимизировать время, необходимое не только для обработки (удаления материала), но и для настройки станка с ЧПУ , программирования ЧПУ, крепления и многих других действий, которые зависят от сложность и размер детали.
Если не используются 4-я и/или 5-я ось, ЧПУ может приближаться к детали только с одного направления. Одна сторона должна обрабатываться одновременно (это называется операцией или op ). Затем деталь необходимо перевернуть из стороны в сторону, чтобы обработать все детали. Геометрия элементов определяет, нужно ли переворачивать деталь или нет. Чем больше операций (переворот детали), тем она дороже, поскольку требует значительного времени на настройку и загрузку/выгрузку.
Каждая операция (переворот детали) имеет время наладки, машинное время, время загрузки/выгрузки инструментов, время загрузки/выгрузки деталей и время создания программы ЧПУ для каждой операции. Если деталь имеет только 1 операцию, то загружать/выгружать детали нужно только один раз. Если у него 5 операций, то время загрузки/выгрузки будет значительным.
Низко висящий плод — минимизация количества операций (переворот детали) для достижения значительной экономии. Например, обработка торца небольшой детали может занять всего 2 минуты, но на настройку станка уйдет час. Или, если имеется 5 операций по 1,5 часа каждая, но общее машинное время всего 30 минут, то 7,5 часов начисляется всего за 30 минут обработки. [2]
Наконец, объем (количество деталей, подлежащих обработке) играет решающую роль в учете времени наладки, времени программирования и других действий в стоимости детали. В приведенном выше примере деталь в количестве 10 штук может стоить в 7–10 раз дороже, чем партия в количестве 100 штук.
Обычно закон убывающей отдачи проявляется при объемах 100–300, потому что время наладки, нестандартные инструменты и приспособления могут быть амортизированы шумом. [3]
К наиболее легко обрабатываемым металлам относятся алюминий , латунь и более мягкие металлы. По мере того, как материалы становятся тверже, плотнее и прочнее, такие как сталь , нержавеющая сталь , титан и экзотические сплавы, их становится намного труднее обрабатывать и на это уходит гораздо больше времени, что делает их менее технологичными. Большинство типов пластика легко поддаются механической обработке, хотя добавление стекловолокна или углеродного волокна может ухудшить обрабатываемость. Особенно мягкие и липкие пластмассы могут иметь собственные проблемы с обрабатываемостью.
Металлы бывают во всех формах. В случае алюминия, например, пруток и пластина являются двумя наиболее распространенными формами, из которых изготавливаются обрабатываемые детали. Размер и форма компонента могут определять, какую форму материала следует использовать. В инженерных чертежах одна форма обычно указывается поверх другой. Слиток обычно составляет около 1/2 стоимости листа за фунт. Таким образом, хотя форма материала не связана напрямую с геометрией компонента, затраты можно устранить на этапе проектирования, указав наименее дорогую форму материала.
Значительным фактором, влияющим на стоимость обрабатываемого компонента, является геометрический допуск, с которым должны быть выполнены элементы. Чем жестче требуемый допуск, тем дороже будет обрабатывать деталь. При проектировании укажите минимальный допуск, который будет выполнять функцию компонента. Допуски должны быть указаны для каждого элемента отдельно. Существуют творческие способы разработки компонентов с более низкими допусками, которые при этом работают так же хорошо, как и компоненты с более высокими допусками.
Поскольку механическая обработка представляет собой субтрактивный процесс, время удаления материала является основным фактором, определяющим стоимость обработки. Время обработки определяется объемом и формой удаляемого материала, а также скоростью подачи инструментов. При использовании фрез наибольшую роль в определении этой скорости будут играть прочность и жесткость инструмента, которые частично определяются соотношением длины и диаметра инструмента. Чем короче инструмент по отношению к его диаметру, тем быстрее он может проходить сквозь материал. Оптимальным является соотношение 3:1 (L:D) или меньше. [4] Если такое соотношение не может быть достигнуто, можно использовать решение, подобное изображенному здесь. [5] Для отверстий соотношение длины и диаметра инструментов менее критично, но все равно должно оставаться на уровне менее 10:1.
Есть много других типов функций, обработка которых более или менее дорога. Обычно обработка фасок обходится дешевле, чем обработка радиусов на внешних горизонтальных кромках. 3D-интерполяция используется для создания радиусов на краях, которые не находятся в одной плоскости, что приводит к десятикратным затратам. [6] Обработка поднутрений обходится дороже. Функции, для которых требуются инструменты меньшего размера, независимо от соотношения L:D, стоят дороже.
Концепция проектирования для проверки (DFI) должна дополнять и работать в сотрудничестве с проектированием для технологичности (DFM) и проектированием для сборки (DFA), чтобы снизить стоимость производства продукта и повысить практичность производства. Бывают случаи, когда этот метод может вызвать календарные задержки, поскольку он требует много часов дополнительной работы, например, в случае необходимости подготовки презентаций и документов для рассмотрения проекта. Чтобы решить эту проблему, предлагается, чтобы вместо периодических проверок организации могли принять структуру расширения полномочий, особенно на этапе разработки продукта, при которой высшее руководство уполномочивает руководителя проекта оценивать производственные процессы и результаты в сравнении с ожиданиями в отношении производительности продукта, затрат и затрат. , качество и время разработки. [7] Эксперты, однако, отмечают необходимость DFI, поскольку он имеет решающее значение для контроля производительности и качества , определяя такие ключевые факторы, как надежность, безопасность и жизненный цикл продукции. [8] Для компании по производству аэрокосмических компонентов, где проверка является обязательной, существует требование о пригодности производственного процесса для проверки. Здесь принят такой механизм, как индекс инспектируемости, который оценивает проектные предложения. [9] Другим примером DFI является концепция совокупного количества соответствующих диаграмм (диаграмма CCC), которая применяется при планировании проверок и технического обслуживания для систем, где доступны различные типы проверок и технического обслуживания. [10]
Аддитивное производство расширяет возможности дизайнера по оптимизации конструкции продукта или детали (например, для экономии материалов). Конструкции, предназначенные для аддитивного производства, иногда сильно отличаются от конструкций, предназначенных для операций механической обработки или формования.
Кроме того, из-за некоторых ограничений по размеру машин для аддитивного производства иногда соответствующие более крупные конструкции разбиваются на более мелкие секции с элементами самостоятельной сборки или указателями креплений.
Общей характеристикой методов аддитивного производства, таких как моделирование наплавлением , является необходимость во временных опорных конструкциях для нависающих элементов детали. Удаление этих временных опорных конструкций после обработки увеличивает общую стоимость изготовления. Детали можно проектировать для аддитивного производства, устраняя или уменьшая необходимость во временных опорных конструкциях. Это можно сделать, ограничив угол нависающих конструкций меньшим, чем предел данной машины, материала и процесса аддитивного производства (например, менее 70 градусов от вертикали).
{{cite web}}: |last=имеет общее имя ( справка )