Làm thế nào để thiết kế tối ưu, giảm chi phí Sản xuất, Lắp ráp?

Discussion in 'Thiết kế Sản phẩm (Product Design)' started by Nova, Dec 3, 2019.

  1. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,229
    Likes Received:
    232
    Bài viết này được trích từ bộ sách “Thiết kế và phát triển sản phẩm” nhằm chia sẻ kiến thức về Thiết kế, Nghiên cứu & Phát triển tới cộng đồng. Nội dung các bài viết chỉ dừng ở mức cơ bản, các bài chuyên sâu hơn xin xem ở link https://meslab.vn/rdi-toolkit

    Đối với các khách hàng đã mua sách cũ, MES LAB có chương trình hoàn tiền mua sách khi đặt mua tài liệu mới.


    Thiết kế cho chế tạo là gì?

    Thiết kế cho chế tạo (Design for Manufacturing – DFM) là hoạt động hợp lý hóa thiết kế được tiến hành nhằm mục đích giảm chi phí chế tạo sản phẩm.

    Như chúng ta đều biết, trong quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm, mỗi quyết định đưa ra trong khi thiết kế chi tiết sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và chi phí sản xuất.

    Một thực tế phổ biến là khi thiết kế sản phẩm, nhóm thiết kế thường phải giải quyết các mục tiêu khác nhau, và nhiều trong số đó mâu thuẫn, đối nghịch với nhau. Để đi đến quyết định chọn phương án thiết kế cuối cùng, các nhà thiết kế cần so sánh các phương án khác nhau trên cơ sở khoa học, định lượng. Các nhà thiết kế cần phải quy đổi các thiết kế khác nhau ra chi phí sản xuất và lấy đó làm tiêu chí so sánh. Thiết kế cho chế tạo vận hành trên nền tảng như vậy. Các phương án thiết kế sẽ được sắp xếp, điều chỉnh sao cho chi phí chế tạo (sản xuất) giảm xuống mức tối thiểu. Việc này có thể đạt được bằng cách giảm chi phí của tất cả các khâu (ví dụ: lắp ráp) và hệ thống (ví dụ: dây chuyền) có mặt trong quá trình chế tạo.

    Mục tiêu tối thượng của Thiết kế cho chế tạo là sản phẩm chất lượng với chi phí tối thiểu. Đó là một sản phẩm thành công về mặt kinh tế.

    Thiết kế cho chế tạo nằm trong chuỗi các hoạt động gọi là “Thiết kế cho X”, trong đó, X có thể là “Độ tin cậy” (Reliability), “Môi trường” (Environment), hay “Lắp ráp” (Assembly). Với mỗi X, chúng ta có DFM, DFR, DFE hay DFA.

    Thiết kế cho chế tạo được triển khai rất nhiều và thường xuyên ở khâu Thiết kế cấp độ hệ thống và Thiết kế chi tiết. Ngoài ra, ở khâu Tạo và lựa chọn concept, các nhà thiết kế cũng cần lưu tâm đến vấn đề này.

    Từ bên dưới, Thiết kế cho chế tạo sẽ được gọi là DFM.

    Ý nghĩa của DFM

    Với tư duy thông thường, thật khó có thể hình dung được tại sao việc điều chỉnh thiết kế để tiết kiệm mỗi lần lắp ráp sản phẩm 30 giây lại có ý nghĩa và đáng làm. Hãy hình dung một dây chuyền sản xuất cho ra đời khoảng 100 triệu sản phẩm mỗi năm (như điện thoại iPhone 5), nếu mỗi sản phẩm tiết kiệm được 30 giây, 10 triệu sản phẩm sẽ tiết kiệm được hơn 800 nghìn giờ công. Với chi phí “thấp” khoảng 5USD/giờ, 30 giây ngắn ngủi có thể tiết kiệm cho nhà sản xuất 4 triệu USD!. Đó là chưa kể con số tiết kiệm thời gian có thể hơn 30 giây và những lợi ích khác bên cạnh việc giảm thời gian lắp ráp mà DFM có thể mang lại cho doanh nghiệp: giảm chi phí các linh kiện, giảm chi phí hỗ trợ.

    [​IMG]
    Thiết kế giúp giảm thời gian và chi phí lắp ráp, giảm giá thành các linh kiện, giảm chi phí hỗ trợ là lợi ích mà DFM mang lại cho nhà sản xuất. Nguồn: Wikipedia.
    Những thông tin để làm DFM

    DFM là bước yêu cầu rất nhiều sự kết hợp khi tiến hành vì DFM liên quan đến rất nhiều hoạt động khác: Thiết kế công nghiệp, Kiến trúc sản phẩm (Thiết kế hệ thống), Thiết kế kỹ thuật… Vì thế, DFM đòi hỏi phải có nhiều thông tin để tiến hành. Đầu vào cho DFM thường bao gồm các thông tin về: Phương án thiết kế, Dây chuyền sản xuất, Thông số sản xuất.

    Phương án thiết kế

    Các thông tin liên quan đến phương án thiết kế cần có để làm DFM bao gồm các bản vẽ sản phẩm: bản vẽ phác, bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết, bản vẽ chế tạo; chi tiết các thông số kỹ thuật của sản phẩm. Tất cả những bản vẽ, thông số…bên trên đều cần phải bao quát tất cả các phương án thiết kế sản phẩm (để tiện so sánh, điều chỉnh).

    [​IMG]
    Các bản vẽ có vai trò quan trọng trong việc tiến hành DFM. Nguồn: Wikipedia.
    Dây chuyền sản xuất

    Để làm DFM, nhóm thiết kế cần có những hiểu biết rất cặn kẽ về dây chuyển sản xuất, lắp ráp sản phẩm. Những hiểu biết này sẽ giúp nhóm thiết kế có được thiết kế ban đầu phù hợp với dây chuyền sản xuất và lắp ráp. Việc này giúp cho quá trình điều chỉnh thiết kế sau đó được tiến hành nhanh chóng hơn và dễ dàng hơn.

    Thông số sản xuất

    Thông số sản xuất bao gồm các kết quả xấp xỉ, ở mức thử nghiệm, về chi phí lắp ráp, chi phí sản xuất, sản lượng có thể đạt và thời gian sản xuất.

    Những thông tin về thông số sản xuất như trên giúp cho nhóm thiết kế tính toán và so sánh được các phương án thiết kế với nhau trên phương diện định lượng về chi phí cuối cùng từ đó chọn ra được (và điều chỉnh để có) phương án thiết kế tối ưu về chi phí chế tạo.

    Quá trình tiến hành DFM

    Quá trình tiến hành DFM về cơ bản bao gồm các hoạt động: Ước lượng chi phí sản xuất, Giảm chi phí các linh kiện, Giảm chi phí lắp ráp, Giảm chi phí hỗ trợ, Xem xét ảnh hưởng.

    [​IMG]
    Hình ảnh lấy từ cuốn sách

    Còn tiếp....
     
    umy and alpahx like this.
  2. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,229
    Likes Received:
    232
    Ước lượng chi phí sản xuất

    Chi phí sản xuất bao gồm chi phí phát sinh từ toàn bộ các yếu tố liên quan đến sản xuất. Các yếu tố liên quan đến sản xuất được nêu trên hình:

    [​IMG]
    Các yếu tố liên quan đến hệ thống sản xuất. Hình ảnh lấy từ cuốn sách
    Các yếu tố (đầu vào) trên hình trực tiếp gây phát sinh chi phí sản xuất. Cấu trúc chi phí sản xuất bao gồm: Chi phí linh kiện, Chi phí lắp ráp và Chi phí phát sinh.

    Chi phí linh kiện

    Linh kiện, hay các cụm chi tiết, là yếu tố cơ bản cấu thành nên sản phẩm. Chi phí cho các linh kiện đóng góp trực tiếp vào chi phí sản xuất sản phẩm. Trong sản xuất hiện đại, các linh kiện có thể được làm tại nhà máy hoặc mua sẵn từ các nhà cung cấp (nhà sản xuất vệ tinh hay phụ trợ). Các linh kiện tự làm được gọi là linh kiện tự sản xuất (custom components). Các linh kiện mua sẵn từ nhà cung cấp được gọi là linh kiện tiêu chuẩn (standard components).

    Chi phí phát sinh do linh kiện tiêu chuẩn được hạch toán thành một khoản thể hiện trên báo giá linh kiện mà nhà cung cấp gửi đến. Chi phí với linh kiện tự sản xuất bao gồm chi phí nguyên vật liệu, chi phí gia công, chi phí dụng cụ.

    Chi phí lắp ráp

    Chi phí lắp ráp bao gồm chi phí cho nhân công và chi phí cho máy móc dụng cụ. Chi phí cho nhân công có mối liên hệ mật thiết với thời gian lắp ráp.

    Chi phí phát sinh

    Chi phí phát sinh bao gồm chi phí hỗ trợ sản xuất và chi phí gián tiếp khác.

    Chi phí cố định và chi phí biến đổi

    Chi phí cố định là các khoản chi phí không thay đổi tùy thuộc vào quy mô sản xuất. Trong bối cảnh sản xuất công nghiệp, các chi phí này bao gồm: chi phí khuôn mẫu, máy móc, dụng cụ, đồ gá…

    Chi phí biến đổi là những khoản chi phí thay đổi theo quy mô sản xuất, ví dụ như: chi phí nguyên vật liệu, chi phí tiêu hao nhiên liệu, đạo cụ, chi phí nhân công…

    Đối với mỗi phương án thiết kế, các phương án gia công khác nhau có thể được áp dụng. Các phương án gia công này bao gồm các chi phí cố định và chi phí biến đổi khác nhau và vì thế, mỗi phương án gia công sẽ cho ra chi phí sản xuất khác nhau. Việc lựa chọn phương án gia công có lợi nhất về mặt kinh tế cần căn cứ vào kết quả tính toán và so sánh chi phí.

    Giả sử chúng ta cần gia công một chi tiết sản phẩm và có hai phương án lựa chọn: gia công bằng cắt gọt và gia công đúc với thông số liên quan như sau (bảng 13.1, ví dụ của Ulrich).

    Chi phí Gia công cắt gọt Đúc
    Khuôn mẫu Không có 10000$
    Đồ gá 1000$ Không có
    Gia công + vật liệu 10$/chi tiết 1$/chi tiết
    Chúng ta có thể dễ dàng thấy rằng với phương án gia công cắt gọt, chi phí cố định ban đầu (đồ gá) khá thấp so với chi phí cố định của phương án đúc (khuôn mẫu) trong khi chi phí biến đổi (phí gia công + vật liệu trên mỗi chi tiết) lại cao hơn. Nếu sản lượng thấp, phương án gia công cơ sẽ có lợi hơn về kinh tế. Ngược lại, nếu sản lượng lớn, phương án gia công bằng phương pháp đúc sẽ có lợi hơn.

    Từ ví dụ trên, chúng ta rút ra các bước để tiến hành so sánh chi phí các phương án gia công khác nhau dựa trên chi phí cố định và chi phí biến đổi như sau:

    • Bước 1: Xác định các chi phí cố định và chi phí biến đổi với mỗi phương án như bảng 13.1
    • Bước 2: Dựng đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chi phí tổng theo sản lượng đối với các phương án gia công: Chi phí tổng = (Chi phí cố định) + (Đơn giá gia công/vật liệu) * (Sản lượng)
    • Bước 3: Xác định điểm cân bằng về chi phí của 2 phương án.
    • Bước 4: Xác định sản lượng cần gia công
    • Bước 5: Kiểm tra xem với sản lượng dự kiến, phương án nào cho chi phí tổng rẻ hơn.
    • Bước 6: Đưa ra quyết định chọn phương án gia công phù hợp (trên cơ sở xem xét thực trạng dây chuyền sản xuất).
    Có một ví dụ thực tế về một chi tiết trong động cơ ô tô sẽ được đưa trên phần thảo luận ở topic support tại diễn đàn MES Lab. Trong ví dụ này, với việc điều chỉnh thiết kế lại để chuyển đổi phương án gia công, nhà sản xuất đã giảm chi phí sản xuất từ hơn 30USD xuống còn gần 14USD cho mỗi chi tiết. Mức giảm chi phí (trên 50%) này là con số cực kỳ ấn tượng!

    Giảm chi phí linh kiện

    Như đã nêu, chi phí linh kiện là yếu tố trực tiếp cấu thành chi phí sản xuất. Muốn giảm chi phí sản xuất, việc đầu tiên có thể nghĩ tới là giảm chi phí linh kiện. Ngoài việc loại bỏ các chi tiết thừa để tiết kiệm vật liệu và chi phí gia công, DFM còn giúp nhà sản xuất hợp lý hóa việc quy hoạch, bố trí các linh kiện. Việc hợp lý hóa thể hiện ở những khía cạnh sau:

    Tinh gọn quá trình gia công

    Muốn tinh gọn quá trình gia công, nhóm thiết kế phải hiểu rõ quá trình cũng như các ràng buộc về điều kiện sản xuất. Những ràng buộc này bao gồm cơ sở vật chất hiện có (dây chuyền, dao cụ, máy móc khác…), sự phù hợp của những gì đang có với phương án thiết kế. Từ những nhận thức về điều kiện sản xuất như trên, nhóm thiết kế có thể điều chỉnh phương án thiết kế để phù hợp với điều kiện sản xuất. Việc điều chỉnh có thể được thực hiện bằng cách thiết kế lại các linh kiện để giảm thiểu các bước gia công cũng như để hạn chế những bước gia công yêu cầu vượt quá năng lực sản xuất.

    Chuẩn hóa linh kiện và quá trình

    Đôi khi, việc thiết kế lại vẫn không giải quyết triệt để được vấn đề và vẫn có những linh kiện không thể được sản xuất với năng lực máy móc hiện có. Lúc này, nhóm thiết kế cần tìm cách chuẩn hóa các linh kiện đó và chuẩn hóa quá trình sản xuất để có thể đặt mua linh kiện từ nhà cung cấp bên ngoài. Việc đặt mua linh kiện chuẩn từ bên ngoài có nhiều lợi ích: một mặt, doanh nghiệp không cần đầu tư quá nhiều tiền vào việc nâng cấp trang thiết bị và dây chuyền, mặt khác, do linh kiện chuẩn được dùng bởi nhiều công ty nên với hiệu ứng “kinh tế quy mô” (economy of scale), giá thành mà nhà cung cấp chào bán sẽ ở mức hợp lý hơn so với việc doanh nghiệp tự sản xuất.

    Bằng việc chuẩn hóa linh kiện và quá trình sản xuất, doanh nghiệp tận dụng được việc gia công bên ngoài, hạn chế tối thiểu việc đầu tư mua sắm trang thiết bị và có thể tập trung vào những hoạt động sản xuất cốt lõi với năng lực hiện có.
    Ngày nay, chúng ta đã quá quen thuộc với việc các công ty sản xuất máy tính, điện thoại hay ô tô làm theo cách trên. Ví dụ: một công ty sản xuất máy tính sẽ tập trung vào thiết kế tính năng, kiểu dáng, trải nghiệm người dùng và mua linh kiện chuẩn (CPU, RAM, HDD, VGA card…) từ các nhà cung cấp khác để lắp ráp thành sản phẩm mang thương hiệu của mình. Mô hình này đã trở thành chuẩn mực trong công nghiệp điện tử, ô tô,…và hầu hết các công ty lớn đều áp dụng ở các mức độ khác nhau.

    [​IMG]
    Một chiếc laptop có rất nhiều linh kiện chuẩn và được mua từ nhiều nhà cung cấp khác nhau. Nguồn: Wikipedia.

    Còn tiếp....
     
    xuanlong123 and umy like this.
  3. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,229
    Likes Received:
    232
    Giảm chi phí lắp ráp

    Lắp ráp là khâu quan trọng trong quá trình sản xuất và việc giảm chi phí lắp ráp góp phần đáng kể vào việc giảm chi phí sản xuất. Thiết kế sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến khả năng lắp ráp cũng như thời gian lắp ráp các linh kiện. Chính vì thế, việc điều chỉnh thiết kế có thể giúp giảm chi phí lắp ráp.

    Có một số quy tắc thiết kế sau gợi ý cho việc giảm chi phí lắp ráp.

    Đơn giản hóa thiết kế và giảm số lượng part (bộ phận)

    Khi giảm số lượng các part, việc lắp ráp sẽ trở nên nhanh chóng hơn. Mỗi lô part đều có thể có chứa part lỗi cũng như có tỷ lệ sai số lắp ghép nhất định. Vì thế, khi giảm thiểu số part, chúng ta sẽ giảm được số sai sót. Ngoài ra, có nhiều part còn gây khó khăn cho việc tự động hóa quá trình lắp ráp.

    Để giảm thiểu số lượng part, nhóm thiết kế cần phải xem xét, rà soát từng part trong sản phẩm và xem xét những part nào có thể bỏ đi hoặc kết hợp vào part khác hoặc các chức năng nào có thể được thực hiện nhờ cách thiết kế đơn giản hơn hay không. Nhóm thiết kế cần đặt ra những câu hỏi sau để quyết định việc có nên để part riêng rẽ hay nên bỏ đi hoặc kết hợp vào part khác:

    • Part có cần thiết phải chuyển động so với các phần khác không?
    • Part có nhất thiết phải làm bằng vật liệu khác (so với các part khác) do yêu cầu về tính năng hay không?
    • Part có nhất thiết phải đứng riêng (so với các part khác) do yêu cầu lắp ráp, sử dụng, sửa chữa hay không?
    Nếu cả 3 câu trả lời đều là KHÔNG thì part này có thể được “bỏ đi” bằng cách gắn vào part khác. Bằng cách này, chúng ta có thể giảm bớt số lượng part.

    Chuẩn hóa và dùng part có công dụng chung

    Việc dùng các part có công dụng chung sẽ giúp giảm lượng lưu kho, giảm chi phí và nâng cao chất lượng. Công nhân lắp ráp cũng sẽ thao tác nhanh hơn với những part tiêu chuẩn và part có công dụng chung. Ngoài ra, việc tăng số lượng part có công dụng chung sẽ dẫn đến khả năng tự động hóa lắp ráp do có đủ số lượng cần thiết.

    Thiết kế giúp tránh lắp ráp sai

    [​IMG]
    Các mấu, hình dạng bất đối xứng, chốt chặn được dùng để tránh lắp sai. Hình ảnh lấy từ cuốn sách.
    Thiết kế part cần phải giúp quá trình lắp ráp tránh xảy ra sai sót. Các linh kiện cần được thiết kế sao cho khi lắp ráp, nó chỉ có thể được lắp theo một kiểu. Thông thường, người ta sử dụng các mấu, các hình dạng bất đối xứng hay các chốt chặn để tránh việc lắp sai.

    Thiết kế giúp định hướng và thao tác với part

    Thiết kế này giúp bỏ bớt những thao tác không cần thiết, tránh việc lắp nhầm và qua đó giảm thời gian thao tác.

    • Part dễ cầm, nắm. Part không quá nhỏ để không cần dùng kính lúp hay kìm gắp, part không quá lớn để có thể cầm bằng một tay mà không cần dụng cụ kèm theo.
    • Part cần hạn chế ở các dạng rối (dây, ống mềm,…) hay trơn trượt, dính (bôi dầu, keo), hay có cạnh sắc hoặc điểm nhọn.
    • Part thiết kế để lắp theo một hướng (thường là từ trên xuống, thuận theo trọng lực, hình.
    [​IMG]
    Các part nên được lắp theo hướng thống nhất, nên lắp từ trên xuống dưới. Nguồn: DFA Lecture, wisc.edu.
    • Part lắp trên nền ổn định, chắc chắn để không bị lệch vị trí sau khi lắp, tránh việc phải lắp đi lắp lại
    • Part cần có khả năng tự định hướng và tự gá chặt.
    • Part cần được lắp trong điều kiện đảm bảo người công nhân có tầm quan sát tốt nhất với các parts
    • Chọn lựa phương án lắp chặt tiết kiệm nhất là phương pháp dùng các nẫy (nhựa chẳng hạn), kẹp. Phương pháp tốn kém hơn là dùng các kẹp nhựa, hơn nữa là tán đinh và đắt nhất là dùng ốc vít, xét về mặt lắp ráp. Nên tậm dụng tối đa các cơ cấu tự lắp chặt.
    [​IMG]
    Nên tận dụng tối đa các cơ cấu tự lắp chặt. Nguồn: DFA Lecture, wisc.edu.
    • Cần chú ý lắp ráp sao cho những khách hàng (người dùng, nghiệp dư) sau này có thể dễ dàng tháo lắp để phục vụ bảo trì, sửa chữa (trừ một số bộ phận đặc biệt). Có thể thấy ví dụ này thông qua các máy tính để bàn đồng bộ dùng rất nhiều nẫy bằng nhựa giúp tháo lắp dễ dàng.
    Giảm chi phí hỗ trợ

    Chi phí hỗ trợ có thể được giảm xuống khi chúng ta giảm thiểu sự phức tạp của hệ thống khi vận hành sản xuất. Việc này có thể làm được thông qua điều chỉnh hợp lý thiết kế để tối ưu hóa hoạt động của dây chuyền sản xuất. Ngoài ra, ngay từ khâu thiết kế, cần tính đến việc thiết kế để “chống xảy ra lỗi” (error proof), giúp hạn chế tối thiểu các sai sót phát sinh khi sản xuất.

    Xem xét ảnh hưởng

    Sau khi áp dụng các phương án tiết giảm chi phí linh kiện, giảm chi phí lắp ráp và chi phí hỗ trợ, nhóm thiết kế cần rà soát xem việc tiết giảm này ảnh hưởng thế nào đến chi phí sản xuất.

    Ảnh hưởng của việc điều chỉnh thiết kế để phù hợp với DFM có cả mặt tốt và không tốt, có thể bao gồm:

    • Giảm giá thành sản xuất
    • Tăng hoặc giảm thời gian phát triển sản phẩm (do việc điều chỉnh thiết kế)
    • Phát sinh các phụ phí
    • Ảnh hưởng lên chất lượng sản phẩm: dễ dùng, dễ bảo trì, dễ tháo lắp, dễ tái chế. Ngoài ra, có thể có ảnh hưởng đến độ tin cậy và độ ổn định của sản phẩm.
    • Khả năng tái chế, chi phí môi trường
    Nếu lợi ích đem lại từ DFM về các mặt “tích cực” nhiều hơn là mặt “tiêu cực”, nhóm thiết kế có thể kết thúc quá trình DFM và tiến hành điều chỉnh theo thiết kế mới. Nếu kết quả thu được chưa thỏa mãn, họ có thể lặp lại quá trình DFM với các điều chỉnh mới cho đến khi thu được kết quả như mong đợi.
     
    Đoàn Khuê, xuanlong123 and umy like this.

Share This Page

Users Viewing Thread (Users: 0, Guests: 0)

Loading...