ÜRETİM ve MONTAJ İÇİN TASARIM — DfMA ( Design for Manufacturing & Assembly)

DFM, DFMA, DFA

Üretim ve Montaj İçin Tasarım (DfMA) nedir?

Üretim ve Montaj için Tasarım (DfMA) özetle, bir ürünün kolay ve düşük maliyetle üretimi, montajı ve sürdürülebilirliği için tasarımında yapılacak optimizasyonlar bütünüdür diyebiliriz. Bu kavram için yazının geri kalanında DfMA kısaltmasını kullanacağım. Neredeyse tüm mühendislik ve üretim alanlarında kullanılan veya kullanılması kritik öneme sahip bir süreç olan DfMA her disiplinde farklı şekilde uygulanabilmektedir. Bu yazıyla, oldukça kritik ve görece derin bir konu olan DfMA süreçleri hakkında kısaca bilgilendirme yapmak istedim.

Yazımda vereceğim örnekler alanım gereği genelde Gömülü Sistem Tasarımı ve Yazılımı üzerinden olacaktır. Örnekleri kendi mühendislik alanınıza göre yorumlayabilirsiniz.

Üretimde Mükemmeli Arama olarak ifade edilen Design for X (DfX) kavramı, endüstride daha çok DfMA olarak bilinir. DfMA tek başlık olarak ifade edilse de iki temel ve pek çok alt başlığı kapsamaktadır. Bu iki temel başlık birbirinden ayrılmaz iki süreci ifade etmektedir. Bu nedenle DfMA, genel bir tasarım optimizasyonu olarak görülebilir. Temel ve Alt başlıklar şöyledir.

DFM, DFMA

Temel Başlıklar;

• Üretim İçin Tasarım ( DFM- Design for Manufacturing)

Üretilebilirlik İçin Tasarım olarak ta anılır. Üretim maliyetlerini düşürmek, kaliteyi ve montaj verimliliğini artırmak, ürün geliştirmeyi optimize etmek ve üretim kolaylığını sağlamak için çalışır.

• Montaj İçin Tasarım ( DFA — Design for Assembly)

Üretimi kolaylaştırmak ve hızlandırmak, sistemi basitleştirmek, bakım/servis kolaylığını planlamak, montaj makinelerine ve hattına uyumlu olmak, insan hatalarını azaltmak, hatalı montajı engelleyen çözümler üretmek gibi pek çok amacı vardır.

Alt Başlıklar;

• Verim İçin Tasarım ( DFE- Design for Efficiency)
• Bakım/Servis İçin Tasarım ( DFMa — Design for Maintenance)
• Test İçin Tasarım ( DFT — Design for Testing)
• Güvenlik İçin Tasarım ( DFR- Design for Reliability)
• Kalite İçin Tasarım ( DFQ- Design for Quality)
• Tedarik Zinciri İçin Tasarım ( DFSC- Design for Supply Chain)
• Maliyet Odaklı Tasarım ( DFC- Design for Cost)
• Süreklilik İçin Tasarım ( DFS- Design for Sustainability)

Üretim İçin Tasarım

Her disipline göre farklılıklar gösterse de genel olarak DfMA’ yı zorunlu kılan temel unsurları şöyle sıralayabiliriz;

• Düşük Maliyetli Bileşen Gereksinimi
• Modülerlik ve Farklı Ürünlerde Kullanım
• Zengin Tedarik Kaynakları ve Bileşene Erişilebilirlik
• Tasarımda Sadelik ve Az Bileşenden Oluşma
• Kritik Bileşen Planlaması ve Esneklik
• Standart Parçaları Özel Parçalara Tercih Etme
• Ürüne Uygun Doğru Bileşen Seçimi
• Her Açıdan Güncellenebilirlik ve İyileştirebilme
• Dış Kaynaklara Düşük Bağımlılık
• Taklidi Engelleme ve Düşük Maliyet İkilemi
• Güncel Üretim Teknik ve Ekipmanlarına Uygunluk
• Tercih edilen veya Kurulu Olan Üretim Akış Metodu
• Üretim Yönlü Tedarikçilerinizin Kapasitesi ve Yetkinliği
• Planlanan Üretim Adeti, Üretim ve Pazara Sunma Hızı
• İnsan Kaynağı Gereksinimi
• İnsan Hatalarından Uzak Olma
• Kolay, Hızlı ve Hatasız Montaj
• Hatasız Üretebilme
• Otonom Teste Uygunluk
• Üretimde Dış Kaynak Kullanımına Uygunluk

Şimdi bu başlıklardan bazılarının üzerinden geçelim;

Düşük Maliyetli Bileşen Gereksinimi

Bir tasarımı üretilebilir kılmak için, o işe en uygun bileşeni bulmak tek başına yetmiyor çoğu zaman. Aynı işi “ daha ucuz hangi bileşen veya yöntem ile yapabilirim?” sorusuna da yanıt vermeniz gerekiyor. Özellikle kullanılacak olan bileşen, tasarım bünyesinde yoğun kullanılıyor ve ürün fiyatını oluşturmada etken ise, bu durum kaçınılmazdır. Örneğin tasarımınızda bir Grup LED göstergeye ihtiyacınız var. Bu 8 ledden oluşan Grup LED’ in fiyatı 2$ olsun. Ancak aynı işi görecek 8 adet tekil LED toplam 1$’ a satın alınabiliyorsa, Grup LED’ in size sunduklarını bu 8 LED ile çözmenin bir yolunu bulmalısınız.

DMF COST

Modülerlik ve Farklı Ürünlerde Kullanım

Tasarımlarda modüler yaklaşımın kullanılması üretimde basitlik, kolaylık ve çok amaçlı kullanım sağlarken, üretim sonrasında da testler, servis kolaylığı ve hızlı çözüm gibi pek çok konuda avantaj sağlar. Dış kaynak kullanımının da önünü açan bu yöntem, daha küçük ekip ve tesis ile çok daha hızlı ve yüksek sayıda üretimi mümkün kılar.

Zengin Tedarik Kaynakları ve Bileşene Erişilebilirlik

Seçilen bileşeni sağlayabileceğiniz tedarikçi sayısının yüksek olması, gerek daha düşük fiyatlar, gerekse yaşanacak bir tedarik sıkıntısında farklı tedarikçi üzerinden ürüne ulaşabilme şansınızı arttırır. Bunu sağlayamıyorsanız ve bu bileşene mecbur değilseniz uzak durun ve bir alternatif üretmeyi deneyin. Sınırlı tedarikçi veya üretici üzerinden sağlanan bir bileşen fiyatının, bunun farkında olan tedarikçi tarafından zamanla yükseltilmesi sıklıkla karşılaşılan bir durumdur.

Supply Chain

Tasarımda Sadelik ve Az Bileşen Kullanma

Ne kadar az bileşen o kadar az sorun demektir. Bir problemi çözmenin birden fazla yolu vardır. Tasarım aşamasında kullanılan teknik, üretim ve uygulanabilirlik açısından karmaşık ise daha basit bir çözüm üzerinde çalışın. Unutmayın ki karmaşık sistemler her ne kadar sorunsuz gibi görünse de, ömrü dolan her bileşen bir sorun kaynağıdır.

Kritik Bileşen Planlaması ve Esneklik

Seçilen bileşenin tek üreticiye bağlı, özel pakete sahip, alternatifi üretilmeyen, tedarikçi sayısı sınırlı, tek bir ülkede üretiliyor olması, stratejik ürün kapsamında olması, bir standarda uygun olmaması tasarımınız ve ürününüzde bu bileşeni kritik malzeme yapar. Standart bileşenleri, özel üretim bileşenlere tercih etmek önceliğiniz olmalıdır.

Üretimde ve satış sonrasında bir bileşene bağımlı kalmamak için;

• Örnek 1 : Örneğin bu bileşen bir modül olsun. O halde modülü oluşturan malzemelere ayrı ayrı ulaşmayı deneyerek bağımlılıktan kurtulmayı deneyin.
• Örnek 2: Örneğin XX firmasına ait bir Mikroişlemci kullanıyorsunuz. Yazılım ve donanım tasarımınızı hızlı evirilebilir şekilde yapın ki, özellikle bu dönem yaşanan çip krizi gibi süreçlerde üretiminiz aksamasın. Platform Bağımsız çalışmak mottonuz olsun.
• Örnek 3: Donanım tasarımınızda, kurallara uygun olarak birden fazla paketi destekleyen uygulamalar yapın veya kritik malzemeleri daha küçük bir modül üzerinde toplayarak tasarımın bütününde değişime gitmek durumunda kalmayın.
• Örnek 4: Tasarımınızda kullanacağınız kritik çevre birimleri için en az iki alternatif belirleyin. Yazılımınızda bu alternatifler için de gerekli altyapı bulunsun. Gerektiğinde üretimi aksatmadan, yeni bir geliştirmeye gerek duymaksızın bu altyapıları devreye sokarak test edilmiş bir şekilde yolunuza devam edin.

Ürüne Uygun Doğru Bileşen Seçimi

Tasarımın, ürünün çalışma ortamına ve pazar kabullerine uygunluğu çok önemlidir. Çalışma ortamı şartları, enerji durumu, vibrasyon, darbe ve tekrarlanan süreçler, pazar tarafından sınırlama getirilmiş kriterler (kurşunsuz üretim kriteri gibi), pazarın garanti beklentisi, bağlayıcı standart ve testler gibi pek çok parametre tasarımınızda kullanmanız gereken bileşenlerin sınıfını belirler. Bu sınıflara uymayan bileşenler ya başta kabul görmez ya da umulan çalışma performansını sergileyemezler.

Her Açıdan Güncellenebilirlik ve İyileştirebilme

Ürüne dönüştürülen tasarımlardan yaşam döngüsü içinde pek çok beklenti olacaktır. Bunlardan birisi de ürünün güncelliğini koruyabilmesidir. He ürün sahaya çıktıktan bir süre sonra gerek müşteri talebi gerek günün şartları gerekse sonradan tespit edilen problemler sebebiyle güncellemeye ve yenilenmeye muhtaçtır. Bu yönü zayıf olan ürünlere yapılacak olan servis ve güncelleme işlemleri ciddi bir maliyet oluşturacak ve üründen elde edilen kazancı olumsuz yönde etkileyecektir.

Dış Kaynaklara Düşük Bağımlılık

Üretilecek olan ürünün birim zamandaki üretim adeti dikkate alınarak, tedarikçilerden alınan bazı hizmetlerin ve bileşenlerin kurumun kendi bünyesinde sağlanıyor olması ciddi bir avantajdır. Burada dikkat edilecek husus, şirket içi entelektüel ve makine teçhizat kaynaklarının durumudur. Ciddi bir maliyet avantajı sağlayacağı düşünülüyorsa tasarımın bu kaynakları dikkate alınarak yapılmasında fayda vardır.

Örneğin bünyenizde bir plastik enjeksiyon sistemi var ancak sizin istediğiniz hassasiyete inemiyor. Bu durumda hassasiyet düzeyini, kaliteyi de çok düşürmeden ayarlamanız mümkün olabilir. Veya makine parkınızda dip paket (TRH) malzeme dizecek bir makineniz yoktur, bu durumda mümkün olduğunca yüzey montaj (SMD)malzeme seçimine yönelebilirsiniz.

Taklidi Engelleme ve Düşük Maliyet İkilemi

Tasarımlarda taklidin önüne geçmek için gerek mekanik gerek donanım gerekse yazılım yönünden kolay erişilebilir kaynaklardan uzak durulmaya çalışılır. Örneğin standart bir muhafaza kullanmak yerine özel tasarım bir muhafaza tercih edilebilir. Bu sizin ürününüzü diğerlerinden ayrıştıracak ve özel kılacaktır. Ancak bunun ürün maliyetine bir etkisi olacağı şüphesizdir. Burada diğer başlıklardaki gibi yine birim zamanda planlanan üretim adeti önemlidir. Düşük adetli üretimlerde hazır/standart modül, bileşen, kutu veya ambalaj tercihleri yapılırken, yüksek adetli üretimlerde özel tasarım modüller, özel tasarım muhafaza ve özel tasarım yazılım modülleri tercih edilebilmektedir. Eğer düşük adet satılacak bir ürün tasarlıyorsanız burada özel tasarımlar maliyetli olurken, yüksek adetli üretim yapılacak bir ürün için de hazır çözümlere gitmek maliyetli olacaktır. Dolayısı ile gerek taklidin önüne geçmek gerekse üretim adeti güdümlü olarak bileşen ve tasarım tercihini yapmak önemlidir.

Güncel Üretim Teknik ve Ekipmanlarına Uygunluk

Üretim teknikleri ve üretimde kullanılan ekipmanlar sürekli yenilenmekte ve gerek üretim zamanı gerekse maliyeti açısından fayda sağlamaktadır. Dolayısı ile üretim aşamasında bu imkanlardan yararlanabilmek adına tasarımın güncel üretim ekipmanlarına uygun yapılması faydalı olacaktır. Örneğin kalıplama aşamasında yapılabilecek bir markalama çalışmasının, bu tekniği kullanmayıp ek bir markalama tekniği kullanarak maliyetin artması gibi veya Flex PCB + Rigit PCB hibrit çözümler varken, PCB lerin kablo ve soketler ile birleştirilerek işçilik ve maliyetin artması gibi.

Tercih edilen veya Kurulu Olan Üretim Akış Metodu

İşin ve İşletmenin türüne göre pek çok üretim akış metodu kullanılmaktadır. Atölye Tipi, Seri Üretim Hattı veya Yalın Üretim gibi. Var olan veya ürün için planlanan üretim hattının türü tasarımınızı etkileyecektir. Hattın işleyişine göre ürünün montaj biçimi önem kazanır. Hatta bulunan ekipmanın yetenekleri, dışarıdan alınacak hizmetler ve bu hizmetlerin hattın hangi aşamasında dahil olacağı önemlidir. Hatta uygun olmayan bir tasarım hattın yavaşlamasına, duraksamasına veya oluşacak yeni ekipman ihtiyacına paralel hattın yeniden planlanmasına varan sonuçlar üretebilir.

Üretim Yönlü Tedarikçilerinizin Kapasitesi ve Yetkinliği

Tasarlanan ürünün tüm parçalarının kurum içinde üretilmesi çoğu zaman mümkün olmaz. Bu gibi durumlarda güvenilir dış kaynaklar ile çalışarak işin bir kısmını işletme dışına yönlendiririz. “Outsourcing” olarak bilinen bu yöntem ile alanında uzman olan üretici partnerlerin sisteme dahil olması sağlanır. Bu seçimi yaparken pek çok parametrenin yanı sıra partnerlerin yetkinlikleri ve imkanları da önemlidir. Eğer her tasarımda bir partner değiştirmek istemiyorsanız, partnerinizin size katkı sunabilmesi için yetkinliklerini tasarım aşamasında dikkate almalısınız. Kullandığı makineler, personellerinin uzmanlıkları, personel sayıları, üretim hattı seçimi vs. oldukça önemli olmaktadır.

Örneğin partnerinizin otomatik kart test sistemi en fazla 20 noktadan ölçüm yapabiliyor ancak sizin tasarımınız 50 adet test noktası üzerine kurgulanmış olsun. Partnerinizi bu konuda bilgilendirmeden tasarıma devam ederseniz, bu durum üretim hattınızın zayıf halkası olacaktır.

Planlanan Üretim Adeti, Üretim ve Pazara Sunma Hızı

Tasarlanan ürünün birim zamanda ne kadar üretileceği ve ani yüksek talep doğrultusunda üretim adetinin arttırılıp arttırılamayacağı tasarımı etkiler. Burada daha önce de ifade edilen üretim hattı, işletme kaynakları, tesis büyüklüğü ve partnerlerin kapasitesi de önemli ancak var olan kapasite değiştirilemiyor ise tasarım aşamasında yüksek talebe uygun, insan eli değmeden üretim odaklı planlamalar yapılabilir. Yine kendi alanımdan örnekler verecek olursak, mümkün olan tüm bileşenlerin dizgisini makineleştirebilmek, yazılım ve konfigürasyon yükleme ve de diagnostik test süreçlerini otomatize etmeye uygun teknikler, birleştirme ve kapatma süreçlerinin otomatik olabilmesi için uygun yöntemlerin seçimi gibi pek çok tasarımsal dokunuşlar üretim hızı ile doğrudan ilintilidir.

DfMA Neden Önemlidir?

Üretimin amacı her ticari girişimde olduğu gibi kar etmektir. Bir üründeki karı maksimize edebilmek için;

• İşçilik maliyetlerini düşürmek,
• Malzeme maliyetlerini düşürmek,
• Üretim ve Montaj maliyetlerini azaltmak,
• Üretimi otomatize etmek ve birim zamanda daha fazla üretim yapabilmek,
• Satış sonrası servis ihtiyacını azaltmak veya kolaylaştırmak,
• Tekrar eden tasarım giderlerini düşürmek,
• Ürünlerdeki geri dönüş oranını azaltmak,
• Verimi yükseltmek,
• Enerji ihtiyacını azaltmak,
• Nakliye giderlerini azaltmak,
• Çevreci olmasını sağlamak

Gibi temelde girdi türünden kalemler üzerinde çözümler üretmek gerekir. DfMA yönelimli tasarımlarda temel amaç, tüm bu girdi maliyetlerinin azaltılması ve verimin arttırılmasıdır. Dikkat edilirse yukarıda ifade edilen tüm başlıklar fikir ile başlayıp tasarım ile optimize edilebilecek konulardır.

Üretim sürecini etkileyecek bir tasarım veya tedarik sorunu, sizi tasarıma yeniden yönlendireceği için üretimi durdurabilir hatta ürünün tümüyle piyasadan kalkmasına neden olabilir. Üretim aşamasında, üretimin durmasına yol açacak tasarıma dönüş çalışmaları kabul edilemez.

İlk düğmeyi yanlış iliklemek gibi güzel bir deyimimiz var. Bir hata yapıldığında ve sonrasında fark edildiğinde yüksek maliyetler doğuran bir geri dönüş süreci başlayabilir. Bu geri dönüş yapılmaz ise yukarıda saydığımız sebepler ile düşük verim, düşük kar ve sorunlu ürünler ile devam eden bir döngü başlamış olur. Buradaki ilk düğme her disiplin için tasarımdır diyebiliriz.

Tasarımın problemi çözme başarısı yüksek olabilir. Hatta bu tasarım üretim öncesi sorunsuz çalışan bir örneğe de dönüşmüş olabilir. Ancak tasarımı üretime yönlendirmeden önce yukarıda bahsettiğimiz problemleri yaratmayacağına, hatta bu problemleri çözer nitelikte olduğuna emin olunmalıdır. Buda, tasarımın aslında ürünün çeşidine uygun olarak pek çok disiplini bir arada barındıran ve her disiplinin isterlerini en iyi şekilde karşılayan yapıda olması zorunluluğunu ortaya koyar.

İyi Çalışmalar Dilerim.

Uğur TARLACI // 2022

ugurtarlaci@yahoo.com