Projektovanje za izradu i montažu u okviru projektovanja za izvrsnost: prilazi, metode i metodologije

Projektovanje za izradu i montažu u okviru projektovanja za izvrsnost: prilazi, metode i metodologije GORAN M. JOVIČIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Pregledni rad Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad UDC: 621.01 DEJAN O. LUKIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad VELIMIR V. TODIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad MIJODRAG P. MILOŠEVIĆ, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad JOVAN B. VUKMAN, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad Projektovanje za izvrsnost (DfX) predstavlja metodologiju koja ima za cilj definisanje i sprovoñenje niza zahteva koji omogućavaju razvoj optimalnog proizvoda sa aspekta pogodnosti njegove izrade (DfM), montaže (DfA), demontaže (DfD), uticaja na životnu sredinu (DfE) i mnogih drugih aspekata. Kao posledica nemogućnosti razmatranja ovih aspekata prilikom projektovanja proizvoda, za rezultat se može se dobiti proizvod koji je suviše skup, a samim tim i manje profitabilan. U ovom radu su prikazane osnovne DfX metode, kao i neke manje afirmisane metode, dok je posebna pažnja posvećena metodologijama koje se odnose na projektovanje za izradu i montažu proizvoda. Ključne reči: projektovanje za izvrsnost (DfX), projektovanje za izradu (DfM), projektovanje za montažu (DfA), projektovanje za izradu i montažu (DfMA) 1. UVOD Sa aspekta racionalne proizvodnje od suštinskog značaja je da se proces projektovanja proizvoda spregne sa tehnološkim procesima neophodnim za njihovu izradu. Ova dva procesa danas predstavljaju simultane procese izmeñu kojih postoji manja ili veća interakcija. Kako konstruktivno rešenje utiče na izbor tehnologije izrade tako i tehnologija izrade utiče na konstrukciju proizvoda [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Postojanje interakcije izmeñu ova dva procesa znači, upravo to, da projektanti pored ispunjavanja funkcionalnih zahteva proizvoda moraju da ispune i zahteve u pogledu tehnologije njegove izrade. Ova interakcija je iterativne prirode [6, 7, 8]. Kao prvo, neophodno je formirati inicijalno konstruktivno rešenje, a zatim izvršiti proveru njegove te- Adresa autora: Goran Jovičić, Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, Trg Dositeja Obradovića 6 Rad primljen: 18.09.2013. Rad prihvaćen: 16.01.2014. hnologičnosti i prepoznavanje kritičnih delova konstrukcije proizvoda. Zatim se vrše korekcije konstruktivnog rešenja i ponovo proverava tehnologičnost. Ovaj proces se sukcesivno ponavlja sve dok se inicijalno konstruktivno rešenje ne transformiše u neko novo rešenje, koje u sebi ne sadrži konflikte ili kontradikcije tehnološke prirode. Ključni zahtev je da se do interakcije pomenuta dva procesa doñe što je ranije moguće, već u konceptualnoj fazi, slika 1. Cilj ovog rada je da se prikažu osnovne DfX metode, dok je akcenat dat na opis DfM i DfA metodologije, koje integrišu aspekte izrade i montaže proizvoda. Slika 1 Proces razvoja proizvoda [9] TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2 233

2. PROJEKTOVANJE ZA IZVRSNOST - DFX U literaturi postoje dva pogleda na značenje X u okviru pojma DfX [10]: Projektovanje za X (eng. Design for X), gde X predstavlja promenljivu koja može da se odnosi na: izradu, montažu, troškove, životnu sredinu, nabavku, pouzdanost, održavanje, itd. Projektovanje za izvrsnost (eng. Design for Excellence), gde X predstavlja primenu svih Projektovanje za metoda, kako bi se postigla izvrsnost proizvoda. DfX metode su razvijene u cilju donošenja kvalitetnih odluka pri projektovanju, slika 2. Ove odluke utiču na sve faze životnog ciklusa proizvoda. Tokom razvoja proizvoda, troškovi, pa samim tim i napori se uvećavaju ukoliko se greške isprave u kasnijoj fazi životnog ciklusa proizvoda. Zbog toga je neophodno da se potencijalni problemi uoče i otklone što je pre moguće. Slika 2 Prikaz uže strukture DfX-a [11] U nastavku su ukratko prikazane osnovne DfX metode, počevši od projektovanja za izradu i montažu, zatim projektovanja za zaštitu životne sredine, a potom i neke manje afirmisane metode. Projektovanje za izradu (eng. Design for Manufacturing-DfM) je zapravo sistematski pristup koji omogućava projektantima da predvide troškove proizvodnje u ranoj fazi procesa projektovanja, čak i kada je poznata samo okvirna geometrija proizvoda koji se razvija [3, 12]. Prema [13], DfM je definisan kao prilaz za projektovanje proizvoda gde se ideja brzo prenosi na konstrukciju proizvoda, proizvodnja se realizuje sa minimalnim troškovima i naporima a projektovani kvalitet se direktno ugrañuje u finalni proizvod. U okviru projektovanja za montažu (eng. Design for Assembly-DfA) procenjuje se kvalitet konstrukcije proizvoda na osnovu kvantitativnih karakteristika proizvoda. Najvažniji pokazatelj efikasnosti projektovanja predstavlja vreme montaže. Vreme montaže proizvoda odražava poteškoće procesa montaže kao što su dovoñenje u ravnotežni položaj, poravnavanje, stezanje i dr. Dakle, može se reći da DfA ima za cilj integraciju komponenata i funkcija proizvoda u manji broj komponenata, čime se utiče na smanjenje vremena i troškova montaže. [6] Projektovanje za zaštitu životne sredine (eng. Design for Environment-DfE) - Rast zabrinutosti zbog zagañenja životne sredine doveo je do brojnih istraživanja koja se odnose na razvoj ekološki prihvatljivih proizvoda. Za razliku od DfM i DfA metoda, gde je osnovni cilj smanjenje troškova, kod projektovanja za zaštitu životne sredine ne postoji jednoznačna mera uticaja na životnu sredinu. Razne faze životnog veka proizvoda na različite načine utiču na životnu sredinu. DfE metode obuhvataju projektovanje za demontažu, reciklažu, životni vek proizvoda, troškove životnog ciklusa i održivi dizajn [14]. U okviru projektovanja za demontažu (eng. Design for Disassembly-DfD), uspostavlja se i procenjuje izvodljivost zahvata demontaže za odreñeni proizvod. Najznačajniji rad koji se odnosi na projektovanje za životni vek proizvoda (eng. Design for End-of- Life-DfEoL) je Savetnik za životni vek proizvoda [15]. U ovom radu izvršena je procena četiri izvodljive strategije za životni vek proizvoda: strategije za ponovnu upotrebu, održavanje, doradu i reciklažu. Ove strategije se zasnivaju na karakteristikama proizvoda, kako bi se utvrdilo koja varijanta proizvoda je ekološki pogodnija. Projektovanje za reciklažu (eng. Design for Recycle-DfR) je usko povezan sa DfD i DfEoL, što znači da će sklopovi čiji su delovi složeniji za demontažu takoñe imati i složeniji proces reciklaže. U poslednje vreme, postavlja se i pitanje održivog dizajna (eng. Sustainable Design-SD). Umesto da se posmatra samo ekonomičnost proizvoda, održivi dizajn prepoznaje potrebu da proizvodi moraju biti ekološki, ekonomski i socijalno održivi. Ovo je poznato kao trostruka donja linija (eng. Triple bottom-line), koja naglašava potrebu da se uspostavi ravnoteža izmeñu ova tri aspekta [16]. Iako su DfM i DfA, kao i razne grane ekološki svesnog dizajna metode koje dobijaju najviše pažnje, postoje i metode koje podržavaju ostale DfX aspekte, meñu kojima su kvalitet, jednostavnost održavanja, pouzdanost i cena [16]. Projektovanje za kvalitet (eng. Design for Quality-DfQ) se bavi razvojem proizvoda koji ispunjava zahteve kupaca sa aspekta kvaliteta. Projektovanje za pogodnost održavanja (eng. Design for Maintainability-DfMt) je metoda koja omogućava projektantima da procene koliko je jednostavno održavanje njihove konstrukcije. 234 TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2

Projektovanje za pouzdanost (eng. Design for Reliability-DfR) je metoda koja služi za procenu sposobnosti proizvoda da obavlja svoju funkciju u odreñenom vremenskom periodu bez otkaza. S obzirom na finansijski pritisak, bilo kog projekta, razvijene su DfX metode koje su povezane sa troškovima, kao što su projektovanje za troškove (eng. Design for Cost-DfC), metoda koja ima za cilj minimiziranje troškova proizvodnje proizvoda i projektovanje do odreñenih troškova (eng. Design to Cost- DtC), metoda koja ima za cilj održavanje troškova u okviru definisanih granica. Ovde je takoñe neophodno naglasiti da DfX metode ne predstavljaju statičko polje i da su metode koje su do sada razmatrane već našle svoju značajnu primenu u praksi. Pored navedenih, razvijaju se i potpuno nove DfX metode koje imaju za cilj da odgovore na promene koje se javljaju na globalnom tržištu. U nastavku su prikazane tri novije DfX metode koje su još uvek u procesu razvoja, čiji je fokus usmeren je na razvoj pokazatelja, isključivo za merenje željenih karakteristika i uspostavljanje mogućnosti procene izvodljivosti životnog ciklusa proizvoda [16]. Projektovanje za lanac snabdevanja (eng. Design for Supply Chain-DfSC) Fokus kod ove metode je usmeren na uspostavljanje i vrednovanje, odnosno, procenu izvodljivih lanaca snabdevanja [17]. Sve više, karakteristike, kao što su identitet brenda, izgled i individualni osećaj korisnika dobijaju na značaju, posebno kada je reč o masovnom tržištu robe široke potrošnje. Shodno tome razvijene su metode projektovanja za afektivnu konstrukciju proizvoda (eng. Afective Design-AD), čiji je osnovni cilj da obezbede pokazatelje kojima će se vrednovati emocionalne reakcije na datu konstrukciju proizvoda [18]. Projektovanje za inkluzivnu konstrukciju proizvoda (eng. Inclusive Design-ID). Ova oblast se odnosi na razvijanje alata, koji omogućuju projektantima da bolje shvate potrebe i mogućnosti različitih korisnika, pri razvoju odreñene konstrukcije proizvoda. Svaka od prikazanih DfX metoda ima svoju specifičnu namenu, koje su prikazane u tabeli 1. S obzirom da konstrukcija proizvoda nastaje na osnovu unapred zadatih zahteva, projektovani proizvodi poseduju fizičku i hotimičnu prirodu [19]. Pod fizičkom prirodom podrazumeva se oblik i materijal proizvoda, dok se pod hotimičnom prirodom podrazumevaju funkcije koje proizvod obavlja. Hotimična priroda proizvoda obuhvata sve aspekte kao što su komfor, estetski izgled, troškovi i održivost, odnosno, to su svi važni prodajni poeni kojih projektant mora biti svestan. Pored toga, postoji rastuće prepoznavanje da fizička priroda proizvoda mora da odgovara za sve uticaje tokom njegovog životnog ciklusa, pa tako proizvodnja, distribucija, upotreba i odlaganje proizvoda takoñe moraju biti uzeti u obzir. Prema vrsti optimizacije DfX metode mogu biti podeljene u dve osnovne grupe. Prvu grupu čine metode koje vrše optimizaciju proizvoda s obzirom na pojedinačne karakteristike, kao što su troškovi, kvalitet, upotrebljivost, i dr., dok drugu grupu čine metode koje vrše optimizaciju proizvoda s obzirom na pojedinačne faze tokom svog životnog ciklusa, kao što su izrada, montaža, reciklaža, i dr. Ove grupe metoda mogu biti označene kao DfX karakteristika i DfX životna faza, respektivno. [15] Tabela 1. Prikaz osnovnih namena DfX metoda [15] PROJEKTOVANJE ZA... Izradu i montažu Životnu sredinu Životni vek proizvoda Demontažu Reciklažu Kvalitet Pogodnost održavanja Pouzdanost Troškove Afektivnu konstrukciju Lanac snabdevanja Inkluzivnu konstrukciju Kao zaključak može se reći da DfX metode utiču na proces razvoja proizvoda na dva načina. Prvi je kroz uticaj na projektante da postanu svesniji važnijih karakteristika i životnih faza proizvoda koje moraju uzeti u razmatanje. OSNOVNA NAMENA Smanjenje troškova proizvodnje Smanjenje uticaja na životnu sredinu Smanjenje uticaja na životnu sredinu Smanjenje troškova/vremena demontaže Veći procenat reciklaže Veće zadovoljstvo kupaca Smanjenje troškova održavanja Smanjenje procenta otkaza Smanjenje troškova Veće emocionalno zadovoljstvo kupaca Smanjenje troškova lanca snabdevanja Smanjenje potrebe za isključivanjem konstrukcije proizvoda Drugi je podrška koju DfX metode pružaju pri donošenju odluka, odnosno, one omogućuju projektantima da pomoću odgovarajućih alata izvrše procenu konstrukcije proizvoda sa odreñenih aspekata. TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2 235

3. PROJEKTOVANJE ZA IZRADU I MONTAŽU- DFMA Najznačajnije metode unutar projektovanja za izvrsnost su projektovanje za izradu (DfM) i projektovanje za montažu (DfA). Ove dve metode, su danas prosto nezamislive jedna bez druge i zato se često posmatraju objedinjeno pod terminom projektovanje za izradu i montažu (eng. Design for Manufacturing and Assembly-DfMA). Osnove primene DfMA metoda se odnosi na tri glavne aktivnosti: Kao osnova za studiju simultanog inženjerstva kako bi se odredile smernice koje će pojednostaviti konstrukciju proizvoda, smanjiti troškove izrade i montaže i stvoriti mogućnost procene odreñenih poboljšanja na konstrukciji proizvoda, Kao alat za proučavanje konkurentskih proizvoda i alat za vrednovanje odgovarajućih procesa izrade i montaže i Kao alat za procenu očekivanih troškova. U slučaju nemogućnosti razmatranja konstrukcije proizvoda sa aspekta pogodnosti izrade i montaže, prilikom njegovog projektovanja, može se dobiti proizvod koji je težak za izradu, ili je pak suviše skup. U literaturi se često sreće izraz analiza tehnologičnosti proizvoda, kao aktivnost koja se u velikoj meri podudara sa aktivnostima DfMA [8, 20]. Prema [20] sistemi analize tehnologičnosti se dele prema prilazu, oceni tehnologičnosti i nivou automatizacije. Prema prilazu sistemi za analizu tehnologičnosti mogu biti sa direktnim prilazima ili prilazima baziranim na pravilima (eng. rule-base) i indirektnim prilazima ili prilazima baziranim na tehnološkim procesima (eng. plan-base). Ocena tehnologičnosti proizvoda u ovim sistemima može biti binarna, kvalitativna, kvantitativna i na bazi vremena i troškova. Prikaz mesta i uloge projektovanja za izradu i montažu u okviru projektovanja proizvoda dat je na slici 3. Slika 3 - Mesto i zadaci DfM i DfA [7] Prema slici 3, jedna od osnovnih aktivnosti u okviru DfM-a je izbor kombinacije materijala proizvoda i procesa njegove izrade, pri čemu se mogu javiti dva osnovna slučaja redosleda izbora: prvo materijal pa proces, i prvo proces pa materijal [5]. Problemom izbora osnovnih tehnoloških procesa bavili su se mnogi autori, kao što su [1, 2, 3, 4, 6, 7] i dr. Na slici 4 dat je algoritam izbora osnovnih tehnoloških procesa, koji u suštini sadrži najbitnije faze, zajedničke za većinu razvijenih metodologija. Slika 4 - Faze izbora tehnoloških procesa [2] U literaturi se ova oblast sreće i pod terminom konceptuano projektovanje tehnoloških procesa (Conceptual Process Planning-CPP) [21, 22], a odgovarajući programski sistemi pod imenom Conceptual CA- PP [23]. Neki od razvijenih sistema iz ove oblasti su detaljnije opisani u [24, 25]: CAMPS (Computer-Aided Material and Process Selection), EPSS (Expert Processing Sequence Selector), CMS (Cambridge Materials Selector) i CPS (Cambridge Process Selector), COMPASS (Computer Oriented Material, Processes and Apparatus Selection System), MaMPS (Material and Manufacturing Process Selection), MAS (Manufacturing Advisory Service), i dr. Troškovi i vreme proizvodnje predstavljaju osnovno merilo za kvalitet konstrukcije proizvoda. U zavisnosti od faze razvoja proizvoda, postoje različiti načini odreñivanja troškova. U početnim fazama najčešće se vrši procena, a u kasnijim fazama detaljan proračun troškova [26]. Mnogi autori su se bavili problemom troškova, pa je razvijen veliki broj metoda za proračun i procenu troškova proizvodnje. Prema [26] metode za odreñivanje troškova se dele na intiutivne, komparativne, analogne, parametarske i analitičke. Za odreñivanje troškova u fazi konceptualnog projektovanja preporučuju se analogne i parametarske metode, kojima se prevashodno vrši procena troškova, kao što je predstavljeno u [27]. 236 TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2

Za detaljno ili završno projektovanje preporučuju se analitičke metode kojima se vrši proračun troškova, kao što je ABC (Activity-Based Costing) metoda, odnosno TD ABC (Time-Driven Activity-Based Costing), i dr. U metaloprerañivačkoj industriji savremene metode se baziraju na troškovima obrade tipskih oblika (feature) [26, 27]. Vreme i troškovi se u velikom broju slučaja odreñuju paralelno jer su u meñusobnoj korelaciji. Za procenu vremena proizvodnje uglavnom se koriste standardne metode na osnovu unapred definisanih vremena pokreta i zahvata, kao i nekih pokazatelja karakteristika proizvoda i procesa, pri čemu se koriste i odgovarajuće tehnike, kao što je regresiona analiza [28], tehnike VI [29, 30], itd. U cilju integracije projektovanja i proizvodnje pokretani su brojni projekti. Tako su na NIST-u realizovani projekti SIMA (Systems Integration for Manufacturing Applications) i DPPI (Design and Process Planning Integration) [31, 32]. U novije vreme istraživački napori u ovoj oblasti su fokusirani na primenu savremenih prilaza kao što su alati veštačke inteligencije i multi-agent sistemi, a manje na razvoj samih metodologija [21, 33]. Najpoznatije DfMA metodologije koje se danas najviše koriste su: Boothroyd-Dewhurst (DFMA) [6], Lucas-Hull (DfA) [34] i Hitachi (eng. Assembly Evolution Method-AEM) [35, 36]. Na osnovama ove tri metodologije razvijeni su i odgovarajući programski sistemi: DFMA, Boothroyd Dewhurst Inc., USA, programski sistem razvijen prema metodologiji koju su razvili Boothroyd i Dewhurst [37] TeamSET, CSC Computer Sciences Ltd, UK, programski sistem razvijen prema metodologiji Lucas-Hull [7, 38] i AEM Assembly Evaluation Method, Hitachi Corp., Japan, prema metodologiji koju su razvili Miyakawa i Ohashi [39]. Pored ovih metodologija, postoje i mnoge druge kao što su na primer: AREM (eng. Assembly Reliability Evaluation Method) za procenu pouzdanosti montaže, FMEA (eng. Failure Modes and Effects Analysis) za analizu uzroka i efekata potencijalnih otkaza, FBME (eng. Feature Based Manufacturability Evaluation) za procenu tehnologičnosti konstrukcije proizvoda pomoću tipskih oblika, DAC (eng. Design for Assembly Cost Effectiveness) projektovanje za smanjenje troškova montaže, AOD (eng. Assembly Oriented Design) za uporedno projektovanje sklopova i delova, Nippodenso, sistematskog prilaza kod projektovanja za montažu (eng. A systematic approach to Design for Assembly), i mnoge druge. U domaćim uslovima razvijaju se uglavnom individualna programska rešenja. kao što je rešenje prikazano u [39]. U radovima [40, 41] prikazano DfM programsko rešenje, koje se sastoji od modula za analizu tehnologičnosti konstrukcije delova, izbor i ocenu tehnoloških procesa i procenu troškova njihove izrade. U radu [42] prikazano je DfM progamsko rešenje koje je integrisano u CATIA programski sistem, namenjeno za razvoj tehnologičnih zupčastih prenosnika. Takoñe, danas, postoje i rešenja za procenu troškova izrade i montaže koja se integrišu u unutar CAD platformi kao što je: DFMPro (eng. Design For Manufacturability and Assembly Solution). DFMPro se veoma uspešno integriše u okviru platformi kao što su: PTC Creo (Pro/E), SolidWorks, NX, Solid Edge i CATIA [43]. U nastavku ovog rada prikazane su tri najzastupljenije DfMA metodologije. Boothroyd-Dewhurst DFMA metodologija Boothroyd-Dewhurst DfM metodologija je razvijena u cilju dopunjavanja već razvijene DfA metodologije. Danas ona predstavlja značajan prilaz koji se primenjuje prilikom razvoja proizvoda u mnogim svetskim kompanijama. Ova metodologija ističe značaj tipskih oblika (eng. Feature) na proizvodu u ranoj fazi njegovog razvoja, što je veoma važno zato što su tipski oblici usko povezani sa tehnološkim procesima njihove izrade. U okviru njene primene, razmatra se kombinovani izbor odgovarajućih materijala i procesa izrade. Proizvodni procesi su grupisani u tri grupe, primarne, kojima se oblikuju pripremci i delovi, sekundarne kojima se vrši obrada ovih delova i tercijalne, koji ne utiču na oblik dela. [6] Boothroyd-Dewhurst DfA metodologija ocenjuje konstrukciju projektovanog proizvoda na osnovu koeficijenta efikasnosti projektovanja, odnosno efikasnosti montaže, prema izrazu (1). Ova metodologija preporučuje eliminaciju nepotrebnih delova, kao i spajanje pojedinih delova kako bi se smanjio broj komponenata u proizvodu. 3 x teorijski minimum delova E.P = (1) ukupno vreme zahvata Autori su razvili posebnu metodologiju za ocenu kvaliteta konstrukcije proizvoda za ručnu i automatizovanu montažu, kao i metodologiju za izbor racionalne vrste montaže u zavisnosti od ulaznih zahteva proizvodnje, kao što su obim proizvodnje, broj i varijantnost sastavnih delova proizvoda, itd. Boothroyd je 1994. godine predložio metodologiju za izradu i montažu, slika 5, u cilju skraćenja vremena izlaska proizvoda na tržište. TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2 237

Slika 5 - Koraci primene DFMA metodologije [6] Kod ove metodologije pažnja je prvo usmerena na konstrukciju proizvoda sa stanovišta njegove montaže kako bi se obezbedila najkvalitetnija konstrukcija proizvoda, a zatim izvršio izbor materijala i procesa izrade pojedinih delova. Nakon toga vrši se procena konstrukcije kako bi se minimizirali troškovi izrade proizvoda. Ovo za posledicu ima blago povećanje utrošenog vremena u konceptualnoj fazi projektovanja, dok se značajnije uštede u vremenu postižu u preliminarnoj i detaljnoj fazi projektovanja. Kao što je navedeno, na bazi ove metodologije razvijen je i odgovarajući DFMA programski sistem, čije verzije DFM Cost 2.2 i DFA 9.4 smo imali priliku da testiramo, primenom dobijene demo verzije od strane proizvoñača Boothroyd-Dewhurst Inc. [44]. Lucas-Hull DfA metodologija Lucas i Univerzitet Hull u UK su začetnici ove DfA metodologije, koja je prvo razvijena za manuelnu (ručnu) primenu. Kasnije, 1989. godine je razvijeno i DfA programsko rešenje, koje je zasnovano na dijagramu toka zahvata montaže (eng. Assembly Sequence Flowchart-ASF). [34] Procena konstrukcije proizvoda sa stanovišta jednostavnije montaže kod ove metodologije uzima krucijalne aspekte pogodnosti montaže, kao i pogodnost izrade komponenata. Ova procena konstrukcije proizvoda se vrši na osnovu četiri analize: funkcionalne analize, analize izrade, analize manipulacije i analize montaže, slika 6. Funkcionalna analiza je zasnovana na smanjenjenju broja delova u konstrukciji proizvoda, tako što se vrši procena svakog pojedinačnog dela i proverava da li je on od suštinskog značaja za funkcionalnost proizvoda. Pri tome se delovi klasifikuju na funkcionalne delove (A) i nefunkcionalne delove (B). Efikasnost projektovanja se proračunava prema izrazu (2), pri čemu je poželjna vrednost E.P. veća od 60%. A E.P = *100% A + B (2) Analiza izrade se zasniva na odreñivanju relativnih troškova izrade svakog dela proizvoda u zavisnosti od izabranog proizvodnog procesa. Ovi troškovi se odreñuju na osnovu proizvodnih troškova idealne konstrukcije dela (Pt), troškova primenjenog materijala pripremka (Mt) i koeficijenta relativnih troškova konstrukcije dela (Rt). Ovaj koeficijent zavisi od karakteristika dela, kao što su složenost oblika, zahtevane tolerancije i kvalitet obrañene površine, obradljivost materijala, i dr. Analiza izrade može da se posmatra kao DfM modul u okviru ove metodologije. Analiza rukovanja se zasniva na proceni pogodnosti manipulacije sa delovima u slučaju ručne ili automatizovane montaže. Procena obuhvata karakteristike oblika delova, veličinu, težinu, i orijentaciju delova u prostoru, kao i mehaničke karakteristike delova. Pažljivim izborom zahvata ručne montaže i tehnologije ulaganja dolazi se do povećanja sigurnosti i smanjenja oštećenja delova prilikom montaže. Analiza montaže ima za za zadatak da istakne probleme pri montaži, neefikasne zahvate kao i da odredi neophodnu opremu pri montaži odreñenog proizvoda. Analiza montaže prikazuje poteškoće koje se odnose na prihvatanje svakog dela i postavljanje pojedinačnih delova u sklop, bilo da je reč o ručnim ili automatizovanim zahvatima. Trenutna istraživanja ove metodologije usmerena su na takozvanu proaktivnu DfA metodologiju, slika 7, koja je pogodna za uporedno projektovanje sklopova i delova (eng. Assembly Oriented Design-AOD). Slika 6 - Dijagram toka projektovanja kod Lucas-Hull metodologije [34] Slika 7 -Elementi proaktivne DfA metodologije [34] U okviru ove metodologije postoje tri glavne podrške, koje su od suštinskog značaja, i to za: grupu 238 TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2

proizvoda, konstrukciju proizvoda i projektovanje pojedinačnih delova. Podrška pri izboru grupe proizvoda ima za cilj da pomogne projektantima da utvrde mogućnosti grupisanja delova pri projektovanju proizvoda. Ovde je od suštinskog značaja da se primenjuju standardne komponente i tipski oblici koji su zasnovani na prethodno projektovanim proizvodima, čime se omogućuje racionalizacija i standardizacija delova i zahvata montaže. Na ovaj način se motivišu projektanti da primenjuju jednostavnije delove, tehnologije izrade i montaže. Podrška pri definisanju konstrukcije proizvoda ima za cilj da omogući projektantima procenu alternativnih konstrukcija i zahvata montaže. Predložena proaktivna DfA metodologija obuhvata jednostavni interaktivni metod za analizu zahvata montaže i neophodnih alata kako bi se uzela u obzir geometrijska ograničenja i ograničenja montaže. Ključni aspekt generisanja kvalitetne konstrukcije proizvoda i zahvata montaže je optimizacija broja delova. Kako bi se došlo do ovoga, funkcionalni zahtevi pojedinačnih delova moraju biti procenjeni na takav način da grupa delova može biti zamenjena sa jednim integrisanim delom. Ova vrsta podrške mora da sadrži podatke kao što su: opis procesa, obradivost materijala i mogućnost razmatranja konstrukcije proizvoda. Podrška pri konstruisanju delova predstavlja završnu fazu predložene metodologije, koja pruža podršku projektantima pri detaljnom projektovanju komponenata. Kako bi se generisala konstrukcija proizvoda koja je pogodna za izradu i montažu, neophodni su saveti u pogledu postavljanja i stezanja pojedinačnih delova. Za to su potrebni podaci koji se odnose na mogućnosti procesa, kao i modeli troškova za razne obradne procese i procese montaže. Ove informacije pružaju projektantima mogućnost da procene efekte donetih odluka u pogledu troškova i mogućnosti izrade. Sistem treba da pruži korisniku mogućnost prilagoñavanja podataka za konkretne proizvodne uslove. Hitachi metodologija Ova metodologija za procenu pogodnosti montaže (eng. Assembly Evaluation Method-AEM) je razvijena 1976. godine [35,36]. Nakon deset godina, u cilju usavršavanja postojeće metodologije, razvijena je takozvana Nova AEM metodologija (eng. New Assembly Evaluation Method), slika 8. Ova metodologija za procenu pogodnosti montaže se zasniva na odreñivanju dva koeficijenta: 1. Koeficijenta procene pogodnosti montaže E (koristi se u cilju procene kvaliteta konstrukcije proizvoda ili složenosti zahvata montaže) i 2. Koeficijenta procene troškova montaže K (koristi se u cilju procene troškova prilikom poboljšanja konstrukcije proizvoda). Slika 8 Hitachi-jeva metodologija za procenu pogodnosti montaže [36] Procedura za procenu pogodnosti montaže u okviru Hitachi-jeve metodologije sastoji se od pripreme tehničke dokumentacije (u konceptualnoj fazi projektovanja), kao i definisanja dokumenta na osnovu kojeg se vrši procena pogodnosti montaže. U okviru analize zahvata montaže unose se podaci kao što su naziv dela i broj komada, odreñuju zahvati montaže podsklopova, potom procedure za spajanje delova i unose simboli za svaki pojedinačni deo. Nakon toga, vrši se proračun koeficijenata procene E i K, koji se zatim uporeñuju sa željenim vrednostima. Na samom kraju vrši se poboljšanje konstrukcije proizvoda, pretragom delova i podsklopova koji imaju najmanju vrednost koeficijenta E, na osnovu čega se vrši redukcija delova. Procena pogodnosti montaže otpočinje sa definisanjem neophodnih pokreta i zahvata (poznatiji kao elementarni zahvati) kako bi se izvršilo sklapanje svakog pojedinačnog dela odreñenog proizvoda, za čije označavaje se primenjuju specifični simboli. Takozvani kazneni poeni se dodeljuju pokretima i zahvatima koji se razlikuju od jednostavnog kretanja vertikalno prema dole. Ovaj vid kretanja se smatra najbržim i najednostavnijim i može da se obavlja ručno ili automatizovano. Kazneni poeni se odreñuju za svaki deo proizvoda (E i za deo i ), koji se zatim spajaju za ukupni broj delova (N), kako bi se dobila ukupna vrednost procene. Radi lakšeg predstavljanja, koeficijent procene pogodnosti montaže E, može se posmatrati i kao efikasnost projektovanja konstrukcije proizvoda. Efikasnost projektovanja čija je vrednost od 80% ili više, smatra se kao prihvatljivo rešenje. Ukupni troškovi zahvata montaže poboljšane konstrukcije proizvoda podeljeni sa ukupnim troškovi- TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2 239

ma zahvata montaže prethodne konstrukcije proizvoda predstavljaju koeficijent procene troškova montaže K. Proračun vrednosti K zavisi od ranije proračunate vrednosti E. Vrednosti E 80 % i K 0.7 predstavljaju željene, odnosno, ciljane vrednosti koeficijenata. Ovo se najlakše može postići smanjivanjem broja delova prilikom redizajna konstrukcije proizvoda ili primenom lakših zahvata montaže. ZAKLJUČAK Troškovi nastali tokom projektovanja proizvoda i tehnoloških procesa njihove izrade učestvuju u malom delu ukupne cene proizvoda, meñutim, odluke koje se donose tokom ovih procesa značajno utiču na ukupne troškove razvoja novog proizvoda i od suštinske su važnosti za tržišni uspeh. Zbog toga je potrebno zadatak proizvodnje razmatrati što je moguće ranije, još u fazi projektovanja proizvoda, odnosno razvoja njegovog koncepta, jer su troškovi izmene veći ukoliko se one izvrše u kasnijoj fazi razvoja proizvoda. U cilju ispunjenja ovih zahteva, razvijene su odgovarajuće DfX metode, od kojih su pojedine ovde i navedene. U radu su detaljnije prikazane dve najzastupljenije DfX metode, projektovanje za izradu (DfM) i projektovanje za montažu (DfA), odnosno, objedinjen koncept DfMA, sa opisom najznačajnijih metodologija. Kako se danas izrañuju različiti proizvodi koji u svojoj konstrukciji sadrže manji broj komponenti, novije materijale, integrisane i specifične delove, standardne delove i podsklopove, kao i jednostavnije procedure montaže, može se slobodno reći da su metodologije projektovanja za izradu i montažu bitan deo skoro svakog projekta. Prema podacima proizvodnih sistema koji su primenili ove metodologije postiže se povećanje kvaliteta proizvoda uz smanjenje troškova proizvodnje čak do 50%, što permanentno ukazuje na značaj njihove primene. ZAHVALNOST: Rad predstavlja deo istraživanja na projektu "Savremeni prilazi u razvoju specijalnih uležištenja u mašinstvu i medicinskoj protetici", TR 35025, podržanom od strane Ministarstva prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije. LITERATURA [1] Bralla, J. G.: Design for Manufacturability Handbook, 2nd Edition. McGraw-Hill, New York, 1998. [2] Ashby M. F.: Materials Selection in Mechanical Design, 3rd edition, Butterworth-Heinemann, 2005. [3] Dieter, E. G.: ASM Handbook-Material Selection and Design, Vol. 20, Ohio, 1997. [4] Creese, Manufacturing Processes and Materials, Marcel Dekker, Inc., New York, 1999. [5] Corrado, P. Design for Manufacturing: A structured Approach, Butterworth-Heinemann, Woburn, MA, 2001. [6] Boothroyd, G., Dewhurst, P., Knigh, W.: Product Design for Manufacturing and Assembly, 3rd Edition, Taylor&Francis, New York, 2011. [7] Swift, K. G., Booker, J. D.: Process Selection: From Design to Manufacture, 2nd edition, Butterworth- Heinemann, Oxford, 2003. [8] Todić, V., Stanić, J.: Osnove optimizacije tehnoloških procesa izrade i konstrukcije proizvoda, FTN, Novi Sad, 2002. [9] Wrigh, I. C.: Design methods in Engineering and Product Design, McGraw-Hill, London, 1998. [10] Tarr, M., The DFX concept, URL: http://www.ami.ac.uk/courses/topics/0248_dfx/inde x.html [11] Voigt electronic GmbH: Elmug presentation design for X, URL: http://www.voigt-electronic.de [12] Ristić, M., Tehnološka ograničenja brzih proizvodnih tehnologija, IMK-14 Istraživanje i razvoj, Vol. 38, No. 1, Kruševac, 2011. [13] Das, S. K., Datla, V., Samir, G., DFQM An approach for improving the quality of assembled products, International Journal of product Research, Vol. 38, No. 2, pp. 457-477, 2000. [14] Hauschild, M., Jeswiet, J., Alting, L.: From Life Cycle Assessment to Sustainable Production: Status and Perspectives, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 54, No. 2, pp. 1-21, 2005. [15] Rose, C.M., Stevels, A., Ishii, K.: A new approach to end-of-life design advisor, Proceedings of the 2000 IEEE international symposium on electronics and tne environment, San Francisco, pp. 99-104, 2000. [16] Raymond, H., Barnes, C.: Towards an integrated approach to Design for X : an agenda for decisionbased DFX research, Research in Engineering Design, Vol. 21, No. 2, pp. 123-136, London, 2010. [17] Fine, C. H., Golany, Naseraldin, H.: Modeling tradeoffs in three dimensional concurrent engineering, Journal of Operations Management, Vol. 23, pp. 389-403, 2005. 240 TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2

[18] Jordan, P. W.: Designing pleasurable products-an introduction to the new human factors, Taylor&Francis, London, 2000. [19] Kroes, P: Design methodology and the nature of technical artefacts, Design Studied, Vol. 23, pp. 287-302. [20] Gupta, S. K., Regli, W. C., Das, D., Nau, D.S.: Automated Manufacturability Analysis: a Survey, Research in Engineering Design, Vol. 9. pp. 168 190, 1997. [21] Feng, S., Song, E.: Preliminary Design and Manufacturing Planning Integration Using Intelligent Agents, 7th International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design (CSCWiD), Rio de Janeiro, pp. 270-275, 2002. [22] Feng, S., Zhang Y.: Conceptual Process Planning A definition and functional decomposition, Manufacturing Science and Engineering, Proceedings of the International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Vol.10, pp.97-106, 1999. [23] Luttervelt, C.A.: Research Challenges in CAPP, Production Engineering and Computers, Vol. 4, No. 5, FME, Belgrade, pp. 5-18, 2002. [24] Febransyah, A.: A Feature-based Approach to Automating High-Level Process Planning, Doctoral thesis, Faculty of North Carolina State University, 2001. [25] Todić V., Lukić D., Milošević M., Vukman J., Jovičić G.: Computer Aided Conceptual Process Planning A Short Review, 11th DEMI, FME, Banja Luka, pp. 367-373, 2013. [26] Martin, P., Dantan, J. Y., Siadat, A.: Cost Estimation and Conceptual Process Planning, In Cunha, P. F. and Maropoulous, P. G. (ed.) Digital Enterprise Technology: Perspective and Future Challenges, Springer Science+Business Media, LLC., New York, pp. 243-250, 2007. [27] H Mida, F., Martin, P., Vernadat F.: Cost Estimation in Mechanical Production: the Cost Entity Approach Applied to Integrated Product Engineering, International Journal of Production Economics, Vol.103, No.1, pp.17-35, 2006. [28] Antolić, D.: Procena vremena izrade proizvoda regresionim modelima, Magistraski rad, FSB, Zagreb, 2007. [29] Mucientes, M., Vidal, J.C., Bugarin, A., Lama, M.: Processing times estimation in a manufacturing industry through genetic programming, 3rd International Workshop on Genetic and Evolving Fuzzy Systems, Witten-Bommerholz, Germany, pp. 95-100, 2008. [30] Sudiarso, A., Putranto R.A: Lead Time Estimation of A Production System using Fuzzy Logic Approach for Various Batch Sizes, Proceedings of the World Congress on Engineering, Vol. III, London, pp 2231-2233, 2010. [31] Nederbragt W., Allen R., Feng S., Kaing S., Sriram S., Zhang, Y.: The NIST Design/Process Planning Integration Project, Proceedings of AI and Manufacturing Research Planning Workshop, Albuquerque, New Mexico, pp. 135-139, 1998. [32] Barkmeyer, E.J.: SIMA Reference Architecture Part 1: Activity Models, The National Institute of Standards and Technology Internal Report 5939, Gaithersburg, Maryland, 1996. [33] Feng, S., Stouffer, K. A., Jurrens, K. K.: Manufacturing planning and predictive process model integration using software agents, Advanced Engineering Informatics, Vol. 19, No. 2, pp. 135-142, 2005. [34] The University of Hull: DFA Analysis Overview,URL:http://www2.hull.ac.uk/discover/mapp/sa ndpit/dfa/dfa_analysis.aspx, [35] Miyakawa, S., Ohashi, T.: The Hitachi Assemblabilty Evaluation Method (AEM), Proceedings of 1 st International Conference on Product Design for Assembly, 1986. [36] Miyakawa, S., Ohashi, T., Iwata, M.: The Hitachi New Assemblability Evaluation Method (AEM), Trans. North Am. Manuf. Res. Inst. SME, pp. 352-359, 1990. [37] DFMA software, URL:http://www.dfma.com/software/ [38] TeamSET software, CSC Manufacturing, Solihull, UK.,URL: www.teamset.com [39] Ćosić, I., Anišić, Z., Lazarević, M.: Tehnologije montaže, FTN, Novi Sad, 2012. [40] Lukić, D.: Razvoj opšteg modela tehnološke pripreme proizvodnje, Doktorska disertacija, Univerzitet u Novom Sadu, FTN, 2012. [41] Lukić D., Todić V., Milošević M., Jovičić G., Vukman J.: Software development for conceptual process planning, 11th DEMI, Banja Luka: FME, pp. 375-381, 2013. [42] Ristić, M.: Projektovanje proizvoda sa aspekta tehnologičnosti, Magistarski rad, Mašinski fakultet, Niš, 2012. TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2 241

[43] DFMPro-Geometric,Ltd., URL:http://dfmpro.geometricglobal.com, [44] Todić, V., Lukić, D., Milošević, M., Jovičić, G., Vukman, J., Manufacturability of product design regarding suitability for manufacturing and assembly (DfMA), Journal of Production Engineering, Vol. 16, No. 1, pp. 47-50, Novi Sad, 2013. SUMMARY DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY WITHIN DESIGN FOR EXCELLENCE: APPROACHES, METHODS AND METHODOLOGIES Design for excellence (DfX) represent methodology which aims to define and implement a series of demands which enables the development of optimal product in terms of its manufacturing (DfM), assembly (DfA), disassembly (DfD), environmental impact (DfE), and many others. Because of impossibility considering these aspects in the design, for results can get a product that is too expensive, and therefore less profitable. This paper presents the basic DfX methods, as well as some less well-established methods, while special attention dedicated methodologies related to the design for manufacturing and assembly of products. Key words: Design for excellence (DfX), Design for Manufacturing (DfM), Design for Assembly (DfA), Design for Manufacturing and Assembly (DfMA) 242 TEHNIKA MAŠINSTVO 63 (2014) 2