設計易製化

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前言:

  全球化是產業的大趨勢,為求持續擁有低成本的競爭優勢,台灣的企業幾乎都已把生產外移,但在「根留台灣」的呼喚下,仍把核心能力-研發留在台灣。企業由OEM、ODM一路走來,雖然OBM的火侯,尚未成為氣候,但研發實力卻也不容忽視,我們是新產品快速量產且低成本製造的世界級高手。

  但自從製造外移後,企業的設計工程師一直在兩岸奔波,憊極辛苦。究其原因,除了生產單位與研發部門隔海相望,溝通不易外。根本的原因是台灣的研發部門,已改變任務,他們的工作變成重視產品創新,不像過去以生產為伍,以生產是否順利為己任。而新科的研發工程師,畢業就職時,製造已外移,不曾見過生產線,當然更不了解生產的需求,使此一問題更加的嚴重。

  美日等先進國家,早期也發生過此一問題,但後來他們了解,製造與設計是息息相關的循環,兩者不能分開運作。若產品設計工程師設計出來的「樣品」沒有考慮易製性,不能生產則無法變成「產品」,甚至若製造成本太高、品質太差則更無法賣出成為「商品」,根本無法讓企業獲利。所以後來他們都設立專責部門,推動「設計易製化」的工作。目前台灣也有不少企業,因為研發工程師老往大陸跑,造成困擾,所以也成立所謂「設計卓越化」(Design For Excellent)部門,專責此一工作。

壹、設計易製化(Design for Manufacturability)的基本觀念:

一、何謂設計易製化?

  設計易製化是一組改進零件製造或是簡化產品裝配的方案、技術、量測、工具、方法的集合,它藉著分析價值、公差、移動、複雜度等來使產品適合人工或自動化的裝配,以達成一個最適合的特殊製造系統。

  換言之,設計易製化是一種工程策略,用量化分析和 “團隊努力”的理念,在早期設計階段解決製造問題。

二、為何要推行設計易製化?

1.依照美國奇異公司為改善品質和生產力所做的研究,美國的企業像:IBM、HP、XEROX、BOEING等都派最優秀的人才做產品設計,結果是產品功能雖然優良,但是製造時問題叢生。而日本的HITACHI公司在產品進入生產前則先評估產品設計的裝配性(Assembability),結果他們發展出一套組立性評價法,提升了整體的生產力。

2.製造仍是今天市場上的競爭武器,若產品設計工程師設計出來的「樣品」沒有考慮易製性,則會無法變成「產品」,甚至若製造成本太高、品質太差則更無法成為「商品」。另外目前製造上要使用自動化,產品設計也必須適合機器人或自動化的裝配才可。

3.目前台灣已由OEM、ODM走入OBM的階段,企業的設計工程師已有權利設計或更改產品的結構,但大多數設計工程師卻都沒有具備設計易製化的訓練,以便加以應用。

4.設計工程師與製造工程之間需要有量化的工具來做設計問題的溝通,設計易製化的技法剛好適合做為本項數據化的工具。

貳、設計卓越化技術架構說明:

一、設計卓越化所包含技術如下表:

表  一

參、推動設計卓越化的方法

  設計卓越化之所以被先進國家所重視,實乃大勢所趨,由於市場走向個性化,產品壽命急遽縮短,產品設計在企業營運中的份量加大,由於產品設計是整個企業營運活動的原點,它對後續的營運產生鉅大的影響,依照美國福特汽車公司的研究,產品設計實際發生費用雖僅佔5%,但對產品總成本的影響卻高達70%。而事實上,依據美、日、台等國,推動設計易製化的經驗,實施的結果可以獲得下列好處:

一、節省零件的製造成本。

二、降低半成品的存量。

三、提高行銷的彈性。

四、降低成品庫存。

五、節約材料採購成本。

六、提高機械設備的使用率。

七、節約樓板的使用面積。

八、節省品質成本。

九、減少產品開發的成本。

十、加速產品上市的時間。

十一、提升產品的設計品質。

因為推行設計卓越化有這麼多好處,所以接下來我們談談,如何推行設計卓越化,其實施步驟如圖一:
 

圖 一

  第一階段由瞭解設計卓越化的原則開始,重點在讓高階主管認同本項技術的重要性,支持本項計劃之推動。

  第二階段則在挑選推動成員,工作點當然在產品設計人員,但除了與生產有關人員參與外,也應包含品管及採購人員或外界之供應商,本階段除了籌組團隊外,應加強本項技術之教育訓練,塑造共同之工作文化,奠定合作的基礎。

  第三階段則在設定目標,依照企業個別的需求目標可以訂定在降低裝配成本、實現自動化、縮短產品上市時間、消除工程設計變更、提升品質等。

  第四階段選擇先導方案,目標選定後首先應選擇一先導方案強力推動,先導方案成功後強力宣導,建立全體的信心,這樣全面推動才容易成功。先導方案可以挑選產品本身共用零件多,其延伸效益大者,這種產品改良,對公司影響較大。或者產品仍在概念設計階段,設計尚未著手,改善空間大者,也就是較容易有成效的產品著手。另外情勢上必須處理的產品,例如勞力密集的產品,需要立即處理人工短缺的問題,或者被競爭者以低價,掠奪市場的產品。

  第五階段訂定規則,訂定遊戲規則時應引用前面所介紹的美國或日本的設計易製化分析工具和評價法,同時也要修訂新的產品設計流程,在設計過程中分階段檢討產品的設計是否符合設計易製化的原則。若能將前面所述的設計原則深植於自動化的CAD設計系統中,隨時提醒設計工程師,注意設計是否注意到易製化更好。另外訂定獎勵措施、整理設計工作檢核表(Check List)也是推行時必須要的手段。

  第六階段評估與回饋,這是做任何的計劃所必須有的階段,在推行設計易製化時,由於參與者大部份是工程人員,他們講求精確的數據,所以評估方法必須客觀,同時眾多的工作項目中必須隨時評定工作的優先項目,同時也要訂定工作完成時限與責任擔當者。

  推動工作完成後,最重要的是把設計卓越化的工作制度化,之後任何的產品在開發設計的過程中,本項工作都可被徹底執行。所以筆者在推動本項工作一段時間後,參照過去所執行的成功案例,以最常被企業所運用的ISO相關規定,在研發流程中設定數個審查步驟,來落實設計易製化的工作。詳如圖二

設計審查(Design Review)的步驟

  

圖二

各審查點工作說明

DR-1

‧檢討確認製品企劃書或商品企劃書和顧客規格的內容後,再徹底理解製品的目的和功能。

‧審查基本設計書的內容。

‧檢討設備投資、模具、新的製造方法、新的測定技術、試作之類的必要性。

‧設定目標成本。

‧確定整個製品化的日程和主要項目的日程。

DR-2

‧審查詳細設計書的內容。

‧檢討是否遵守設計基準。

‧確認是否充分考慮生產設計(裝配性、印刷電路板實裝性)。

DR-3

‧詳細檢討工程試作在製造技術上的困難和品質管理上的必要事項。

‧進行生產設計評價(裝配性之類)。

‧為縮短製造期間,就設計、製造法、檢查法加以檢討。

‧認定試驗項目,比較試作評價數據和設計值的差異。

‧ 確認是否達成目標成本。

DR-4

‧ 把握治工具、製造設備的安排狀況,進行狀況,確保日程進度。

製造計劃書

‧弄清每個基板部分的特徵(尺寸、實裝零件、目標成本)。

‧明確從設計到製造的日程。

‧ 設計製造工程,並設定目標值。

試作報告

‧將試作時的種種問題點回饋給設計。

‧事前評價量產時的製造性,並回授給設計。

生產設計和製造性評價

  上圖所示是多品種少量產品的設計審查流程,在製造方面,必須即早參與各審察點的作業。在基本設計完成後,最好就能著手生產系統設計,但是基板部分,看得見實物的詳細設計完成後,再開始實質上的進行。

肆、結論

  產業正值轉型升級的關鍵時刻,台灣的母公司迅速轉為全球的營運總部,同時也是全球研發中心。

  產品設計是企業活動的原點,產品的每一個零件是否適合製造,產品本身是否容易裝配都關係到產品的成本與品質和交期。這三者正是ODM或OBM是否成功的最關鍵點,所以說產品開發是企業價值鏈的源頭,也決定整個價值鏈的活動是否可以圓滿成功,這也是台灣的企業不能不重視設計易製化的原因。

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