METODYKA PROJEKTOWANIA I TECHNIKA REALIZACJI. Wykład pierwszy Cele projektowania i kolejne etapy cyklu projektowoprodukcyjnego

Transkrypt

1 METODYKA PROJEKTOWANIA I TECHNIKA REALIZACJI Wykład pierwszy Cele projektowania i kolejne etapy cyklu projektowoprodukcyjnego

2 Zasady projektowania uwzględniające wymogi produkcji Design For Manufacture (DFM) DFM w zastosowaniu do projektowania systemów, urządzeo i układów elektronicznych obejmuje następujące tematy: 1. Wzajemne powiązanie kolejnych etapów projektowania i wytwarzania. 2. Umiejętność wykorzystania narzędzi komputerowych: Komputerowo wspomagane projektowanie Computer Aided Engineering (CAE), Automatyzacja procesu projektowania systemów elektronicznych - Electronic Design Automation (EDA). 3. Organizacja pracy projektowej w zespołach.

3 Podstawowe zasady DFM Podatność zaprojektowanego układu/urządzenia/systemu na efektywne wytworzenie w założonej skali produkcji jest głównym wymogiem stawianym wszystkim etapom dobrego projektu elektronicznego. Prawidłowe projektowanie uwzględnia na wszystkich swoich etapach znajomość technologii produkcji oraz ograniczenia wprowadzane przez proces wytwarzania u danego producenta w konkretnym czasie i warunkach. W projekcie należy stosować rachunek ekonomiczny dla zapewnienia opłacalności produkcji projektowanego wyrobu.

4 Schemat blokowy procesu powstawania produktu

5 Specyfikacja projektowanego urządzenia Product Design Specification (PDS)

6 Podstawowy cel cyklu projektowo-produkcyjnego Celem projektantów i producentów jest uzyskanie powtarzalności wyprodukowanych układów, urządzeń lub systemów elektronicznych w technologiach wytwarzania gwarantujących wysoką jakość oraz opłacalność produkcji.

7 Co jeszcze należy uwzględnić podczas projektowania? Już na etapie projektowania powinno przewidzieć się przystosowanie urządzenia: do prostego montażu w większej całości, do łatwego testowania w trakcie i po wytworzeniu, do możliwości wykonywania napraw przez odpowiedni serwis, do utylizacji po zakończeniu eksploatacji.

8 Podstawowe zasady prowadzenia projektu w zespole Standardy projektowania muszą być jasne, jednolite i znane wszystkim osobom realizującym projekt. Poszczególne etapy projektowania nie mogą być odseparowane od siebie. Należy zapewnić kontakt między konstruktorami reprezentującymi nawet różne specjalności np. elektronika i mechanika precyzyjna. Należy szukać rozwiązań problemu zbyt wąskiej specjalizacji zawodowej inżynierów i programistów. Dobry projektant powinien mieć podstawową znajomość innych dziedzin poza własną specjalnością.

9 Standaryzacja procesu projektowania Zastosowanie komputerowych narzędzi typu CAE (Computer Aided Engineering) oraz EDA (Electronic Design Automation) daje możliwość standaryzacji procesu projektowania w wieloosobowych zespołach konstruktorskich (często liczących setki pracowników) oraz łatwe przekazywanie cząstkowych wyników opracowanego projektu. Dotyczy to zarówno projektowania i wytwarzania sprzętu, jak i oprogramowania.

10 Kluczowe elementy procesu DFM

11 Sprawdzanie poprawności projektu Modelowanie, symulacja, komputerowa analiza oraz wykonanie prototypu urządzenia (jak najbardziej zbliżonego do seryjnego produktu) są koniecznymi elementami procesu projektowania, gdyż pozwalają eliminować błędy oraz wprowadzić korekty (sprzężenia zwrotne) już na etapie projektowania, oszczędzając koszty i skracając czas wdrożenia do produkcji urządzenia finalnego. Należy zakładać, że każdy projektant popełnia błędy. Nie da się ich wyeliminować całkowicie, ale trzeba zapewnić mechanizmy ich wykrywania.

12 Schemat blokowy powstawania nowego urządzenia

13 Podstawowe cele pracy projektowej Cel pierwszy Krótki czas od pomysłu do wprowadzenia produktu do produkcji i przekazania odbiorcy Należy rozróżnić konkretne zamówienia klienta (określone wymagania, pewność zbytu i znana skala produkcji) od produktu konkurującego na wolnym rynku towarów (nie do końca znane zapotrzebowanie i konieczność konkurowania z innymi producentami). Sposób realizacji celu: pojedynczy proces projektowania, bez wielokrotnych rewizji i opracowanie krótkiego cyklu produkcji.

14 Podstawowe cele pracy projektowej Cel drugi Minimalizacja kosztów projektu i produkcji Sposób realizacji celu: kompromis pomiędzy wysoką wydajnością procesu, niezawodnością i kosztem przy znajomości i uwzględnieniu specyficznych reguł technologicznych danego procesu produkcji. Wykorzystanie doświadczenia, gotowych rozwiązań, posiadanych narzędzi, linii technologicznych do wytworzenia nowego wyrobu.

15 Podstawowe cele pracy projektowej Cel trzeci Poprawa jakości produktu w stosunku do stanu dotychczasowego Sposób realizacji celu: Krytyczna analiza dotychczasowych rozwiązań, znajomość usterek, słabych punktów, zgłaszanych reklamacji, sugestii użytkowników.

16 Podstawowe cele pracy projektowej Cel czwarty Umiejętność wprowadzania do projektu zmian wynikających z postępów technologii produkcji (przyswajanie postępu technicznego) Sposób realizacji celu: poszerzanie wiedzy projektanta o technologiach produkcji, szkolenia, kontakty bezpośrednie z inżynierami produkcji, samokształcenie, podwyższanie kwalifikacji.

17 Podstawowe cele pracy projektowej Cel piąty Integracja procesów projektowania i produkcji Sposób realizacji celu: znajomość poprawnej metodyki projektowania DFM, otwartość na innowacje technologiczne, elastyczność w projektowaniu, dobry przepływ informacji w zespole.

18 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 1 Tworzenie założeń technicznych i finansowych projektu Szczegóły: przeznaczenie, funkcjonalność, koszt, wymiary, rodzaj zasilania, wejścia/wyjścia urządzenia, zewnętrzne elementy regulacyjne i kontrolne, itp. Budżet i czas projektu.

19 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Uwaga szczegółowa Urządzenia elektroniczne powinny spełniać wymagania przewidziane w normach PN (Polska Norma) i dyrektywach CE (deklaracja zgodności z normami Unii Europejskiej). Deklaracje zgodności są dobrowolne, jednak zwiększają zaufanie klienta do produktu. W szczególnych przypadkach (urządzenia telekomunikacyjne, biomedyczne itp.) można uzyskać atest z laboratorium badawczego potwierdzający zgodność działania urządzenia z odnośnymi normami. Atesty wystawiane są na życzenie wnioskodawcy a same badania odpłatne.

20 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 2 Analiza bezpieczeństwa użytkowania produktu. Ochrona przeciwporażeniowa oraz analiza termiczna bezpieczeństwo funkcjonowania urządzenia w różnych warunkach środowiskowych Szczegóły: rozproszenie mocy cieplnej, sprawność, chłodzenie, możliwości i skutki awarii z powodu wzrostu temperatury, zagrożenie zdrowia i życia człowieka

21 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Uwaga szczegółowa Miniaturyzacja elementów elektronicznych oraz technika montażu powierzchniowego powiększyły problemy z odprowadzaniem ciepła z urządzeń elektronicznych (większa moc wytwarzanego ciepła na jednostkę powierzchni/objętości urządzenia). Ujemny wpływ podwyższonej temperatury na niezawodność i czas pracy urządzenia. Szczególną uwagę należy zachować przy projektowaniu urządzeń elektronicznych przewidzianych do pracy w środowiskach grożących wybuchem (np. kopalnie).

22 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 3 Opracowanie schematu blokowego i ideowego Opracowanie roboczej wersji schematu, która będzie mogła być modyfikowana na dalszych etapach projektu.

23 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 4 Kompleksowa analiza problemów transmisji sygnałów w projektowanym urządzeniu Poziomy sygnałów, odstęp sygnałów od zakłóceń i szumów, dopasowanie bloków pod względem obciążalności, problemy opóźnień czasowych (hazard), przesłuchy, kompatybilność elektromagnetyczna (EMC), itp.

24 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 5 Wybór metody montażu elementów elektronicznych i wykonywania połączeń elektrycznych Rodzaje montażu: powierzchniowy SMT (Surface Mount Technology), przewlekany THT (Through-Hole Technology) lub mieszany. Sposób lutowania: na fali, rozpływowy, ręczny. Stopień automatyzacji procesu montażu, itp.

25 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Uwaga szczegółowa Wybór techniki montażu zależy między innymi od skali produkcji (generalnie SMT opłaca się stosować przy masowej skali produkcji), posiadanego oprzyrządowania, dostępności i kosztów pracy pracowników zatrudnionych przy montażu. Obecnie można zlecić montaż SMT zewnętrznej wyspecjalizowanej firmie, która dysponuje odpowiednim wyposażeniem. Koszty takiej usługi nie są wysokie, za to gwarantują większą niezawodność połączeń niż montaż ręczny.

26 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 6 Określenie sposobów testowania parametrów urządzenia Projektowanie punktów pomiarowych, procedur testowania, standardowej lub specjalistycznej aparatury do testowania.

27 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 7 Etap opracowania konstrukcji mechanicznej Obudowa standardowa lub nowoprojektowana (opłacalność zaprojektowania i wykonania nowej obudowy zależy od skali produkcji), materiał płyty drukowanej, okablowanie, złącza, itp.

28 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 8 Etap wyboru elementów elektronicznych i elektromechanicznych Sposób ich mocowania i montażu, koszt, dostępność na rynku w perspektywie dłuższego czasu produkcji, dostępność zamienników, prognoza pojawienia się nowszych, lepszych lub tańszych elementów, itp.

29 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 9 Projekt obwodów PCB (Printed Circuit Board) Wybór materiału, ilości warstw. Stabilność podłoża, analiza termiczna, gęstości prądów, ryzyko przebicia izolacji, opis graficzny płyt, itp.

30 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 10 Opracowanie końcowej dokumentacji Opracowanie różnych pod względem szczegółowości dokumentacji technicznych: dla producenta, dla działu marketingowego firmy, dla bezpośredniego użytkownika, sprzedawcy i serwisu naprawiającego.

31 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 11 Produkcja -etap testowania podzespołów, -etap montażu, -etap kontroli poprawności montażu, np. AOI (Automatic Optical Inspection) Wydajność procesów technologicznych, powtarzalność procesów, wpływ zakłóceń na jakość produkcji, koszt wytwarzania, opłacalność automatyzacji produkcji, itp.

32 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 12 Etap testowania wyrobu (kontrola jakości) Krótki czas (= niski koszt) testowania z zachowaniem dużej skuteczności wyłapywania usterek

33 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 13 Przygotowanie bezpiecznego, taniego i przyjaznego środowisku naturalnemu opakowania transportowego

34 Standardowy cykl projektowo-produkcyjny Krok 14 Bezpieczna archiwizacja dokumentacji technologicznej (kilka form i miejsc przechowywania) Sprawdzenie możliwości i celowości (opłacalności) zastrzeżeń patentowych produktu.

35 Doświadczenie inżynierskie Doświadczenie projektanta oraz efektywne wykorzystanie oprogramowania EDA pozwalają opracować projekt i wdrożyć do produkcji w jednym przebiegu pracy (krok za krokiem). Doświadczony inżynier potrafi oszacować czas swojej pracy oraz koszt gotowego urządzenia już na wstępnych etapach opracowania.

36 Szacowanie kosztów Doświadczenie inżynierskie w szacowaniu kosztów opracowania dokumentacji i gotowego wyrobu finalnego może być wspomagane technikami komputerowego obliczania kosztów. Technika modelowania kosztów technicznych TCM (Technical Cost Modelling) pozwala na bezpośrednie porównywanie kosztów wytworzenia równoważnych funkcjonalnie urządzeń wytwarzanych różnymi technologiami.

37 Szacowanie kosztów Należy pamiętać, że koszty wytworzenia identycznego funkcjonalnie urządzenia elektronicznego mogą być różne i zależą od wielu czynników: kompetencji zespołu projektowego (=czas pracy), wyposażenia w nowoczesne narzędzia EDA i CAE, posiadanego sprzętu do montażu, kwalifikacji pracowników zatrudnionych przy produkcji, sposobów kontroli jakości.