Czym jest przeglądy DFM i jak optymalizuje projekt elastycznej szyny zbiorczej?

Kiedy elastyczne szyny zbiorcze stanie się częścią dyskusji inżynierskich dotyczących wprowadzania produktu na rynek, szybko usłyszysz o przewodności, właściwościach izolacyjnych oraz ocenach prądowych (ampacity). Jednak etap od działającego prototypu do niezawodnej, opłacalnej części produkowanej w fabryce rzadko podlega wystarczająco intensywnej analizie: przegląd projektowania pod kątem wykonalności produkcyjnej (DFM). Zespół firmy Kinto przeprowadził setki przeglądów DFM dotyczących elastycznych szyn zbiorczych w pojazdach elektrycznych, systemach magazynowania energii oraz innych przemysłowych zastosowaniach elektroniki mocy. W niniejszym dokumencie omawiamy to, co według nas stanowi sedno skutecznego podejścia DFM.

Definiowanie przeglądu DFM dla zastosowań elastycznych szyn zbiorczych

Przegląd DFM obejmuje zorganizowaną sesję roboczą z udziałem członków zespołu o różnorodnych kompetencjach, inżynierów produktu, specjalistów ds. produkcji i jakości oraz dostawców materiałów – przeprowadzaną jeszcze przed zamówieniem jakichkolwiek materiałów lub zakupem narzędzi. Uczestnicy analizują każdy element konstrukcji elastycznej szyny zbiorczej, w tym układ warstw folii laminowanych, rozmieszczenie i liczbę otworów oraz sposób uszczelniania krawędzi. Jednak w przeciwieństwie do zestawu ogólnych uwag dotyczących produkcji, które można zastosować praktycznie do każdego wyrobu, przegląd DFM ma wyraźnie skupiony charakter aplikacyjny. W przypadku wielowarstwowych elastycznych szyn zbiorczych wykonanych z cienkich warstw folii, które są nakładane na siebie i spawane lub laminowane, szczególną uwagę zwraca się na takie zagadnienia jak wpływ elastyczności na połączenia końcowe, odwarstwianie się warstw pod wpływem drgań oraz naprężenia termiczne w układzie końcówek wynikające z cykli zmian temperatury. W Kinto celem każdej takiej sesji jest prosta rzecz: zapobieganie kosztownym problemom produkcyjnym poprzez wcześniejsze wykrycie potencjalnych ograniczeń projektowych.

Jak przegląd DFM zmniejsza marnowanie materiałów i koszty produkcji

Może to być najbardziej namacalnym rezultatem kompleksowej analizy DFM – efektywność wykorzystania materiału. Elastyczne szyny zbiorcze zwykle wytwarza się z folii ciętych laserem lub precyzyjnie tłoczonych, a znaczna część kosztu materiału zależy od grubości, stanu wytrzymałosciowego oraz klasy materiału każdej warstwy w zestawie. Podczas przeglądu projektu specjaliści firmy Kinto analizują geometrię pod kątem efektywnego rozmieszczenia elementów na arkuszu, identyfikując i minimalizując odpad materiału oraz poszukując możliwości wydłużenia życia użytkowego przy zginaniu poprzez zalecenie innego kierunku włókien – a nawet opcji zastosowania stopu o niższej przewodności elektrycznej, by zmniejszyć liczbę warstw tam, gdzie jest to funkcjonalnie dopuszczalne. Przeglądany jest również sposób przygotowania krawędzi, spawanie ultradźwiękowe, wiązanie dyfuzyjne oraz metody mechanicznego przyłączenia. Często zalecamy wybór najtańszego możliwego rozwiązania, które jednak zapewnia spełnienie wymaganych wartości elektrycznych i mechanicznych testów wytrzymałości na rozciąganie. Nie rzadko na wymiary nieistotne nakładane są nadmiernie ścisłe допусki; ich złagodzenie może umożliwić zastosowanie szybszego procesu cięcia przy niższych kosztach, bez jakiegokolwiek negatywnego wpływu na wydajność elementu. Wszystkie te działania prowadzą do uzyskania szyny zbiorczej o niższym łącznym koszcie.

Zwiększanie niezawodności poprzez dopasowanie zdolności procesu

To, że wymiar wydaje się poprawny na ekranie komputera, nie oznacza, że przekłada się on na akceptowalny zakres na linii produkcyjnej, gdzie ograniczenia tolerancji stają się rzeczywistym problemem jakościowym. Podczas przeglądów DFM każdy wymiar i właściwość określone przez naszych inżynierów projektowych są oceniane i mapowane na indeks zdolności procesu (Cpk) każdego odpowiedniego centrum wytwarzania, przy czym dla krytycznych wymiarów zwykle dąży się do wartości Cpk ≥ 1,33. W przypadku elastycznych szyn zbiorczych szczególny nacisk kładzie się na wymaganą dokładność odległości między otworami, stabilność całkowitej długości po ułożeniu warstw oraz jednolitość powłok izolacyjnych. Gdy wartość tolerancji wpada w strefę „żółtą” lub „czerwoną”, współpracujemy z klientami, proponując zmodyfikowane geometrie, dodatkowe odniesienia (datums) lub zmienione procedury układania warstw – wszystko po to, aby osiągnąć ten sam efekt funkcjonalny przy jednoczesnym znacznym poszerzeniu okna procesowego. Przeglądamy również dopuszczalny zakres gięcia każdej konfiguracji szyny zbiorczej oraz podajemy optymalną kolejność układania warstw w fizycznym układzie zestawu, aby zminimalizować naprężenia podczas kształtowania i osiągnąć doskonałą odporność na pełzanie. Połączenie intencji projektowych z rzeczywistością produkcyjną oznacza unikanie prac korekcyjnych po zakończeniu produkcji.

Skracanie czasu wprowadzania na rynek dzięki proaktywnemu rozwiązywaniu problemów

Jedną z najmniej reklamowanych korzyści przeglądu DFM, choć być może jedną z najważniejszych dla wielu zespołów projektowych, jest wpływ na harmonogram rozwoju. Liczne opóźnienia wynikają z problemów wykrywanych zbyt późno, aby szybko je rozwiązać: narzędzi, które nie zostaną zwolnione po pierwszym próbniku; parametrów spawania, które zawodzą dopiero przy drugim próbniku; lub materiału izolacyjnego, który nierównomiernie się kurczy w piecu utwardzającym. Przegląd DFM ujawnia te problemy znacznie wcześniej, oszczędzając tygodnie iteracji i frustracji. Wiele naszych przeglądów DFM kończy się dziennikiem działań, w którym szczegółowo opisano każdy wykryty problem, zaproponowane rozwiązanie oraz niezbędne testy walidacyjne do przeprowadzenia przed rozpoczęciem projektu. Przegląd Kinto obejmuje symulację procesu produkcyjnego klienta oraz identyfikację potencjalnych wąskich gardeł produkcyjnych, takich jak potrzeba specjalistycznego wyposażenia lub ostrożne obchodzenie się ze złożonymi, elastycznymi segmentami. Dzięki temu klienci mogą z pewnością zamawiać materiały o długim czasie realizacji, dostosowywać linie produkcyjne do niestandardowych wymiarów szyn zbiorczych oraz znacznie przyspieszać inspekcję pierwszego egzemplarza. Pełny przegląd DFM często pozwala zmniejszyć liczbę wymaganych prototypów, skracając jednocześnie czasy realizacji bez utraty jakości i niezawodności.

Jednak w końcu dnia przegląd DFM nie jest tylko kolejnym etapem, który trzeba przejść – to sposób na inteligentniejsze inżynierstwo. Projekt idealnego elastycznego szyny zbiorczej przechodzi z koncepcji teoretycznej do rzeczywistego urządzenia, które stanowi niezawodny element końcowego produktu – niezależnie od tego, czy trafi on do dziesiątek tysięcy samochodów, czy też jeszcze większej liczby. Od pierwszego zapytania, jakie otrzymujemy w Kinto, włączamy DFM w proces, wykorzystując dziesięciolecia doświadczenia w precyzyjnej produkcji. Doradzamy w zakresie takich elementów jak:

• Wybór materiałów podstawowych i warstwowych

• Dobór techniki zakończenia przewodów

• Stopień pokrycia izolacyjnego

• Kluczowe środki kontroli jakości na każdym etapie

Dlaczego? Jesteśmy przekonani, że „najlepsza” szyna zbiorcza do danego zadania to nie tylko ta, która najskuteczniej przewodzi prąd, ale także ta, którą możemy wyprodukować wydajnie, terminowo i zgodnie z budżetem. To właśnie przewaga DFM – i stanowi ona rdzeń każdej współpracy z Kinto.