Was ist DFM?

Leah Archibald: Es ist paradox, wenn wir anfangen, über Design for Manufacturability oder DFM zu sprechen. Einerseits gibt es das DFM-Konzept in der Fertigungswelt schon so lange, dass es eine Selbstverständlichkeit sein sollte. Konstruktionsingenieure sollten bei der Entwicklung neuer Komponenten oder Baugruppen natürlich an die Herstellbarkeit ihrer Entwürfe denken. Andererseits bedeutet die Tatsache, dass wir immer noch über DFM sprechen, dass es nach wie vor eine Diskrepanz zwischen den Entwürfen, die aus den CAD-Programmen der Konstrukteure kommen, und den Kosten der Prozesse in der Fabrik gibt.

Deshalb stellen wir heute die Frage: Was ist DFM? Und warum bleibt das Versprechen des Design for Manufacturability für viele Hersteller immer noch schwer fassbar?

Mein Gast, Mark Rushton, ist ein erfahrener CAD-Konstrukteur, dem es ein Anliegen ist, Konstrukteure dabei zu unterstützen, DFM in ihre tägliche Arbeit zu integrieren. Er begann seine Karriere als Konstrukteur bei der Warwick Manufacturing Group, bevor er zu Siemens und dann zu SOLIDWORKS wechselte, wo er die gleiche Leidenschaft dafür hegte, Ingenieure in die Lage zu versetzen, die Auswirkungen der von ihnen in CAD erstellten Konstruktionen auf die Herstellbarkeit zu verstehen. Mark Rushton, herzlich willkommen zum Podcast.

Mark Rushton: Danke, dass ich dabei sein darf.

Leah Archibald: Gab es einen bestimmten Moment in Ihrer Karriere, in dem Sie erkannten, wie wichtig DFM ist?

Mark Rushton: Das war während des Studiums. Ich arbeitete an einem Projekt und wandte mich an ein lokales Unternehmen, um herauszufinden, ob sie irgendwelche Design- oder Redesign-Aufgaben hatten, die ich mir ansehen sollte. Sie gaben mir eine Aufgabe, und ich entwarf dieses neue Design für eines ihrer bestehenden Produkte. Ich fand, es sah fantastisch aus. Ich war wirklich sehr zufrieden damit. Dann traf ich mich mit den Spritzgießern des Unternehmens und ging den Entwurf durch. Sie sagten im Grunde: Das sieht wirklich gut aus, aber wir können es nicht herstellen. Da habe ich gesagt: Was meinen Sie damit, Sie können es nicht herstellen? Und sie wiesen mich auf all die Dinge hin, die daran falsch waren.

Leah Archibald: Was war das Produkt, das Sie für sie entworfen haben?

Mark Rushton: Es war ein sogenannter Dip-Meter. Es wird auf Mülldeponien eingesetzt, um die Menge an Feuchtigkeit zu messen, die sich direkt unter der Oberfläche befindet. Es waren also einige Kunststoffteile, Elektronik und geformte Rohre enthalten. Es gab eine Menge verschiedener Prozesse zu berücksichtigen. Aber der Hauptteil, den ich geändert habe, waren die Kunststoffspritzgussteile. Ich hatte ihnen wirklich dicke Abschnitte und schöne kurvige Formen und alles gegeben. Es sah wirklich gut aus – zumindest dachte ich das. Aber dann sagten sie: Nun, wie sollen wir das herstellen? Das hat mir ein echtes Verständnis für die Herstellungsregeln vermittelt.

Leah Archibald: Glauben Sie, dass dies eine häufige Erfahrung für Konstruktionsingenieure ist?

Mark Rushton: Ich denke, das ist wahrscheinlich so. Wenn man nicht gerade in den Werkzeugbau oder den Montageprozess involviert ist, ist das etwas ziemlich Kompliziertes. Es gibt eine Vielzahl von Regeln. Obwohl es sich um bewährte Regeln handelt, sind sie nicht so leicht zu übertragen. Es ist viel einfacher, sie durch Erfahrung zu lernen. Und normalerweise ist der Weg, den ein Designer einschlägt, eher ein akademischer. Daher ist es sehr schwierig, alle diese Herstellungsregeln zu lernen. Sie unterscheiden sich nach einer Reihe von Kriterien – dem Material, der Art der Maschine und allen möglichen Dingen.

Leah Archibald: Wenn das Fehlen dieses Detailwissens für Konstrukteure ziemlich verbreitet ist, kann ich mir vorstellen, dass dies für große Fertigungsbetriebe eine Herausforderung darstellt. Denn sie haben mit einer hohen Fluktuation der Arbeitskräfte zu kämpfen. Und die neuen Konstrukteure kennen sich mit den Abläufen in der Fabrik nicht wirklich aus.

Mark Rushton: Ganz genau. Einige der Unternehmen, mit denen ich das Glück hatte, zusammenzuarbeiten, haben diesen Punkt bestätigt. Designern mit Hochschulabschluss fehlt es an praktischer Erfahrung mit dem Design für die Fertigung. Es gibt einige Dinge, die man mit der CAD-Software machen kann, aber das geht nur bis zu einem gewissen Grad und man muss wissen, welche Prüfungen man durchführen muss. Die meisten CAD-Tools verfügen über Funktionen wie die Dickenanalyse. So kann man prüfen, ob die Wandstärke eines Teils konstant ist. Aber es liegt wirklich am Konstrukteur, diese Ergebnisse zu interpretieren. Man sagt uns zum Beispiel, dass die Wandstärke nicht konstant ist, aber wir wissen nicht, wie hoch die Wandstärke sein sollte, weil sie je nach Material und Maschine und allem anderen variiert. Es gibt also definitiv einige Dinge, die der Konstrukteur wissen muss, und das ist nicht alles in seiner CAD-Software erledigt.

Leah Archibald: Aus diesem Grund haben wir dieses ganze Akronym DFM. Können Sie mir Ihre Definition von Design for Manufacturability geben?

Mark Rushton: Für mich bedeutet es, die Kluft zwischen Design und Fertigung zu überbrücken und etwas zu schaffen, das sich effizient herstellen lässt. Es gibt einige sehr clevere Leute, die sehr komplexe Dinge herstellen können, aber sie sind nicht unbedingt effizient und nutzen Materialien und Ressourcen möglicherweise nicht optimal. Wenn man in der Entwurfsphase alles richtig macht, hat man eine viel kürzere Zeit bis zur Marktreife und geringere Kosten. Wenn etwas schwierig herzustellen ist, wird es in neun von zehn Fällen auch teurer sein.

Leah Archibald: Haben Sie eine Geschichte aus Ihrer eigenen Erfahrung, in der Sie bei der Konstruktion Kompromisse eingehen mussten, um Kosten zu senken oder die Effizienz zu steigern?

Mark Rushton: Es gab ein Produkt, an dem ich gearbeitet habe, als ich noch bei WMG war. Es war ein recht einfach klingendes Produkt zur Wiederverwendung von Versandpaletten. Im Wesentlichen wurden sie auf Beine gestellt, so dass sie mit einigen Produkten darauf gestapelt werden konnten. Sie wollten etwas, das sie im Grunde einfach einschlagen konnten.

Leah Archibald: Beine, um Paletten in ein Regal zu verwandeln?

Mark Rushton: Das war die Vorgabe. Ich ging also los und entwarf etwas, das wie das bestmögliche Design aussah. Ich stellte sicher, dass es herstellbar war. Aber der Mann kam zu mir zurück und sagte: „Was du gemacht hast, ist der Rolls Royce: Was Sie gemacht haben, ist die Rolls-Royce-Version dessen, was wir wollen.

Leah Archibald: Sie brauchten keine Palettenbeine auf Rolls-Royce-Niveau.

Mark Rushton: Sie brauchten etwas Billiges. Das war also ein weiterer Moment, in dem es nicht nur um DFM ging – es ging tatsächlich darum, das Publikum zu berücksichtigen, für das es bestimmt ist, und ob dieses Publikum bereit ist, die Herstellungskosten zu bezahlen.

Leah Archibald: Was ich von Ihnen höre, ist, dass ein Designer, der allein am Computer arbeitet, nicht wirklich das beste Modell für die Fertigungsorganisation ist. Wie können wir den Designern helfen, sich auf den gesamten Fertigungsprozess einzustellen?

Mark Rushton: Ich denke, das Konzept des digitalen Zwillings ist ein sehr wirkungsvolles Konzept. Und ich glaube, dass es heute noch nicht voll ausgeschöpft wird. Man spricht vom digitalen Zwilling, wenn es darum geht, die digitale Version – das CAD-Modell – mit dem tatsächlichen Produkt im Feld zu vergleichen und sicherzustellen, dass sie sich gleich verhalten. Aber eigentlich sollten wir sie auch digital herstellen. Wir sollten sehen, ob es auf der digitalen Seite einen optimalen Prozess gibt, bevor wir uns an die physische Seite machen. Anstatt Lektionen von der physischen Seite zu lernen, sollten wir alles digital machen und das zuerst verfeinern.

Leah Archibald: Was meinen Sie mit digitaler Fertigung?

Mark Rushton: Ein digitaler Zwilling ist mehr als nur das CAD-Modell. Es geht um die Daten, die darin enthalten sind. Das CAD-Modell besteht normalerweise nur aus der Geometrie. Vielleicht gibt es auch Informationen über das Material und einige Metadaten über das Gewicht und Ähnliches. Und man kann eine Struktursimulation durchführen, um zu sehen, wie stark es sein wird und wie Luft oder Flüssigkeiten darüber fließen. Das ist es, woran man bei einem virtuellen Zwilling zu denken pflegt. Dabei wird jedoch oft übersehen, dass wir auch von der digitalen Herstellung lernen können. Wir können das Produkt tatsächlich durch eine digitale Fabrik laufen lassen. Wir können sehen, wie viel Abfall wir produzieren. Wir können sehen, ob wir die richtigen Bestandsgrößen verwenden. Wir können verschiedene Prozesse wählen – verschiedene Wege durch die Fabrik – um zu sehen, ob wir die vorhandene Ausrüstung wirklich optimieren können. Anstatt eine 5-Achsen-Maschine zu verwenden, ist es vielleicht sinnvoller, eine 3-Achsen-Maschine zu verwenden. Wir können also mit all diesen Dingen in der digitalen, virtuellen Umgebung herumspielen, bevor wir sie in der Realität umsetzen.

Leah Archibald: Hilft das bei der Beantwortung der Fragen Wie und Wo soll man es machen?

Mark Rushton: DFM allein kann die Antwort nicht geben. Es ist definitiv ein Teil des Puzzles, und zwar ein wichtiger. Wenn man das richtig macht, kann man die Kosten niedrig halten. Bei der digitalen Fertigung gibt es definitiv viel mehr zu beachten.

Leah Archibald: Mark Rushton, es war schön, heute mit Ihnen zu sprechen. Ich danke Ihnen.

Mark Rushton: Vielen Dank, dass ich dabei sein durfte.