제조가능성을 고려한 설계

Design for manufacturability
제조성을 위해 재설계

제조가능성을 위한 설계(Design for Manufacturing 또는 DFM이라고도 함)는 제품을 제조하기 쉽게 설계하는 일반적인 엔지니어링 관행입니다.이 개념은 거의 모든 엔지니어링 분야에 존재하지만, 구현은 제조 기술에 따라 크게 다릅니다.DFM은 제조 비용을 절감하기 위해 제조 공정을 용이하게 하기 위해 제품을 설계 또는 엔지니어링하는 과정을 설명합니다.DFM을 사용하면 잠재적인 문제를 가장 비용이 적게 드는 설계 단계에서 해결할 수 있습니다.원료의 종류, 원료의 형태, 치수 공차, 마감 등의 2차 가공 등 제조성에 영향을 미칠 수 있습니다.

다양한 제조 공정 유형에 따라 DFM 프랙티스에 대한 가이드라인이 정해져 있습니다.이러한 DFM 지침은 DFM과 관련된 다양한 허용 오차, 규칙 및 일반적인 제조 점검을 정확하게 정의하는 데 도움이 됩니다.

DFM은 설계 프로세스에 적용할 수 있지만, 많은 조직에서는 DFSS(Design for Six Sigma)라는 유사한 개념도 실천되고 있습니다.

프린트 회로 기판(PCB)의 경우

PCB 설계 프로세스에서 DFM은 제조 가능성을 보장하기 위해 일련의 설계 가이드라인을 제시합니다.이렇게 함으로써 설계 단계에서 발생할 수 있는 생산 문제에 대처할 수 있습니다.

DFM 가이드라인은 제조업의 프로세스와 능력을 고려하는 것이 이상적입니다.따라서 DFM은 끊임없이 발전하고 있습니다.

제조회사들이 점점 더 많은 공정 단계를 발전시키고 자동화함에 따라 이러한 공정은 점점 더 저렴해지는 경향이 있습니다.DFM은 보통 이러한 [1]비용을 절감하기 위해 사용됩니다.예를 들어 기계에 의해 프로세스가 자동으로 수행될 수 있는 경우(즉, SMT 컴포넌트의 배치 및 납땜) 이러한 프로세스는 수작업으로 수행하는 것보다 비용이 적게 들 수 있습니다.

집적회로(IC)용

최첨단 VLSI 테크놀로지의 소형화와 최첨단 제품의 복잡성으로 인해 고수익 설계를 실현하는 것은 매우 어려운 과제가 되고 있습니다.여기서 DFM 방법론은 집적회로(IC)의 설계를 수정하여 기능수율, 파라메트릭수율 또는 신뢰성을 개선하기 위한 일련의 기술을 포함한다.

배경

전통적으로 나노미터 이전 시대에 DFM은 집적회로의 물리적 레이아웃의 모양과 다각형에 관한 소프트(권장) 설계 규칙을 적용하기 위해 다양한 방법론으로 구성되었습니다.이러한 DFM 방법론은 주로 풀 칩 수준에서 작동했습니다.또한 다양한 추상화 수준에서 최악의 경우 시뮬레이션을 적용하여 공정 변동이 성능 및 기타 유형의 파라메트릭 수율 손실에 미치는 영향을 최소화했습니다.이러한 다양한 유형의 최악의 시뮬레이션은 기본적으로 제조 프로세스의 전 범위에 걸친 트랜지스터 퍼포먼스의 변동을 나타내기 위한 최악의 경우(또는 코너링) SPICE 디바이스 파라미터 파일의 베이스 세트에 근거하고 있습니다.

수율 손실 메커니즘 분류

VLSI IC의 가장 중요한 항복 손실 모델(YLM)은 그 특성에 따라 여러 범주로 분류할 수 있다.

  • 기능적 수율 손실은 여전히 지배적인 요소이며, 오처리(예: 장비 관련 문제), 인쇄성 또는 평탄화 문제와 같은 체계적 영향 및 순전히 무작위 결함으로 인해 발생합니다.
  • 고성능 제품에서는 프로세스 변동 또는 환경적 요인(전압이나 온도 등)에 의해 파라메트릭 설계의 한계가 발생할 수 있습니다.
  • 잘못된 검사로 인해 발생하는 검사 관련 수율 손실도 중요한 역할을 할 수 있습니다.

기술

수율 손실의 원인을 파악한 후 다음 단계는 설계를 가능한 한 내구성 있게 만드는 것입니다.여기에는 다음과 같은 기술이 사용됩니다.

  • 타이밍, 전력 및 라우팅성에 의해 허가된 경우 높은 수율 셀을 대체한다.
  • 인터커넥트 와이어 간격 및 폭 변경(가능한 경우 변경
  • 내장 메모리의 용장성을 최적화합니다.
  • 가능한 한 폴트 톨러런스(용장) 비어를 설계로 대체

이러한 변화는 서로 상쇄되기 때문에 이 모든 것은 수익률 손실 메커니즘에 대한 자세한 이해를 필요로 한다.예를 들어 용장 비어를 도입하면 문제가 발생할 가능성은 낮아지지만 불필요한 쇼트가 발생할 가능성은 높아집니다.따라서 이것이 좋은 생각인지 아닌지는 수익률 손실 모형의 세부사항과 특정 설계의 특성에 달려 있다.

CNC 가공용

객관적으로

목표는 저비용 설계를 하는 것입니다.비용은 시간에 따라 달라지기 때문에 설계는 기계(자재 제거)에 필요한 시간뿐만 아니라 부품의 복잡성과 크기에 따라 달라지는 CNC 기계의 셋업 시간, NC 프로그래밍, fixturing 및 기타 많은 작업도 최소화해야 합니다.

셋업 작업 시간(부품 플립)

4축 및/또는 5축을 사용하지 않는 한 CNC는 단방향에서만 부품에 접근할 수 있습니다.한 번에 한 쪽을 가공해야 합니다(연산 또는 Op라고 함).그런 다음 부품을 모든 피쳐로 좌우로 뒤집어야 합니다.피쳐의 지오메트리는 부품을 뒤집어야 하는지 여부를 나타냅니다.Ops(부품 플립)가 많을수록 "설정" 및 "로드/언로드" 시간이 많이 걸리기 때문에 부품 가격이 비싸집니다.

각 작업(부품 플립)에는 설정 시간, 기계 시간, 공구 로드/언로드 시간, 부품 로드/언로드 시간, NC 프로그램 작성 시간이 있습니다.부품이 한 번만 작동하면 부품을 한 번만 로드/언로드하면 됩니다.5개의 조작이 있는 경우는, 로드/언로드 시간이 길어집니다.

낮게 매달린 과일은 작업 횟수(부품 플립)를 최소화하여 상당한 비용 절감을 실현합니다.예를 들어, 작은 부품의 표면을 기계화하는 데 2분밖에 걸리지 않을 수 있지만, 기계 설정을 위해 1시간이 걸립니다.또는 각각 1.5시간에서 5번의 연산이 있는데 총 기계시간이 30분에 불과할 경우 30분 [2]동안만 7.5시간이 충전됩니다.

마지막으로, 볼륨(부품 대 기계 수)은 셋업 시간, 프로그래밍 시간 및 기타 작업을 부품 비용으로 상각하는 데 중요한 역할을 합니다.위의 예에서 10개 수량의 부품은 100개 수량의 7~10배에 달하는 비용이 들 수 있다.

일반적으로 수익 체감의 법칙은 설정 시간, 맞춤 공구 및 fixturing을 [3]소음으로 상각할 수 있기 때문에 100~300개의 볼륨으로 나타납니다.

재료 종류

가장 쉽게 가공되는 금속의 종류에는 알루미늄, 황동, 그리고 부드러운 금속이 포함됩니다.강철, 스테인리스강, 티타늄 및 이국적인 합금과 같은 재료가 단단해지고 밀도가 높아지며 강해질수록 기계 제작이 훨씬 더 어려워지고 시간이 더 오래 걸리기 때문에 제조 능력이 떨어집니다.대부분의 플라스틱 유형은 기계가공하기 쉽지만 섬유 유리 또는 탄소 섬유를 추가하면 기계가공성이 저하될 수 있습니다.특히 부드럽고 끈적끈적한 플라스틱은 자체적인 기계성 문제가 있을 수 있습니다.

재료 형태

금속은 여러 가지 형태로 나온다.예를 들어 알루미늄의 경우, 바 스톡과 플레이트가 가공 부품을 만드는 가장 일반적인 두 가지 형태입니다.구성 요소의 크기와 모양에 따라 사용해야 하는 재료의 형태가 결정될 수 있습니다.엔지니어링 도면에서는 일반적으로 하나의 형태를 다른 형태 위에 지정합니다.바 스톡은 일반적으로 파운드당 플레이트 비용의 1/2에 가깝습니다.따라서 재료 형태는 구성요소의 형상과 직접 관련이 없지만 설계 단계에서 재료의 가장 저렴한 형태를 지정함으로써 비용을 제거할 수 있습니다.

허용 오차

가공된 컴포넌트의 비용에 중요한 기여 요인은 피쳐가 만들어져야 하는 기하학적 공차입니다.필요한 공차가 좁을수록 컴포넌트의 기계 사용 비용이 높아집니다.설계 시 구성요소의 기능을 수행할 수 있는 가장 느슨한 공차를 지정합니다.허용 오차는 피쳐별로 피쳐를 지정해야 합니다.더 낮은 공차를 가진 구성 요소와 더 높은 공차를 가진 구성 요소를 설계하는 창의적인 방법이 있습니다.

설계 및 형상

기계가공은 감산공정이기 때문에 재료를 제거하는 시간이 가공비용을 결정하는 주요 요인이다.제거할 재료의 부피와 모양, 공구 이송 속도에 따라 가공 시간이 결정됩니다.밀링 커터를 사용할 때는 공구의 길이 대 지름 비율에 따라 부분적으로 결정되는 공구의 강도와 강성이 그 속도를 결정하는 데 가장 큰 역할을 합니다.공구가 직경에 비해 짧을수록 재료를 통해 빠르게 공급될 수 있습니다.3:1(L:D) 이하의 비율이 [4]최적입니다.이 비율을 달성할 수 없는 경우는, 다음과 같은 솔루션을 사용할 [5]수 있습니다.구멍의 경우 공구의 길이 대 지름 비율은 덜 중요하지만 10:1 미만으로 유지해야 합니다.

그 밖에도 기계화 비용이 다소 드는 기능이 많이 있습니다.일반적으로 모따기는 외측 수평 가장자리의 반지름보다 기계 비용이 적게 듭니다. 3D 보간법을 사용하여 동일한 평면에 있지 않은 모서리에 반지름을 만들어 10배의 [6]비용이 발생합니다.언더컷은 기계에 더 비싸다.L:D 비율에 관계없이 더 작은 도구가 필요한 기능은 더 비쌉니다.

검사용 설계

검사 설계(DFI)의 개념은 제품 제조 비용을 절감하고 제조 실용성을 높이기 위해 제조 가능성을 위한 설계(DFM) 및 조립을 위한 설계(DFA)와 함께 보완하고 연계해야 합니다.이 방법은 설계 검토 프레젠테이션 및 문서를 준비해야 하는 경우 등 많은 시간을 소비하기 때문에 일정표 지연을 일으킬 수 있습니다.이에 대처하기 위해 조직에서는 정기적인 검사 대신 특히 제품 개발 단계에서 권한 부여 프레임워크를 채택할 것을 제안합니다.이 프레임워크에서는 고위 경영진이 제품 성능, 비용, 품질 및 개발에 대한 기대와 비교하여 제조 프로세스와 결과를 평가할 수 있습니다.탈출 [7]시간그러나 전문가들은 DFI가 제품의 신뢰성, 안전성, 수명주기 [8]등의 핵심 요소를 결정하는 성능과 품질 관리에 매우 중요하기 때문에 DFI의 필요성을 언급하고 있다.검사가 필수인 항공우주 부품 회사의 경우 검사를 위한 제조 공정의 적합성에 대한 요구사항이 있습니다.여기에서는 설계 [9]제안을 평가하는 검사성 지표 등의 메커니즘을 채택한다.DFI의 또 다른 예로는 CCC 차트(Cumulative Count of Conforming Chart) 개념을 들 수 있습니다.이는 다양한 유형의 검사와 유지보수를 사용할 [10]수 있는 시스템의 검사 및 유지관리 계획에 적용됩니다.

적층 제조를 위한 설계

주요 기사:적층 제조를 위한 설계

적층 제조는 설계자가 제품 또는 부품의 디자인을 최적화할 수 있는 능력을 확장합니다(예: 재료 절약).적층 제조에 맞춘 설계는 가공 또는 성형 제조 작업에 맞춘 설계와 매우 다른 경우가 있습니다.

또한 적층 제조 기계의 일부 크기 제약으로 인해 관련된 대형 설계가 자체 조립 기능 또는 고정 장치 로케이터를 사용하여 더 작은 섹션으로 분할되는 경우도 있습니다.

Fused Deposition Modeling과 같은 적층 제조 방법의 공통적인 특징은 돌출된 부품 피쳐를 위한 임시 지지 구조가 필요하다는 것입니다.이러한 일시적인 서포트 구조를 후처리하여 제거하면 전체적인 제작 비용이 증가합니다.부품은 임시 지지 구조의 필요성을 없애거나 줄임으로써 적층 제조용으로 설계할 수 있습니다.이는 돌출된 구조의 각도를 주어진 적층 제조 기계, 재료 및 공정 한계(예: 수직에서 70도 미만) 이하로 제한함으로써 수행할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Dolcemascolo, Darren. "DFM helps manufacturers reduce cost while maintaining value". Reliable Plant.
  2. ^ "How to Design Cheap Machined Parts and Why? - Parametric Manufacturing". 3 September 2016.
  3. ^ "Guide to CNC Machining Prototype & Production - Parametric Manufacturing".
  4. ^ Inc., eFunda. "Milling: Design Rules".
  5. ^ "Design Guide" (PDF). Pro CNC. Retrieved January 30, 2017.
  6. ^ "The #1 Killer to a Low Price CNC Machined Part - Parametric Manufacturing - CNC Machine Shop + Wire EDM". 17 July 2016.
  7. ^ Anderson, David (2004). Design for Manufacturability & Concurrent Engineering: How to Design for Low Cost, Design in High Quality, Design for Lean Manufacture, and Design Quickly for Fast Production. Cambria, CA: CIM Press. p. 28. ISBN 978-1878072238.
  8. ^ Gupta, Praveen (2006). Six Sigma Business Scorecard, Chapter 3 - Need for the Six Sigma Business Scorecard. New York: McGraw Hill Professional. p. 4. ISBN 9780071735117.
  9. ^ Stolt, Roland; Elgh, Frederik; Andersson, Petter (2017). "Design for Inspection - Evaluating the Inspectability of Aerospace Components in the Early Stages of Design". Procedia Manufacturing. 11: 1193–1199. doi:10.1016/j.promfg.2017.07.244 – via Elsevier Science Direct.
  10. ^ Chan, Ling-Yau; Wu, Shaomin (October 1, 2009). "Optimal design for inspection and maintenance policy based on the CCC chart". Computers & Industrial Engineering. 57 (3): 667–676. doi:10.1016/j.cie.2008.12.009. ISSN 0360-8352.

원천

  • 멘토 그래픽스 - DFM: 무엇을 하고 무엇을 할 것인가? (요청 양식에 기입해야 합니다.)
  • 멘토 그래픽스 - DFM: 매직 글머리 기호 또는 마케팅 광고 (요청 양식에 기입해야 합니다).
  • Lavagno, Martin 및 Scheffer의 집적회로를 위한 전자설계 자동화 핸드북, ISBN 0-8493-3096-3 EDA 분야 조사.위의 요약은 2권, 19장, Nicola Dragone, Carlo Guardiani 및 Andrzej J. Strojwas의 "나노미터 시대의 제조 가능성을 위한 설계"에서 허가를 받아 인용되었다.
  • 제조가능성과 통계설계를 위한 설계: 건설적 접근법, Michael Orshansky, Sani Nassif, Duane Boning ISBN 0-387-30928-4
  • SEER-IC/H를 사용한 공간 ASIC 추정(Robert Cisneros, Tecolote Research, Inc.) 완전 프레젠테이션

외부 링크

Wikibooks는 다음과 같은 주제에 관한 책을 가지고 있습니다.실용 전자제품/PCB 레이아웃