ถ้าการออกแบบสามารถแก้ไขปัญหาในกระบวนการผลิตต่างๆ ของเราได้ จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่ Design Engineer จะต้องรู้และเข้าใจเกี่ยวกับพื้นฐานของการออกแบบผลิตภัณฑ์ ( Product design) เพื่อให้สามารถออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ตรงกับความต้องการของตลาด ภายใต้ต้นทุนที่กำหนด และสามารถผลิตได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นการออกแบบจึงมีความสำคัญ กล่าวคือ
1. ลดจำนวนของชิ้นส่วนประกอบ
การลดชิ้นส่วนหรือมีชิ้นส่วนประกอบที่น้อยที่สุด จะทำให้ค่าใช้จ่ายในกระบวนการผลิตลดลง ทำการผลิตง่ายขึ้น และมีคุณภาพมากขึ้นเนื่องจากไม่ต้องประกอบชิ้นส่วนที่มากมาย รวมทั้งยังลดขั้นตอนการทำงานและค่าใช้จ่ายอื่นๆ อีก เช่น เวลาและค่าใช้จ่ายในการทำ Drawing, การกำหนด Specification ของ Material, ใบสั่งซื้อ (Purchase order), รายงานการตรวจวัดขนาด (Inspection reports) และอื่นๆ
สำรวจความต้องการและความจำเป็นของชิ้นส่วนทั้งหมด และทำการตัดชิ้นส่วนที่ไม่จำเป็นออกตามคำถามด้านล่างนี้
• ชิ้นส่วนนั้นๆ มีความสัมพันธ์ หรือมีผลกระทบกับชิ้นส่วนที่จะมาประกอบหรือไม่
• ชิ้นส่วนนั้นๆ ต้องการ Material ชนิดอื่นหรือไม่
• ชิ้นส่วนนั้นๆ ต้องมีการถอดประกอบหรือไม่
ตัวอย่างของการปรับการออกแบบหลังจากตรวจสอบด้วยคำถามด้านบนเช่น ทดแทน Fastener ด้วยการประกอบแบบ Press fit, Interlocks หรือ Ultrasonic, ทดแทน Spacer ด้วย Bosses, ลดการใช้ Label ด้วยการทำ Embosses ตัวหนังสือลงบนผลิตภัณฑ์
2. ลดจำนวนพื้นผิวสำหรับประกอบ (Assembly Surfaces)
พื้นผิวประกอบหลายๆ ผิวทำให้เวลาและขั้นตอนในการประกอบมากขึ้น นอกจากเรื่องเวลาและขั้นตอนแล้ว พื้นผิวประกอบหลายๆ ผิวยังทำให้ต้องมีการทำ Fixture มาช่วยในการประกอบมากขึ้น และถ้าชิ้นส่วนนั้นทำด้วย Plastic ก็จะส่งผลให้ Mold มีความซับซ้อนมากขึ้น และมีราคาที่แพงขึ้น
3. ออกแบบให้มีการประกอบในแนวแกน Z
ทิศทางการประกอบที่ง่ายที่สุดคือ การประกอบในแนวแกน Z (หรือในแนวดิ่ง) เพราะสามารถใช้น้ำหนักของตัวชิ้นส่วนเองช่วยในการประกอบได้ อุปกรณ์บอกตำแหน่งต่างๆ เช่น Locating ring, Slot, Rib สามารถช่วยบอกตำแหน่งและทำการประกอบชิ้นส่วนพร้อมกันได้
4. กำจัดหรือลดส่วนเกินที่เกิดจากการประกอบ
หัวข้อนี้มีความสำคัญมากในการประกอบทั้งแบบ Manual และแบบ Automatic เพราะการมีส่วนเกินยื่นออกมาจะก่อให้เกิดอันตรายในการผลิตได้ง่าย ด้านล่างคือตัวอย่างการเปลี่ยนจากการใช้ nut, bolt เป็นการใช้ stud, nut
5. ทำให้ชิ้นส่วนมีความสัมพันธ์กัน (Part compliance)
การเข้ากันหรือสัมพันธ์กันของชิ้นส่วน (Part mating) เป็นส่วนสำคัญมากๆ ในขั้นตอนการประกอบ ถ้าเราทำการออกแบบชิ้นส่วนต่างๆ ด้วยขั้นตอนที่แตกต่างกัน เช่น มาจากขบวนการ Stamping, Injection molding, Casting หรือ Machining จะทำให้ตำแหน่งประกอบต่างๆ เกิดความคลาดเคลื่อน และมี Tolerance stack-up ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญในการประกอบ ดังนั้นควรใช้ขบวนการผลิตที่เหมือนกันให้ได้มากที่สุด เทคนิคอื่นๆ ในการ Compliance เช่น การทำ Chamfer ที่ชิ้นส่วนตรงส่วนที่ต้องมีการประกอบ เพิ่มพื้นที่ของพื้นผิวประกอบให้มากพอที่จะสะดวกต่อการประกอบ ตัวอย่างง่ายๆ สำหรับการออกแบบให้เกิด Compliance คือการใช้ Oblong hole แทนการใช้รูกลมธรรมดาในส่วนที่ต้องมีการใช้ Screw การทำแบบนี้ทำให้สามารถมีความคลาดเคลื่อนได้ การกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนควรที่จะกำหนดอย่างสมเหตุสมผลตามความจำเป็นในแต่ละตำแหน่งของชิ้นส่วน เพราะการกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนที่มากเกินไปจะทำให้ค่าใช้จ่ายสูงตามไปด้วย
6. ทำให้ชิ้นส่วนมีความสมมาตรกัน (Part symmetry)
ยิ่งชิ้นส่วนมีความสมมาตร (Balance) มากเท่าไหร่ ยิ่งทำให้การจับถือ กำหนดตำแหน่ง และทิศทางง่ายยิ่งขึ้น ทั้งในการประกอบแบบ Manual และการประกอบแบบ Automatic อีกทั้งความสมมาตรยังช่วยลดความผิดพลาด ที่อาจเกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนการประกอบได้ และโดยเฉพาะกับการผลิตแบบ Automatic ความสมมาตรจะยิ่งมีความสำคัญมาก ถ้าในกรณีที่ไม่สามารถออกแบบให้เกิดความสมมาตรได้ ต้องทำการระบุพื้นผิวหรือส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับการประกอบอย่างชัดเจน เพื่อง่ายต่อการสังเกตุ และป้องกันการวางหรือกำหนดทิศทางที่ผิดของชิ้นงาน
7. ออกแบบให้ชิ้นส่วนสามารถจับถือได้ง่าย (Part handling)
ทุกชิ้นส่วนควรออกแบบให้มีความเรียบง่ายที่สุด และหลีกเลี่ยงความซับซ้อนที่จะเกิดขึ้น เช่น มีการวางสายไฟ (Wiring) ระหว่างชิ้นส่วน ซึ่งการทำเช่นนี้จะทำให้ต้องใช้สองมือในการจับถือ ชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนจะมีค่าใช้จ่ายในการผลิตที่สูง ขั้นตอนการผลิตที่ยุ่งยาก และใช้เวลาในการผลิตที่นาน ถ้าเป็นไปได้ควรกำหนดตำแหน่งของชิ้นงานในการประกอบให้ตรงกับตำแหน่งในการผลิต ตัวอย่างเช่น รักษาตำแหน่งเดิมของชิ้นงานให้เหมือนกันตอนที่โหลดชิ้นงานออกจาก Packing tray สำหรับชิ้นส่วนที่จะใช้ Robotic arm หรือ Automatic handing ในขั้นตอนการประกอบควรออกแบบ ให้มีพื้นผิวที่สมมาตรในแนวดิ่งเพื่อให้ง่ายต่อการจับถือ
8. หลีกเลี่ยงการใช้ Fasteners ให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
Fasteners ถือได้ว่าเป็นอุปสรรคที่สำคัญมากในขั้นตอนการประกอบ เพราะความยุ่งยากในการลำเลียง (Feed) Fasteners อาจทำให้เกิดการติดขัด หรือมี Fasteners ที่มาตรฐานต่ำหลุดเข้ามา อีกทั้งในขั้นตอนการประกอบยังต้องคอยควบคุม Fastening torque ให้คงที่อีกด้วย มิฉะนั้นชิ้นงานอาจจะเสียหายเนื่องจาก Fastening torque ที่มากเกินไปในขั้นตอนการประกอบแบบ Manual ค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับ Screw driving จะมากเป็น 6 – 10 เท่าของราคา Fasteners ดังนั้นการออกแบบที่ดีควรหลีกเลี่ยงการใช้ Fasteners กับชิ้นส่วนหลักของผลิตภัณฑ์
9. ออกแบบชิ้นส่วนให้มีคุณลักษณะ Self-Locking
การออกแบบชิ้นส่วนให้มีรูปแบบที่ดีจะทำให้เราไม่ต้องมาทำการ Re-design หรือ Repositioning รายละเอียดต่างๆ ในชิ้นส่วนบ่อยๆ ในระหว่างการออกแบบเราควรที่จะพิจารณา เพิ่มพื้นผิว หรือพื้นที่ที่เป็นส่วนช่วยในการกำหนดตำแหน่ง หรือกำหนดทิศทางให้กับชิ้นส่วนนั้นๆ เพื่อที่ชิ้นงานจะได้สามารถถูกวางอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องได้ง่าย ตั้งแต่เริ่ม Process Self-Locking feature มีส่วนสำคัญมากๆ กับการประกอบแบบ Automatic เพราะมันเป็นการยากที่จะปรับเปลี่ยน หรือหยุดขั้นตอนการประกอบกลางคัน เพื่อเปลี่ยนตำแหน่งหรือทิศทางของชิ้นงานให้ถูกต้อง
10. การผลักดันให้เป็นการออกแบบประภท Modular Design
Modular Design ทำให้ขั้นตอนสุดท้ายในการประกอบง่ายขึ้น เพราะมีชิ้นส่วนไม่มากที่ต้องประกอบในขั้นตอนสุดท้าย และยังทำให้การทำงานของระบบ Automation ลดลง และส่งผลให้ต้นทุนลดลงอีกด้วย นอกจากเรื่องของต้นทุนยังพบว่าประสิทธิภาพของระบบ Automation ยังขึ้นกับจำนวนของชิ้นส่วนอีกด้วย ดังนั้นควรพยายามที่จะจำกัด Subassemblies และชิ้นส่วนในการประกอบของขั้นตอนสุดท้ายไม่ให้มากกว่า 15 ชิ้นส่วน นอกจากนี้ Module แต่ละส่วนยังมีข้อดีในเรื่องของการ Inspection ก่อนที่จะทำการส่ง Module นั้นเข้าสู่ขั้นตอนการประกอบขั้นตอนสุดท้าย
By…Wilaiphan S.
อ้างอิง: www.designengineerlife.com