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„Methodische präventive Produktoptimierung“, Teil 1 Die DFMA-Methode – Grundlagen, Praxisbeispiel und Potenzial

Autor / Redakteur: Bernd Haußmann / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

In unserer Serie „Methodische präventive Produktoptimierung“ beleuchten wir Methoden für die Optimierung der Produktentwicklung. Heute: die DFMA-Methode. Diese beschäftigt sich mit der Frage, ob ein Produkt aus so vielen einzelnen Komponenten bestehen muss.

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Bild 5: Vergleich der Kostenaufteilung der beiden Designs.
Bild 5: Vergleich der Kostenaufteilung der beiden Designs.
(Bild: Bernd Haußmann)

Wie so oft, wenn ein neuer großer Kundenauftrag winkt oder die Verlängerung eines bestehenden Rahmenauftrags ansteht, kommt die Frage nach dem Preis auf den Tisch: „Was lässt sich da noch machen – Sie bekommen ja die Sicherheit von uns, haben keine großen Umstände mehr, unsere langjährige Verbindung sollte Ihnen doch was wert sein“ – all diese Floskeln sind zu genüge bekannt im Vertrieb.

Und was macht dieser? Er leitet die Frage und das Kostenziel, also den Zielpreis nach Abzug der üblichen Gemeinkosten und dem zu erzielenden Gewinn, an die internen Abteilungen weiter mit der Frage: „Was ist bei den einzelnen Komponenten denn noch zu machen?“

Das bestehende Produkt im Fokus

Üblicherweise geht das Spiel dann eine Etage tiefer in der Versorgungskette von vorne los.

  • Bei der Montage wird noch mehr auf LEAN geachtet,
  • in der Fertigung auf Rüstzeitoptimierung und
  • im Einkauf wird die Frage gestellt, welcher Lieferant der richtige sei, und welches Material zu teuer eingekauft wird.

All diese Fragestellungen sind wichtig und richtig. Aber was wäre, wenn sich all diese Spezialisten, zusammen mit der Produktentwicklung zunächst eine ganz andere, grundlegendere Frage stellen würden, nämlich: Warum eigentlich so viele Teile? Genau dieser Ansatz wird in der DFMA-Methodik verfolgt.

Da – wie allseits bekannt – 70 bis 80 % der Kosten eines Produkts in der Konstruktionsphase definiert werden, zielt der Ansatz auf das bestehende Produktkonzept. Und da es die Basis der DFMA-Methodik ist, die Anzahl der Teile auf ein Minimum zu reduzieren, wird zwangsläufig das Produktkonzept mit seiner Funktionalität hinterfragt.

Wie funktioniert die DFMA-Methodik?

Anhand seiner Montagestruktur wird mittels DFA (Design for Assembly) zu jedem Teil die kommerziellen Basisdaten wie Teilekosten und Werkzeugkosten, aber auch die Funktion hinterfragt, um dabei die Kandidaten herauszufiltern, die nicht dem sogenannten Minimum-Teile-Kriterium entsprechen – ganz ähnlich wie bei der Wertanalyse oder der wertanalytischen Funktionsanalyse nach Triz.

Es gibt bei DFMA drei Arten von Funktionskategorien:

  • eine Verbindungsfunktion (innerhalb des Produkts),
  • eine Sicherungsfunktion (innerhalb des Produkts) sowie
  • andere Funktionen.

Mit DFM die Herstellkosten bereits in der Konzeptphase abschätzen

Alle Teile, die den ersten beiden Kategorien entsprechen, sind grundsätzlich Kandidaten, die es zu hinterfragen gilt: Wie kann die Verbindungs- oder Sicherungsfunktion alternativ erfüllt werden? Nach dieser ersten Fragestellung bleiben jedoch noch viele Teile, die der Kategorie 3 entsprechen, die also irgendeine andere Funktion erfüllen müssen. Was tun?

Analog zur Triz-Methodik werden nun die geometrischen oder funktionellen Partner der Komponente mit in die Betrachtung einbezogen. Und die nächsten Fragestellungen für jede Beziehung eines Teils zu einem anderen Teil lauten demnach: „Warum muss das Teil von seinem Partner getrennt bleiben?“

Drei Gründe würden eine Kombination von zwei Teilen grundsätzlich verhindern:

  • Wenn zwischen den beiden Teilen im Betrieb eine relative Bewegung stattfindet,
  • wenn aus physikalischen Gründen zwei unterschiedliche Materialien benötigt werden oder
  • wenn die Kombination beider Teile das Montieren oder Warten von dritten Teilen verhindern würde.

Werden zu allen Teilebeziehungen diese Fragen gestellt, kommen quasi automatisch Ideen, wie das Produkt vereinfacht werden könnte, also wie man dieselbe Funktion mit weniger Komponenten erfüllen könnte. Doch ist es dann auch günstiger?

Hier kommt dann das zweite Werkzeug von DFMA – DFM – ins Spiel. Mithilfe von DFM (Design for Manufacturing) lassen sich Herstellkosten bereits in der Konzeptphase so abschätzen, dass auch die Kommunikation mit potenziellen Herstellern möglich ist.

Praxisbeispiel: DFMA in der Anwendung

Ein Konstrukteur, der einen bestehenden pneumatischen Steuerzylinder betreut, bekommt den Auftrag, die Kosten signifikant zu senken. Die Kostenaufstellung enthält die in Bild 1 dargestellten Positionen:

Bild 1: Kostenaufstellung des bestehenden Zylinders.
Bild 1: Kostenaufstellung des bestehenden Zylinders.
(Bild: Bernd Haußmann)

Die ersten Fragen ergeben, dass der Kolben gemäß Kriterium 1 vom Grundkörper getrennt bleiben muss, weil eine Bewegung zwischen beiden stattfinden muss. Doch zwischen Kolben und Pleuel (in der aktuellen Situation zwei Drehteile, die miteinander verpresst werden) findet weder eine Bewegung statt, noch sind unterschiedliche Materialien notwendig, noch würde es die Montage einer anderen Komponente behindern…

Daraus folgt Idee 1: Kolben und Pleuel ließen sich miteinander verbinden.

Was kostet dieses kombinierte Teil nun aber in einer anderen Herstellungsart? Nach der Eingabe der Umhüllungsform und Geometrie ergeben sich folgende Möglichkeiten (Bild 2):

  • Feinguss
  • Schmieden
  • Metall-Spritzguss
  • 3D-Druck

Bild 2: Auswahl des Herstellungsverfahrens.
Bild 2: Auswahl des Herstellungsverfahrens.
(Bild: Bernd Haußmann)

Die Vergleichsbasis aus der Kostenaufstellung wären 1,25 Euro. Die erste Abschätzung in der jeweiligen Herstellmethode erfolgt in DFM. Die notwendigen Teilschritte für den sogenannten Primärprozess werden automatisch angefügt. Auf der obersten Ebene erfolgt die Teilebeschreibung durch die Parameter, die sich noch spezifisch auf das Teil anpassen. Im Beispiel (Bild 3) wurden die Losgröße, das Modellteil-Volumen und die Anzahl der Modell-Flächen angepasst.

Bild 3: Die Abschätzung der passenden Herstellmethode erfolgt in DFM.
Bild 3: Die Abschätzung der passenden Herstellmethode erfolgt in DFM.
(Bild: Bernd Haußmann)

Analog erfolgt dies für die anderen Primärprozesse. Es ergeben die Ergebnisse aus Bild 4.

Bild 4: Darstellung der Teilekosten über die Lebensdauer.
Bild 4: Darstellung der Teilekosten über die Lebensdauer.
(Bild: Bernd Haußmann)

Potenzial in der Herstellung finden

In der Konzeptphase, wenn noch alle Optionen offen sind, sollte auch offen mit möglichen Lieferanten gesprochen werden. Da diese zu diesem frühen Zeitpunkt nicht mit Wettbewerbern konkurrieren, sondern mit anderen Herstellverfahren, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass alle Vorteile aus dem Prozess heraus gekitzelt werden und dass auch eigene Ideen einfließen können. Denn die Möglichkeiten der anderen Herstellverfahren sind oft nicht genau bekannt.

Nach dieser ersten Idee – Kolben und Pleuel zu kombinieren – ergibt sich nun die in Bild 5 dargestellte Situation:

Bild 5: Vergleich der Kostenaufteilung der beiden Designs.
Bild 5: Vergleich der Kostenaufteilung der beiden Designs.
(Bild: Bernd Haußmann)

Mehr Potenzial könnte noch gehoben werden, wenn die Schrauben, der Deckel und der Kolbenstopp hinterfragt würden.

DFA-Index zeigt Optimierungsergebnis

Das Optimierungsergebnis, unabhängig vom monetären Aspekt, lässt sich auch anhand des sogenannten DFA-Indexes erkennen: Hier werden Montagezeit und Teileanzahl miteinander zu einem Ideal verglichen, der Index liegt zwischen 0 und 100, wobei 100 ideal wäre.

In der Ausgangssituation lag der DFA-Index bei 9,17. Mit der neuen Idee – Kolben und Pleuel kombiniert – steigt er auf 12,94. Ideal wäre 100 – als Maßstab, dass nur notwendige Teile verbaut sind und die Montage optimal ohne Schwierigkeiten machbar ist. Damit beschäftigt sich in Kürze Teil 2 unserer Serie.

Buchtipp

Während sich Produktlebenszyklen verkürzen, wächst der Druck, innovative und qualitativ hochwertige Produkte zu möglichst geringen Kosten zu produzieren. Das Buch „Kostenmanagement“ erklärt, wie Produktkosten schon in den frühen Phasen der Produktentwicklung berechnet und optimiert werden können.

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Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal www.konstruktionspraxis.de

* Bernd Haußmann ist Inhaber von Konzept:Wert, DFMA Senior Trainer, TRIZ Level III (Matriz Nb 03/01805/A-03), TRIZ Teach Level I (Matriz Mb 080/02-2022/1E), VA Professional PVM (VDI 202007P1051), LSS BB (PEEC 20140284), DGQ Qualitätsfachingenieur (M5810)

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