Cad-integrated design for manufacturing and assembly: a method and a tool for manufacturing-compliant and cost-effective products

On the competitive global markets of today, companies have the objective to increase profits by reducing development costs and increasing quality. Early engineering design decides the opportunities and limitations of the later phases and is the costs disposed of by early engineering design, and often seen later when they occur, e.g. during manufacturing, that can be high and often too high. However, in the earlier design process, few support tools for 3D engineering design are available, often due to a lack of knowledge of design requirements and constraints. In these phases Design for Manufacturing (DfM) and Design for Assembly (DfA) take an important role, but DfM and DfA are not really integrated with 3D CAD systems. DfM and DfA principles are currently applied at the end of the 3D CAD modelling, by following the well-known guidelines available from the literature and company’s know-how. This know-how is disseminated among employees and technical departments and represents a critical issue. The research goals of this thesis could be synthesized as the definition of a new methodology and a software tool that helps designers during the 3D modelling activities and at the same time provide the cost of the part or assembly analysed. The methodology, starting from the 3D CAD model of the part or assembly, extracts necessary information with the aim to recognize parts features needed for cost estimation and for DfM/DfA design rules validation. After retrieving the information, DfM/DfA and cost analysis can be made, and the designer can then apply the changes suggested in the 3D model. The proposed CAD-integrated DfM/DfA and cost methodology was used to perform DfM/DfA and cost analysis by using 3D CAD models of 4 components (2 forged parts and 2 machined parts) and 2 product (assembly). Case studies show how the proposed method is able to discover the design issues avoiding manufacturing/assembly technological problems and allowing costs reduction at the same time.

Oggigiorno, l’obiettivo delle aziende è l’aumento dei profitti riducendo i costi di sviluppo e aumentando la qualità. Le prime fasi di progettazione di un prodotto influenzano e limitano le fasi successive definendo quelli che saranno i suoi costi, che se non vengono definiti nelle fasi iniziali possono essere troppo alti rispetto al target prefissato. Tuttavia, nelle prime fasi di progettazione di un prodotto, la disponibilità di strumenti a supporto della progettazione CAD 3D è limitata. In queste fasi il Design for Manufacturing (DfM) e il Design for Assembly (DfA) assumono un ruolo importante, ma entrambi non sono realmente integrati con i sistemi CAD 3D. I principi di DfM e DfA sono attualmente applicati alla fine della modellazione 3D, seguendo linee guida DfM e DfA disponibili in letteratura e nel know-how aziendale. Il know-how aziendale però è spesso sparso tra i dipendenti e gli uffici tecnici, rappresentando una criticità. Gli obiettivi di questa tesi possono essere sintetizzati nella definizione di una nuova metodologia e di uno strumento software che aiuti i progettisti durante le attività di modellazione 3D e allo stesso tempo fornisca il costo della parte o dell’assieme analizzati. La metodologia, partendo dal modello 3D della parte o dell’assieme, estrae le informazioni necessarie con l’obiettivo di riconoscere le features delle parti necessarie per la stima dei costi e per le regole di progettazione DfM/DfA. Dopo aver recuperato le informazioni, vengono eseguite le analisi DfM/DfA e l’analisi dei costi, cosicché il progettista possa applicare, nel modello 3D, le modifiche suggerite dal software. La metodologia proposta è stata utilizzata per eseguire le analisi di 2 componenti forgiati, 2 componenti lavorati alle macchine utensili e 2 prodotti assemblati. I casi studio mostrano come il metodo proposto sia in grado di scoprire le problematiche progettuali dei componenti e degli assemblati, consentendo allo stesso tempo una riduzione dei costi.