Le Design For Manufacturing and Assembly (DFMA) est-il meilleur que le DFA et le DFM ?

Q'est ce que le DFM ? Le design for manufacturing (DFM) est une méthode de conception pour réduire la complexité des opérations de fabrication et le coût global de production y compris le coût des matières premières.

Q'est ce que le DFA ?Le design for assembly (DFA) est une méthode de conception pour faciliter ou réduire les opérations d’assemblage des pièces ou sous-ensembles d’un produit.

La différence est que l’une se concentre sur les pièces (DFM) l’autre sur l’assemblage des pièces (DFA). Le Design for Manufacturing and Assembly (DFMA), ou Conception pour la Fabrication et l'Assemblage combine les deux méthodes pour trouver l'avantage optimal.

Pourquoi utiliser le design for manufacturing (DFM) ou le design for assembly (DFA)

Il est classiquement admis (démontré ?) que 70 à 80% des coûts de production sont déterminés par des décisions prises au niveau de la conception.

D’où l’importance d’utiliser une démarche de conception pour fabrication (DFM) et / ou conception pour l'assemblage (DFA).

L’approche Design for manufacturing and assembly (DFMA), le bon compromis

Les approches DFM et DFA peuvent être contradictoires. En caricaturant, l’approche DFA peut naturellement conduire à n’avoir qu’une seule pièce : le coût d’assemblage devient nul.

A l'inverse, le DFA peut conduire à une pièce extrêmement compliquée à produire, avec un coût important.

Il convient donc d’utiliser une approche combinée de conception pour fabrication et assemblage devenue la norme:  le Design for Manufacturing and Assembly (DFMA), ou Conception pour la Fabrication et l'Assemblage.

Principaux leviers de simplification et de réduction des coûts de fabrication par le DFMA

Levier DFMA 1 : Réduire le nombre de pièces.

C’est probablement le levier le plus important. Il réduit directement le coût d’assemblage, et un nombre important d’autres de coûts indirects : les coûts administratifs et logistiques (commande, transport, stockage…), les coûts de test (de chaque pièce) et les coûts liés à la fiabilité (plus de pièces = plus de risque de défaillance). C'est plutôt un avantage issu de la méthode DFA.

Levier DFMA 2 : Utiliser des pièces standard.

Les pièces standard sont moins chères, plus disponibles et souvent plus fiables que les pièces sur mesure. C'est plutôt un avantage issu de la méthode DFM.

Levier DFMA 3 : Adopter une conception modulaire.

L'utilisation de modules permet plusieurs bénéfices suivant les cas :

• Diminuer le nombre global de sous-ensembles ou pièces. C’est le cas si un produit existe en plusieurs variantes (qui peuvent chacune différer par un module) ou que plusieurs produits peuvent utiliser un même sous ensemble. Cela diminue les couts indirects associés (administratifs et logistiques)
• Diminuer les coûts de reconception ou de tests par l’utilisation de modules déjà existant plutôt que de nouvelles pièces
• Profiter d’effet d’échelle de production pour des modules communs à plusieurs pièces

En revanche la modularité est limitée par l’augmentation potentielle du coût d’assemblage.Ce levier constitue donc déjà un équilibre entre les avantages de la DFM et ceux de la DFA.

 

Levier DFMA 4 : Concevoir des pièces multifonctionnelles.

Une pièce multifonctionnelle réduit le nombre total de pièces car au lieu d’utiliser deux pièces pour deux fonctions, une seule suffit. Par exemple, une pièce peut servir de dissipateur de chaleur et de séparation.

Il s'agit également d'un compromis entre les avantages de la DFM et de la DFA, car une pièce multifonctionnelle peut être plus complexe et donc plus coûteuse.

 

Levier DFMA 5 : Concevoir des pièces anti-erreur

C’est probablement le levier le plus connu, parfois appellé Poka-Yoke. Il consiste à concevoir des pieces qui ne peuvent pas être assemblées dans le mauvais sens ou assemblées sur d’autres produits. Il s'agit d'un avantage découlant de la méthode DFA. Il ne s'agit souvent pas d'un compromis avec la DFM, car le coût des pièces n'augmente généralement pas parce qu'elles sont anti-erreur.

Levier DFMA 6 : Concevoir des pièces facilitant l’assemblage

Certaines pièces peuvent être conçus pour faciliter le montage ou le test. Par exemple, outre leur fonction « produit », une pièce peut fournir un guide d’assemblage, ou être réfléchissante pour faciliter l’inspection.

Levier DFMA 7 : Concevoir pour faciliter la fabrication.

C’est le pendant du levier précédent, focalisé sur la production d’une pièce plutôt que l’assemblage de deux pièces.

Cela concerne notamment les opérations de finition comme l'usinage, la peinture qui doivent être limitées. On peut aussi citer les pièces complexes à mouler.

Levier DFMA 8 : Limiter les contraintes de tolérance

Il faut aussi réduire les tolérances contraignantes ou de manière générale toute « sur-spécification » qui n’est pas une exigence client car elles vont augmenter les coûts de production en imposant des processus plus robustes, des équipements plus perfectionnés ou des opérations de contrôle qualité plus importantes. C'est plutôt un avantage issu de la méthode DFM.

Levier DFMA 9 : Définir les bons moyens de fixation

De manière générale, il faut limiter les attaches séparées et les fixations compliquées et favoriser les fixations automatiques simples.

Les attaches séparées augmentent le coût en raison des manipulations supplémentaires et des couts de gestion indirects. De plus elles sont souvent sources de défaut de qualité.

Il faut concevoir les fixations qui ont le moindre cout, par exemple :

• privilégier les fixations automatiques tels que les clips
• privilégier les rivets plutôt qu’une vis
• privilégier les vis auto taraudeuses
• éviter les vis trop longues ou trop courtes, les rondelles séparées, les trous taraudés

 C'est plutôt un avantage issu de la méthode DFA.

Levier DFMA 10 : Réduire ou faciliter les manipulations.

Il faut limiter les opérations de positionnement, orientation et de fixation des pièces, par exemple en utilisant des pièces symétriques pour éviter l’orientation.

Les pièces doivent être conçues pouvoir être facilement saisies par l'opérateur et en toute sécurité : ni trop petites, ni trop grandes, ni trop lourdes, ni avec des bords tranchants ou des pointes

C'est plutôt un avantage issu de la méthode DFA.

Levier DFMA 11 : Réduire les directions d'assemblage.

Toutes les pièces devraient être assemblées dans un seul sens et si possible de haut en bas pour profiter des effets de la gravité.

C'est plutôt un avantage issu de la méthode DFA.

Méthodes pour mettre en oeuvre le Design For Manufacturing and Assembly (DFMA)

Il existe plusieurs méthodes et outils détaillés pour mettre en oeuvre les leviers du Design For Manufacturing and Assembly. Nous nous concentrons ici sur les principes fondamentaux de ces méthodes :

• un travail collaboratif entre les équipes de conception et les équipes de fabrication. En réalité de nombreux intervenants doivent participer à ce processus : le marketing ou les ventes (définition du cahier des charges initial), la R&D ou ingénierie, les achats, les méthodes de fabrication, la qualité voire les équipes logistiques (contraintes logistiques) ou de service client
• un travail en amont qui cela commence au niveau du marketing. Le process de DFMA peut donc débuter plusieurs mois voire années avant l’arrivée en fabrication
• pratiquer les retour d’expérience des produits déjà en production. Il ne s’agit pas seulement que ce soit les équipes de production qui soient impliquées dans la R&D, mais aussi que les équipes de R&D viennent en production pour constater par eux-mêmes

Autres méthodes associées au Design For Manufacturing and Assembly (DFMA)

Quelques autres méthodes de conception sont associées ou similaires à la conception pour fabrication et assemblage. Voici les principales, en sus des méthodes Design for Manufacturing (DFM) et Design for Assembly (DFA) :

• la conception pour six sigma (DFSS). Elle cherche à réduire les défauts et variations de fabrication en assurant une capabilité de fabrication des pièces supérieure à 4.5 sigma.
• La conception pour testabilité (DFT),. Elle vise à permettre de tester plus facilement les produits en fabrication. Elle est souvent incluse dans la conception pour fabrication.
• La conception pour maintenabilité (DFM). Elle est prévue pour la conception des équipements de fabrication et cherchant à permettre une maintenance plus facile, moins couteuse et pouvant être réalisée sans arrêt de production. L'acronyme peut prêter à confusion puisqu'il s'agit du même que le Design for Manufacturing (DFM).