Design for Manufacturing Redesign spart Kosten

Oftmals sind Design und Fertigung in einem Unternehmen getrennt. Das kann zu Problemen in der Fertigung führen, die sich nur durch teure, zeitaufwendige Redesigns lösen lassen. Design-for-Manufacturing-Maßnahmen können dem vorbeugen.

Als EMS-Anbieter (Electronic Manufacturing Services) legt productware sein Augenmerk in allen Phasen eines Design-ablaufes auf die Einhaltung aller Design-for-Excellence-Kriterien, also auf die Bündelung von Design for Manufacturing (DfM), Design for Test (DfT), Design for Cost (DfC) und Design for Logistics (DfL). Bereits während der Layout-Phase achtet die technische Arbeitsvorbereitung darauf, dass Ideen und Konzepte aus der Entwicklung in der gewünschten Qualität in Prototypen und Serie umgesetzt werden.

Bei der oftmals noch klassischen Trennung zwischen Design und Fertigung erfolgt die Optimierung der Elektronikkomponenten dagegen vorrangig nach Leistungsvorgaben. Das führt unter Umständen zu Problemen in der Fertigung, die sich nur durch teure, zeitaufwendige Redesigns lösen lassen. Mit den DfM-Maßnahmen möchte productware sicherstellen, dass eine Baugruppe zuverlässig und kostenoptimal unter Anwendung aller qualitätssichernden Prozesse gefertigt wird.

Das Unternehmen optimiert ein Design also nach Fertigungs- und Qualitätskriterien. Wie diese DfM-Maßnahmen zu Einsparungspotenzialen führen, soll ein Beispiel eines international tätigen deutschen Entwicklungsdienstleisters für die Automobilindustrie zeige. Das Unternehmen suchte für eine bestehende Baugruppe, die in einem Gerät zur Erfassung und Überwachung von Körperschall und Temperatur zum Einsatz kommt, einen neuen Fertigungspartner und wandte sich an productware.

Bei der technischen Vorkalkulation fiel dem productware-Team die unverhältnismäßig aufwendige Bestückung der Baugruppe auf: Die beidseitig platzierten Durchsteckbauteile (THT, Though Hole Technology) erforderten einen hohen zeitlichen Aufwand beim manuellen Bestücken der Komponenten und Handlöten der Platine. Maschinelles Löten der Baugruppe kam aufgrund des Designs nicht infrage. Ebenso war die Service-/Reparaturfähigkeit des Gerätes stark eingeschränkt. Die Gründe hierfür lagen in den direkt eingelöteten Stecker/Buchsen-Litzen und dem durch eine Stiftleiste starr aufgelöteten Display (Bild 1).

Optimierungsvorschläge

Nach der Identifizierung dieser Punkte wurden Optimierungsvorschläge aus Fertigungssicht aufgezeigt. Die notwendigen Änderungen waren unter anderem:

  • Komplettes Redesign aller Durchsteckbauteile und »kritischer« SMT-Bauteile auf der Oberseite der Baugruppe. Durch diese Maßnahme wird die Baugruppe maschinell lötfähig.
  • Verwendung von Stiftleisten mit Verschalung (Housing) auf der Baugruppe plus Crimp-Kontakte an der Steckerseite anstelle von Direktlötung der Einzellitzen. Dies ermöglicht eine Vorkonfektionierung der Stecker/Buchsen.
  • PANTA-Flex-Kabelverbindung zum Display.
  • Externe Programmierung statt (langsamer) On-Board-Programmierung.

Diese Maßnahmen sind sowohl aus technischer als auch aus Qualitätssicht sinnvoll. Zum einen wird die Servicefähigkeit im Reparaturfall verbessert. Zum anderen sorgt die Prüfbarkeit der Steckverbindung vor der Montage für eine sichere und korrekte Verbindung. Zusätzlich zu den Fertigungsoptimierungen ermittelte das productware-Team ein kostengünstigeres, alternatives Display. Diese Designänderungen führten zu Einsparungen von rund 10 bis 15 Prozent des Verkaufspreises des Geräts.

Die Optimierungsvorschläge hat productware dem Kunden im Angebot unterbreitet. Dieser hat sie als vorteilhaft erkannt und in Auftrag gegeben. Der Kunde konnte jedoch aus Gründen der Gerätezulassung (EMV) und auch den Verpflichtungen gegenüber seinem Endkunden die Änderungen nur im begrenzten Umfang durchführen. Im ersten Schritt erfolgte deshalb keine »komplette« Lösung (Redesign). Stattdessen setzte productware nur Teile der Optimierungsvorschläge, genauer gesagt alle außer den ersten, kurzfristig und ohne Änderung am Layout um (Bild 2). 

Auch eine weitere Pin-kompatible Display-Alternative wurde ermittelt und eingesetzt. Das dadurch erzielte Einsparpotenzial lag bei rund 4 Prozent des Geräteverkaufspreises. Zudem verbesserten sich die Servicefähigkeit, die Produzierbarkeit und auch die Qualität der Baugruppe. Als auch der Endkunde ein komplettes Redesign der Baugruppe als sinnvoll erachtete, hat productware weitere Möglichkeiten zur Reduzierung der manuellen Aufwendungen in der THT-Bestückung beleuchtet.

Hierzu untersuchte die Arbeitsvorbereitung alle THT-Bauteile in der Stückliste nach möglichen SMD-Alternativen. Die Anzahl der THT-Bauteile sank von 26 auf 4. Auf dieser Basis erfolgte dann das Redesign (Bild 3).

Mit Hilfe der beschriebenen Optimierungsvorschläge konnte die anfänglich beidseitige SMD/THT-Bestückung auf eine einseitige Bestückung reduziert werden (Bild 4a und 4b).

Die dafür notwendigen Aufwendungen wurden durch den Wegfall eines Arbeitsschrittes deutlich gesenkt. Ebenso entfielen die Initialkosten für eine zweite SMD-Schablone für die Baugruppenunterseite. Letztendlich führten diese DfM-Maßnahmen zu einem Einsparpotential von 13 Prozent des Geräteverkaufspreises.