Time-to-market, czyli czas od pomysłu do pojawienia się produktu w sprzedaży, to jeden z kluczowych parametrów określających efektywność organizacji, w szczególności działów R&D. Projekty które 5 lat temu trwały 3 lata, dzisiaj są realizowane w 2 i pół roku, czasem krócej. Globalny rynek dostawców i klientów spowodował globalną konkurencję, również w tym obszarze. Oczekiwania rosną. Jak skrócić czas rozwoju produktu o 50% a może więcej? Gdzie szukać oszczędności czasu? Wielu szefów projektu i działów badawczo rozwojowych próbuje dziś znaleźć odpowiedź na te pytania. 

Jeżeli spojrzeć na klasyczny harmonogram projektu z kamieniami milowymi, które występują w kolejnych etapach weryfikacji dojrzałości produktu i procesu, to znajdziemy tam zadania, których realizacja jest relatywnie długa, ale nie wymaga zaangażowania zespołu. Oznacza to, że zespół czeka na jego zakończenie.

Na początkowym etapie projektu (przed zamrożeniem designu) zespół najczęściej czeka na:

• wykonanie narzędzi prototypowych,
• wykonanie elementów systemu pomiarowego lub testowego,
• wykonanie pierwszych prototypów,
• wyniki testów,
• kwalifikację nowego dostawcy
• …

Szef projektu angażuje w tym czasie zespół do innych zadań. Nie zmienia to jednak faktu, że czekając na jedną z wymienionych aktywności zespół projektowy nie jest w stanie podjąć istotnych decyzji. Nie chodzi o to, że zadania wykonywane w „równoległym” czasie są niepotrzebne. Rzecz w tym, że wynik zadania na który zespół czeka, może istotnie wpłynąć na kluczowe decyzje i zakres projektu. Skracając czas oczekiwania, automatycznie przyspieszamy kolejne fazy projektu. 

Ze względu na specyfikę zadań w różny sposób możemy wpływać na czas ich realizacji. 

W celu potwierdzenia hipotez można w niektórych sytuacjach zastąpić testy laboratoryjne testami numerycznymi (więcej o potwierdzaniu hipotez piszę tu: „Trójkąt weryfikacji hipotez”). W celu pierwszej weryfikacji designu można skorzystać z szybkiego wydruku 3D. 

Są jednak takie aktywności, na wynik których trzeba relatywnie długo czekać – natomiast pomysł na ich skrócenie nie jest oczywisty. 

Mam na myśli oczekiwanie na wykonanie narzędzi prototypowych oraz elementów systemów pomiarowo-testowych. W firmach, które mają własne kompleksowo wyposażone narzędziownie czas ten może być krótszy – ale nie jest to regułą.

Tytułowe hybrydowe narzędzia prototypowe nie są rozwiązaniem dla każdego typu produktu. Przekonałem się, że w wielu sytuacjach jest to droga do znacznej oszczędności czasu i – chociaż nie jest to główną intencją – również środków finansowych.

W standardowym podejściu, w fazie prototypowej upraszczamy konstrukcję narzędzia. Operacje automatyczne zastępujemy manualnymi. Tam gdzie to możliwe stosujemy materiały łatwiejsze w obróbce, itd. Następnie wysyłamy rysunki i modele do narzędziowni, czekamy na oferty, wycenę, przygotowanie zamówienia, otrzymujemy przewidywany czas wykonania i… czekamy. 

Czekamy, ponieważ obróbka ubytkowa zajmuje sporo czasu. Frezowanie, toczenie, szlifowanie, cięcie, bazowanie przed każdą operację, pomiary, poprawki, obróbka cieplna… potrzebuje czasu. 

Nie zawsze jednak potrzebujemy tak wykonanych narzędzi.

Często potrzebujemy wystarczająco dobrych narzędzi do wykonania kilku sztuk, krótkiej serii lub przeprowadzenia testu z wykorzystaniem specyficznego uchwytu lub innej części systemu pomiarowo – testowego. 

Poniżej opisuję jak mój zespół skrócił czas wykonania narzędzi prototypowych z 7-9 tygodni do 1-2 tygodni – wliczając w to czas potrzebny na wykonanie designu. 

Kluczowym elementem było wykorzystanie szybkich technologii wytwórczych oraz maksymalne wykorzystanie elementów zakupowych. Brzmi banalnie ale takie nie jest. To podejście wymaga zmiany myślenia, kwestionowania status quo i otworzenia inżynierów na dwie ważne metodologie: Design for Manufacturing i Design for Assembly. 

Pierwsze narzędzie hybrydowe nie było idealne, drugie było lepsze, po trzecim zacząłem się zastanawiać, dlaczego nie zrobiłem tego 5 lat temu. 

Hybrydowość narzędzi – które projektujemy i budujemy – polega na połączeniu dwóch technologii: cięcia laserowego i druku 3D, maksymalnego wykorzystania komponentów zakupowych i minimalizacji (najchętniej eliminacji) obróbki ubytkowej. 

Sposób postępowania zawsze ten sam:

1. Zdefiniowanie powierzchni funkcjonalnej – określ, która powierzchnia ma główną funkcję np, trzymania, formowania, pchania itp. Zdecyduj czy powinna być metalowa (jeżeli tak, to jak ją wykonać z metalowej płyty lub z kilku połączonych ze sobą metalowych płyt), drukowana lub zakupowa.
2. Zdefiniowanie interfejsu montażowego – określ w jaki sposób możesz połączyć narzędzie z prasą, maszyną wytrzymałościową, urządzeniem testowym. Zdecyduj czy interface powinien być metalowy (jeżeli tak, to jak go wykonać z metalowej płyty lub z kilku połączonych ze sobą metalowych płyt), drukowany lub zakupowy.
3. Fizyczne połączenie powierzchni funkcjonalnej z interfejsem – określ jakimi częściami, kształtami możesz połączyć powierzchnię funkcjonalną z interfejsem. Zdecyduj czy połączenie powinno być metalowe (jeżeli tak, to jak je wykonać z metalowej płyty lub z kilku połączonych ze sobą metalowych płyt), drukowane lub zakupowe.
4. Przygotowanie listy zakupowej – zamów elementy zakupowe, średni czas dostawy to 2-3 dni.
5. Przygotowanie plików 3D do wydruku – druk może trwać kilkadziesiąt godzin dla skomplikowanych komponentów
6. Przygotowanie plików 2D do cięcia laserowego – ten proces to maksymalnie jeden dzień
7. Montaż i test funkcjonalny
8. Ewentualne poprawki 1-2 dni. 
9. Narzędzie jest gotowe.

Ta procedura pozwala zaoszczędzić od 6 do 8 tygodni na jednym narzędziu prototypowym lub jednym zestawie testowym. Zakładając minimalny zakres w projekcie: 2 pętle dla narzędzi prototypowych, które muszą być wykonane jedna po drugiej, nie równolegle – to otrzymujemy od 12 do 16 tygodni zaoszczędzonego czasu.

To oznacza, że możemy podjąć istotne decyzje projektowe w oparciu o funkcjonalne prototypy 3 do 4 miesięcy wcześniej w porównaniu do czasu potrzebnego na wykonanie konwencjonalnych narzędzi prototypowych. 

Wspomniałem wcześniej o DFA i DFM. To dwa niezbędne podejścia, które muszą towarzyszyć przejściu z tradycyjnych narzędzi do narzędzi hybrydowych. Konstruktorzy muszą poznać możliwości i ograniczenia stosowanych procesów, muszą  też uwzględnić sposób montażu tego typu narzędzi. Po wykonaniu kilku pierwszych zestawów pojawi się możliwość wykorzystania wcześniej wykonanych lub zakupionych komponentów – co jeszcze bardziej zoptymalizuje proces projektowy i wytwórczy. 

Jest jeszcze jeden obszar, w którym tego typu narzędzia mogą odegrać kluczową rolę i zdecydować o przewadze konkurencyjnej. Narzędzia prototypowe wykorzystywane podczas procesu akwizycji. Dostawca, który potrafi dostarczyć prototyp w kilka dni ma zdecydowanie większe szanse na nowy kontrakt w porównaniu z dostawcą, który prosi klienta o wyrozumiałość i 8 tygodni oczekiwania. 

Powyżej opisałem przykład wykorzystania dwóch szybkich procesów wytwórczych, ale można sobie łatwo wyobrazić wsparcie tego podejścia „szybkimi” komponentami z prasy krawędziowej, odlewami traconego modelu, wydrukami 3D z metalu i innymi, które są dla Was łatwo dostępne i mają potencjał do wykorzystania podczas budowy hybrydowych narzędzi prototypowych.