精益制造已经彻底改变了公司如何将其产品带到市场上。但是，虽然工程师在汇编过程中消除浪费时卓越，但它们并不总是对产品本身进行同等剧烈的方法。为高效制造和组装设计产品可以在产品达到该线之前消除浪费。
长期以来，产品成本的70%是在设计阶段决定的。一旦产品被生产出来，工程师们就没有多少选择来降低成本而不重新开始。
一旦开始生产，设计上的重大改变不仅会带来巨大的成本，而且还会带来巨大的风险。如果没有对制造装配设计(DFMA)进行分析，生产经理很难知道后期设计修正的财务影响。而且，由于已经有一种成本已知的组装产品在生产中，通过精益制造专一地寻求节省成本就容易得多了。
然而，从长远来看，这种方法是有问题的。精益制造，改善和六西格玛是有价值的技术，但他们没有解决零件设计和生产效率之间的因果关系。
制造商还需要一种方法来理解与产品设计、制造过程和制造每个部件所用材料变化相关的成本权衡。当工程师在设计阶段的早期掌握这些信息时，他们可以就成本做出更好的决策。这就是DFMA分析所提供的。
DFMA由两部分组成。组装设计（DFA）是一种可用于整合零件和简化产品的可量化方法。制造设计（DFM）是通过检查制造过程和材料选择来降低成本的系统方法。
在设计阶段早期进行DFMA分析，比一旦设计确定并开始生产，精益制造所能节省的成本更多。
问题描述
在发展的早期阶段，工程师痴迷于满足功能要求，并脱离其决定的成本影响。有些人争辩说，这种不妥协的重点是合适的，因为产品必须满足客户所需的功能。然而，过度孤立的职责可以导致团队错过他们的目标成本。矛盾的是，同时设计成本和功能允许制造商以相同或更低的价格为产品构建更多性能。单独设计功能在开发过程中消耗大量时间，创造了没有时间的看法。然而，研究表明，在产品开发的概念阶段期间花费的时间增加 - 包括DFMA分析 - 实际上可以缩短市场时间。
DFMA分析的另一个好处是，设计团队在装配开始之前了解成本，使他们能够做出可能影响产品最终成本的决定。在更传统的发展周期中，它们稍后能够更改更改。
例如，如果一个团队设计了一个用火焰切割碳钢制造的零件，并将其加工成最终形状，如果他们后来发现成本太高，他们将没有其他选择。工具可能已经购买，供应链可能已经建立，零部件甚至可能已经下线。
在这种情况下，精益制造看起来是个好主意。有了精益，产品设计就不会改变，所以承担这项工作的风险很小。在这个过程中做一些简单的改变也会有一些好处。工程师可以减少安装和转换时间，切换到更有效的供应商，或改变薄片尺寸和材料使用。
但是，如果在开发周期的早期对设计进行仔细检查，工程团队可能会意识到，锻造出接近净形状的零件比切割和加工要划算得多。在设计过程中，比较这两个过程是一个相当简单的练习，但知道哪个过程在财务上最有意义是大多数设计团队努力的事情。
重要的不仅要了解设计的成本，而且还是该成本的分布。当设计团队记录这一点时，他们可以重点努力获得最大的影响。鉴于75％的零件成本是材料，通过改进的设置寻找节省是一种相对毫无终果的运动。设置消耗总成本的一小部分。
虽然这些原则适用于组件，但同样的理念适用于整个产品。大多数产品总成本的70%左右是由零件构成的。另外30%是人力和日常开支。
考虑到这种成本分解，很明显，对零件成本的关注将对产品的总体成本产生最大的影响。因此，虽然讨论个别零件的制造工艺和材料组合是必要的，但工程师应该集中精力简化他们的设计。
产品简化可以定义为用最少的部件来满足所需功能的设计的挑战。它可以使用经典的DFA分析来完成。当在设计的早期阶段应用DFA时，可以对成本产生深远的影响。
将精益制造应用于图1所示的电机组件这样的产品肯定会对其成本产生一些影响。图2显示了DFM和DFA分析如何简化产品。假设两个设计都满足性能要求，您可以看到对原始设计的更改对成本的影响比通过精益制造实现的任何东西都要大。
比较两种设计，重新设计的组件有12个部分。这导致更少的图纸和数字模型维护，较少的供应商来授准，12个服务部件需要考虑，为库存减少12个项目，等等。重新设计也花费了46％。
简而言之，使用精益削减成本的努力集中在错误的区域上。为了实现最大的影响，我们的努力需要将上游推向设计阶段。
早期成本分析
工程团队通常在产品真正投入生产之前无法很好地处理成本问题。为了克服这个障碍，设计团队需要了解成本的工具。一旦工程师们了解了零件成本和人工成本，他们就可以在产品还处于设计阶段时对其进行修改，以削减成本，实现利润目标。当他们了解产品的材料价格的成本时，设计团队可以三种方式影响这些数字。
首先，他们可以将成本模型的结果提供给供应链集团。这些信息在与供应商谈判时是非常宝贵的。采购部门不再需要发送图纸给供应商，等待数周的报价，尝试理解数字，最后选择一个供应商。相反，在报价过程之前，他们就已经知道零件的成本了。然后他们可以利用这些信息做出更好的购买决定。
第二，如果建模表明产品成本不符合预期的利润率，设计团队可以使用DFM技术在部件级调查权衡。制造工艺和材料组合的选择，以及单个零件设计上的微小变化，都会对成本产生影响。通过早期分析，可以记录这些支出，并做出数据驱动的决策。
例如，假设一个设计要求以每份4.81美元购买的国内来源购买的沙铸金属部件。然后，为了节省资金，该公司选择将该组件外包给低成本区域。成本建模技术允许我们挑战制造过程的选择以及组件本身的设计。
通过成本建模，我们可以看到，通过国内来源(每部分3.50美元)压铸的零件实际上比从低成本地区(每部分3.82美元)采购砂型铸件便宜。下一个合乎逻辑的问题是，外包压铸是否更有意义。乍一看，确实如此，因为一个低成本地区可以以每件3.35美元的价格供应这种零件。
但是，这些价格只是制造零件的成本。需要考虑其他成本以使苹果与苹果在所有替代方案之间进行比较。一旦考虑了物流，运输，通信和其他费用，可能会采购从低成本区域采购的压铸可能无法理解。最后，通过国内来源铸造部分是最经济的意义。
设计团队的第三种方式可以影响物资清单上的成本是审查产品本身的设计。降低成本最有效的方法是减少产品所需的部件数量完成其所需功能。除了产生劳动时间估计外，DFA分析还有助于设计团队确定理论最小部分计数。
为了实现这一点，我们对每一部分提出三个问题，以证明它必然是与产品的所有其他部分分开的:
- 这个零件必须用不同的材料制造吗?
- 部分是否必须与其他部分迈进？
- 该部件必须分开以避免妨碍其他部件的组装吗?
DFA指数= (NM x 2.93)/TA。
式中，NM为理论最小零件数，TA为总运行时间。
这个索引从组装的角度表示设计的效率。它通过比较现有设计中的零件数量和可能实现的数量来帮助指导团队。一般来说，DFA指数越高，从成本角度看设计越好。
DFA导致戏剧性的储蓄和更有效的制造过程，最终将节省比单独精益制造能够更大的节省。
例如，考虑图3中的四种设计。最左边的是复杂的。一旦投入生产，就很难有成本效益地进行生产。然而，右边的三种设计已经逐步使用DFA来设计，以降低成本和更容易制造。一旦左边的设计投入生产，任何额外的努力都不可能实际地接近于生产一个成本像右边第一次设计的那样低的产品。
“应该是成本”的例子
成本分析是基于与兼容制造工艺和材料家族相关的数据。从这些家庭匹配中选择一个最佳的制造工艺需要使用不同的、比较的成本模型，这些模型显示了周期时间、材料使用、报废价值、工具成本和与每个工艺相关的其他变量。为了了解这是如何工作的，让我们花费一个钢间隔板。正方形部分是4英寸宽，4英寸高，0.188英寸厚。它的中心有一个直径1.75英寸的孔，每个角落有一个直径0.375英寸的孔。在将1/4-20自锁扣件压入每个角孔后，组件被涂上黑色的粉末。
使用成熟的成本模型，我们可以确定大会应该是什么。
重量 ．让我们假设这个零件将用激光从一片碳钢上切割下来，每年生产1000个零件。几何形状和钢的密度告诉我们，毛坯重0.851磅。从零件上切割下来的材料重量为0.151磅，导致零件重量为0.7磅。
一张纸的成本 ．让我们假设这部分将从一个36乘36英寸的薄片上剪下来。考虑到从一个零件到另一个零件和从一个零件到边的间隙为0.375英寸，我们会得到沿板材宽度的8个零件，沿板材长度的8个零件，总共64个零件。
我们可以以68.952磅计算纸张的重量。假设钢材每磅0.41美元的费用，从纸张留下的废料和从部件切割的孔留下每磅0.04美元的值，我们可以计算28.27美元的纸张的成本。
零碎价值 ．板材的废料是板材的重量减去从板材上切下的64块毛坯的重量:68.952磅- (64 × 0.851磅)= 14.488磅。孔的废料是孔的重量乘以零件的数量:0.151磅x 64 = 9.664磅。因此，从一张纸产生的总废料是24.152磅。考虑到材料的报废价值，我们可以从表格中计算出报废价值$0.966。
每个部分的材料成本 ．每个部分的材料成本是片材的成本，较少废料的值，除以纸张的零件数量除以：（$ 28.27 - $ 0.966）/ 64份=每份0.427美元。
每个部分的过程成本 ．接下来，我们需要计算从纸张切割零件所需的时间。一旦它刺穿纸张，激光器就可以以0.989 IPS的速度穿过钢。空白的周边和孔的圆周总计26.21英寸。如果刺穿钢铁需要2.5秒，那么使这部分所需的时间是：（26.21英寸/ 0.989 IPS）+（8 x 2.5秒）= 46.5秒。假设激光切割机每小时运行72美元，切割过程每份0.93美元。
零部件成本 ．将每个零件的工艺成本和每个零件的材料成本相加，我们得到每个零件的成本为$0.427 + $0.93 = $1.357 /零件。
次要过程 ．现在，我们需要计算完成该部件所需的二级操作的成本：
- 每台自动挤压紧固件都花费0.25美元。
- 用新闻机安装所有四个紧固件需要0.011小时。
- 涂漆前清洗零件需要0.015小时。
- 在涂漆之前堵塞四个紧固件 - 然后卸下插头 - 需要0.02小时。
- 喷涂零件0.003小时。
- 假设每小时60美元的劳动力率，部分成本为1.357 +（4 x $ 0.25）+（0.049小时x每小时0.0小时）=每份5.297美元。
现在我们了解了制造这个部件的相关成本，我们可以问一些关于设计的问题，并计算与这些想法相关的节约:
- 将用螺纹孔更换自铆接紧固件，从而节省了储蓄吗？它会消除插入紧固件的成本。
- 会从碳钢转变为不锈钢导致储蓄吗？它会消除涂上腐蚀性的部件的需要。
- 从碳钢换成塑料会节省开支吗?在注塑模具上的投资会被任何工艺成本的改变所抵消吗?
