Digitaalinen kappaletuotanto - Nopeasti markkinoille Jouni P. Partanen Aalto-yliopisto, BIT tutkimuskeskus FIRPA seminaari Design Factory, Aalto-yliopisto, huhtikuun 6. 2011
Sisältö Käytännön esimerkkitapaus Numeerinen Painomuovaus (ISF) ISF Sovellutukset ISF Case Study Data Break-Even Kvantiteetti Tuotannon alun analyysi Skaalattu takaisinmaksuaika Lisäkulu / Riskinpienennys -käyrä TuoteDarwinismi DDM Pro Projekti Responsive Skin Projekti Yhteenveto
Tuotannon alku käyttäen AM teknologiaa Universal Robots Tanskalainen uusi yritys joka tekee kustannustehokkaita korkean teknologian teollisia robotteja Tuotannon alussa monet laitteen osista oli valmistettu AM (Additive Manufacturing, lisäävä valmistus) teknologialla Courtesy of Universal Robots
Numeerinen Painomuovaus (ISF) Incremental Sheet Forming (ISF) Positiivinen painomuovaus Matsubara 1994 Negatiivinen painomuovaus Jeswiet 2001
Robotti-avusteinen ISF Aalto-yliopisto BIT Tutkimuskeskus Aalto-yliopisto Materiaalitekniikan laitos
ISF sovellutukset, Rakennusala Luvata Seinäelementit Sisustus Courtesy of LUVATA
ISF solvellutukset, työkoneiden konepeitot Sandvik Mining and Construction Konepeittojen pysyvä tuotantomenetelmä Courtesy of Sandvik Mining and Construction
ISF sovellutukset, terveyden hoito -ala Lääketieteellisten laitteiden tuki- ja suojakuoret Röntgen laitteen suojakuori Courtesy of Sheet Metal Innovations SMI Oy
ISF Case study Case No ISF tool cost ISF part cost Conv. tool cost Conv. part cost 1 0,3 k 40 7,5 k 14 2 3,9 k 390 20 k 36 3 1 k 240 50 k 120 4 1,2 k 50 10 k 28 5 1,3 k 570 49,9 k 30 6 3 k 400 48 k 280 7 0,9 k 210 50 k 120 8 0,1 k 150 9,8 k 9 9 0,49 k 460 38 k 20 10 2,85 k 390 100 k 30 11 0,3 k 190 100 k 20 12 0,7 k 125 40 k 25 Mallit Tuotanto Työkalut Tuomi, J. & Vihtonen, L (2007), International Conference on Manufacturing Automation, ICMA 07
Keskimääräinen kappale kust., sis. työkalu Kustannus vertailu, Case 1 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 Tuotanto määrä ISF Conv Breakeven Kvantiteetti
ISF Case Study, Breakeven kvantiteetti Case No ISF tool cost ISF part cost Conv. tool cost Conv. part cost Breakeven quantity 1 0,3 k 40 7,5 k 14 280 2 3,9 k 390 20 k 36 45 3 1 k 240 50 k 120 410 4 1,2 k 50 10 k 28 400 5 1,3 k 570 49,9 k 30 90 6 3 k 400 48 k 280 380 7 0,9 k 210 50 k 120 550 8 0,1 k 150 9,8 k 9 69 9 0,49 k 460 38 k 20 85 10 2,85 k 390 100 k 30 270 11 0,3 k 190 100 k 20 590 12 0,7 k 125 40 k 25 390 ISF analyysi C ISFP - C CP N B = C CT - C ISFT AM analyysi N B = C AMP - C CP C CT
Tuotannon määrä Digitaalinen alkutuotanto, Teoriaa Oletettu esimerkki: Traktori? Metsäkorjuukone? 300 250 200 Ennuste: vuosineljännestuotanto 150 Kokonaistuotanto 2900 kpl Break-Even 300 kpl 100 50 0 0 5 10 15 20 Vuosineljännes
Tuotannon määrä Perinteinen tuotantotapa työkaluja käyttäen Kokonaistuotanto 2900 kpl 300 250 Ennuste: vuosineljännestuotanto 200 Break-Even 300 kpl Työkalujen takaisinmaksuaika 22 kk 150 100 50 0 0 5 10 15 20 Vuosineljännes t = 21 kk T = 60 kk
Perinteinen tuotantotapa työkaluja käyttäen Työkalut pitää tehdä ennen kuin myyntimääristä todellista markkinatietoa Tässä tapauksessa tyokalukustannusten takaisinmaksu kestää lähes puolet koko tuotteen elinkaaresta, vaikka breakeven on vain 10 % Tuotteen muutokset voivat olla hyvin kalliita
Tuotannon määrä Tuotannon alku ilman työkaluja Käytä digitaalituotantoa 15 kk 300 250 200 150 Ennuste: vuosineljännestuotanto Työkalujen takaisinmaksuaika tässä tapauksessa 8 kk 100 50 0 0 5 10 15 20 Vuosineljännes t = 8 kk T = 60 kk
Production Volume Tuotannon alku ilman työkaluja Lisäkulut: N A C A = C CT = 33 % Hyödyt: N B 300 250 200 150 100 50 0 Forecast Quarterly Production 0 5 10 15 20 Quarter t = 8 mo T = 60 mo Työkalun suunnittelu- ja valmistuspäätöksen voi perustaa viimeisimpiin myyntitietoihin Muutokset tuotteen muodossa aiheuttaa todennäköisesti sen, että lisäkuluja ei synny vaan tulee säästöjä
Tuotannon määrä 300 250 200 150 100 50 0 Skaalattu takaisinmaksuaika Ennuste: vuosineljännestuotanto 0 5 10 15 20 t = 21 kk Vuosineljännes Kvantitatiivinen työkalu riskien pienentamiseksi Skaalattu takaisinmaksuaika δ = t / T T = 60 kk 21/60 = 0.35 t = 8 kk T = 45 kk 8/45 = 0.18
Lisäkulu/Riskinpienennys -käyrä Hyväksyttävä riski δ < 0.2 Muutokset tuotteen muodossa aiheuttaa todennäköisesti sen, että lisäkuluja ei synny vaan tulee säästöjä
Tuote-Darwinismi Digitaaliset tuotantomenetelmät tekee mahdolliseksi sen että yritykset voivat kokeilla tuotteitaan markkinoilla paljon pienemmillä kuluilla kuin aikaisemmin Vaikka kulut tuoteyksikköä kohti ovat paljon korkeammat markkinoiden ymmärtäminen on erittäin arvokasta Yritykset voivat jopa toimittaa markkinoille useampia versioita samasta tuotteesta vain parhaat versiot säilyvät työkalujen tekemiseen saakka Tuote-Darwinismi
Projekti: DDM Pro Pikavalmistukseen perustuvat tuotantokonseptit 2009-2011 560 000 Yrityskohtaisia sovelluksia tuotannon ja tuotesuunnittelun alueelta mahtuu vielä mukaan Jukka Tuomi +358 50 071 3420 Jouko Lassila +358 50 407 5775
Projektihakemus: Responsive Skin Ympäristöön reagoivien, yksilöllisten julkisivuelementtien tutkimusprojekti. Lopputuloksena yksi tai useampi täysimittainen julkisivuprototyyppi. Aalto Digital Design Laboratory Aalto, TKK, Materiaalien muokkaus ja lämpökäsittely Aalto, TKK, BIT Tutkimuskeskus, ISV UCLA, Fraunhofer IPA, arkkitehtitoimistot Materiaalitoimittajat, komponentti- ja rakennustarvikevalmistajat, rakennusyritykset Tekes- rahoitushakemus, helmikuu 2011 Käynnissä neuvottelut yritysten osallistumisesta Tekes- rahoituspäätös, toukokuu 2011 Kestoaika 2011 2013 Budjetti 1 250 000
Nykyinen vs. kehitettävä teknologia Erillisten tasoelementtien suunnittelusta ja muovaamisesta ympäristötekijöihin reagoivaan 3Dpintaan digitaalisten työkalujen avulla. Uusia osallistujayrityksiä etsitään Jouko Lassila, +358 50 407 5775 Seppo Kivivuori, +358 50 511 3961 Kivi Sotamaa., +358 50 511 2642
Yhteenveto Numeerisen painomuovauksen uusia sovellusesimerkkejä (ISF) Uusi analyysi työkaluttomien menetelmien käytöstä tuotannon alussa Skaalattu takaisinmaksuaika ja Lisäkulu / Riskinpienennys -analyysi TuoteDarwinismi