Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

Chapter 1 Overview of Manufacturing Processes and Technology

Download as pdf or txt
Download as pdf or txt
You are on page 1of 29

9/22/2021

OVERVIEW

Sustainable manufacturing
3
Role of manufacturing
in nation’s economy

2 4 Industrial revolution and


virtual manufacturing

5 Competitiveness aspects in
Introduction to
manufacturing
1 manufacturing processes

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 1
9/22/2021

1 What is manufacturing?

the process of converting raw materials into products
Also involves activities in which the manufactured product itself, is used
to make other products e.g., sewing machine to make clothing.

Manufacturing is a complex activity involving variety of resources and activities viz.:


1. Product design
2. Machinery and tooling
3. Process planning
4. Materials
5. Production control
6. Support services
7. Marketing etc…
3

1 What is essential in manufacturing?

DESIGN REQUIREMENT,  ECONOMICAL &  QUALITY FLEXIBLE MATERIALS, 


PRODUCTS  ENVIRONMENTALLY  PRODUCTION 
SPECIFICATIONS &  FRIENDLY METHODS & 
STANDARD COMP. 
INTEGRATION

SYSTEM CONTINUOUS  PRODUCTIVITY


4
PRODUCT 
IMPROVEMENT

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 2
9/22/2021

1 Types of Production

1. Low‐Quantity Production  @ Job shop production
1‐100 units/year
e.g aircraft, ship

2. Medium‐Quantity Production @ Batch production
100‐10 000 units/year
e.g team jersey

3. High‐Quantity Production @ Mass production
10 000‐millions  units/year
e.g car  5

1
Product Life Cycle

A well designed product are:
1. Functional (design)
2. Well manufactured (production)
3. Well packaged (arriving safely to the customer)
4. Durable (function effectively for its intended purpose)
5. Maintainable 
6. Resource efficient (can be disassembled for recycle)

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 3
9/22/2021

1 Design for X 

1. Design for Manufacture (DFM)
Integrates process with materials, mfg methods, process
planning, assembly, testing & quality assurance

2. Design for Assembly (DFA) & disassembly
Easy to assemble & disassemble the product

3. Design for Service/Maintenance
Individual parts @ sub‐assemblies in a product can easily reach 
for service or maintenance

4. Design for Manufacture & Assembly (DFMA) 
Correlation between mfg of component & their assembly into 
final product

Product design process & concurrent 
1
engineering
Product design: 
A critical activity since 70‐80% of the cost of the product development &
manufacture is determined by the decision made in the initial design stage.

The design of a product first requires a thorough understanding of the function


and the expected performance of the product

Product design involves constructing & studying analytical models using product
design tools:
CAD CAE CAM
technology concerned 
technology concerned 
with the use of computer  technology concerned 
with the use of computer 
systems to assist in  with the use of computer 
systems to plan, manage 
creation, modification,  systems to analyze CAD  8
& control manufacturing 
analysis, and  geometry
operations
optimization of a design

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 4
9/22/2021

1 Product design process & concurrent 
engineering
concurrent engineering = simultaneous engineering 

An approach where all discipline are involved in the early design stage so the 
iteration result in less wasted effort and time. Integrates the design & 
manufacture of a product with a view toward optimizing all elements involved in 
life‐cycle of a product
Key: well organized communication within various discipline

Concurrent engineering reduces:
1.Changes in product design & engineering (enhance quality & productivity)
2.Time & cost from design concept to marketplace (faster time to market &  9
competitiveness advantage)

Product design process & concurrent 
engineering
1

(Left) Chart showing various steps 
involved in design and manufacturing 
a product. Depending on the 
complexity of the product and the 
type of materials used, the time span 
between the original concept and the 
marketing of a product may range 
from a few months to many years, 

(Right) Chart showing general product 
flow in concurrent engineering, from 
market analysis to selling the product 
10

10

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 5
9/22/2021

Selection of Materials and Process 
1

Factors to be consider in material  Factors to be consider in process selection
1. Selection of processing method
selection
2. Dimensional accuracy
1. Properties of materials
3. Operational & mfg cost
2. Cost & availability 4. Net‐shape mfg:
3. Appearance, service life &  the first operation is made near to the 
recycling desired product as possible

Consequences of improper selection of materials & processes
a. stop functioning
b. not function properly 11
c. unsafe for further use

11

Example of Process Selection (1)
1

12

12

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 6
9/22/2021

Example of Process Selection (2)
1

13

Example of Process Selection (3)
1

14

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 7
9/22/2021

1 Example of Process Selection (4)

15

1 Example of Process Selection (5)

16

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 8
9/22/2021

1 Example of Process Selection (6)

17

2 Role of Manufacturing in Nation’s Economy
Gross National Product (GNP) is the market value of all goods and services
produced in one year by labour and property supplied by the residents of a country

18

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 9
9/22/2021

19

Industrial Production Index 
(IPI) is a measure of the rate 
of change in the production 
of industrial commodities in 
real terms over time for 
Manufacturing, Mining and 
Electricity Sectors. 

It is measured based on 
volume changes in 
production.

IPI give the overview of the 
current trend of industrial 
activities and used for 
economic analysis.

20

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 10
9/22/2021

21

22

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 11
9/22/2021

3 2

23

https://sustainabledevelopment.un.org/sdgs

23

Target & Indicator please refer to: https://sustainabledevelopment.un.org/sdg9

24

24

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 12
9/22/2021

Target & Indicator please refer to: https://sustainabledevelopment.un.org/sdg12

25

25

3 Sustainable Manufacturing (SM)

Can be defined as a method for manufacturing that minimises waste and reduces
the environmental impact.

should integrate sustainable activities at all levels of manufacturing – product,


process and system

Key Benefits from Sustainable Manufacturing
• Lower Resource and Production Costs
• Lower Regulatory Compliance Costs
• Improved Sales and Brand Recognition
• Greater Access to Financing and Capital
• Easier Employee Hiring and Retention 26

26

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 13
9/22/2021

3 Sustainable Manufacturing (SM)
Why companies are pursuing sustainability:
• Increase operational efficiency by reducing costs and waste
• Respond to or reach new customers and increase competitive advantage
• Protect and strengthen brand and reputation and build public trust
• Build long‐term business viability and success
• Respond to regulatory constraints and opportunities

Ways that companies progress further on the path to sustainability include:
• Address sustainability in a coordinated, integrated and formal manner, rather than in an 
ad hoc, unconnected and informal manner
• Focus on increased competitiveness and revenues rather than primarily focusing on cost‐
cutting, risk reduction and improved efficiency
• Use innovation, scenario planning and strategic analysis to go beyond compliance
• Integrate sustainability across business functions 27
• Focus more on the long term
• Work collaboratively with external stakeholders

27

3 Tool to implement SM 
Tool used: the Life Cycle Assessment (LCA)

An approach to examine fully the environmental impact of different activities performed. 
Steps in LCA: 

1 Define appropriate scope

2
Develop a quantitative analysis of the material and energy
inputs to the product or process at all levels

3 Relate the outputs of the system at each stage to direct


impact on the external world

4 Make recommendations from the findings obtained in step 1‐3

28

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 14
9/22/2021

3 SM Approach
Increase circularity in manufacturing to reduce utilization of resources so
that less material is extracted from earth

29

29

3 Activities introduced to achieve SM 

30
https://www.industr.com/en/sustainable-manufacturing-
principles-applications-and-directions-2333598

30

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 15
9/22/2021

Environmentally Conscious Design And 
3
Manufacturing
Process/ manufacturing activities that cause harm to the environment

1. Lubricants & coolant for machining
2. Various fluids & solvent used in cleaning
3. By‐products from manufacturing plant e.g. water, oil from heat‐
treating facilities
4. Metallic and non‐metallic scrap

MAJOR CONCERN: water and air pollution, acid rain, ozone depletion 
the greenhouse effect, hazardous wastes and global warming.

31

3 Environmentally Conscious Design And 
Manufacturing

Certain guidelines can be followed to reduce the risk:

1. Reducing waste of materials, by refinements in product design and reducing 
the amount of materials used.
2. Reducing the use of hazardous materials in products and processes.
3. Conducting research and development into environmentally safe products 
and into manufacturing technologies.
4. Ensuring proper handling and disposal of all waste.
5. Making improvements in recycling, waste treatment, and reuse of 
materials.

32

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 16
9/22/2021

Environmentally Conscious Design And 
3
Manufacturing

Design for the Environment (DFE) or green design.

Anticipates the possible adverse environmental impact of materials, 
products, and processes, so that it can be taken into account at the 
earliest stages of design and production. 

Main objectives : to prevent pollution at the source and to strongly 
promote recycling and reuse instead of disposal. 

These goals led to the concept of design for recycling (DFR). 

33

4 Industrial Revolution

34

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 17
9/22/2021

Computer Integrated Manufacturing 
4
(CIM)
Extending the use of computers by integrating the hardware and software from 
production concept through product distribution in market.

CIM Capability:
1. Responsive to rapid changes in market demand and product modifications.
2. Better use of materials, machinery, personnel and reduction in inventory
3. Better control of production and management of the total manufacturing 
operation.
4. The manufacture of high‐quality products at low cost

35

Computer Integrated Manufacturing 
4
(CIM)
Major applications of computers in manufacturing
1. Computer numerical control (CNC)
A method of controlling the movements of machine components by 
direct insertion of coded instructions in the form of numerical data
2. Adaptive control (AC)
Parameters in a manufacturing process are adjusted automatically to 
optimize production rate and product quality, and to minimize cost.
3. Industrial robots
Replacing humans in operations that are repetitive, dangerous, and 
boring, thus reducing the possibility of human error, decreasing 
variability in product quality, and improving productivity. 
4. Automated handling of materials
Handling of materials and components in various stages of 
completion (work in progress).

36

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 18
9/22/2021

4 Computer Integrated Manufacturing 
(CIM)
5. Computer‐aided process planning (CAPP)
Improving productivity by optimizing process plans, reducing planning 
costs, consistency of product quality and reliability, cost estimating and 
monitoring of work standards (time required to perform certain operation)
6. Group technology (GT)
Parts are grouped and produced by classifying them into families, 
according to similarities in design and the manufacturing processes.
7. Just‐in‐time production (JIT)
8. Cellular manufacturing (CM)
Utilizes workstations (manufacturing cells) that usually contain several 
production machines controlled by a centre; robot, each machine 
performing a different operation on the part.

37

4 Computer Integrated Manufacturing 
(CIM)
9. Flexible manufacturing systems (FMS)
Integrate manufacturing cells into a large unit, all interfaced with a 
central computer. Efficiently producing parts in small runs and changing 
manufacturing sequences on different parts quickly; this flexibility 
enables them to meet rapid changes in market demand for all types of 
products.
10. Expert systems (ES)
Complex computer programs and have the capability to perform various 
tasks and solve difficult real‐life problems much as human experts would.
11. Artificial intelligence (AI)
Involves the use of machine and computers to replace human 
intelligence. Computer‐controlled system are capable of learning from 
experience and of making decisions that optimize operations and 
minimize costs. 
38

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 19
9/22/2021

4 Industrial Revolution 4.0 (IR4.0)
• Industry 4.0 is related to what is called the “smart factory” 
(Dutton, 2014). 

• In a smart factory, a virtual copy of the physical world and 
decentralized decision making can be developed (Buhr, 2015). 
Also, physical systems can cooperate and communicate with each 
other and with humans in real time, all enabled by the IoT and 
related services.

• The concept of Industry 4.0 has its origins in Germany and has 
been recognized by other leading industrial nations, although it is 
known as “Connected Enterprise” in the United States and the 
“Fourth Industrial Revolution” in the United Kingdom.

39

4 Industrial Revolution 4.0 (IR4.0)

40

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 20
9/22/2021

41

4 Virtual Technology

42

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 21
9/22/2021

4 Virtual Technology
Virtual reality (VR) implies a complete immersion experience that shuts out the 
physical world. Using VR devices such as HTC Vive, Oculus Rift or Google Cardboard, 
users can be transported into a number of real‐world and imagined environments 
such as the middle of a squawking penguin colony or even the back of a dragon.

Mixed Reality (MR)
MR brings together real world and digital elements. In mixed reality, you interact with 
and manipulate both physical and virtual items and environments, using next‐generation 
sensing and imaging technologies. Mixed Reality allows you to see and immerse yourself 
in the world around you even as you interact with a virtual environment using your own

Augmented reality (AR) adds digital elements to a live view often by using the camera 
on a smartphone. Examples of augmented reality experiences include Snapchat lenses 
and the game Pokemon Go.

43

4 Importance of Virtual Technology

44

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 22
9/22/2021

4 Applications of Virtual Technology

• Healthcare—For training, such as for surgical simulations
• Film and TV—For movies and shows to create unique 
experiences
• Virtual travel—For virtual trips to an art museum—or 
another planet—all from home
• Professional sports—For training programs like STRIVR to 
help pro and amateur athletes
• Gaming—For over 1,000 games already available, from 
first‐person shooters to strategy games to role‐playing 
adventures

45

4 Virtual Technology in Manufacturing

46

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 23
9/22/2021

4 Virtual Technology in Manufacturing

https://www.youtube.com/watch?v=wOlcUK https://www.youtube.com/watch?v=GEds6
poV7o XdHaeI

https://www.youtube.com/watch?v=MRkqgNwkbaU

47

4 Impact of Virtual 
Technology in 
Manufacturing
• Services and business models
• Reliability and continuous productivity
• IT security: Companies like Symantec, Cisco, and Penta Security have already 
begun to address the issue of IoT security
• Machine safety
• Product lifecycles
• Industry value chain
• Workers' education and skills
• Socio‐economic factors

48

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 24
9/22/2021

5 Competitiveness Aspect in Manufacturing 
Processes
Beginning with the 1960s, the following trends developed that have 
had a major impact on manufacturing:

1.Global competition increased rapidly, and the markets became 
multinational and dynamic.
2. Market conditions fluctuated widely.
3. Customers demanded high‐quality, low‐cost products and on‐time 
delivery.
4. Product variety increased substantially, and products became 
complex, and product life cycles became shorter.

49

5 General Trends in Manufacturing
Certain important trends
Materials and processes
Manufacturing systems
Organizational trends
For a manufacturing enterprise to be successful, it must respond to the following:
1. View the people in the organization as important assets and emphasize the 
importance and need for teamwork and involvement in problem solving and in 
decision‐making processes in all aspects of operations.
2. Encourage product innovation and improvements in productivity.
3. Relate product innovation and manufacturing to the customer and the market, seeing 
the product as meeting a need.
4. Increase flexibility of operation for rapid response to product demands, in both the 
domestic and the global marketplace.
5. Encourage efforts for continuous improvement in quality.
6. Ultimately and most importantly, focus on customer satisfaction on a global scale.

50

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 25
9/22/2021

5 Waste Reduction in Design

Design principles for economic production

1. The design should make the product as simple as possible to 
manufacture, assemble, disassemble, and recycle.
2. Materials should be chosen for their appropriate manufacturing 
characteristics.
3. Dimensional accuracy and surface finish should be specified as 
broadly as is permissible in order to minimize manufacturing costs.
4. Net‐shape manufacturing of parts should be emphasized, and 
secondary and finishing operations should be avoided or minimized.

51

5 5 Waste Reduction in Manufacturing
Lean Production
A methodology that involves a thorough assessment of each 
of the activities of a company in order to minimize waste at 
all levels. 
Requires a fundamental change in corporate culture, as well as 
an understanding of the importance of cooperation and 
teamwork among management and the work force.

Agile Manufacturing
Implementation of the principles of lean production on a 
broad scale. The principle ensuring agility (hence flexibility) 
in the manufacturing enterprise, so that it can respond 
rapidly to changes in product demand and customer needs

52

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 26
9/22/2021

Product Improvement 
5 through Value 
Engineering (VE)
Value, as defined, is the ratio of 
a systematic method to improve 
function to cost. Value can 
the "value" of goods or products 
therefore be increased by either 
and services by using an 
improving the function or reducing 
examination of function. 
the cost. 

Value engineering a technique in  In most cases this practice identifies 


which the value of a system’s  and removes unnecessary 
outputs is optimized by crafting a  expenditures, thereby increasing the 
mix of performance (function) and  value for the manufacturer and/or their 
costs.  customers. 

53

5 Example of Product Improvement 
5
through Value Engineering (VE)

54

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 27
9/22/2021

55

56

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 28
9/22/2021

EXERCISES
1. There are basically three types of production methods. Briefly 
explain these three common methods and also give the 
advantages and disadvantages
a. unit production
b. batch production
c. mass production

2. What is manufacturing? Describe briefly the role of the 
manufacturing sector/industries in the economic development of 
Malaysia.

57

(Reference: Kalpakjian, 5th Edition) 29

You might also like