Dal prototipo alla produzione in serie: una guida dalla A alla Z
Indice dei contenuti
- Fasi di sviluppo del prodotto: dal prototipo alla produzione in serie
- Specie prototipo
- Progettazione orientata alla produzione per il passaggio alla produzione in serie
- Decisioni relative agli strumenti e alle procedure
- Rischio: riqualificazione in caso di cambio di fornitore
- Tolleranze e qualità
- Costi
- Errori comuni
- Consigli e trucchi
- Produzione in serie con FACTUREE
Il passaggio dal prototipo alla produzione in serie è una delle fasi più rischiose dello sviluppo del prodotto. Se durante questa transizione si cambia partner di produzione, spesso i componenti devono essere sottoposti a una nuova qualificazione. Le tolleranze e i certificati dei materiali vengono ricontrollati e l’avvio della produzione in serie subisce un ritardo.
FACTUREE affianca quindi le aziende dalla prima richiesta di prototipo fino alla produzione in serie su larga scala, in qualità di unico referente e interlocutore contrattuale. Non è necessaria alcuna riqualificazione.
Quali fasi attraversa un prodotto dal prototipo alla produzione in serie?
Un prodotto, dal prototipo alla produzione in serie, attraversa in genere tre fasi: Prototipo, produzione in piccole serie e Serie grande. Ogni fase comporta esigenze diverse in termini di produzione, documentazione e costi.
Fase |
Quantità tipica |
Requisito principale |
Rischio principale |
| Prototipo | Da un singolo pezzo a poche unità | Convalida funzionale e del design | Le ipotesi errate passano inosservate |
| Piccola serie | Da decine a centinaia di pezzi | Garanzia dei processi, riproducibilità | Differenze tra il singolo pezzo e la serie |
| Serie grande | Pieno volume di produzione | Processi stabili, qualità costante | Perdita di qualità in caso di cambio di fornitore |
Quali tipi di prototipi esistono nel percorso che porta alla produzione in serie?
Nel percorso verso la produzione in serie vengono utilizzati tre diversi tipi di prototipi, ciascuno con una propria funzione.
- I prototipi visivi servono, nella fase di ideazione, alla presentazione e alla prima valutazione del progetto.
- Durante la fase di test, i prototipi funzionali verificano la precisione di adattamento, l’ergonomia e l’usabilità in condizioni reali.
- I prototipi di pre-produzione verificano, poco prima dell’avvio della produzione in serie, la maturità produttiva, ovvero la scalabilità, le tolleranze e l’idoneità dei materiali.
Questa suddivisione in fasi ripaga. Risolvere un errore nella fase di prototipazione costa da dieci a cento volte meno rispetto a una correzione effettuata dopo la realizzazione degli stampi di serie.
FACTUREE supporta tutti e tre i tipi di prototipo attraverso la stessa rete di partner. Gli errori vengono individuati tempestivamente, evitando così costose correzioni durante la produzione in serie.
Che cosa significa “Design for Manufacturing” per il passaggio alla produzione in serie?
Il "Design for Manufacturing" consiste nel progettare un componente già nella fase di prototipazione in modo tale che possa essere successivamente prodotto in serie in modo economicamente vantaggioso. Un progetto che funziona come pezzo unico spesso non può essere trasferito alla produzione in grande serie senza modifiche. Un numero ridotto di componenti e geometrie semplificate riducono i costi degli stampi e facilitano il montaggio.
Nel caso dei componenti stampati a iniezione e in plastica, ciò si riflette nello spessore delle pareti. Per la plastica ABS, lo spessore delle pareti deve essere compreso tra 1 e 3,5 millimetri. Ciò consente di risparmiare materiale, ridurre i tempi di raffreddamento ed evitare avvallamenti o deformazioni. Gli smussi di sformo facilitano inoltre l'espulsione dei pezzi dallo stampo.
Anche il “Design for Testability” rientra in questa fase. I dati di misurazione e i valori elettrici ricavati dai test funzionali del prototipo costituiscono la base per i successivi controlli in serie. Tra questi figurano l’ispezione ottica automatica e i test in-circuit.
Quali scelte relative agli utensili e ai processi influiscono sulla produzione in serie?
La scelta del processo di produzione dipende in larga misura dalle dimensioni del lotto previsto.
- La stampa 3D è adatta per lotti di piccole e medie dimensioni. È possibile realizzare forme complesse senza costi aggiuntivi e senza spese per gli stampi.
- Nello stampaggio a iniezione, la scelta dello stampo dipende dal numero di pezzi. Per i prototipi e le piccole serie, gli stampi in alluminio sono la scelta migliore: tempi di produzione ridotti, costi inferiori, dissipazione del calore più rapida. A partire da quantità maggiori, ad esempio a partire da 10.000 pezzi, si ricorre a stampi in acciaio temprato.
- Gli stampi multipli e familiari producono più pezzi per ogni ciclo di stampaggio. Utilizzateli solo dopo che uno stampo singolo più semplice ha convalidato il componente. In questo modo si evita che eventuali errori di progettazione si riflettano in uno stampo costoso.
Perché la riqualificazione rappresenta un rischio in caso di cambio di fornitore?
La riqualificazione significa che un nuovo partner di produzione deve rimisurare, controllare e approvare un componente. Solo allora può avere inizio la produzione in serie. Ciò richiede tempo, comporta costi aggiuntivi e, in alcuni casi, mette in luce delle discrepanze rispetto al prototipo originariamente approvato.
Questi ripetuti cicli di qualificazione si verificano soprattutto quando le aziende affidano la realizzazione di prototipi, piccole serie e grandi serie a produttori diversi. Una transizione senza soluzione di continuità dal prototipo alla produzione in serie evita questi costosi cicli di riqualificazione.
FACTUREE evita questo cambiamento. Lo stesso disegno, lo stesso referente e gli stessi standard di qualità rimangono validi a prescindere dal volume di produzione. In questo modo, la qualificazione di un componente viene effettuata una sola volta, senza doverla ripetere ad ogni variazione del numero di pezzi.
Come è possibile garantire che le tolleranze e la qualità rimangano riproducibili indipendentemente dal numero di pezzi?
Per riproducibilità si intende che ogni pezzo prodotto presenta le stesse caratteristiche meccaniche e dimensionali, indipendentemente dal fatto che si tratti del primo o del millesimo pezzo di una serie. Questo è ciò che distingue la produzione in serie dalla prototipazione, in cui si verifica innanzitutto la validità del progetto. Un sistema di gestione della qualità conforme alla norma ISO 9001 e una documentazione completa, composta da rapporti di collaudo, certificati dei materiali e attestati di conformità, garantiscono tale riproducibilità.
A seconda del settore, si aggiungono ulteriori requisiti:
- Per le serie di prodotti elettronici, la qualità è garantita da processi conformi alle norme ESD e IPC, dall’ispezione ottica automatica e dai test in-circuit.
- Nella produzione in serie additiva, la gestione controllata delle polveri e il monitoraggio termico del processo, conformi alla norma ISO/ASTM 52920, garantiscono caratteristiche costanti dei componenti.
- Certificazioni come la ISO 13485 per il settore medico, la IATF 16949 per quello automobilistico o requisiti quali CE, FDA e RoHS devono essere integrati già nella fase di prototipazione, non solo poco prima dell’avvio della produzione in serie.
In che modo variano i costi tra prototipo, piccola serie e produzione in serie su larga scala?
DIl calcolo dei costi unitari dal prototipo alla produzione in serie è sostanzialmente diverso, poiché le economie di scala si manifestano solo a partire da volumi di produzione più elevati
I costi unitari tendono a diminuire all’aumentare del numero di pezzi, poiché i tempi di attrezzaggio, i costi degli stampi e gli oneri amministrativi vengono ripartiti su un numero maggiore di pezzi. Nel caso del prototipo, i costi per pezzo rimangono elevati, poiché i costi di attrezzaggio e di campionatura iniziale sono indipendenti dal numero di pezzi che verrà successivamente prodotto.
Nella produzione in piccole serie, i costi unitari diminuiscono già in modo tangibile non appena i processi e gli utensili sono progettati per una produzione ripetitiva. Nella produzione in grande serie, le economie di scala hanno un impatto maggiore, a condizione che il passaggio avvenga senza ulteriori costi di qualificazione dovuti al cambio di partner.
Quali sono gli errori più frequenti che si verificano durante l’avvio della produzione?
Nel passaggio dal prototipo alla produzione in serie si verificano quattro errori con particolare frequenza.
- Le aziende passano troppo in fretta alla produzione in serie senza aver verificato a sufficienza il prototipo.
- Gli errori di progettazione vengono individuati solo nella costosa fase di produzione in serie. Le limitazioni legate alla produzione vengono prese in considerazione solo in una fase avanzata, come nel caso di tolleranze poco pratiche o di materiali che non possono essere lavorati in modo economicamente vantaggioso in grandi quantità.
- I requisiti normativi, come le norme ISO o le certificazioni specifiche del settore, vengono verificati solo poco prima dell'avvio della produzione in serie, anziché essere pianificati sin dall'inizio.
- I rischi legati alla catena di approvvigionamento dei componenti critici vengono sottovalutati. Ciò ritarda l’avvio della produzione in serie, nonostante il progetto sia già pronto.
FACTUREE affronta questi rischi fornendo consulenza tecnica già nella fase di offerta e avvalendosi di una rete di partner che copre tutte e tre le fasi di produzione.
Consigli e suggerimenti per gli acquirenti del settore tecnico
- Verificare tempestivamente l'idoneità alla produzione in serie dei partner di produzione; il passaggio dal prototipo alla produzione in serie comporta quasi sempre una nuova qualificazione
- Richiedere la documentazione completa sin dall’inizio; richiedere i rapporti di collaudo, i certificati dei materiali e gli attestati di conformità già in fase di prototipo, non solo al momento dell’approvazione della produzione in serie
- Adattare la scelta degli stampi al numero di pezzi previsto: stampi in alluminio per prototipi e piccole serie, stampi in acciaio temprato a partire da grandi quantità
- Tenere conto dei requisiti normativi quali ISO 13485, IATF 16949, CE o RoHS già nella fase di prototipazione, non solo poco prima dell’avvio della produzione in serie
- Pianificare una serie pilota prima della produzione in serie su larga scala, al fine di individuare tempestivamente eventuali colli di bottiglia nell’assemblaggio, punti deboli nella catena di approvvigionamento o problemi di imballaggio
- Analizzare tempestivamente i rischi legati alla catena di approvvigionamento relativi a componenti critici o difficili da reperire, affinché un progetto già definitivo non fallisca al momento dell’avvio della produzione in serie
- Consolidare i referenti e la struttura contrattuale. Un unico partner di riferimento per tutte le fasi di produzione riduce gli oneri di coordinamento ed evita di dover allineare ripetutamente i disegni e gli standard di qualità
Dal prototipo alla produzione in serie con FACTUREE
FACTUREE è una piattaforma digitale di approvvigionamento per componenti su disegno e copre l'intero percorso, dalla produzione su misura alla produzione in serie su larga scala. La nostra rete comprende oltre 2.000 partner di produzione certificati. Sulla base dei vostri modelli digitali, realizziamo i prodotti in ogni fase dello sviluppo del prodotto.
Dall'analisi dei vostri dati CAD otterrete prototipi singoli, primi campioni, piccole serie e grandi serie, il tutto sulla base delle stesse specifiche tecniche e con lo stesso referente. Il passaggio da una fase all'altra avviene senza cambiare il partner contrattuale.
I prototipi e i componenti di serie realizzati da FACTUREE possono essere abbinati a trattamenti superficiali, operazioni di assemblaggio e ulteriori fasi di lavorazione. Tutto da un unico fornitore, dal primo campione alla produzione in serie.
I vantaggi offerti da FACTUREE nella fase di avvio della produzione: Rete qualificata di partner di produzione certificati secondo le norme ISO 9001, IATF 16949 e altre norme specifiche del settore | Offerte per la produzione di prototipi, piccoli lotti e serie entro tempi di lavorazione brevi | Feedback diretto sul DfM (Design for Manufacturing) relativo a tolleranze, spessori delle pareti, idoneità dei materiali e producibilità già prima del primo campionamento | Nessuna ricertificazione nel passaggio tra le fasi di produzione, poiché il disegno e il partner rimangono gli stessi | Documentazione completa su richiesta, rapporto di collaudo del primo campione, certificati dei materiali, attestati di conformità | Passaggio senza soluzione di continuità dallo stampo prototipale allo stampo di serie, con lo stesso referente e gli stessi processi di qualità
Nota editoriale: La presente guida è stata redatta in collaborazione con gli esperti di tecnologia di produzione di FACTUREE, che vantano un’esperienza pluriennale nel coordinamento di processi produttivi certificati. Tutti i dati riportati sono puramente indicativi; fanno fede esclusivamente la verifica e l’accordo specifici per ciascun progetto.
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