Outsourcing af ingeniørdesign i USA: Hvordan virksomheder griber prototyper og mekanisk design an

Outsourcing af ingeniørdesign i USA kan generelt inddeles i fem overordnede kategorier: designkonsulentfirmaer med fuld service, ingeniørledede specialister, partnere, der dækker hele vejen fra design til produktion, globale ingeniørservicevirksomheder samt hybride partnere i USA og i udlandet. På papiret tilbyder de fleste af dem CAD, simulering og prototyper. I praksis adskiller de sig på to måder: hvordan de anvender prototyper, og hvem der har ansvaret for beslutningerne vedrørende mekanisk design. Disse to faktorer har større indflydelse på dine omkostninger, tidsplan og omarbejde end timeprisen.

Denne guide forklarer, hvordan de forskellige tilgange til outsourcing af ingeniørdesign håndterer prototyper og mekanisk design, hvor de enkelte tilgange passer ind, og hvad man bør spørge om, inden man underskriver en aftale. Hvis du er interesseret i profiler af de enkelte virksomheder, gennemgår Monarch Innovations guide til førende amerikanske produktudviklingsvirksomheder inden for mekanisk ingeniørarbejde fra start til slut dem én for én. Denne artikel fokuserer på, hvordan de arbejder.

01Hvad er outsourcing af ingeniørdesign i USA?

Outsourcing af teknisk design i USA er en praksis, hvor man ansætter en ekstern teknisk partner til at varetage en del af eller hele udviklingen af et produkt, herunder mekanisk CAD, simulering, prototypebygning, test og produktionsorienteret design. Virksomheder benytter sig af outsourcing for at få adgang til specialiserede tekniske kompetencer, øge kapaciteten og mindske behovet for faste interne ressourcer.

02Hvad er de vigtigste muligheder for outsourcing af ingeniørdesign i USA?

Amerikanske virksomheder, der outsourcer teknisk design, anvender typisk en af fem overordnede modeller. Hver model bygger på en forskellig opfattelse af, hvem der skal have ejerskabet til produktet. Valget af den rette outsourcingmodel afhænger hovedsageligt af produktets udviklingsfase, den tekniske risiko, produktionskravene samt hvor stor en del af det tekniske program, man ønsker, at partneren skal have ejerskabet til.

• Designkonsulentfirmaer, der tilbyder en samlet løsning, såsom Delve og Priority Designs, samler forskning, design og ingeniørarbejde i ét team.
• Teknisk orienterede specialister, såsom 219 Design og StudioRed, lægger vægt på teknisk dybde og arbejder ofte inden for rammerne af kundens egen proces.
• Partnere, der varetager hele processen fra design til produktion – såsom Paramit – udvikler produktet og fremstiller det på deres egne anlæg.
• Globale ingeniørvirksomheder, såsom Quest Global, stiller langsigtet ingeniørkapacitet til rådighed for store virksomheder.
• Hybride partnere med aktiviteter i både USA og i udlandet, såsom Monarch Innovation, kombinerer en kontaktperson i USA med et større ingeniørteam i udlandet.

03Hvorfor prototyper og mekanisk design er de områder, hvor virksomhederne virkelig adskiller sig fra hinanden

To virksomheder kan tilbyde de samme tjenester og alligevel gennemføre dit projekt på helt forskellige måder. Den ene kan f.eks. fremstille ti grove modeller i den første måned for at teste, hvordan brugerne reagerer. Den anden kan bruge den måned på simulering og toleranceanalyse og derefter fremstille en enkelt prototype, der er beregnet til produktion.

Ingen af tilgangene er forkert. De passer dog hver især til en anden type risiko. Hvis din største usikkerhed er, om folk vil have eller forstå produktet, giver tidlige fysiske modeller det hurtigste svar. Hvis din største usikkerhed er, om en mekanisme kan modstå 50.000 cyklusser, eller om et hus overholder de termiske grænseværdier, giver analyser og målrettede funktionelle prototyper et bedre svar.

Den samme opdeling ses også inden for mekanisk design. Nogle virksomheder tager udgangspunkt i formen og tilpasser de indre komponenter hertil. Andre tager udgangspunkt i funktionen og produktionsmæssige begrænsninger og finpudser derefter udseendet. Når man ved, hvilken tilgang en virksomhed foretrækker, får man en idé om, hvor den vil bruge dit budget.

04De forskellige faser, som ethvert outsourcet program gennemgår

De fleste fysiske produkter gennemgår en lignende række af produktionsfaser, selvom virksomhederne kalder faserne noget andet:

1. Konceptmodeller: hurtige, grove modeller, der bruges til at afprøve størrelse, form og grundlæggende ideer.
2. Prototyper, der ligner og fungerer som det endelige produkt: to separate modeller, én til udseende og ergonomi og én til funktionalitet.
3. Teknisk valideringstest (EVT): Design og materialer i produktionskvalitet, fremstillet med henblik på at bevise, at alle funktioner fungerer.
4. Designvalideringstest (DVT): Dele fremstillet med egentlige eller næsten egentlige produktionsværktøjer. De testes med hensyn til pålidelighed, udseende og de krav, som produktet skal opfylde.
5. Produktionsvalideringstest (PVT): et prøvekørsel på produktionslinjen for at bekræfte udbytte og repeterbarhed.

Formlabs’ vejledning til fremstilling af POC-, EVT-, DVT- og PVT-modeller beskriver hver fremstillingsfase mere detaljeret. For købere er det centrale spørgsmål, hvilke faser virksomheden selv vil varetage, og hvilke den vil overlade til dig eller din producent.

05Hvordan virksomheder arbejder med prototyper

Hver outsourcingmodel placerer prototypebearbejdningen på et andet trin i denne rækkefølge. Her følger en beskrivelse af, hvordan de fem tilgange typisk adskiller sig fra hinanden.

Konsulentfirmaer med fuld service: prototyper til læring

Konsulentfirmaer, der tilbyder fuld service, bruger tidlige prototyper som et forskningsværktøj. Grove modeller af skum, 3D-printede modeller eller papmodeller hjælper teamet med at teste greb, størrelse, brugervenlighed og brugerreaktioner, inden man går i gang med den detaljerede konstruktion. Priority Designs har for eksempel prototypeproduktionen i samme bygning som sine designere og ingeniører, hvilket forkorter processen fra skitse til færdig komponent på arbejdsbordet.

Styrken ligger i den tidlige udvikling. Ulempen er, at masseproduktionen som regel varetages af en separat partner, hvilket kan medføre, at feedback fra produktionen kommer for sent. Spørg, hvordan producentens input indgår i designet, inden designet fastlægges.

Teknisk orienterede specialister: prototype til at bevise funktionalitet

Teknisk orienterede specialister retter deres prototyper mod tekniske risici. Det drejer sig om mekanismer, varme, tolerancer og hvordan kabinettet passer til elektronikken. Funktionelle prototyper kommer ofte før modeller med et poleret udseende. Virksomheder som 219 Design vil også arbejde inden for jeres teams proces i stedet for at stå for hele projektet.

Denne tilgang passer til teams, der allerede har en klar produktvision. Regn med mindre hjælp til brugerundersøgelser og branding. Hvis en ekstern kontraktproducent skal fremstille produktet, skal I på et tidligt tidspunkt aftale, hvad overdragelsespakken skal indeholde.

Partnere fra design til produktion: Prototypen på vej til produktion

En partner, der dækker hele forløbet fra design til produktion, fremstiller prototyper og pilotenheder ved hjælp af processer og kvalitetssystemer, der ligner dem, der anvendes i produktionen. Paramit, der designer og fremstiller medicinsk udstyr og instrumenter til biovidenskab på ISO 13485-certificerede fabrikker, er et eksempel på denne model. Da det samme firma står for både design og produktion, opstår der færre uventede problemer ved overgangen fra design til produktion.

Ulempen er manglende fleksibilitet. Designet er tilpasset en bestemt virksomheds produktionskapacitet, så sørg for, at du har fuld ejendomsret til designfilerne, og at produktet kan fremstilles andetsteds, hvis det bliver nødvendigt.

Globale ingeniørvirksomheder: Simuler først, lav en prototype for at bekræfte

Globale ingeniørvirksomheder fokuserer på analyse, simulering, omkostningsoptimering og vedligeholdelsesarbejde. I forbindelse med disse projekter er det ofte kundens egne laboratorier eller leverandører, der fremstiller de fysiske komponenter. Virksomheden leverer den tekniske ekspertise bag dem. Dette passer godt til modne produkter, varianter og langvarige projekter. Det er derimod mindre velegnet til hurtigt, praktisk konceptarbejde.

Hybride partnere i USA og offshore: detaljeret projektering offshore, målrettede byggerier

En hybridpartner fordeler arbejdet. Et offshore-team udarbejder detaljerede CAD-modeller, simuleringer og tegninger. En kontaktperson i USA varetager kravspecifikationer, gennemgang og koordinering. Monarch Innovation har et kontor i Fremont, Californien, og sit primære ingeniørcenter i Ahmedabad, Indien. Virksomheden følger en »simulering først«-tilgang, hvor FEA og CFD anvendes til at teste designvalg, inden delene fremstilles. Dens F&U- og prototypetjeneste omfatter 3D-printede og CNC-fremstillede prototyper, funktionelle mockups og testbænke.

Ulempen er afstanden til dine testere. Aftal på forhånd, hvor prototyperne skal bygges, hvordan delene skal sendes til dem, der skal teste dem, hvem der skal deltage i testsessionerne, og hvordan resultaterne skal dokumenteres.

06Hvordan virksomheder griber mekanisk design an

Prototypeudvikling er den synlige del af arbejdet. De mekaniske designvalg, der ligger til grund for den, afgør, om disse prototyper kan blive til en komponent, som en fabrik kan fremstille til den ønskede pris.

Når der modtages DFM-data

Design med henblik på fremstilling og montering (DFM/DFA) er det område, hvor virksomhederne adskiller sig mest, uden at man lægger mærke til det. En partner, der varetager hele processen fra design til fremstilling, anvender DFM fra starten, fordi den selv skal fremstille produktet. Et konsulentfirma eller en ingeniørspecialist kender måske godt til DFM, men har stadig brug for input fra din fremtidige producent eller værktøjsmager. Hvis dette input først kommer, efter at designet er fastlagt, kan du forvente sene ændringer i vægtykkelse, udtræksvinkler, fastgørelseselementer og antallet af dele. Dette medfører som regel forsinkelser i værktøjsfremstillingen.

I hvilket omfang erstatter simulering fysiske test?

Virksomhederne adskiller sig også i, i hvor høj grad de benytter sig af simulering. Strukturel FEA, termisk og fluidanalyse med CFD samt toleranceakkumulering kan udelukke svage konstruktioner, inden der bruges penge på komponenter. Simulering erstatter ikke fysiske test, især ikke når det gælder fald-, udmattelses-, tætnings- og lovmæssige test. Den reducerer dog antallet af prototypegennemløb, der bruges på at finde problemer, som analysen kunne have opdaget.

Hvem ejer CAD-filerne og design dokumentationen?

Endelig håndterer virksomhederne designdokumentationen på forskellig vis. Nogle leverer native CAD-filer, tegninger, styklister og testrapporter ved hver milepæl. Andre leverer kun ved afslutningen. For regulerede produkter bør du spørge, om virksomheden kan fremlægge dokumentation for designhistorikken. Sørg også for at få bekræftet, at de mekaniske konstruktionsfiler, du modtager, kan åbnes og forbliver redigerbare i dit eget CAD- og PDM-miljø.

07Sammenligning af tilgange til outsourcing af ingeniørdesign

08Sådan vælger du den rigtige tilgang til dit produkt

Start med din største risiko, ikke med en virksomheds portefølje. Der er nogle mønstre, der kan hjælpe med at indsnævre udvalget:

• Hvis brugerne endnu ikke har set produktet, kan en konsulentvirksomheds tidlige og hurtige prototyper give svar på de vigtigste spørgsmål først.
• Hvis risikoen ligger i mekanikken, varmeforholdene eller elektronikken, er en ingeniørledet specialist eller en partner, der prioriterer simulering, et bedre valg.
• Hvis produktet er underlagt lovgivning, og du ønsker, at én partner skal stå til ansvar for det, kan en virksomhed, der varetager alt fra design til produktion, minimere antallet af overdragelser.
• Hvis produktet er defineret, og du har brug for detaljeret projektering eller løbende kapacitet, er et hybrid- eller globalt ingeniørfirma som regel billigere pr. fase.
• Hvis designet er omfattet af amerikanske eksportkontrolbestemmelser såsom ITAR eller EAR, skal du undersøge, hvilke tekniske data der må videregives til udenlandske ingeniører, inden du overvejer at udlicitere arbejdet til udlandet.

Mange amerikanske virksomheder kombinerer forskellige modeller. Et lokalt studie står for koncepter og design, mens en hybridpartner varetager den detaljerede konstruktion, DFM og det løbende arbejde. Vejledningen om personaleudvidelse, dedikerede teams og outsourcing af projekter gennemgår afvejningerne mellem disse samarbejdsformer.

09Spørgsmål, du bør stille om prototyper og design, inden du underskriver

Stil disse spørgsmål til alle de udvalgte virksomheder, og sammenlign svarene side om side:

1. Hvor mange prototyperunder går dit overslag ud fra, og hvad testes der i hver runde?
2. Hvem fremstiller prototyperne, og hvor bliver de fremstillet?
3. Hvilke analyser (FEA, CFD, toleranceakkumuleringer) udfører I før hver produktion?
4. Hvornår gennemgår vores producent eller værktøjsmager designet, og hvem følger op på tilbagemeldingen?
5. Hvad modtager vi ved hver milepæl: CAD-filer i originalformat, tegninger, styklister, testrapporter?
6. Hvordan følges op på og godkendes designændringer mellem de forskellige prototyperunder?
7. Hvem ejer prototypeværktøj, fastgørelsesanordninger og testudstyr, når projektet afsluttes?

Prototypefaser udgør en af de største udgiftsposter i det samlede budget. En oversigt over, hvad der påvirker omkostningerne ved outsourcing af produktudvikling, er nyttig, når man sammenligner, hvordan forskellige virksomheder prissætter disse faser.

10Almindelige fejl ved outsourcing af teknisk design

Den mest almindelige fejl er at vælge et firma på grund af dets portefølje frem for dets proces. Imponerende renderings siger ikke meget om, hvordan et firma håndterer toleranceproblemer eller en mislykket faldtest. En anden fejl er at afsætte budget til en enkelt prototyperunde, når test næsten altid afslører problemer, der kræver endnu en cyklus. En tredje fejl er at inddrage producenten, efter at designet er fastlagt, hvilket betyder, at DFM-feedback ender med at kræve omarbejdning af værktøjet. Endelig springer mange teams over spørgsmålet om, hvem der bygger prototyperne, og hvor, for derefter at opdage forsinkelser i levering og gennemgang halvvejs gennem programmet.

11Valg af en partner til teknisk design ud fra dennes tilgang til prototyper

Den rigtige tilgang til outsourcing af teknisk design er den, hvor prototypebygning og den mekaniske designproces er tilpasset den største risiko ved netop dit produkt. Beslut, om du har brug for at indhente viden om brugerne, afprøve en mekanisme, sikre produktionen på et tidligt tidspunkt eller udvide kapaciteten inden for detaljeret design. Udarbejd derefter en shortlist med to eller tre virksomheder af den pågældende type, og vurder dem ud fra ovenstående spørgsmål.

Monarch Innovation følger den ovenfor beskrevne hybridmodel, der kombinerer aktiviteter i USA og i udlandet. Gennem sine produktudviklingsydelser leverer virksomheden mekanisk design med fokus på simulering, prototypebygning, test og DFM (Design for Manufacturing) med et kontor i Fremont, Californien, USA, og sit primære ingeniørcenter i Ahmedabad, Indien. For produkter, der bevæger sig fra koncept til detaljeret design, kan teamet yde støtte til gennemgang af krav, CAD-udvikling, simulering, planlægning af prototyper og produktionsfokuseret DFM.