Elimineringsmatris

Figur 28 visar de koncept som genererats och användes under mötet för att sålla ut de mest olämpliga koncepten. Poängsystemet ger en fingervisning för vilka av koncepten som är mest relevanta. För större bild, se bilaga 5. De koncept som visade sig uppfylla kraven bäst var kocept 4, 6 och 8.

Figur 28. Konceptelimineringsmatris, samtliga koncept viktas mot kravspec. Bäst uppfyllnad av krav var koncept 4,6 och 8.

Den andra elimineringsmatrisen som redovisar hur många av de berörda fixturerna som de olika koncepten kan appliceras på ses i figur 29 nedan. Högsta anpassningsförmåga har koncept 4, dvs ”CPK med U-bricka”. Karta över vilka stationer som användes ses i bilaga 6.

38

Figur 29 Elimineringsmatris för de tre valda koncepten med avseende på kompabilitet till dagens fixturer på monteringen.

Högst kompabilitet erhöll CPK och U-brickekonceptet.

3.5.3 Konceptriskanalys

Figur 30 visar konceptriskanalysen som gjordes ihop med anställda på Volvo CE strax efter

elimineringsmatrisens genomgång och en första sållning. Det koncept som erhöll högst poäng efter att åtgärder utförts på konceptet ansågs vara koncept 4, u-bricka med en styrande axel.

Figur 30 Koncepriskanalys på de 4 koncept som ansågs bäst efter genomförd elimineringsmatris. Det koncept som ansågs bäst efter utförda åtgärder i riskanalysen var U-bricka med styraxel.

3.5.4 Konceptval

Baserat på konceptriskanalyser och elimineringsmatriser föll valet på konceptet med bäst värden i dessa matriser. Således valdes koncept 4 – styraxel med U-bricka.

39

3.5.5 Ergonomisk analys

Den kognitiva analysen som genomfördes var i syfte att få en bild av hur bra de nya fixturfästena förstods och hur väl personen kunde jobba med dessa. Av de som testade modellen klarade samtliga av att förstå hur snabbfästena fungerade.

Den ergonomiska rankning som genomfördes för att ta reda på hur belastande åtdragningen blir med skruvarna är ganska låga och ligger inom gränsen för vad som anses vara acceptabla. Här gavs siffran 3 där 1 till 3 inte innebär någon direkt risk som bör åtgärdas. Ergonomiska analysen syns i figur 31 som är hämtad ur Middlesworth (2017).

Figur 31 Ergonomisk analys. En 3a i REBA-score innebär låg risk för belsastningsskador, tabellen är hämtad ur Middlesworth (2017).

3.6 Konstruktion 3.6.1 Vidareutveckling

För att vidareutveckla det valda konceptet följdes modellen DFC som beskrivs av Fogliato. Här användes riskanalysen som ses under figur 28 för att identifiera brister innan konstruktionen

påbörjades, därefter görs åtgärder för att eliminera risker, Fogliato et al. (2010). I modellen framgick det att det kan glappa i motstående ände av fixturfäste. Detta kunde kompletteras med en u-bricka till

40 eller att flytta dessa närmare centrum. Här valdes att addera en u-bricka och flyta ut u-brickorna mot hörnen för att få ökat mothåll vid moment.

För att passa befintliga fixturer var placeringen i hörnen även mycket bättre och gick att implementera på så gott som samtliga fixturer. Vissa fixturdelar sitter skruvade direkt på monteringsbänken utan den fyrkantiga plattan. Här valdes att konstruera en förhöjning så plattan och dess skruvar lätt nås.

En ytterligare risk identifierades med u-brickorna. När skruven dras med moment kan u-brickan skruvas ut ifall denna inte sitter åt rätt håll, se illustrering i figur 32 Detta kan förhindras genom att u-brickan sätts så den vrids åt mer när skruven dras åt och lossar sig själv när skruven dras upp.

Figur 32 Åtdragning av bricka i vänstra läget gör att denna lossnar. Den högra däremot som har rotationspunkt i andra änden låser åt brickan.

Figur 33 visar hur den slutliga konstruktionen var tänkt att se ut med den förhöjda mittensektionen för fixturen samt hur U-brickorna sitter placerade längst ut i hörnen på fixturen. Snabbfästenas funktion var tänkt att styrpinnarna skall styra fixturen till rätt plats. På fixturen sitter U-brickorna monterade och skruvarna sitter monterade på samma botten som styrpinnarna. U-brickorna viks undan och skruvar förs igenom bottenplattan i fixturdelen, därefter skall U-brickorna vikas tillbaka mot skruven och denna dras åt.

41

Figur 33 Fixtur med U-brickor och förhöjd fixtur.

3.6.2 CAD-modell

CAD-programmet som användes vid konstruktionsfasen var CATIA V5 som används av Volvo CE.

Resultatet av den framtagna designen visas i figur 34 nedan samt en närbild i figur 35.

42

Figur 34 CAD-modell av fixtur med de tänkta snabbästena mellan bänk och fixtur.

43

Figur 35 Närbild på snabbäfstet där de kraftiga M10 syns samt styrpinnar och U-brickan, även benämnd locker.

Modellen skapades i ett ”produckt” mode i CADen så samtliga delar syntes samtidigt. Detta gjorde det möjligt att se så delar passar ihop direkt vid konstruktion. Samtliga delar som nykonstruerades

skapades ritningar på för att möjliggöra en tillverkning. Ritningar på bottenplatta för skruvar och styraxlar, fixturbottenplatta för montering av U-brickor, förhöjningsfläns, fixturplatta, samt U-bricka och styraxel ses i Bilaga 7 ritningar.

För att lossa fixturen från arbetsbänken används metoden som redovisas i figurserien 36–39. Modell för hur fixturernas snabbfästen ser ut i låst läge visas i figur 36. Insexskruven som låser u-brickan lossas och vrids ut kring lilla M4 skruvens axel, figur 37. Fixturen vilar då endast på plats med styraxlarna som stöd i sidled. Fixturen kan vid detta tillfälle lyftas av och avlägsnas från monteringen, figur 37 och figur 38. Figur 39 visar frigjord fixtur.

44

Figur 36 Insexskruv lossas.

Figur 37 U-bricka vrids ut.

45

Figur 38 Fixtur lyfts bort.

Figur 39 Lösgjord fixtur.

46

3.6.3 Materialval

Det första som gjordes i materialvalsprocessen var att sätta mål och restriktion. Målet att minimera pris - ekvation 1 sattes för att få ett lägre pris på materialet samt restriktioner som maximal

nedböjning, längd och höjd – ekvation 2. Maximal nedböjning valdes till 1mm då man inte vill att fixturen ska böja sig vid pålastning av moment och således inte erhålla den förspänning som appliceras med momentskaftet.

δ = (M x L²) / (2 x E x I) [1]

m = A x L x ρ x Cp [2]

I = b x h³ / 12 [3]

m = Funktion x Geometri x Materialteknisk aspekt [4]

Där δ är nedböjning, M är moment från hylsnyckel, L är längd på flänsen (detta fall, höjd) E är E-modul, I är tröghetsmoment. Figur 40 visar hur momentet ser ut då fixturen anses som fast inspänd.

Figur 40 Fixtur kan ses som en fast inspänd balk med ett applicerat moment, tex från hylsnycklar.

Målfunktion och restriktion sattes samman och sorteras sedan upp enligt ekvation 4 där

materialtekniska aspekter tas ut och gav ett meritvärde som skall maximeras, ekvation 5, Processen för materialval följdes enligt Ashby (2010). I bilaga 8 ses en fullständig metod med ekvationer.

Maximera → M = ( E ^1/3 ) / ( ρ x Cp ) [5]

Log M = Log (( E ^1/3 ) / ( ρ x Cp )) [6]

I EduPack sattes även vattentålighet för tvättmaskin, pH resistens samt återvinningsbart in. Figur 41 visar egenskapsdiagrammet med insatt grafisk linje, ekvation 6, för sållning av sista materialen.

Resultatet blir ett par olika rostfria stål.

47

Figur 41 Materialval med grafisk linje för avskiljning. Rostfria material anses då bäst uppfyllande.

Vid kontroll av olika leverantörer valdes ett austenitiskt rostfria stål av kvalitén EN 1.4301, gamla SS2333. Detta tål kemikalier bra och klarar höga mekaniska påfrestningar i form av böjning. Materialet har en god svetsbarhet och kan levereras i plåtform från flertalet leverantörer.

3.6.4 Hållfasthetsberäkning

I samband med CAD-modellering och materialval gjordes beräkningar för att tillse att konstruktionen skulle hålla. Element som beräknades var skruvars hållfasthet för den kraft som appliceras på fixturen genom åtdragningsmoment 210Nm, flänsen vid en förhöjd fixtur för att tillse så denna inte böjs av för stort åtdragningsment vid montering samt u-brickans böjningsbenägenhet.

För att beräkna skruvarnas hållfasthet valdes M8-skruvar med hållfasthetsklass 8.8, dvs brottgräns 800 MPa och sträckgräns 640 MPa samt storleken större M10-skruvar, ekvation 7.

För att beräkna vad skruvarna kan utsättas för laster valdes ekvationerna 8 och 9. För att sedan undersöka vilka krafter dessa skruvar utsätts för gjordes en enkel friläggning och jämnviktsekvation, ekvation 9, av fixturen där hänsyn togs till dess geometri och vilka de största applicerade krafterna på fixturen är. Friläggning och beräkningar ses i bilaga 8, beräkningar.

σ

tillåten

= σ

sträckgränsx 0.8[7]

σ

tillåten

=

F/A [8]

ΣM = 0 [9]

Beräkningarna som gjordes visade att en M8-skruv skulle klara krafterna med god marginal då de enbart skulle ersättas för en kraft om ca 3500N när en M8 klarar 28kN. Däremot valdes M10 skruv för att få en ökad area under skruvskallen när denna låses mot u-brickan.

Density * Price

100 1000 10000 100000 1e6 1e7 1e8 1e9

(Young's modulus)^(1 / 3)

0,1 1 10

Stainless steel, austenitic, AISI 301, annealed

Stainless steel, austenitic, BioDur 108, 10-20% cold worked

Stainless steel, austenitic, ASTM F1586, medium hard, nitrogen strengthened

48 För att beräkna den upphöjda fixturen med fläns behövdes böjningen i flänsen beräknas för att ta reda på minsta erforderliga tjocklek i godset. Ekvation 1 användes, detaljen ansågs som en fast inspänd solid balk vilken utsätts för ett vridmoment.

δ = (M x L²) / (2 x E x I) [1]

I = b x h³ / 12 [3]

δ = (F x L³) / (48 x E x I) [10]

Flänsen borde enligt beräkning vara minst 9mm tjock vid ett pålagt moment av 300Nm. Vid beräkning av u-brickan användes ett förenklat fall i form av ekvation 9. Denna skulle inte böjas något nämnbart vid belastning av 4000N, vilket är över de 3500N som kan läggas på en skruv i fixturen.

Vid beräkning av u-brickans tjocklek valdes ekvation 10, här sattes kraften från skruven till F som 5000N, längden L över hålet med 30mm och en tjocklek på brickan av 8mm. U-brickan skall då få en nedböjning på 0.85mm. Den pålagda kraften var här extremt hög vilket innebär att nedböjning i u-brickan inte är något problem.

3.6.5 Avstämning mot kravspecifikation

För att tillse att konstruktionen av den nya produkten uppfyllde uppdragsgivarens satta krav användes kravspecifikationen som en checklista för att kolla att de krav och huvudfunktioner som satts är uppfyllda, Johannesson et al. (2013)

Beräkningar visar att 1,3, 7 och 12 uppfylls med de materialtekniska och hållfasthetsmässiga beräkningar som gjorts. Då fixturen är anpassad till 25 av 26 fixturer uppfylls krav 2 och 4.

Användartestet av modellen vid visning visar att fixturen enkelt lossas inom 30 sekunder och den ergonomiska analysen pekar på att det går att skruva loss och fast fixtur utanför så klämrisk uteblir.

De gula punkterna är av karaktären att de måste testas i produktion för att bestämma om de uppfyller önskemålen eller inte. För att ta reda på dessa kommer en prototyp tillverkas under sommaren 2018 för att testas i produktionen. En avstämmningsmatris syns i figur 42 för att visa uppfyllnad av krav och önskemål.

49

Figur 42 Visar hur väl krav och önskemål uppfyllts. Gul indikerar att uppföljning måste ske från ett test med verkliga snabbfästen på fixturer och den gröna färgen att krav/önskemål är uppfyllt.

3.6.6 Modell

Figur 43 och 44 visar modeller av hur snabbfästet kan se ut vid tillverkning. Modellerna är tillverkade i MDF-skivor och ihoplimmade med limpistol för att simulera svetsfogar.

50

Figur 43 Helbild på fixturmodell.

51

Figur 44 Närbild på u-brickan.

52

4 Diskussion

Under detta projekt har stort fokus legat vid att göra en gedigen förstudie och få en så god

uppfattning om vad själva problemet är. Resultatet av att inte stressa fram resultat och olika beslut har gynnat designprocessen och gett tid för vidareutveckling och optimering av slutgiltiga konceptval.

Eftersom en god produktutvecklingsfas tar mycket tid i anspråk fick slutgiltiga konstruktionen göras under kortare tid och således blev kvalitén något lidande här. Detta anser jag dock är helt okej, dels för att kursen och studien hos Volvo CE inte vart någon CAD-kurs utan en designprocess som visar hur metoden kan användas för att lösa problem.

Under projektets gång har planeringen följts bra och arbetet har flutit på utan att göra loopar för att komplettera i arbetet. Detta beror antagligen på en ordentligt genomförd projektplanering som från början tog med alla delmoment som krävs för att få ett bra resultat av processen. Även

rapportskrivningen gjordes parallellt utmed hela projektets gång vilket underlättat mycket vid skrivning och framför allt själva arbetet i sig. Hade rapporten skrivits i efterhand skulle många loopar antagligen behövt läggas in på grund av missade steg i processen för att ta fram ett nytt koncept av snabbfästen till fixturer.

Att avgränsa projektet ordentligt och välja ut fokusområde samt att meddela detta från början under projektplaneringen skapade även det mer tid till att enbart fokusera på en sak i taget. Detta tror jag är mycket viktigt för att få ut så mycket som möjligt av att jobba med designprocessen och slippa att hoppa mellan olika stickspår som annars kanske måst utredas för att skapa en helhet som innefattar den breda avgränsningen.

Det enda problem som upplevts under examensarbetets gång är att tiden blev knapp på slutet till att göra en högkvalitativ CAD med rätt namngivning och versionsuppdatering av ingående gamla

komponenter som enbart ritats om. I slutet valdes även att plocka bort en FEM-analys av fixturer och komponenter. Detta val gjordes då en handräkning som ger resultat som är kraftigt över vad som krävs anses fullt tillräckligt. Dessutom finns liknande konstruktioner redan ute på monteringen och har därigenom visat att dimensioneringen håller.

Av de delmoment som genomförts har konceptutveklingsfasen varit den som varit allra roligast och även fått bäst resultat. Smidigheten att ha många korta möten med olika personer som jobbar som montörer, produktionsledare eller studenter har gett många koncept som skiljer sig åt och får med ett brett spektrum av olika idéer. Koncepten har sedan gått att kombinera och förfina för att sedan visas för konstruktörer och montörer vad dom skulle tro om det nya konceptet.

Användaranalysen var det som förvånade mest under arbetets gång. Att med hjälp av

hushållsrengöringsmedel, diskborste och pappershanddukar rengöra fixturer som har en ytterst komplicerad geometri med många olika skrymslen, hörn och material upplevs av montörer som mycket krånglig att få helt ren i de många vrårna. En godkänd rengöring som visas i figur 14 är fortfarande ganska smutsig där de svarta färgflagorna ligger kvar i håligheterna. Med tanke på Volvo CEs annars mycket väletablerade sätt att jobba mot 5s är detta en miss i S:et städa eller ”shiny” som antagligen beror på faktorn som omnämns i kapitel 3.2.1 att komma överens om en gemensam renhetsnivå.

Vid foto och intervju framkommer även att det inte finns någon tydlig strategi för hur renhållning och städning av fixturer skall genomföras. Inte heller någon uppföljningsstrategi i form av kontroll från gruppledare och så vidare. Här behövs på något sätt en förbättring ske. I och med att tid inte finns disponerad för att rengöra monteringsstation och fixtur under dagen/tempot behövs en metod tas fram för att rengöra fixturer för att nå en högre renhet vid hydraulkomponentmontering.

53 Ett förslag på lösning är en konstruktion som erhåller en lätt demontering av fixturen så denna kan kopplas loss från monteringsstationen och vid dagens slut skickas iväg på tvätt utanför

monteringslinan. Exemplet i 3.2.5 visar att en tvättmaskin åtminstone tar bort den mesta synliga smutsen. Men för att genomföra denna behövs som nämnts ett fäste till fixturer som lätt kan lossas från linan. Att däremot ha fler transporter kan enligt Sörqvist (2013) vara onödigt och få en ökad kostnad, men motvisas av Bergman och Klefsjö (2002) där en åtgärd kan ekonomiskt då den utförs tidigt i produktionen istället för en eventuell fältreparation.

Hade inte en ordentlig förstudie gjorts på plats i fabriken hade antagligen den biten saknats i processen vilket kanske skulle fått en annorlunda design av fixturer eller rengöringsmetoder som antagligen inte nått målen för de satta renhetskraven.I resultat 3.2.2 riskanalysen som baserades på användaranalysen visas det att en tvättmaskin kan argumenteras som lösning på de tre som ger högst poäng. Detta hade kanske missats helt ifall examensarbetet inte gjorts på plats i Arvikafabriken.

Vidare exempel på att användaranalys och möten med kunnig personal är detaljen att u-brickorna skulle kunna skruva upp sig själva, detta var en detalj som framkom vid ett av alla möten när konstruktionen granskades.

Att ha en modell att kunna visa upp visade sig vara en bra idé. I avsnitt 2.7.6 nämns det att en modell kan ge ökad förståelse för produkten, vilket den har gjort. Personligen tror jag att modellen var den bidragande faktorn till att det i dagsläget planeras en tillverkning av en prototyp som skall användas i monteringsflödet och se hur den fungerar på alla punkter i kravspecifikationen.

54

5 Slutsats

Examensarbetet har med hjälp av designprocessen med fokus på användning lett till ett nytt snabbfäste för hydraulikmonteringsfixturer på monteringslinan hos Volvo CE i Arvika. Detta snabbfästet kan bidra till en renare montering då montörer slipper rengöra fixturen själv då den istället kan tvättas i en tvättmaskin utanför produktionsflödet.

Snabbfästet är konstruerat så att dess förmåga att anpassas och användas på så gott som alla ventilmonteringsstationer i fabriken är möjlig. Detta är löst tack vare den fyrkantiga plattan med skruvhål som har en god kompabilitet med hur monteringsbänkar i fabriken är utformade. Reaktion från uppdragsgivaren har varit positivt och en prototyp skall tillverkas för att testa designen på snabbfästet ute i produktionen.

55

Tackord

Tack till André Lima som har lagt ner mycket tid och engagemang vid handledning på Volvo CE. Jag vill även tacka Lennart Wihk för information och nyttiga samtal under arbetets gång. Montörer och produktionsledare med produktionstekniker vid Volvo CE tackas även dem för deras engagemang och den tid de lagt vid deltagande på möten och intervjuer.

56

Referenslista

Ashby, M (2010) Materials Selection in Mechanical Design. Oxford: Butterworth-Heinemann.

Bergman, B., & Klefsjö, B. (2002). Kvalitet i alla led. Lund: Studentlitteratur AB. Bruzelius, L.

Björk, Karl. (2015), Formler och tabeller för mekanisk konstruktion. Sjunde upplagan. Spånga, Karl Björks förlag AB.

Bohgard, M, S. Karlsson, E. Lovén, L. Mikaelsson, L. Mårtensson, A-L. Osvalder, L. Rose, P. Ulfvengren.

(2015) Arbete och teknik på människans villkor. Prevent.

Eriksson, M. Lilliesköld, J. (2004). Handbok för mindre projekt. 1a upplagan. Malmö, Liber 2007.

Flavio, S. Fogliatto Giovani J.C. da Silveira, (2010) Mass costomization, Engineering and Managing Global Operations. Springer Science and Business media.

Hanson, A. Koskinen, J. 2013. Benchmarking. Gävle, Högskolan i Gävle.

Heizer, J. & Render, B. (2009). Operations Management. 9 red. Pearson: Prentice Hall.

Intresseföreningen för Fluid systemteknik, (2009). Täta hydraulsystem, Uppsala.

Johannesson, H. Persson, J-G. Pettersson, D. (2013) Produktutveckling, Effektiva metoder för konstruktion och Design. 2a upplagan. Stockholm, Liber AB 2013.

Kvale ,S. Brinkmann, S. (2009). Den kvalitativa forskningsintervjun. Uppl. 2:3. Lund:

Studentlitteratur, 2009.

Lantz, A. (2007) Intervjumetodik. Uppsala, Studentlitteratur 2007.

Middlesworth, M. (2017) A Step-by-Step Guide to the REBA Assessment Tool. [Elektronisk]. Tillgängling:

http://ergo-plus.com/reba-assessment-tool-guide/ [2018-04-10]

57 Nilsson, W. Ericson, Å. Törlind, P. (2015). Design, process och metod. Lund, Studentlitteratur AB, 2015.

Olofsson, O. (2013) Lyckas med 5S : innehåller fyra detaljerade fallstudier. WCM Consulting.

Prevent, (2015) Effektivare med 5s metoden. [Elektronisk]. Tillgänglig:

https://www.sciencedirect.com/science/book/9780080977591 [2018-03-01]

SVID, (2018) Undersöka: Lär känna och förstå era användare. [Elektronisk]. Tillgänglig:

http://innovationsguiden.se/undersoka-behoven/ [2018-03-17]

Sörqvist, L (2013) Lean. Stockholm, studentlitteratur AB.

Sörqvist, L. (2004). Ständiga förbättringar: en bok om resultatorienterat förbättringsarbete, verksamhetsutveckling och Sex Sigma. Stockholm, Studentlitteratur AB.

58

Bilagor

Bilaga 1. Projektplan.

Projektplan 1.0

Bakgrund

Examensarbetet har utförts vid Volvo CE:s hjullastarfabrik i Arvika, Värmland. Hjullastare är av typen midjestyrd anläggningsmaskin driven på fyra hjul med skopa framtill som kan ta laster upp till 35 ton beroende på storlek och modell. Skopa och styrning är opererad med hjälp av hydrauliska

komponenter såsom hydraulcylindrar, slangar, ventiler och ventilblock.

Hydraulsystem kan vara känsliga för kontaminering av smuts och på grund av det höga trycket som råder kan läckage lätt uppstå om felaktig montering utförts eller smutspartiklar kontaminerat kopplingar och packningar. Läckage i hydraulsystemet kan hos kund orsaka dyra fältreparationer.

Här finns en förbättringspotential vad gäller renhet vid montering av känsliga komponenter och är inom detta område examensarbetet genomförts. Vintern 2018 startades ett projekt där Volvo CE ville studera möjligheten att tvätta olika komponenter som rör monteringen av känslig utrustning. Här ingick examensarbetet där Volvo CE ville få ett konstruktionsförslag på snabbfästen för

hydraulikventilsfixturer för att erhålla möjlighet för snabb borttagning av fixturen från produktionslinan. På detta vis skulle en rengöring av fixturen möjliggöras på annan plats än i monteringsflödet.

Mål

De problem som idag existerar är att det i monteringen inte finns någon standardiserad metod för rengöring av fixturer, när denna skall utföras eller av vem. Där skall projektet vid Volvo CE fylla upp behovet av rutinmässig rengöring och skapa en förutsättning för denna.

Examensarbetets del omfattar konstruktion av snabbfästen mellan monteringsbord och fixtur och de frågeställningar som valts är:

“Studera hur 5s i en process kan förbättras med hjälp av design för användning?”

”Studera hur monteringskvalité kan förbättras med hjälp av design för användning”

Där målet är att konstruera nya snabbfästen för fixturer vid ventilmonteringen.

Organisation

• Personal vid Volvo CE

• Personal vid Volvo CE

In document Konstruktion av snabbfästen för monteringsfixturer inom fordonsindustrin (Page 38-94)