42(92)
4.11.2.3 FEM-analys, vältskydd
För att säkerställa att vältskyddet klarar lasten från väggen vid ett eventuellt fall utfördes en FEM-analys. Beräkningarna utgår från det värsta tänkbara scenariot, enligt följande:
• Det tyngsta väggelementet faller mot vältskyddet
• vältskyddet är utskjutet så långt ifrån väggelementet som möjligt utan att förlora sin funktion.
För att beräkna med vilken last väggelementet kommer att verka mot vältskyddet, utfördes handberäkningar, se bilaga 22. Beräkningarna visar att vältskydden kommer att utsättas för en kraft på approximativt 128 N.
I FEM-analysen applicerades en kraft på 384 N, eftersom en säkerhetsfaktor på 3 användes. Vältskyddet är placerat i sitt fäste i dockningsstationen, men minimalt inskjutet, så avståndet mellan väggelementets panelbrädor och vältskyddet är så stort som möjligt. yttersta läge och sitter mot en del som motsvarar dockningsstationens ena öppning. Öppningen är fixerad i marken och ett virtuellt golv applicerades där det verkliga golvet är tänkt att vara. Se FEM- analysens uppställning i Figur 38.
Resultatet visar att det finns inga tecken på plasticering eftersom den maximala spänningen blir cirka 283 N/mm2. Den största deformationen, 13,2 mm, sker runt det område som kraften applicerades på. Se grafer från FEM-analys i Bilaga 21.
43(92)
4.12 Belastningsergonomi
Belastningsergonomi definieras enligt §3 i Arbetsmiljöverkets författningssamling AFS 2012:2 (Arbetsmiljöverket, Belastningsergonomi, 2012).
Belastningsergonomi: Den delen av det större begreppet ergonomi som behandlar hur belastningar av arbetet påverkar rörelseorganen.
Inom arbetsprocesserna för detta projekt förekommer det mycket lite av repeterande
arbetsmoment. Därför bedöms att inga stora organisatoriska anpassningar till arbetsrotation behöver göras. Inga förekommande arbetsmoment behöver repeteras mer än fåtalet gånger och flertalet av de moment som behöver repeteras ger, genom naturliga processteg, inslag av andra arbetsmoment mellan repetitionerna. Därmed blir belastningsergonomins utmaningar
koncentrerade till vikter, arbetshöjder, momenteffekter och skaderisker till följd av olyckor eller felhanteringar. Utifrån dessa förutsättningar har både lyftredskap och dockningsstation konstruerats.
4.12.1 Lyftredskapet
Under hela konstruktionsarbetet har god ergonomi varit högt prioriterat och kraftigt styrande för utformningen. Många av kundbehoven med efterföljande produktspecifikationer, har utgått från en tanke kring god belastningsergonomi. Men som en följd av byggsystemets uppbyggnad, där föregående processer ger vissa förutsättningar att ta hänsyn till, har inte allt kunna
konstruerats efter optimala förutsättningar. Som beskrivits ovan är dock repetitionen av arbetsmomenten så lågfrekvent att de, om rätt utförda, svårligen bör utgöra någon förhöjd risk för belastningsskador.
4.12.1.1 Arbetshöjd
Arbetshöjden vid upphängningen av lyftredskapet på väggelementet, blir dock given av måttet för väggelementets höjd över golvet, eftersom det fortfarande är monterat i väggfixturen och den befinner sig i ett horisontalläge. Ett idealt målvärde för handtagens höjdplacering i
arbetsmomentet var satt i specifikationerna mellan 1000–1100 mm, för att därigenom motsvara den arbetshöjd som anses optimal för både män och kvinnor. Något marginalmått för
målspecifikationen var ej satt för denna produktegenskap. Förutsättningarna med fixturens höjd gör att detta mått hamnar mellan 880 - 975 mm, eftersom handtagen placerats så högt som möjligt på lyftredskapet. Mot bakgrund av arbetsmomentets korta tid för belastning, dess långa tidsperiod innan upprepning samt den lilla avvikelsen från idealvärdet bör detta inte utgöra någon förhöjd risk för belastningsskador.
4.12.1.2 Vikt och underarmsavstånd
Lyftredskapets målvärde för vikt sattes till fem kilo, med ett marginalvärde upp till tio kg. Enligt Arbetsmiljöverkets författningssamling, se Bilaga 1, håller sig belastningsergonomin inom det gröna området om underarmsavståndet är max 300 mm. Tack vare att det går att komma mycket nära väggelementet med kroppen när lyftredskapet monteras, så ger hävstångseffekten av underarmen ett mycket litet belastningstillskott.
4.12.1.3 Total belastningstid
I målspecifikationen anges ett idealvärde för monteringstiden av lyftredskapet till mindre än en minut. Detta målvärde inkluderar inte tiden för att hämta och hänga upp lyftredskapet på väggelementet, utan är målvärdet för att fästa lyftredskapet på väggelementet. Hur långt från väggfixturen man väljer att förvara lyftredskapet under byggprocessen är det som fullt ut påverkar belastningstiden. Eftersom detta är en organiseringsparameter så ligger därför belastningstiden utanför projektets avgränsningar, enligt beskrivning under punkt 1.4 Avgränsningar.
44(92)
4.12.2 Belastningsergonomi, dockningsstation
Eftersom företagsledningen självklart har höga ambitioner gällande medarbetarnas hälsa, är kundönskemålet om god belastningsergonomi genom alla produktionsprocesser en högt prioriterad produktegenskap för alla konstruktioner. Därmed har detta varit tongivande även vid utformningen av dockningsstationen. Vilka arbetshöjder sammanfogningen och övriga monteringsmoment på hörnelementen kommer innebära, är inte helt bekräftade. Därför har dockningsstationen designats för att tillåta hjälpmedel som möjliggör arbete med bibehållen god belastningsergonomi, trots variabla arbetshöjder. Vid konstruktionsarbetet av
dockningsstationen har Arbetsmiljöverkets riktlinjer för god belastningsergonomi varit
riktlinje. Det kan även påpekas att monteringsprocesserna i dockningsstationen har få repetitiva arbetsmoment, vilket också är positivt ur ergonomisynpunkt.
4.12.2.1 Arbetshöjd
Utan hjälpmedel skulle medarbetaren tvingas till arbete på höjder som anses mindre lämpliga enligt Arbetsmiljöverkets riktlinjer för belastningsergonomi. Därför har dockningsstationen designats för att tillåta arbetstrappsteg och arbetsplattformar att komma mycket nära de
arbetsområden, där dessa kan kompensera medarbetarens ståhöjd för bevarande av ergonomisk arbetshöjd. Ingen anpassning har gjorts för något unikt trapphjälpmedel, då detta ligger utanför projektets avgränsningar. Dockningsstationen har istället designats för att vanligt utformade arbetsplattformar ska kunna placeras så nära elementen som möjligt. Företaget kan besluta om vilket hjälpmedel som ska köpas in.
Knästående arbete kommer att bli nödvändigt, men underlättas av att dockningsstationen höjer arbetshöjden genom att väggelementen flyttas upp från golvet motsvarande
dockningsstationens höjd. Dockningsstationen har inga delar som sticker ut där knästående arbete kommer ske. Lokalgolvets släta yta blir anläggningsyta mot medarbetarens knän. När det vänstra väggelementet ska spännas fast i dockningsstationen är arbetshöjden cirka 1400 mm för de två övre expanderbultarna och cirka 300 mm för de två nedre. Dessa höjder styrs av utnyttjandet av de för-borrade hålen som elementet har för fasthållning i väggfixturen och är en given förutsättning. En arbetsplattform kan placeras på gaveln av dockningsstationen om så anses nödvändigt, dock är det endast en repetition av arbetsmomentet på respektive höjd som behövs för att fästa elementet vid dockningsstationen.
4.12.2.2 Vikt och underarmsavstånd
Det tyngsta väggelementet väger 170 kg. När väggelementet ställts ner på dockningsstationen ska det fästas mot gavelramen och tryckas mot styr-ramen på insidan av hörnet. För detta behöver medarbetaren dra och skjuta på elementet och blir då ergonomiskt belastad. För att ge en belastningsreduktion genom låg friktion vid hanteringen har dockningsstationen försetts med kulrullar. Underarmsavståndet kommer kunna hållas mycket kort under belastningen då endast vältskydden kan hamna mellan medarbetarens kropp och väggelementet. Höjden trycket anläggs med mot elementet bör vara under elementets tyngdpunkt, för att undvika
momentkrafter runt tyngdpunkten i vertikalled. Tack vare dockningsstationens förhöjning mot golvet flyttas elementets tyngdpunkt upp så övervägande del av det ergonomiska arbetsområdet ligger under tyngdpunkten.
Vältskyddens höjd är har valts efter god funktion och god belastningsergonomi. Höjden på vältskyddet är 1200 mm och vikten 4,6 kg. Höjd och vikt i kombination med
underarmsavståndet 300 mm, vid förflyttning av vältskydden möjliggör att belastningsergonomin hamnar inom det gröna området enligt Arbetsmiljöverkets författningssamling, se Bilaga 1.
45(92)
5 Resultat
Examensarbetes resultat beskrivs i denna rapport som omfattar de processteg enligt avgränsningen som omfattar lyft och sammanfogning av väggelement i byggsystemet,
utvecklat av Husmuttern AB. Arbetets konkreta resultat är designförslag på två konstruktioner för att stödja nödvändiga processteg i utvecklandet av ett komplett byggsystem. De konkreta designresultaten har utformats från de slutliga specifikationer som redovisas separat. Se bilaga 23. Konstruktionsförslagen har utvecklats för att kunna användas av Husmuttern AB i dess planerade verksamhet med mikrofabriker på olika orter och med variabla lokalutformningar. Konstruktionsteamets resultat har genererats genom konceptutveckling, detaljutveckling och val mellan flertalet koncept för både ett lyftredskap och en dockningsstation. För att nå så produktionsklara och kostnadseffektiva konstruktionsförslag som möjligt har
utvecklingsarbetet präglats av en strävan efter ett maximalt utnyttjande av
standardkomponenter. Framtagna konstruktionsförslag presenteras som CAD-modeller och kommer, som sådana att göras tillgängliga för Husmuttern AB.
Utvecklingsarbetet har präglats av högt ställda krav på säkerhet och belastningsergonomi. Studier av gällande regelverk och lagstiftning, tillsammans uppdragsgivarens höga prioritering av säkerhet, har varit styrande av konstruktionsutformningen genom hela arbetet. Detta för att kunna nå målsättningen av ett godkännande för en CE märkning.
Belastningsergonomi och övriga skaderisker har bedömts och värderats som underlag för konstruktionerna och arbetsprocesserna kopplat till dessa, vid flera tillfällen under
utvecklingsarbetet genom riskanalyser.
Huvuddelen av ingående komponenter i båda konstruktionerna är att betrakta som
standardkomponenter. Arbetets definition för standardkomponenter var att dessa skulle finnas som lagervaror hos lokala leverantörer i Eskilstuna. Under arbetets tidsperiod har dock inte alla komponenter kunna hittats som lagervaror lokalt. De komponenter som inte hittats som
lagervaror i Eskilstuna kan dock beställas genom webbshopar. Undersökningen av
lagersortiment har i arbetet endast omfattat webbsökningar av upplagt lagersortiment hos större lokala leverantörer och inte varit en totalundersökning. Det finns därför fortfarande en
möjlighet till att dessa komponenter kan gå att finna lokalt i Eskilstuna. Lagerläggning av artiklar kan även variera med daglig frekvens varför det med säkerhet inte kan konstateras om situationen kommer förändras.
Figur 39 visar konstruktionsförslaget till lyftredskapet enligt slutliga konceptet. Bilder över fler konstruktionsdetaljer kan ses i figurer 7–17, avsnitt 4.9. Figur 40 visar konstruktionsförslaget till dockningsstationen enligt slutliga konceptet. Bilder över fler konstruktionsdetaljer kan ses i figur 18–30, avsnitt 4.10. I avgränsningar, punkt 1.4.8 beskrivs processens start och slut som avgränsar de arbetsmoment som inkluderats- och riskbedömts i arbetet.
46(92)
Ergonomi
BelastningsergonomiFramtagning av konstruktionsförslaget till både lyftredskap och dockningsstation skedde båda med utgångspunkt för god ergonomi. Gällande lyftredskapet påverkas belastningsergonomin av hur arbetsmomentet kring montaget av redskapet på väggelementet organiseras. Detta ligger utanför arbetets avgränsningar och har därför tagits upp under rekommendationer. Arbetshöjder vid monteringen styrs av befintlig väggfixturs höjd i dess horisontella läge och kan därför ej påverkas av lyftredskapets utformning, men hamnar inom fullt acceptabla höjder för bibehållen god belastningsergonomi, för både längre och kortare personer. Bedömningen görs enligt illustration ur Arbetsmiljöverkets föreskrift AFS 2012:2, se bilaga 1.
Gällande dockningsstationen resulterade utgångspunkten av erhållen god belastningsergonomi i produktkrav för friktionssänkande funktion vid manuell hantering av tunga väggelement, samt oproblematiskt användande av hjälpmedel. Detta för att uppnå god belastningsergonomi trots tryck och dragbelastningar från den manuell hantering av tunga väggelement, samt stor
variation av arbetshöjder. Arbetstrappor med individanpassad höjd, arbetskläder med knäskydd samt lågfrekvent arbetsupprepning av momenten bedöms kunna ge fullt acceptabla
belastningsergonomiska påfrestningar för utförande personer.
Olycksrisker
Gällande lyftredskapets utformning för riskreducering av olycksfall, har det konstruerats med ett framstående produktkrav avseende låg vikt och säkra grepp för lyft och förflyttning.
Friktionshöjande gummiyta har inkluderats för att reducera risken att redskapet faller ner under arbetsmomentet att fäste det till väggelementen med expanderbultarna.
Gällande dockningsstationens utformning för riskreducering av olycksfall, har den konstruerats med framstående produktkrav avseende skydd mot krosskador från vältande väggelement. Fastlåsning av väggelement samt stadiga belastningsberäknade vältskydd har därför inkluderats. Inga utstickande delar har accepterats i designen som kan utgöra skaderisker, onaturliga arbetsställningar, hävstångsbelastningar till följd av långa underarms avstånd eller hinder för arbetshjälpmedel.
Figur 40:Konstruktionsförslag för dockningsstation Figur 39:Konstruktionsförslag för lyftredskap
47(92)
Riskanalyser, FMEA
Hela arbetets genomförande har utförts med ett stort fokus på hög säkerhet och god belastningsergonomi. Därför genomfördes riskanalyser tidigt i utvecklingsprocessen och därefter vid flera följande tillfällen vid utvecklandet av både lyftredskap och dockningsstation. En växelvis utveckling mellan produktspecifikationer och riskanalyser resulterade i
framväxandet och definierandet av konstruktionernas slutgiltiga specifikationer, se bilaga 6 och 7. Slutligen genomfördes en riskanalys för kommande produktionsprocess. Denna riskanalys påvisade vissa säkerhetsrisker med dockningsstationen som tidigare inte identifierats på grund av arbetets avgränsningar gällande processen, se punkt 1.4.8. Då reducering eller eliminering av denna risk genom omkonstruktion ej medgavs inom projekttiden, beskrevs dessa med rekommenderade åtgärder under punkt 6.
FEM-analyser
Hållfasthetsanalyser har genomförts på konstruktionernas olika delsystem i CAD-programmet Solidworks, genom dess funktion för finita elementmetoden. Analyserna genomfördes för undersökning av spänningar och deformationer i konstruktionerna, se bilagor 18–21.
Simuleringarna av dockningsstationen samt dess delsystem genomfördes med ansatta krafter, motsvarande faktiska krafter multiplicerade med en säkerhetsfaktor 3 för hög säkerhet. Simuleringen av lyftredskapet genomfördes med ansatta krafter, motsvarande faktiska krafter multiplicerade med 1,25. Säkerhetsfaktorn för lyftredskapet valdes efter studier av
Arbetsmiljöverkets ”Maskindirektivet 2006/42/eg”, i enighet med kravet för statisk
säkerhetsfaktor till CE godkännande av lyftredskap. Dynamisk säkerhetsfaktor har ej beräknats, då aktuella processhastigheter är okända. Lastfallen, vilka baseras på statiska laster med
viktberäkningar från CAD-programmet Solidworks, samt approximativa uppskattningar och är utförda efter bästa förmåga med avsikt på noggrannhet. Analyserna visar att ingen plastisk deformation kommer uppstå på någon av konstruktionerna.
48(92)
6 ANALYS
Examensarbetets syfte var att besvara huvudfrågan:
”Hur bör konstruktionerna för att bistå lyft av väggelement samt produktion av hörnelement till byggsystemet utformas för att möta krav av säkerhet och ergonomi”. Huvudfrågan bedömdes vara för komplex och innehålla för många variabler för att kunna besvaras direkt. Strategin blev därför att dela upp den i flera mindre komplexa frågeställningar. Genom att undersöka och besvara dessa underliggande frågeställningar, bedömdes dessa gemensamt svara mot huvudfrågan. Se delfrågorna under punkt 1.3 Syfte och frågeställningar.
6.1.1 Till vilken grad kommer väggelementen vara färdigställda då de placeras i dockningsstationen?
Under inledande möten med företagets ledning och konstruktör samt studier av CAD modeller av vägg- och hörnelement, väcktes frågan kring i vilken ordningsföljd byggprocessens olika moment behövde utföras, för att inte komponenter skulle vara i vägen för kommande moment. En självklar önskan är givetvis att så många moment som möjligt utförs i den framtagna väggfixturen. I samförstånd konstaterades dock att vissa moment som för de raka elementen kan utföras i väggfixturen skulle inte bli möjliga att utföra på båda de element som skulle bilda ett hörnelement. Helt enkelt därför att konstruktionerna måste till viss del fortfarande vara öppna när elementen ska sammanfogas vinkelrätt mot varandra. Detta kommer att kräva att vissa moment, som för de raka elementen utförs i väggfixturen istället kommer bli nödvändiga att utföra i projektets konstruktion för dockningsstation. Dessa moment kommer alltså direkt att påverka dockningsstationens utformning och blev därför en mycket viktig delfråga för att besvara huvudfrågan.
För att besvara frågan och hålla ner risken av förbisedda detaljer av vikt, framstod ett fältarbete som en bra metod. Fältarbetet genomfördes i företagets lokaler vilket gav flera fördelar. Dels tillgång till exakt det byggmaterial som de slutliga elementen är tänkta att produceras med. Dels medgav detta tät löpande kontakt med ledande konstruktör och företagsledning för frågeställningar och eventuella konstruktionsbeslut.
Fältarbetets praktiska genomförande, utgjordes av att två väggelement till det tänkta
hörnelementet, producerades utan fixtur. Skalan hölls till 1:1 och alla komponenter, förutom isolering inkluderades i elementen. Med två färdiga väggelement utfördes sedan byggprocessen baklänges, genom att komponenter monterades bort, till dess att de två väggelementen kunde sammanfogas till ett hörn.
Komponenter som fick avmonteras var delar av ytterpanelen och högra elementets skivmaterial som bildar innervägg. Måtten för elementens inre lättbalkar fick också ändras, efter dialog med ledande konstruktör, för att möjliggöra arbetsutrymme i elementen för sammanfogning. Därmed betraktades delfråga 1 som besvarad.
6.1.2 Hur bör dockningsstationen utformas för att tillåta färdigställande av hörnelementen?
Fältarbetet svarade primärt på den första frågeställningen. Detta svar gav nu förutsättningarna för vilka arbetsmoment som skulle bli nödvändiga att kunna utföras i dockningsstationen. Den täta kontakten med företaget under fältarbetet resulterade i identifikationen av både latenta och explicita behov från företaget.
Därefter fanns ett tillräckligt bra underlag för att genomföra en QFD (Quality Function Deployment), se Bilaga 4 och funktionsanalys, se Bilaga 5. Sammantaget kunde nu
49(92)
informationen tolkas till mätbara produktegenskaper. Produktegenskapernas mätbara värden sattes upp som mål- respektive marginalvärden för specifikationer, se Bilaga 8, och styr därigenom utformningen av de kommande konceptlösningarna, se Bilaga 10.
Nästa aktivitet blev idé och konceptgenereringsfasen där olika lösningskoncept utformandes och följdes av konceptutvärdering och ett konceptval, se Bilaga 16. För att vara tidseffektiva valdes att genomföra konceptgenerering, konceptutvärdering och konceptval innan dessa ritades upp i CAD program. Det koncept som fick bäst resultat utvecklades vidare och den slutliga utformningen av dockningsstationen ritades upp i CAD.
I samband med konceptval användes Pugh´s-matris, se Bilaga 16. En avvikelse från teorin var att produktegenskapernas mål- och marginalvärden användes istället för benchmarking mot existerande konceptlösningar på marknaden. Koncepten bedömdes alltså som bättre, lika bra eller sämre i förhållande till produktegenskapens målvärden. Detta förfarande valdes på grund av svårigheten att finna lämpliga referensobjekt på befintlig marknad och därför framstod produktspecifikationerna som mer logiska jämförelseobjekt än andra, icke lämpliga koncept på marknaden.
Dockningsstationens dimensioner behöver givetvis vara anpassade efter väggelementens dimensioner, men även ha utrymme för inpassning mot varandra. Panelbrädorna har ett
överhäng mot grundsättningen, vilket medför att dockningsstationen behöver vara förhöjd från golvet. Dockningsstationen behövde utformas så att inget är i vägen vid nersänkning. Därför utformades anläggningsytan för högerelementet större än elementets dimensioner. På så sätt kan högerelementet sänkas ner med liten risk för sammanstötning med vänstra elementet som redan står i dockningsstationen.
Dockningsstationen utformades för att tillåta alla nödvändiga arbetsmoment för att färdigställa ett hörnelement till byggsystemet, samtidigt som den är användarvänlig, okomplicerad och bidrar till en låg skaderisk för både medarbetare och material.
I den senare process-FMEA´n till dockningsstationen framstod dock vissa svagheter gällande handhavande fel. Det finns en risk att expanderbultarna glöms kvar i gavelramen när man lyfter hörnelementet från dockningsstationen. Det finns även en risk att vältskydden inte blir rätt placerade i dockningsstationen. Till dessa problem hittades inga bra mekaniska lösningar. För att minska risken för handhavande fel i dockningsstationen krävs tydliga instruktioner och lärande vilket behandlades i FMEA-analyserna.
Det är viktigt att hörnelementet håller 90˚ för att klara kvalitéts- och toleranskrav. Detta löstes genom att ha delfunktioner i form av styrramar som tillsammans med en gavelram med en fastlåsningsfunktion placerar och låser fast vänstra elementet i rätt position. Högra elementet justeras därefter in med handkraft mot det vänstra elementet, med hjälp av dess del av nämnda styrramar och elementen sammanfogas till ett rätvinkligt hörn.
Genom tankar kring DFA, design for assembly, har inte bara produktionen av hörnelementet omfattats, utan även uppsättningen av en produktionslinje i nya lokaler där dockningsstationen ingår, beaktats. När dockningsstationen ska sättas upp i en lokal ska den fästas med
expanderbult mot golvet i genomgående rör. Fästhålen är placerade för att detta ska kunna ske så obehindrat som möjligt och ge möjlighet att med shims mellan golv och dockningsstationen, väga in denna helt i våg.
50(92)
6.1.3 Hur bör dockningsstationen utformas för att medge god ergonomi och säkerhet vid färdigställande av hörnelementen?
Företagsledningen framhävde att ergonomi och säkerhet är något av det allra viktigaste och högst prioriterade inom verksamheten. Under hela arbetet med dockningsstationen fanns därför ergonomi och säkerhet i åtanke, både genom specifikationer på delsystem som vältskydd och fixering. Men även på mer subjektiva egenskaper så som avsaknad av utstickande delar, vassa kanter och plats för hjälpmedel. Frågeställningen om säkerhet och ergonomi beaktades därför parallellt med frågeställningen om utformning för nödvändiga arbetsmoment.
Dockningsstationen utformades således för att ge plats för arbetstrappor eller arbetsplattformar,