3.6 Konceptgenerering och konceptval
3.7.2 Pen Aided Design (PAD)
Pen Aided Design görs efter att Brain Aided Design har genomförts och innebär att man använder papper och penna för att rita upp den tänkta konstruktionen . I detta stadie kommer 50
framvagnens grova struktur att ritas upp för hand på det sätt som det är tänkt att framvagnen ska se ut. Mer detaljerad konstruktion med korrekta mått sker i 3D-modelleringen.
3.7.3 3D-modellering (CAD)
När BAD och PAD är genomfört inleds 3D-modelleringen i konstruktionsarbetet. Konstruktionen av den standardiserade framvagnen kommer att ske i CAD-programmet Creo 5 Parametric där en 3D-modell kommer att tas fram. Från början var det tänkt att mycket tid skulle spenderas på OP höglunds för att underlätta kommunikationen men p.g.a. Coronaviruset (COVID-19) är detta ej möjligt. Istället får kommunikationen skötas via telefon och e-post.
48 Andreas Ekström, konstruktör OP höglunds
49 Lasse Jacobsson, KAU
50Lasse Jacobsson, KAU
Vid konstruktionen är det viktigt att tänka på att framvagnen ska kunna tillverkas i verkligheten, det får alltså inte bli allt för komplicerade geometrier i CAD-programmet. För att vara säker på att de framtagna komponenterna kommer att kunna tillverkas så kommer det inte att användas någon mer komplicerad geometri än de som används på de befintliga framvagnarna, d.v.s många geometrier kommer att återanvändas. Handledaren på OP höglunds kommer också att granska konstruktionen för att se om den är möjlig att tillverkas.
3.7.4 2D-Ritningsunderlag
När 3D-modellen är färdig kommer 2D-underlagsritningar att tas fram på den standardiserade framvagnen. Även dessa kommer skapas i programmet Creo 5 Parametric.
4. Resultat
4.1 Projektplan
4.1.1 Projektmodell
Fasindelningen kan ses i bilaga A
4.1.2 WBS
WBS-schemat kan ses i bilaga B.
4.1.3 PERT
PERT-schemat kan ses i bilaga C.
4.1.4 Riskanalys
Riskanalysen kan ses i bilaga D.
4.2 Kravspecifikation
Det finns ett antal krav som ställs på den standardiserade framvagnen, dessa är : 51
❖ Framvagnen ska vara kompatibel med axeltillverkarna BPW och ROR samt dess olika varianter
❖ Framvagnen ska kunna utrustas med stående samt liggande stötdämpare
❖ Framvagnen ska kunna utrustas med en PREV-ventil
❖ Framvagnen ska kunna utrustas med en fångvajer
❖ Lufttanken ska kunna monteras på insidan eller utsidan av framvagnen
❖ Elektronik- och luftkomponenter ska kunna monteras på framvagnen
❖ Axelavståndet ska vara minst 1300 mm [26]
Det finns även ett önskemål från handledaren på OP höglunds som ska finnas med på den standardiserade framvagnen. Montörerna i verkstaden på OP höglunds blev frågade om de hade några önskemål och dessa önskemål tillsammans med önskemålen från handledaren är:
❖ Livplåten ska göras högre för att eliminera piedestaler 52
❖ Plåten som elektroniklådan sitter monterad på ska enkelt kunna justeras i sidled. I dagsläget är det svårt att montera locket på elektroniklådan och detta skulle kunna undvikas om lådans position kan ändras. 53
4.2.1 FMEA
En FMEA fastställdes i kravspecifikationen där det framgår vilka risker som kan uppstå i konstruktionen, dess konsekvenser samt vad orsaken är. Den konstruktionsändring som ska fokuseras mest på är infästningen av framvagnens stötdämpare. Anledningen till detta är att det skulle uppstå svåra konsekvenser om fästet till stötdämparna skulle brista. Tillslut kunde 12 risker identifieras och den färdiga FMEA:n kan ses i tabell 7.
51Andreas Ekström, konstruktör OP höglunds
52 Andreas Ekström, konstruktör OP höglunds
53Per-Arne Andersson, montör OP höglunds
Tabell 7: FMEA:n över den standardiserade framvagnen.
Dåligt konceptval Framvagnen går ej
att tillverka 3 8 1 24 Läs mer om
modularisering
2
Axelavståndet är för
kort Ej undersökt vilka regler som gäller Framvagnen får ej
användas i trafiken 1 9 6 54 Flytta axelfästena närmare varandra
3
Alla axeltyper passar inte
Standardiseringen av detta moment är för komplicerat
brister Dåligt utformad konstruktion Framvagnen
kollapsar 2 10 7 140 Konstruera om
flyttas enkelt Dåligt konceptval Onödig tid vid
montering 1 3 1 3 Konstruera om fästet
Standardiseringen av detta moment är för komplicerat
Standardiseringen av detta moment är för komplicerat
Det finns ingen praktisk plats att montera den
Det finns inget praktiskt sätt att montera den
Andra förändringar tillåter inte denna förändring lufttank och axel kan ej ändras
Ramen på framvagnen kan ej ändras Risk att lufttanken
slår i axeln 3 7 2 42
Modifiera fästet till tanken när den ska monteras
4.2.2 Funktionsanalys
Funktionsanalysen framställs i början av projektet och har till uppgift att berätta vilka funktioner som den standardiserade framvagnen ska ha. Funktionsanalysen resulterade i en tabell med 13 olika funktioner, se tabell 8.
Tabell 8: Funktionsanalysen över den standardiserade framvagnen.
Verb Substantiv Klass Kommentar
Tillåt Montering av stående och liggande stötdämpare N
Underlätta Montering Ö Underlätta för montörerna
Tillåt Montering av fångvajer N
Tillåt Montering av axeltyperna ROR och BPW N Samt alla dess olika varianter
Erhåll Axelavstånd på minst 1300 mm N
Tillåt Enkel förflyttning av elektroniklåda Ö Förflyttning i sidled
Erhåll Låg vikt Ö
Erhåll Högre livplåt N
Eliminera Piedestaler N
Erbjud Enkel montering av el- och luftkomponenter Ö Ventiler, kontakter osv.
Tillåt Montering av PREV-ventil N
Tillåt Montering av lufttank på både insidan och utsidan N Erhåll Större avstånd mellan lufttank och axel Ö
4.4 Konceptgenerering och konceptval
4.4.1 Braindrawing
Braindrawing genomförs för två olika fall, ena fallet är att ta fram en lösning för att enkelt kunna förflytta elektroniklådan i sidled och det andra fallet är att ta fram ett universalfäste för lufttanken.
Egentligen ska metoden genomföras i omgångar där deltagarna tar inspiration från varandra inför nästkommande omgång men eftersom de flesta lösningar som togs fram under första omgången bygger på samma princip finns ingen mening med att återupprepa metoden[25].
På dagens framvagnar så sitter fästplåten till elektroniklådan fastsvetsad i underkant på en bockad plåt, se figur 15.
Figur 15: Fästplåten till elektroniklådan (rödmarkerad) monterad på den bockade plåten.
Resultatet av den första omgången, som handlar om förflyttning av elektroniklådan, kan ses i figur 16 och figur 17.
Figur 16: Blad 1 från den första omgången av braindrawing.
Figur 17: Blad 2 från den andra omgången av braindrawing.
Av dessa 13 idéer väljs fyra idéer ut och de är : Idé 1 (nr 6 i blad 1)
Här illustreras att fästplåten kan glida i ett spår som är utskuret i den bockade plåten. Fördelen med denna idé är att fästplåten sitter stabilt men nackdelen är att den blir svår att
tillverka. Det finns färdiga T-profiler att köpa från bl.a. BE-group[27][28] men några lämpliga dimensioner finns ej att tillgå.
Idé 2 (nr 10 i blad 2)
Här monteras fästplåten med ett kardborreband. Fördelen är att fästplåten kan plockas bort från framvagnen vid behov men nackdelen är att den riskerar att lossna om lastbilssläpet färdas på en ojämn väg.
Idé 3 (nr 11 i blad 2)
Denna idé påminner om hur Scania arbetar. En lärare på Karlstad Universitet berättar att Scania54 använder ett standardiserat avstånd mellan monteringshålen på deras lastbilar, detta avstånd är 50 [mm] mellan hålens centrum[29]. Fördelen med denna idé är att det är lätt att implementera lösningen, det enda som behöver göras är att borra ett antal hål i den bockade plåten samt borra två hål i fästplåten. Nackdelen är dock att det lätt kan samlas smuts i de hål som inte används.
Idé 4 (nr 13 i blad 2)
Denna idé påminner om idé nr 11 men skillnaden är att det skärs ut ett långt spår istället för flera mindre hål. Fördelen med denna idé framför idé 11 är att det finns en större valmöjlighet när man vill placera fästplåten. Fästplåten låses fast genom att de två genomgående skruvarna dras åt.
54Johan Strandberg, Karlstad Universitet
Nästa omgång av braindrawing ägnades åt att ta fram ett universalfäste till lufttanken som möjliggör att den kan monteras på både in- och utsidan av framvagnen. I figur 18 illustreras hur fästet ser ut i dagsläget
Figur 18: Fästet till lufttanken sitter svetsade på en kvadratisk tvärbalk, i detta fall är lufttanken monterad på utsidan.
Resultatet av den andra omgången, som handlar om att ta fram ett universalfäste till lufttanken, kan ses i figur 19 och figur 20.
Figur 19: Blad 1 från den första omgången av braindrawing.
Figur 20: Blad 2 från den första omgången av braindrawing.
Det väljs ut 4 idéer som som kommer att gå vidare till konceptvalet, dessa är:
Idé 1 (nr 2 i blad 1)
Denna idé valdes ut eftersom den är enkel att tillverka, dock finns risken att lufttanken hamnar för nära marken om den placeras rakt under tvärbalken.
Idé 2 (nr 3 i blad1)
Denna idé anses vara bra då den är lätt att tillverka samt att en hög stabilitet erhålls.
Idé 3 (nr 6 i blad 1)
Denna är också lätt att tillverka, nackdelen är dock att den kommer inte att vara vidare stabil.
Idé 4 (nr 14 i blad 2)
Den sista idén som valdes ut innebär att fästet träs på tvärbalken vilket betyder att det inte behöver hållas i vid svetsning samt att det ger en hög stabilitet. Dock blir tillverkningen av detta fäste komplicerat.
4.4.2 Idéskiftesmetoden (6-3-5 metoden)
Idéskiftesmetoden genomförs för att få fram en lösning som hindrar axeln från att nå sitt maximala läge. Metoden genomförs med tre personer i programmet “Google teckningar”. Resultatet av metoden visas i figur 21, 22 och 23.
Figur 21: Blad 1 som används i 6-3-5 metoden.
Figur 22: Blad 2 som används i 6-3-5 metoden.
Figur 23: Blad 3 som används i 6-3-5 metoden.
Efter att noggrant ha gått igenom alla idéer som genererades valdes fyra olika idéer ut. Samtliga idéer hämtades från blad 1 och blad 3, se figur 24 resp 25.
Figur 24: 1 idé valdes ut från blad 1.
Figur 25: 3 olika idéer valdes ut från blad 3.
Idé 1 (nr 2 i figur 24)
Denna idé innebär att elastiska band ska löpa under axelkroppen. Eftersom dessa band är elastiska bromsas axelns rörelse gradvis innan det tar stopp, vilket är bättre jämfört med om det blir ett plötsligt stopp. Nackdelen är det blir svårt att fästa banden på axelkroppen på ett bra sätt.
Idé 2 (nr 1 i figur 25)
Denna idé används idag och innebär att en vajer löper under axeln. Fördelen är att det är en enkel och billig utformning men nackdelen är att det blir ett plötsligt stopp när axeln har nått sitt maximala fjädringsläge.
Idé 3 (nr 2 i figur 25)
Här vilar axeln i ett genomslagsgummi när den nått sitt maximala fjädringsläge. Fördelen är att gummit medger ett dämpat stopp men det innebär också att ett nytt fäste till genomslagsgummit måste konstrueras.
Idé 4 (nr 3 i figur 25)
En vajer som sitter fäst i vardera ände på stötdämparen. Fördelen är att det inte behöver vara någon lång vajer men svårigheten blir att ta fram en vajer som passar till alla olika stötdämpare, oavsett om de är placerade bakomstående eller liggande.
4.4.3 Konceptval
När 4 olika idéer är utvalda på de tre olika delfunktionerna är det dags att kombinera dessa till färdiga koncept, detta görs med hjälp av en morfologisk matris. Med inspiration tagen från Johannesson[14] kan resultatet illustreras i tabell 9.
Tabell 9: Morfologisk matris med framtagna koncept.
Den morfologiska matrisen resulterar i 4 olika koncept där varje koncept motsvaras av en färg. För att generera koncepten används de idéer som verkade mest genomförbara. Idé 1 och idé 4 på delfunktionen “Stoppa axelns rörelse” ansågs vara svåra att tillämpa i verkligheten och därför ingår de inte i något koncept. Idé 1 på delfunktionen “Förflytta elektroniklådan” anses vara för svår att tillverka och känns opraktisk då den kan vara svår att plockas ut ur spåret. Idé 4 på delfunktionen
“montering av lufttank” ansågs vara allt för komplicerad att tillverka och därför används den inte i något koncept.
Egentligen kan konceptgenereringen genomföras på varje delfunktion istället för på hela konstruktionen. Dock visar det sig att idéerna som togs fram på varje delfunktion, m.h.a braindrawing och 6-3-5 metoden, var så lika varandra att de inte behövde utvecklas vidare
För att välja ett koncept så ska Pugh´s relativa beslutsmatris användas där de fyra framtagna koncepten jämförs mot en referens. Referensen kommer vara en redan befintlig framvagn där en fångvajer används och fästet till elektroniklådan ser ut enligt figur 15 och fästet till lufttanken ser ut enligt figur 18. Med hjälp av Johannesson [14] kan den morfologiska matrisen ställas upp enligt tabell 10.
Tabell 10: Pugh’s relativa beslutsmatris.
Utifrån Pugh´s relativa beslutsmatris framgår det att koncept nr 2 kommer att användas och för att sammanfatta det vinnande konceptet kan följande sägas:
❖ För att stoppa axeln från att nå sitt maximala läge kommer, som tidigare, en fångvajer under axeln att användas.
❖ Fästplåten till elektroniklådan kommer att kunna löpa i en skena och den fästs på önskad position med hjälp av skruvförband.
❖ Fästet till lufttanken kommer att bestå av en bockad plåt som med hjälp av svetsförband monteras på tvärbalkens undersida.
4.5 Konstruktion
För att skapa en tydlig bild på vad de stora utmaningarna är definieras följande krav:
❖ Framvagnen ska vara kompatibel med axeltillverkarna BPW och ROR. Axelkroppen sitter fastsvetsad i ramen på framvagnen i ena änden och i andra änden sitter den fastmonterad i luftbälgen som i sin tur är fastskruvad i framvagnens ram, axelkroppen är inringad i figur 26.
Det som varierar beroende på vilken axeltyp som används är att dess axelkroppar har olika längd, pilarna i figur 26 visar vilken riktning som längden varierar. Avståndet mellan axlarna är alltid detsamma, det vill säga 1320 [mm]. Detta mått är en standard på OP höglunds. 55
Figur 26: Illustration av hur axelkroppen är infäst samt i vilken riktning som dess storlek varierar.
❖ Stötdämparna ska kunna placeras liggande och bakomstående. De liggande stötdämparna fästs i axelkroppen och har ingen direkt koppling till framvagnens ram, se figur 27, och kräver därmed ingen konstruktionsändring hos framvagnen.
55 Andreas Ekström, konstruktör OP höglunds
Figur 27: Liggande stötdämpare.
De bakomstående stötdämparna är fästa i ramen på framvagnen, se figur 28, vilket innebär att en konstruktionslösning behöver göras för att de olika stötdämparfästena kan monteras på framvagnen.
Figur 28: Stående stötdämpare.56
4.5.1 Brain Aided Design (BAD)
För att börja konstruktionsarbetet analyseras ritningsunderlag på befintliga framvagnar. Det
undersöks vad de har gemensamt och vad som kan återanvändas i den standardiserade framvagnen.
Tvärbalkarna som bland annat lufttanken sitter monterad på är något som kommer att återanvändas i
56Källa: OP höglunds
den standardiserade framvagnen. Däremot kommer fästen för luftbälgar och basplåtens utseende att förändras.