Utveckling av demoutrustning för MOVI-C

Örebro universitet Örebro University

Institutionen för School of Science and Technology naturvetenskap och teknik SE-701 82 Örebro, Sweden

701 82 Örebro

Examensarbete, 15 högskolepoäng

Utveckling av demoutrustning för MOVI-C

Maskiningenjörsprogrammet, 180 högskolepoäng Örebro vårterminen 2018

Examinator: Christer Korin

Sammanfattning

SEW-Eurodrive (SEW) är ett företag som tillverkar och säljer produkter inom området elmotorer, växellådor, decentraliserad elektronik, motion control (styrning av drivsystem), frekvensomformare och servosystem. SEW-Eurodrive har i dagsläget ett flertal olika

demoutrustningar för att visa olika produkters funktioner för kunder på industrimässor. Under år 2017 lanserade SEW sin nya produktfamilj, MOVI-C, inom drivelektronik. På grund av detta har en ny en komplett demoutrustning för MOVI-C utvecklats i detta projekt för att visa upp funktionerna av produktfamiljen för kunder på industrimässor. Det var sedan tidigare bestämt av teknikavdelningen på SEW hur den nya produktfamiljen skulle demonstrera sina funktioner.

Projektet började med att utveckla en kravspecifikation med de krav som ställdes på demoutrustningen. Det var krav så som att den ska passa i en transportlösning och på ett tydligt sätt visa vad som demonstreras. Utifrån denna kravspecifikation har sedan en konceptgenerering gjorts. För att hitta så många helhetskoncept som möjligt har problemet brutits ner i delproblem som sedan försöktes lösas med flera dellösningar. Dellösningarna utvärderas först enskilt för att eliminera olämpliga dellösningar. I samråd med

teknikavdelningen på SEW valdes några helhetskoncept ut för vidare urval genom en viktad urvalsmatris. Den viktade urvalsmatrisen betygsatte de olika helhetskoncepten inom olika kriterier och genom detta har ett helhetskoncept valts ut.

En 3D-modell skapades av det utvalda helhetskonceptet och enklare hållfasthetsberäkningar, tyngdpunktsberäkningar och projekteringsberäkningar gjordes. Tillverkningsunderlag i form av ritningar och beställningslistor har tagits fram av det helhetskoncept som urvalet

resulterade i. Möjliga vidareutvecklingar av det resulterande helhetskonceptet är

förstyvningsvinklar som skulle göra konstruktionen mer stabil samt undersöka lösningarna för transporthjul mer.

Abstract

SEW-Eurodrive (SEW) is a company that manufactures and sells products in the field of electric motors, exercise electric motors, gearboxes, decentralized electronics, motion control, frequency converters and servo systems. SEW-Eurodrive currently has a number of different demo equipment to show different product features for customers at industrial fairs. In year 2017, SEW launched its new product family, MOVI-C, in driving electronics. Because of this, a new, complete MOVI-C demo device has been developed in this project

to show the features of the product family for customers at industry fairs. Before the project started the engineering department at SEW had already decided how the new demo device would demonstrate the new product family's functions.

The project started with the development of a requirement specification for the demo unit. Among the requirements were that the demo unit would

fit in a transport solution and clearly show what is being demonstrated. Based on this requirement specification, a concept generation was made. To find as many conceptions as possible, the main problem was broken down into problems, in which multiple sub-solutions attempted to resolve. The sub-sub-solutions were first evaluated individually to eliminate inappropriate sub-solutions. In consultation with the engineering department at SEW, some overall concepts were selected for the continued selection process through a weighted selection matrix. The weighted selection matrix rated the different concepts in a variety of criteria, and through this a whole concept has been chosen.

A 3D model was created by the selected overall concept and simpler strength calculations, center of gravity calculations and design calculations were made. Manufacturing

documentation in the form of drawings and order lists have been produced.

Possible further developments of the resulting overall concept are stiffening angles that would make the structure more stable, as well as investigate the solutions for transport wheels more.

Förord

Detta examensarbete utfördes under våren 2018 på maskiningenjörsprogrammet vid Örebro universitet. Projektet var riktat mot produktutveckling/konstruktion och genomfördes hos SEW-EURODRIVE AB i Jönköping. Projektet att utveckla en ny demoutrustning var lärorikt, kul och utmanande. Jag vill tacka för möjligheten att få arbeta med denna uppgift och

speciellt mina handledare Henrik Peterson och Erik Gustafsson. Jag har känt mig välkommen av personalen på kontoret hos SEW då många har stannat upp och pratat med mig om arbetet. Jag har fått en bild av hur en god arbetsplats ska se ut!

Jag vill också passa på att tacka min handledare vid Örebro universitet, Patrik Karlsson, tack för hjälpen under arbetets gång.

Innehållsförteckning

1.2.3 Frågeställning, syfte och mål ... 9

2 BAKGRUND ... 10

2.1 Problemet ... 10

2.2 Vad har företaget gjort tidigare ... 10

2.2.1 Demoutrustning ... 10

2.2.2 Utbildningsvinklar ... 10

2.2.3 Demoutrustning från SEW-Eurodrive GmbH ... 11

2.2.4 Konstruktioner i MiniTec-profiler ... 12

2.3 Vad har andra gjort tidigare ... 14

2.4 Beskrivning av teknikområdet ... 14

2.5 Maskindirektivet, säkerhet ... 15

3 TEORI - ALLMÄNT ... 16

3.1 Verktyg... 16

3.1.1 CAD – Computer Aided Design ... 16

3.1.2 FEM – Finita elementmetoden ... 16

3.1.3 Planerings- och projekteringsverktyg ... 16

3.2 Tyngdpunktsberäkning ... 17

3.3 Konstruktionsutvecklingsprocessen ... 18

3.4 Konceptgenereringsmetoder ... 19

3.4.1 Brainstorming ... 19

3.4.2 Morfologisk matris ... 19

3.5 Konceptutvärdering och urval ... 20

3.5.1 Värdemetoden ... 20

3.5.2 Beslutsmatris ... 20

3.5.3 Övriga beräkningar och tester ... 20

4 METOD OCH GENOMFÖRANDE ... 21

4.1 Projektplanering och kravspecifikation ... 21

4.1.1 Krav och önskemål ... 21

4.2 Konceptgenerering ... 22

4.2.1 Nedbrytning av huvudproblem till delproblem ... 22

4.2.2 Brainstorming och idégenerering ... 22

4.2.3 Morfologisk matris ... 22

4.2.4 Idévisualisering genom 3D-modellering ... 22

4.3 Reducering av antal koncept ... 22

4.3.1 Värdemetoden ... 23

4.3.2 Beräkning och tester ... 23

4.3.4 Utvalda koncept ... 24 4.3.5 Urvalsmatris / beslutsmatris ... 24 4.4 Konceptutveckling ... 24 4.4.1 Vidareutveckling av tyngdpunktberäkning ... 24 4.4.2 Mått och dimensioner ... 25 4.4.3 Projekteringsberäkning ... 25 4.4.4 FEM-beräkning ... 25 4.4.5 Tillverkningsunderlag ... 25 5 RESULTAT ... 26 5.1 Delresultat av kravspecifikation ... 26

5.2 Delresultat av nedbrytning till delproblem ... 27

5.3 Delresultat av morfologisk matris ... 28

5.4 Delresultat av brainstorming och idégenerering ... 29

5.4.1 Fäste för kuggremshjul ... 29

5.4.2 Montering av komponenter ... 31

5.4.3 Design ... 31

5.4.4 Profiler ... 31

5.4.5 Konstruktionsdelproblem och användarvänlighetsproblem ... 32

5.5 Delresultat av värdemetoden ... 34

5.6 Delresultat av beräkning och tester ... 36

5.6.1 Tyngdpunksberäkning ... 36

5.6.2 Transporthjulstest ... 36

5.6.3 Delresultat av FEM-analys av olika dellösningar av ramverket ... 36

5.7 Delresultat av reducerad morfologisk matris ... 38

5.8 Delresultat av utvalda helhetskoncept ... 38

5.9 Delresultat av viktad urvalsmatris ... 39

5.10 Slutgiltigt helhetskoncept ... 40

5.10.1 Tyngdspunkberäkning ... 40

5.10.2 Mått och dimensioner ... 40

5.10.3 Projekteringsberäkning ... 40

5.10.4 FEM-Beräkningar ... 40

5.10.5 3D-modell och visualisering ... 42

5.10.6 Tillverkningsunderlag ... 43

6 DISKUSSION ... 44

6.1 Värdering av resultat och metodval ... 44

6.2 Fortsatt arbete och förslag till förbättring ... 48

7 SLUTSATSER ... 50

BILAGOR

A: Gantt-schema B: Ritningar

1

Inledning

1.1 Företaget

SEW-EURODRIVE AB är ett helägt dotterbolag till SEW-EURODRIVE GmbH i Tyskland, som tillverkar och säljer produkter inom drivutrustningar till industrin. Koncernen omsätter 30 miljarder med över 17 000 anställda och finns i 51 olika länder. SEW:s svenska

huvudkontor samt monteringsfabrik finns sedan år 1968 i Jönköping som då var det första kontoret utanför Tyskland. Företagets försäljningskontor är belägna i Stockholm, Göteborg, Malmö, Jönköping och Skellefteå. SEW i Sverige har idag ett åttiotal anställda, omsätter 350 miljoner svenska kronor och har ett AAA-produktprogram inom området elmotorer,

växellådor, decentraliserad elektronik, motion control (styrning av drivsystem),

frekvensomformare och servosystem. Företaget skräddarsyr lämpliga lösningar åt kunder på förfrågan. Detta examensarbete har genomförts hos teknik- och underhållsavdelningen på huvudkontoret i Jönköping. [1]

1.2 Projektet 1.2.1 Bakgrund

Under år 2017 släppte SEW-Eurodrive sin nya produktfamilj för drivelektronik, MOVI-C, som inkluderar ny hårdvara i form av motion control och frekvensomformare samt ny mjukvara. Denna nya produktfamilj har utvecklats för att optimera drifter i olika

applikationer. SEW-Eurodrive i Sverige har i dagsläget flertalet demoutrustningar framtagna för att visa olika produkters funktioner för kunder på industrimässor, se Figur 1 nedan för exempel på enklare existerande demoutrustning. I dagsläget saknas däremot en komplett demoutrustning för att påvisa funktioner av MOVI-C.

1.2.2 Projektet

Projektet innefattar att utveckla en konstruktion för en helt ny komplett demouppsättning för MOVI-C. Demoutrustningen ska bestå av en demonstration av ett drivsystem som ska vara uppbyggt med två stycken likadana uppbyggda drifter, placerade ovanpå varandra. De två drifterna ska bestå av två stora kuggremmar som även ska ha var sin medbringare monterad på ett ställe av remmen som går i samma bana som de andra medbringarna. Medbringarna kan alltså inte passera varandra utan kommer i så fall krocka med varandra. Kuggremmarna ska röra sig med hjälp av två lika stora kuggremshjul var, där ett av kuggremshjulen ska driva kuggremmen med hjälp av en servomotor. Servomotorn är styrd av en MOVI-C motion controller och frekvensomformare som sedan ska programmeras på ett sätt som visar hur väl de klarar av att positionera medbringarna emot varandra. Servomotorn ska driva den stora kuggremmen med hjälp av en mindre kuggrem. Se Figur 2 nedan där en skiss av hur kuggremmarna ska vara positionerade med de monterade medbringarna samt driften från servomotorn visas framifrån i a) och uppifrån på en av de två likadana drifterna i b). En användarpanel i form av pekskärm ska finnas på demoutrustningen som ska göra att kunden kan testa de olika funktionerna hos produktfamiljen på industrimässor. Servomotor, pekskärm och komponenter ur produktfamiljen har tidigare valts ut av teknikavdelningen. Även

uppbyggnaden av drivsystemet som ska demonstreras har tidigare bestämts av teknikavdelningen.

Figur 2. Beskrivning av uppbyggnad av demostation av drivsystem. Sett framifrån i a) och sett uppifrån på en av två drifter i b).

1.2.3 Frågeställning, syfte och mål

Teknikavdelningen har, som beskrevs 1.2.2, redan bestämt vad och hur det ska demonstreras. Det kvarstående problemet för att lyckas utveckla en demoutrustning är att utveckla en konstruktion till demoutrustningen samt att tillverka den.

Frågan som har hanterats under projektet är alltså hur en demoutrustning på bästa sätt ska konstrueras utifrån det som har beskrivits i 1.2.2 samt de krav och önskemål som finns på den vilket presenteras i en kravspecifikation under avsnitt 4.1.1 Tabell 2. Syftet med att avhandla denna fråga är för att framställa en väl fungerande konstruktion för demoutrustning av MOVI-C. Målet med projektet är utveckla ett konstruktionskoncept samt ta fram

tillverkningsunderlag för detta koncept. Företaget har intresse av frågeställning då den kan kopplas till försäljning ur produktfamiljen MOVI-C.

2

Bakgrund

2.1 Problemet

En industrimässa är en regelbunden återkommande utställning av produkter och har till syfte att skapa nya kontakter och framtida affärer mellan kunder och företag som säljer de utställda produkterna [2]. Alltså är det viktigt för företag att kunna visa sina senaste produkter för att skapa nya kontakter och affärer samt vara konkurrenskraftiga. Eftersom SEW saknar en komplett demoutrustning av sin nya produktfamilj MOVI-C kan detta leda till förluster av möjliga kontakter och affärer på industrimässor.

2.2 Vad har företaget gjort tidigare 2.2.1 Demoutrustning

SEW-Eurodrive i Sverige har inte tidigare utvecklat någon dynamisk programmerad demoutrustning utan har använt sig av enklare demonstration av sina produkter utan någon idrifttagning. Se kapitel 1.2.1 Figur 1 där en enklare existerande demoutrustning som tidigare har utvecklats av SEW-Eurodrive i Sverige visas. Denna demoutrustning har utvecklats direkt från tanke till verklighet utan någon brainstorming, konceptgenerering eller med hjälp av något CAD-verktyg. Detta beror till stor del av att företaget inte arbetar med konstruktion i sitt vardagliga arbete och saknar därför verktyg inom detta område, enligt Henrik Peterson på SEW-Eurodrive i Jönköping.

2.2.2 Utbildningsvinklar

Företaget har däremot utvecklat så kallade ”utbildningsvinklar” vilka har fått sitt namn då de används i utbildningssyfte. Dessa utbildningsvinklar har ofta en dynamisk demonstration av styrning av elmotorer. Vid utbildningar får deltagarna lära sig att programmera och styra elmotorerna i utbildningsvinkeln. Se Figur 3 nedan där två olika existerande

utbildningsvinklar visas i a) och i b). Utbildningsvinklarna har inte utvecklats med CAD-verktyg eller med ritningar utan har byggts ihop direkt från tanke till verklighet i verkstaden i Jönköping.

Figur 3. Exempel på två olika utbildningsvinklar i a) till väster och b) till höger som företaget tidigare har utvecklat.

2.2.3 Demoutrustning från SEW-Eurodrive GmbH

Enligt Henrik Peterson på SEW-Eurodrive i Sverige har moderbolaget SEW-Eurodrive GmbH i Tyskland tidigare utvecklat dynamisk programmerad demonstrationsutrustning för att visa olika produkters kapacitet kring positionering och styrbarhet. De har alltså utvecklat liknande demoutrustning som utvecklas i detta projekt. Med vilken metod eller hur dessa

demoutrustningar har blivit utvecklade finns ingen information om i dagsläget. Dessa demoutrustningar skickas mellan de olika dotterbolagen runt om världen för att demonstrera de olika produkterna på industrimässor. Problemet för SEW i Sverige med dessa tyska

demoutrustningar är att de ofta är bokade på andra större mässor i andra länder och blir därför svåra att få tag på och använda vid industrimässor i Sverige. I Figur 4 a) och b) nedan visas två olika exempel på demoutrustning som det tyska moderbolaget SEW-EURODRIVE GmbH tidigare har utvecklat. I denna demoutrustning ska positioneringen och toleranssäkerheten av SEW:s produkter demonstreras. Bilden är tagen på en industrimässa i Göteborg år 2009.

Figur 4. I a) och b) visas två olika exempel på demoutrustning som SEW-EURODRIVE GmbH tidigare har utvecklat. Foto: Henrik Petersson vid industrimässa 2009, bilden används med tillåtelse från ägaren.

2.2.4 Konstruktioner i MiniTec-profiler

Underhållsavdelningen på företaget har tidigare utvecklat och tillverkat många konstruktioner i MiniTec-profiler för olika ändamål. Därför önskar företaget att demoutrustningen

konstrueras i MiniTec-profiler, se 5.1 för kravspecifikation. Det finns även andra fördelar med att använda MiniTec-aluminiumprofiler som till exempel dess smidighet och flexibilitet att lägga till eller ta bort komponenter i efterhand, justera och ställa in, vilket också anses vara att önskemål för demoutrustningen [3]. Krav och önskemål diskuteras i avsnitt 5.1. I Figur 5 nedan visas exempel på MiniTec-profiler. Även utbildningsvinklarna som presenterades i avsnitt 2.2.2, Figur 3 är konstruerade i MiniTec-profiler. Dessa profiler är tillverkade i aluminium och använder sig av ett modulsystem med fästelement och profiler. [3]

Figur 5. Exempel på MiniTec-profiler

I monteringsfabriken i Jönköping finns två monteringslinjer där många arbetsstationer, transportvagnar, transportband, förvaringshyllor, verktygshållare med mera har konstruerats i MiniTec-profiler. Vid utvecklingen av dessa produkter har underhållsavdelningen några fåtal gånger använt sig av brainstorming med skisser och ritningar för att få fram den bästa konstruktionen. Inga hållfastighetsberäkningar brukar göras, däremot har experimentella hållfasthetstester gjorts i några enstaka fall. Enligt Henrik Peterson på SEW-Eurodrive i Jönköping har dock konstruktionerna byggts direkt från tanke till verklighet utan att ha använt sig av någon brainstorming, 3D-modellering eller ritningar. I Figur 6 a) nedan presenteras ett exempel på arbetsbänk hos underhållsavdelningen på SEW i Jönköping som är konstruerad i MiniTec-aluminiumprofiler. I Figur 6 b) nedan presenteras ett exempel på förvaringhylla i monteringsfabriken hos SEW i Jönköping som är konstuerad i MiniTec-aluminiumprofiler.

Figur 6. I a) visas exempel på arbetsbänk konstruerad i MiniTec-profiler och i b) visas exempel på förvaringshylla konstruerad i MiniTec-profiler i monteringsfabriken hos SEW i Jönköping.

I Figur 7 a) nedan presenteras ett exempel på transportvagn och i Figur 7 b) nedan presenteras en arbetsstation i monteringsfabriken hos SEW i Jönköping, som båda är konstuerad i

MiniTec-aluminiumprofiler.

Figur 7. I a) visas exempel på transportvagn och i b) visas exempel på arbetsstation i monteringsfabriken hos SEW i Jönköping, som båda är konstruerad i MiniTec-profiler.

2.3 Vad har andra gjort tidigare

Företag inom industribranschen vill vara konkurrenskraftiga, varför det finns det många olika demoutrustningar som företag tidigare utvecklat för att demonstrera sina produkter [2]. Enligt Henrik Peterson på SEW-Eurodrive har SEW:s konkurrent NORD Systems AB tidigare utvecklat andra typer av demonstrationsutrustningar av sina produkter. En lösning för att demonstrera ett drivsystem hittades hos NORD Drivesystems AB på en industrimässa, se Figur 8 a) nedan där deras demonstrationsutrustning visas. Ett annat exempel på

demoutrustning som Nord Drivesystems AB tidigare utvecklat som visas i Figur 8 b). Detta är en demonstration av deras elmotorer som ska styra en konstruktion på ett sätt som ska

illustrera hur en bil rör sig i ett sammankopplat tv-spel.

Figur 8. Exempel på demoutrustning som NORD Drivesystems AB har utvecklat tidigare. I a) demonstreras ett drivsystem och i b) demonstreras motorer som styr en konstruktion på ett sätt som ska illustrera hur en bil rör sig i ett sammankopplat tv-spel. Bilderna används med tillåtelse från Nord Drivesystems AB.

2.4 Beskrivning av teknikområdet

För att erhålla ett så bra och utarbetat koncept som möjligt krävs kunskap inom många olika områden. Vid utveckling av nya produkter och konstruktioner krävs kännedom för hur ett sådant arbete kan planeras och vilka steg som bör ingå. För att enklare kunna förklara och visualisera de olika koncepten krävs kunskap inom CAD-modellering. För att kunna framställa tillverkningsunderlag i form av ritningar med mera, krävs kunskap inom ämnet ritteknik.

För att produkten ska fungera väl i verkligheten måste utvecklingen av produkten vara väl genomarbetad. För en dynamisk demoutrustning som ska vara placerad bland människor är det extra viktigt med säkerhetsanalys och hållfasthetsberäkningar samt att produkten konstrueras efter detta. Val av material och komponenter är också en viktig del för att de dynamiska delarna av produkten ska fungera väl. Information om allt detta erhålls genom kunskaper i materiallära, ellära, matematik, mekanik och hållfasthetslära. Under detta projekt kommer även en del lagar inom maskinsäkerhet behandlas.

2.5 Maskindirektivet, säkerhet

För att en produkt ska klassas som en maskin krävs enligt arbetsmiljöverkets maskinföreskrift AFS 2008:3 §1 a), att det är ”en sammansatt enhet som är utrustad med eller avsedd att utrustas med ett drivsystem som inte utgörs av direkt drivkraft från människa eller djur och består av inbördes förbundna delar eller komponenter, varav minst en rörlig, som är

sammansatta för ett särskilt ändamål”. Alltså omfattas demoutrustningen som utvecklats i detta projekt av denna föreskrift, som är grundad på maskindirektivet 2006/42/EG. I denna föreskrift framgår vad för krav demoutrustningen ska uppfylla för att kunna släppa den på marknaden eller ta i drift. Det är allt från hälso- och säkerhetskrav till CE-märkning och krav på bruksanvisning. I detta projekt har konstruktionen utvecklats utifrån denna föreskrift, för att undvika risker inom grundläggande hälso- och säkerhetskrav. [4]

3

Teori - Allmänt

Den vetenskapliga delen i detta arbete fokuserade på att undersöka olika lösningskoncept för att sedan göra urval för att hitta den bästa konstruktionen. Även tidigare konstruktioner har hittats och undersökts, se avsitt 2.2 och 2.3. Den teori som användes i detta projekt handlar i största del om hur ett produktutvecklingsprojekt går till och vilka analyser och metoder som kan användas. Nedan förklaras ett antal verktyg och metoder som har använts under projektet.

3.1 Verktyg

3.1.1 CAD – Computer Aided Design

För att visualisera, konstruera och designa objekt och produkter är CAD ett verktyg som tillämpar sig väl för detta. CAD-modellen kan jämföras med verkliga objekt och kan i många fall ersätta prototypsteget vid produktutveckling. Modeller kan bestå av solida objekt eller ytor och de kan ritas i både 2D och 3D. Verktyget har bland annat underlättat ingenjörernas konstruktionsarbete eftersom modellerna enkelt kan omvandlas till tillverkningsunderlag. Ritningar kan enkelt ändras i efterhand till skillnad från handritade ritningar. Tack vare CAD-programmen har produktiviteten blivit bättre, produkter har fått högre kvalitet och lägre utvecklingskostnader. [5, 6]

I detta projekt kommer ett CAD-verktyg som heter Creo Parametric 2.0 användas. Denna mjukvara är utvecklad och säljs av ett företag som heter PTC. PTC finns i 30 länder och har ca. 6000 anställda. [7]

3.1.2 FEM – Finita elementmetoden

Finita elementmetoden förkortat FEM är en numerisk metod för att approximativt lösa

komplexa problem till partiella differentialekvationer. Flera olika datorprogram uppbyggda på FEM används för att analysera bland annat hållfasthetsproblem i konstruktioner eller

luftströmningen kring ett flygplan. Även icke-linjära problem kan lösas, då bryter

programmet ned det icke-linjära problemet i flera mindre linjära problem och löser varje litet problem. Tack vara detta verktyg kan konventionell experimentell testning i många fall ersättas av datorsimulering. Detta innebär vinster i tid och pengar vid sådana analyser. [8] FEM-programmet som kommer användas i detta projekt heter Ansys Workbench 16.2. Denna mjukvara är utvecklad och säljs av ett företag som heter Ansys. Ansys finns i 40 länder och har ca. 3000 anställda. [9]

3.1.3 Planerings- och projekteringsverktyg

SEW Workbench 2.19 är ett planerings- och ett projekteringsverktyg för drivsystem där hela SEW:s produktutbud finns inlagt. Med hjälp av denna mjukvara kan både enkla och komplexa applikationer projekteras och testas virtuellt. I programmet skapas enkelt ett drivsystem med SEW:s komponenter som drivenhet, frekvensomformare och kablar med hjälp av ”drag & drop” funktion. Mjukvaran kontrollerar det konfigurerade drivsystemet och meddelar vid eventuella kombinationsproblem. Det kan vara så att en större motor krävs för att klara av att driva systemet eller att större dimension krävs på kablarna.

SEW Workbench kan även utföra beräkningar inom vilket vridmoment, varvtal, effekt, acceleration, retardation med mera som krävs för att uppfylla ett konfigurerat drivsystem. Innan SEW Workbench kan utföra dessa beräkningar krävs alltså en del data angående drivsystemet som ska beräknas. Det är all information som finns om drivsystemet så som den massa på det som ska transporteras, sträckan det ska transporteras, vågrät eller lodrät

transportering, hur lång tid det ska ta, storlek på transport- eller remhjul med mera. Utifrån dessa data gör mjukvaran en beräkning och utifrån denna beräkning ta fram förslag på komponenter ur SEW:s sortiment som passar den angivna applikationen. En rapport kring projekteringen kan tas fram där all information om drivsystemet framgår med komponenter, effektbehov, kördiagram över driften med mera. [10]

Under detta projekt kommer SEW Workbench 2.19 att användas för att kontrollera att motorerna klarar av att driva drifterna som presenterades i avsnitt 1, efter att en vald

konstruktion och komponenter så som kuggremshjul, axlar och kullager med mera har valts.

3.2 Tyngdpunktsberäkning

För att kontrollera att konstruktionen blir så stadig som möjligt kan beräkningar för

tyngdpunkt behöva genomföras för att kontrollera så att demonstrationsutrustningen inte blir för lätt att välta. Genom att tyngdpunkten först identifierats och utifrån den beräknas vid vilken vinkel demoutrustningen välter. Se Figur 9 nedan där exempel på tyngdpunktsanalys har gjorts. Det svarta kryssen i figuren står för tyngdpunkten. I Figur 9 a) står objektet rakt utan att välta medan i Figur 9 b) lutar objektet och tyngdpunkten hamnar utanför objektets bas och välter. α är den vinkel som objektet lutar vilket undersöks för att avgöra när objektet välter. Skulle vinkeln anses för liten måste man antingen sänka tyngpunken eller öka bredden på basen. [11]

Figur 9. Exempel på tyngdpunktsberäkning. I a) till vänster står objektet rakt utan att välta medan i b) till höger lutar objektet så pass mycket att det hade vält. Vinkeln α är den vinkel som objektet lutar.

Tyngdpunkt

3.3 Konstruktionsutvecklingsprocessen

Tillvägagångsättet som används under projektet är baserat på Ullmans ”The Mechanical Design Process” [12]. Ullman beskriver i denna bok hur ett projekt planeras, utförs och slutförs. Se Figur 10 nedan där de olika stegen inom denna process visas.

Figur 10. Konstruktionsutvecklingsprocessen.

Det första steget inom konstruktionsprocessen är "Produktutforskning" där bakgrund och syftet till varför projektet behöver göras bestäms. [12]

Steg två är "Projektplanering" där projektet planläggs för att få koll på budget, projektgrupp, verktyg med mera. Ofta görs en tidsplan för projektet för att veta hur tiden ska användas under resten av projektet. [12]

Steg tre är "Produktdefiniering", här bestäms vad för krav och önskemål som finns på den slutgiltiga produkten. Detta görs genom att undersöka varför det är ett problem och vad som förväntas hos den nya produkten. En kravspecifikation sammanställs i slutet av denna fas. [12]

Det fjärde steget är "Konceptuell design" där ett antal olika lösningar för problemet utvecklas utifrån kravspecifikationen som tidigare har utvecklats. De olika lösningarna sållas sedan för att finna den bästa lösningen. I denna fas sker större delen av arbetet eftersom de olika koncepten måste utvecklas och jämföras med varandra. [12]

Femte steget i processen är "Produktutveckling " vilket innebär framtagning av tillverkningsunderlag och tillverkning av den nya produkten. [12]

Den sista fasen är "Produktstöd" vilket kan vara att lösa oväntade fel som uppkommit på produkten eller ta fram användarmanualer och beskrivningar av produkten. [12]

3.4 Konceptgenereringsmetoder

För att på ett effektivt sätt generera olika lösningskoncept krävs tekniker för att klara av detta [10]. Nedan beskrivs några olika metoder som har använts under projektet för att generera olika lösningskoncept för konstruktionsproblemet.

3.4.1 Brainstorming

Brainstorming är i grunden utvecklad som en grupporienterad teknik, men kan också användas av en person. Brainstorming är en bra teknik för att hitta många lösningar till ett problem på kort tid. Fördelen med att en grupp använder tekniken är att man får olika synsätt på problemet, i och med detta kommer olika lösningar fram. Brainstorming är en effektiv metod och en bevisad teknik som är användbar när nya idéer är nödvändiga. [12]

3.4.2 Morfologisk matris

Denna metod används för att underlätta idégenereringsarbetet och den efterföljande konceptgenereringen. Problemet eller slutprodukten bryts ned i flera delproblem eller delfunktioner som listas upp i en kolumn i en matris. När detta är gjort skrivs eller ritas alla alternativa lösningar in på samma rad i matrisen som delfunktionen står på. För att hitta alternativa lösningar kan brainstorming användas som beskrivits i avsnitt 3.4.1. När detta är gjort för alla delfunktioner är den morfologiska matrisen klar. Man kan nu kombinera de olika dellösningarna med varandra för att skapa olika helhetskoncept, se Tabell 1 nedan där en färdig matris visas och hur de olika dellösningarna kan kombineras enligt de olika linjerna. Denna metod kan skapa många olika helhetskoncept, i exemplet i Tabell 1 nedan ges 3*1*2= 6 stycken olika helhetskoncept. Eftersom goda dellösningar i kombination med varandra inte nödvändigtvis ger en bra helhetslösning krävs ett ordentligt urvalsarbete för att sålla fram de bästa helhetskoncepten, metoder för detta nämns i kapitel 3.5. [6, 12]

Tabell 1. Exempel på morfologisk matris med nedbrutna delfunktioner till vänster och dellösningar till delfunktionerna till höger. De olika dellösningarna kan sedan kombineras på olika sätt enligt de olikt färgade linjerna. 1. A1-B1-C1 2. A1-B1-C2 3. A2-B1-C1 4. A2-B1-C2 5. A3-B1-C1 6. A3-B1-C2

Morfologisk matris

3.5 Konceptutvärdering och urval

Som beskrevs i avsnitt 3.4.2 kan det kan genereras många olika koncept, alltså krävs en bra teknik för att sålla fram det bästa bland de olika koncepten. Vid användning av en

morfologisk matris kan många olika koncept framställas, men som nämndes i avsnitt 3.4.2 är det inte självklart att goda dellösningar i kombination med varandra ger en god helhetslösning [6]. På grund av detta kan en grov sållning göras redan då helhetskoncepten sammanställs i matrisen och välja ut de helhetslösningar som anses vara rimliga att jobba vidare med. Nedan förklaras några olika tekniker som kan användas för att sålla fram det mest passande

lösningskonceptet. Under urvalsarbetet är kravspecifikationen bra att använda som utgångspunkt för att kolla om de olika lösningarna uppfyller de krav eller önskemål som tidigare bestämts för lösningen. [6, 13]

3.5.1 Värdemetoden

Genom att undersöka vad varje lösning har för några fördelar, nackdelar och unika egenskaper kan det underlätta för att kunna utvärdera och sålla bland de olika lösningarna. Det framgår då om de olika koncepten uppfyller de krav och önskemål som finns. Det är en effektiv metod att använda vid en första sållning innan vidare analyser och undersökningar görs. [13]

3.5.2 Beslutsmatris

Efter att en grov eliminering har gjorts kan en beslutsmatris användas för att ytterligare reducera lösningsalternativ genom att de mer olämpliga lösningsalternativen sorteras bort. En matris som kan användas för detta kallas för Pughs beslutsmatris. I denna matris görs urval genom att jämföra de olika lösningarna med varandra och med hjälp av kravspecifikationen. De olika lösningarna tilldelas betyg utifrån hur bra de uppfyller de olika kraven och

önskemålen i förhållande till en referenspunkt som anges i början av urvalsprocessen. [6, 12] Det går även att använda viktning på de olika krav och önskemålen för att ännu tydligare avgöra vilket lösningsalternativ som är bäst redan i detta steg samt ange rangordningar bland lösningsalternativen. Annars kan en kriterieviktsmatris användas. [6, 12]

3.5.3 Övriga beräkningar och tester

För att kunna reducera vissa av dellösningarna eller helhetskoncept krävs analyser för att bevisa vilken av de olika lösningarna som är lämpliga eller olämpliga. Det kan handla om lösningsalternativ i form av olika konstruktionslösningar som måste hållfasthetsberäknas för att avgöra vilken av de olika lösningarna som klarar den belastning konstruktionen kommer att utsättas för. Ett annat exempel är tyngdpunktsberäkning som beskrevs i avsnitt 3.2. Man kan även genomföra analyser i form av test eller experiment för att avgöra vilken av de olika lösningarna som är bäst. Ibland kan även olika simuleringar behöva göras eller prototyper framställas för att utföra tester på. [6]

4

Metod och genomförande

I detta kapitel behandlas den metod samt genomförandet av utvecklingen av

konstruktionskoncept för demosutrusning till MOVI-C. Projektet har fokuserat på faserna två till och med fem i Ullmans konstruktionsutvecklingsprocess, då målet för projektet är att ta fram ett konstruktionskoncept med tillverkningsunderlag [10]. Bakgrund, syfte och mål med projektet har redan bestämts av teknikavdelningen på SEW-Eurodrive AB i Jönköping som beskrivits i avsnitt 1.2. Se Figur 11 nedan där de fyra faserna som använts i

konstruktionsutvecklingsprocessen har markerats med röd streckad linje.

Figur 11. De fyra stegen från konstruktionsutvecklingsprocessen som använts.

4.1 Projektplanering och kravspecifikation

Projektet inleddes med ett möte med handledare från företaget där bakgrund, beskrivning, syfte och mål för projektet beskrevs, vilket presenteras i avsnitt 1.2. Krav och önskemål för projektet bestämdes vilket presenteras i avsnitt 5.1. Projektets omfattning begränsades inom konstruktionsdelen av demoutrustningen för att sedan kunna skapa en rimlig tidsplan för projektet. Se bilaga A för tidsplan i form av gantt-schema. Projektet sammanställdes sedan i en projektspecifikation där projektets omfattning beskrevs för att få återkoppling inför projektet ifrån universitetet.

4.1.1 Krav och önskemål

Demoutrustningen skulle vid projektets slut uppfylla en del krav och önskemål som har undersökts och sammanställts i en kravspecifikation. Detta har gjorts i samråd med teknikavdelningen på SEW i Jönköping. Se avsnitt 5.1 Tabell 2 för kravspecifikation och vilka krav och önskemål som hittades.

4.2 Konceptgenerering

Konceptgenereringen har bakgrund i demoutrustningens syfte, mål och kravspecifikation. Inledningsvis utreddes hur problemet kan hanteras i mindre delproblem för att sedan kunna finna lösningar åt delproblemen. Dessa lösningar har sedan sammanställts i en morfologisk matris där de olika dellösningarna har kombinerats till olika helhetslösningar.

4.2.1 Nedbrytning av huvudproblem till delproblem

Arbetet med att generera helhetskoncept direkt ansågs vara svårt. Därför bröts huvudproblemet upp i minde delproblem för att söka efter lösningsförslag till varje delproblem. Detta gjordes med hjälp av att undersöka demoutrustningens syfte, mål och kravspecifikation för att hitta samtliga funktioner som demoutrustningen kräver samt vilka konstruktionsproblem som kan uppstå. De delproblem som hittades listas och förklaras med en frågeställning under avsnitt 5.2.

4.2.2 Brainstorming och idégenerering

Utifrån de delproblem och frågeställningar som hittades under nedbrytningen av

huvudproblemet utfördes en brainstorming. Eftersom examensarbetet utfördes enskilt fick handledare och andra anställda på företaget agera bollplank vid brainstormingen. För att inte missa några idéer bortsågs hänsynen för kravspecifikationen vid brainstormingen.

Vid idégenereringen för de olika dellösningarna var det mest utmanande delproblemet ”fäste av kuggremshjul”. Detta på grund av kravet på drivsystemets uppbyggnad, då det krävdes en bra lösning för att kunna driva en drivrem i taget, utan att de andra kuggremmarna påverkas av det. Kuggremmarna måste även ligga tillräckligt nära varandra för att medbringarna ska kollidera med varandra som beskrivits i avsnitt 1.2. Medbringarna ska även kunna röra sig fritt runt kuggremshjulet. Se avsnitt 1.2 Figur 2 för förklaring av drivsystemet.

4.2.3 Morfologisk matris

De lösningsalternativ som uppkom under brainstormingen och som sedan visualiserades genom 3D-modellering, infogades även i en morfologisk matris. Se avsnitt 5.3 där den morfologiska matrisen presenteras. Matrisen användes sedan för att skapa helhetslösningar genom att kombinera de olika dellösningarna.

4.2.4 Idévisualisering genom 3D-modellering

De olika dellösningarna som hittades under brainstormingen modellerades sedan upp i form av 3D-modeller i CAD-verktyget PTC Creo Parametric 2.0. Detta för att visualisera och skapa förståelse kring de olika dellösningarna. Se avsnitt 5.4 där de dellösningar som hittades under brainstormingen och som modellerats i 3D-verktyget presenteras med figurer och förklarande text.

4.3 Reducering av antal koncept

En metod för att reducera lösningsförslag krävs för att sålla bort olämpliga och samtidigt ta fram lämpliga lösningar. För att reducera de olika koncepten spelar kravspecifikationen en viktig roll för att det resulterande helhetskonceptet ska uppfylla kraven. [6, 12]

4.3.1 Värdemetoden

För att börja arbetet för att reducera antalet koncept valdes värdemetoden. Varje dellösning undersöktes och utvärderades utifrån kravspecifikationen och de som ansågs olämpliga togs bort. Se avsnitt 5.5 för resultatet av värdemetoden.

4.3.2 Beräkning och tester

För att vidare kunna reducera dellösningar och helhetskoncept krävdes analyser och tester för att få information om de olika dellösningarna och avgöra vilken som anpassar sig bäst [12]. De dellösningar som kan reduceras med hjälp av analyser är ”placering av drivsystem” med hjälp av beräkning av tyngdpunkt, ”transporthjul” med hjälp av empiriska tester

samt ”ramverk” med hjälp av hållfasthetsanalys. 4.3.2.1 Tyngdpunktsberäkning

För att avgöra vilken av dellösningarna för delproblemet med ”placering av drivsystem” som ger högre stabilitet behövdes tyngdpunktsberäkningar göras, vilket beskrivs i avsnitt 3.2 [11]. Denna analys har gjorts med hjälp av CAD-verktyget PTC Creo Parametric 2.0 där de olika lösningarna har modellerats upp. Programmet beräknar tyngdpunkten för de olika lösningarna som sedan har jämförts med varandra. Det är viktigt att tänka på att mata in korrekt massa för de olika delarna av modellen vid en tyngpunktsberäkning [11]. Resultatet från analysen presenteras i avsnitt 5.6.1. Även om analysen innehåller felkällor, går den däremot att använda för vidare reducering då de två dellösningar hade samma förutsättningar under analysen och kan därför jämföras med varandra. Felkällorna diskuteras vidare i avsnitt 6.1. 4.3.2.2 Transporthjulstester

I samråd med teknikavdelningen har tester utförts på olika transporthjul för att avgöra vilket dellösningsalternativ som är mest lämplig. Testerna har utförts på befintliga konstruktioner som transportvagnar i monteringsfabriken i Jönköping. Under testet har stabilitet och styrka hos de olika transporthjulen undersökts. Resultatet av transporthjulstesterna presteras i avsnitt 5.6.2.

4.3.2.3 FEM-beräkning

Delproblemet ”ramverk” har två olika lösningsalternativ: två- eller fyra ben som håller uppe drivsystemet i demoutrustningen. En FEM-beräkning krävdes för att kunna jämföra de olika lösningsalternativen [12]. I denna analys simulerades den vikt som konstruktionen kommer utsättas för. Ekvivalenta spänningar enligt von-Mises och deformation i konstruktionen har undersökts och utifrån detta har stabiliteten hos de olika lösningsalternativen jämförts med varandra.

Ramen i 3D-modellen ersattes med MiniTec-profiler innan de importerades i FEM-programmet. MiniTec-profiler som valdes har yttermåtten 45*45mm som ofta används av underhållsavdelningen på SEW. Materialet ställdes in på aluminium och korrekta värden lades in på elasticitetsmodul vilket är 70 GPa för materialet i MiniTec-profiler [3]. Sträckgräns ligger på 250 MPa och brottgräns på 270 MPa [3]. För att simulera den belastning som konstruktionen kommer utsättas för måste vikten av drivsystemet bestämmas, men eftersom de olika dellösningar för fästet av kuggremshjulen väger olika mycket valdes 200N belastning

per ”hylla”. Belastning på 200N valdes för att skapa en jämförelse mellan de olika

dellösningarna. Denna belastning applicerades längst ut på ”hyllorna” och basen av ramen låstes i alla riktningar. FEM-verktyget som används är Ansys workbench 16.1 och har genomförts på Örebro Universitet. Resultatet från FEM-analysen presenteras i avsnitt 5.6.3 Figur 19 och 20.

4.3.3 Reducerad morfologisk matris

Värdemetoden och de beräkningar och tester som utförts för att reducera dellösningar har resulterat i en reducerad morfologisk matris, vilket presenteras i avsnitt 5.7 Tabell 5. [12]

4.3.4 Utvalda koncept

I samråd med teknikavdelningen på SEW har fem olika helhetskoncept valts ut ur den

reducerade matrisen för vidare analys, vilka presenteras i avsnitt 5.8. Koncepten valdes utifrån teknikavdelningens tycke, vilket diskuteras i avsnitt 6.1.

4.3.5 Urvalsmatris / beslutsmatris

En urvalsmatris har använts för att välja ett av de olika helhetskoncept som valdes ut ur den reducerade morfologiska matrisen. Urvalsmatrisen som används är en modifierad variant av Pughs viktade beslutsmatris där de olika kriterierna har tilldelats viktningar mellan 1–3 utifrån rangordningen i kravspecifikationen [6, 12]. De kriterier som ansågs vara krav har fått högsta viktning. De olika helhetslösningarna har sedan fått betyg mellan 1–4 utifrån en referenspunkt som grundar sig i kravspecifikationen samt rangordningen av önskemålen. Se avsnitt 5.1 Tabell 2 för kravspecifikation. Kriterierna som använts i urvalsmatrisen har sammanfattats ur kravspecifikationen. Dessa kriterier presenteras i avsnitt 5.9 med en förklaring till vilka av helhetskonceptets egenskaper som har inverkat vid betygsutdelning. Se resultatet av urvalsmatrisen i avsnitt 5.9 Tabell 7.

4.4 Konceptutveckling

Efter att ett slutgiltigt helhetskoncept hade valts ut har vidareutveckling av detta

helhetskoncept gjorts med exakta mått och egenskaper på konstruktionsdetaljer. Korrekta mått för delar och komponenter har tagits fram och det slutgiltiga helhetskonceptet har

3D-modellerats i CAD-verktyget. Utifrån denna 3D-modell har tillverkningsunderlag i form av ritningar framställts. [12]

4.4.1 Vidareutveckling av tyngdpunktberäkning

Efter att ha gjort en enklare tyngdpunktberäkning vid urvalet av helhetskoncept har en mer noggrann analys gjorts i efterhand för att beräkna demoutrustningens maximala vinkel innan den välter. Ansågs vinkeln vara för liten sänktes tyngdpunkten genom att sänka höjden på drivsystemet eller genom att öka dimensionerna på basen [11]. Tyngdpunktsberäkningen förklaras i avsnitt 3.2 Figur 9. Denna analys gjordes med hjälp av 3D-modellen som byggts upp i CAD-verktyget. Korrekta värden på massa har angivits på alla komponenter i modellen och utifrån detta har programmet beräknat var tyngdpunkten hamnar i demoutrustningen. Analysen har gett grund för justeringar av konstruktionens dimensioner för att höja vinkeln som krävs för att demoutrustningen ska välta [11]. Resultatet presenteras i avsnitt 5.10.1.

4.4.2 Mått och dimensioner

Måtten på demoutrustningens ramverk valdes utifrån måtten som presenteras i

kravspecifikationen i avsnitt 5.1 Tabell 2 samt vidareutvecklingen av tyngdpunktsberäkning, som beskrevs i avsnitt 4.4.1. Alltså har kraven på totalmått, måtten på konstruktionens bas samt höjden på drivsystemet tagits hänsyn till vid val av slutgiltiga dimensioner. Se resultat av demoutrustningens dimensioner i avsnitt 5.10.2.

4.4.3 Projekteringsberäkning

För att få driften att fungera dynamiskt korrekt krävdes kontroll efter att komponenter som kuggremshjul, medbringare, kuggremmar, axlar och kullager hade valts. Information om komponenternas vikt, dimensioner och friktion anges i SEW:s egna projekteringsverktyg SEW Workbench 2.19 Mjukvaran kontrollerade sedan att drivsystemet fungerade dynamiskt korrekt med de valda komponenterna. Servomotorn måste klara av att leverera det

vridmoment, varvtal och den effekt som krävdes för att driva de olika komponenterna. Se avsnitt 5.10.3 för resultat av projekteringsberäkningen. [10]

4.4.4 FEM-beräkning

De hållfasthetsberäkningar som har utförts på helhetskonceptet är grundläggande [11]. Beräkningarnas syfte var att kontrollera att det valda konstruktionskonceptet håller för den belastning som den kommer utsättas för. För att veta vad konstruktionen kommer utsättas för var vikten av de komponenter som ska monteras tvungen att beräknas. Se avsnitt 5.10.4 Tabell 8 där drivsystemets totala vikt presenteras. Utifrån denna beräknade vikt valdes randvillkor i analysen för att simulera vad konstruktionen kommer utsättas för. Denna FEM-beräkning har gjorts i mjukvaran Ansys Workbench 16.1. 3D-modell importerades sedan i

programmet. Se avsnitt 5.10.4 Figur 21 och 22 för randvillkor och resultat av FEM-beräkningen på det valda helhetskonceptet.

4.4.5 Tillverkningsunderlag

Utifrån kontrollerna som tidigare genomförts under konceptutvecklingen har en 3D-modell byggts i CAD-verktyget, vilken presenteras under avsnitt 5.10.5 Figur 23. 3D-modellen har även varit grunden för tillverkningsunderlagen i form av ritningar som framställts, vilka presenteras i avsnitt 5.10.6. 3D-modeller av detaljer som kuggremshjul, transporthjul, MiniTec-profiler och maskinfötter har hämtats från olika företag som beställning kan göras hos inför tillverkning av demoutrustningen. Se avsnitt 5.10.6 Tabell 9 för

5

Resultat

5.1 Delresultat av kravspecifikation

Kravspecifikationen är uppdelad i fem olika områden: funktioner, dimensioner, säkerhet, design och övrigt. Utifrån prioritering ansågs vissa som krav, medan andra ansågs vara önskemål. Önskemålen har rangordnads efter hur avgörande de ansågs vara för slutresultatet. Rangordningen förklaras nedan:

*** Viktig betydelse för demoutrustningen ** Stor fördel för demoutrustningen

* Bra för demoutrustningen, inget avgörande Kraven har markerats med K och önskemålen med Ö.

Den sammanställda kravspecifikationen presenteras i Tabell 2 nedan. Tabell 2. Kravspecifikation för demoutrustningen.

Aspekt Beskrivning Krav Önskemål Rangordning

Funktioner

Visa tydligt upp funktion och design

hos MOVI-C K

Medbringare ska kunna röra sig fritt

runt kuggremshjulen K

Smidig att flytta K

Drivningsbar med 16A 3-fas

stickkontakt K

Användarvänlig K

Dimensioner Totaldjup Högst 700mm

Totalbredd Högst 1100 mm

Totalhöjd Högst 2150 mm

Avstånd mellan kuggremshjul Minst 500 mm ***

Höjd på drivsystemet 600-1800mm 1100-1700mm **

Säkerhet Stå stadigt vid användning K

Elsäkerhet som krävs för laglig

idrifttagning K

Skydd runt rörande delar K

Design

Kablar ska döljas liksom annan

utrustning som är möjlig att dölja Ö **

Pekskärmen ska placeras

lättåtkomlig K

Tydligt vad som demonstreras K

Plan baksida för inpassning i

transportlåda K

Övrigt

Icke SEW produkter ska ej

demonstreras K

Konstruerad i

MiniTec-aluminiumprofiler Ö **

Billig att tillverka Ö *

Krav och önskemål till totalmått och dimensioner bestämdes i hög grad av att

demoutrustningen skulle vara smidig att flytta, passa inom platsen i nuvarande transportlåda som markerats i Figur 12 nedan samt kunna påvisa funktionerna av MOVI-C på ett tydligt och användarvänligt sätt för kunder på industrimässor.

Figur 12. Plats för demoutrustningen i transportlåda

5.2 Delresultat av nedbrytning till delproblem

De delproblem som hittades under denna fas presenteras nedan:

1. Placering av drivsystem – Hur ska drivsystemet placeras i demoutrustningen? 2. Montering av komponenter – På vilket sätt ska komponenter som servomotorer,

frekvensomformare och motion controller monteras på demoutrustningen?

3. Placering av display – Hur ska displayen placeras i demoutrustningen för att den ska vara lättåtkomlig?

4. Ramverk – Hur konstrueras ramverket på bästa sätt för att uppfylla krav som säkerhet och stabilitet?

5. Fäste för kuggremshjul – Vilken konstruktion krävs för att hålla kuggremshjulen på korrekt plats?

6. Transporthjul – Flyttbarhet är ett krav på demoutrustningen, varför frågeställningen är vilken lösning för transporthjul är mest lämplig?

7. Profiler – Vilka profiler och material anpassar sig bäst för att konstruera ramverket till demoutrustningen?

8. Upphängning av drivsystem – På vilket sätt monteras och hålls drivsystemet uppe i demoutrustningen?

9. Design – Hur ska den slutgiltiga demoutrustningens design se ut för att uppfylla de krav och önskemål som finns på den?

Ett krav som sattes på demoutrustningen var skydd runt rörliga delar i drivsystemet, som också är ett krav från maskindirektivet [6]. Plexiglas ansågs vara den enda rimliga lösningen då den skyddar utomstående objekt ifrån rörliga delar utan att otydliggöra vad som ska demonstreras. Det var även ett krav att inte demonstrera produkter som inte tillhör SEW. Ett annat krav var att kablar ska döljas liksom annan utrustning som är möjlig att dölja. Ett elskåp ansågs vara den mest lämpliga lösningen för båda kraven.

5.3 Delresultat av morfologisk matris

I Tabell 3 nedan presenteras den morfologiska matris med de dellösningar som brainstormingen och idégenereringen resulterade i. I denna matris erhölls

2*3*3*2*3*4*3*2*2= 5184 olika sätt att kombinera de olika dellösningarna med varandra. Detta innebär att det erhölls 5184 olika helhetslösningar. Se avsnitt 3.4.2 där morfologisk matris förklaras.

Tabell 3. Morfologisk matris för demoutrustningen med delproblem till höger och dellösningar till dessa delproblem till höger. De olika dellösningarna kan sedan kombineras på olika sätt för att skapa

helhetslösningar. I denna morfologiska matris erhölls 5184st olika helhetslösningar.

Morfologisk matris

Delproblem Dellösningar

Placering av drivsystem Vågrät Lodrät

Montering av komponenter Verktygstavla MiniTec tavla MiniTec profiler Placering av display Plexiglas Elskåp Plåtinbyggnad

Ramverk Fyra ben Två ben

Fäste för kuggremshjul U-vinkel Inkapsling Lagerbock

Transporthjul 4st låsbara hjul 2st låsbara hjul 2st tippnings-hjul Mekanisk konstruktion

Profiler

MiniTec-aluminiumprofiler Stålprofiler

Andra

aluminiumprofiler Upphängning av drivsystem En hylla Två hyllor

Design Täckt plåt /

5.4 Delresultat av brainstorming och idégenerering

Nedan presenteras de olika dellösningar som hittades under brainstormingen och

idégenereringen som även har modellerats i CAD-verktyget för att visualisera dellösningarna.

5.4.1 Fäste för kuggremshjul

För detta delproblem hittades tre olika lösningar. Det första alternativet valdes att kallas för lagerbock eftersom det beslutades att bygga upp fästet för kuggremshjulen med hjälp av lagerbockar och flera axlar. Se Figur 13 nedan där dellösningen med lagerbockar visas inom markeringarna från två olika vyer i a) och b).

Figur 13. Inom markeringen i a) och b) visas dellösning med lagerbock ur två olika vyer. En annan lösning som hittades för detta delproblem valdes att kallas u-vinkel då denna konstruktion är uppbyggd i en u-vinkel med en axel som det lilla och ett av de stora

kuggremshjulen är låsta till med låsskruvar. Axeln i sig är lagrad i lagerbockar i ändarna och de andra stora kuggremshjulen är lagrat på axeln för att kunna snurra fritt då den ena

kuggremmen drivs av en servomotor från andra sidan. Se Figur 14 nedan där denna dellösning presenteras i två olika vyer i a) och b).

Den sista lösningen som hittades för detta delproblem valdes att kallas inkapsling som

påminner mycket om lösningen med u-profil som presenterades i Figur 14 ovan. Skillnaden är att istället för att ha två u-profiler valdes de att sättas ihop till en kapsling istället. Se Figur 15 nedan där dellösningen med inkapsling visas. Denna lösning är i övrigt likadant konstruerad med en lagrad axel och ett lagrat kuggremshjul som i lösningen med u-vinkel.

Figur 15. Dellösning med inkapsling.

5.4.2 Montering av komponenter

Ett annat delproblem som har undersökts är hur komponenterna på bästa sätt ska monteras på demoutrusningen. För detta delproblem hittades tre olika lösningar. Det första alternativet är att använda sig av verktygstavla. Detta alternativ har tidigare använts av företaget vid montering av komponenter i verkstaden och vissa demovinklar har även sina komponenter fästa med hjälp av verktygstavla. Se Figur 16 a) nedan där en demovinkel med sina

komponenter är monterade med hjälp av verktygstavla. De andra två dellösningarna för detta problem är att använda sig av antingen MiniTec:s verktygstavla eller bara av mindre MiniTec-profiler. På vissa demovinkar har komponenter monterats med hjälp av MiniTec-profiler, se avsnitt 2.2.2 Figur 3 a) för exempel på demovinkel där monteringen av komponenter är gjort med hjälp av MiniTec-profiler. Se Figur 16 b) nedan för exempel på MiniTec:s verktygstavla.

Figur 16. I a) visas dellösning med verktygstavla och i b) visas dellösning med MiniTec:s verktygstavla.

5.4.3 Design

Delproblemet design handlar om hur demoutrusningen rent designmässigt ska se ut för att uppfylla dess krav och önskemål. De dellösningar som hittats är att antingen ha en ren ram eller med täckt plåt/skyltreklam. För att en ren ram ska fungera krävs att ett elskåp används för att dölja kablar och andra komponenter. Med täckt plåt/skyltreklam innebär att ramen kläs in i plåt eller reklamskyltar och kablar med mera kan döljas bakom plåten eller

reklamskyltarna. Se avsnitt 2.2.3 Figur 4 där tidigare utvecklad demoutrustning visas där täckt plåt/skyltreklam har använts och kablar har dolts bakom dessa.

5.4.4 Profiler

Tre olika sorter av profiler och material som ansågs skulle kunna funka för att konstruera demoutrustningen togs fram. Att konstruera demoutrustningen i MiniTec-aluminiumprofiler bara var ett önskemål från företaget men även stålprofiler och andra aluminiumprofiler anses rimliga att konstruera demoutrustningen i. Detta på grund av dessa materials

5.4.5 Konstruktionsdelproblem och användarvänlighetsproblem

Resterande delproblem består av konstruktionsproblem samt användarvänlighetsproblem. Nedan presenteras de olika dellösningarna i punktform.

• För att få demoutrustningen tillräckligt stark och styv för att hålla uppe drivsystemet utan att gå söder eller röra sig för mycket när drivsystemet går, kan demoutrusningen vara konstruerad med två eller fyra ben. Detta delproblem kräver vidare

hållfasthetsanalys för att lösa.

• Hur man på bästa sätt ska kunna flytta demoutrustningen. För detta delproblem har fyra olika lösningar hittats, fyra låsbara transporthjul, två låsbara transporthjulhjul och två maskinfötter, två fasta transporthjulhjul man tippar upp demoutrusningen på då den ska förflyttas eller om en konstruerad en mekanisk funktion för att fälla ner hjul när de ska användas.

• För att öka användarvänligheten och för att på ett så tydligt sätt som möjligt visa vad som demonstreras måste drivsystemet placeras på ett bra sätt. För detta delproblem har två olika lösningar hittats. Antingen vågrät- eller lodrät placering av drivsystemet. Efter diskussion med handledare på företaget angående dessa dellösningar ökade intresset för att använda lodrät placering av drivsystemet på grund av tydligheten vad som demonstreras vid denna dellösning. Kravet och önskemålet om höjden på

drivsystemet justerades i kravspecifikationen för att öka möjligheten för denna dellösning.

• Även hur drivsystemet ska hängas upp i demoutrustningen ansågs som ett delproblem där två olika lösningar hittades, att antingen använda en ”hylla” som hela drivsystemet monteras på, eller två hyllor som drivsystemet monteras på.

• Att placera displayen på ett bra ställe ökar även användarvänligheten hos

demoutrustningen. För detta delproblem har tre olika lösningar utvecklats. Att placera displayen i petskyddet som måste sitta runt drivsystemet enligt maskindirektivet är en av de lösningarna, detta petskydd ska vara tillverkat av plexiglas för att drivsystemet ska kunna demonstreras tydligt [6]. De andra lösningarna för detta delproblem är att aningen placera displayen i luckan till elskåpet eller konstruera en plåtinbyggnad för displayen.

De olika dellösningarna som presenterads i punktlistan ovan förklaras ytterligare i olika sammansatta helhetskoncept i Figurer 17 och 18 nedan.

I Figur 17 a) nedan presenteras ett sammansatt helhetskoncept med dellösningar som ramverk konstruerad med fyra ben, två transporthjul som demoutrustningen tippas upp på för

förflyttning, display placerad i luckan till elskåp, två ”hyllor” som drivsystemet monteras på samt vågrät placering av drivsystemet. Även dellösningen med u-vinklar har använts i denna Figur. I Figur 17 b) nedan presenteras ett sammansatt helhetskoncept med dellösningar som ramverk konstruerad med fyra ben, fyra låsbara transporthjul, displayen placerad i

plåtinbyggnad, två "hyllor" som drivsystemet monteras på samt vågrät placering av drivsystemet. I denna figur har lagerbockar använts

Figur 17. I a) presenteras dellösning med ramverk konstruerad med fyra ben, två transporthjul som demoutrusningen tippas upp på vid förflyttning, displayen placerad i luckan till elskåp, två "hyllor" som drivsystemet monteras på samt vågrät placering av drivsystemet. I denna Figur har u-vinklar använts. I b) presenteras dellösning med ramverk konstruerad med fyra ben, fyra låsbara transporthjul,

displayen placerad i plåtinbyggnad, två "hyllor" som drivsystemet monteras på samt vågrät placering av drivsystemet. I denna figur har lagerbockar använts.

I Figur 18 a) nedan presenteras ett sammansatt helhetskoncept med dellösningar som ramverk konstruerad med två ben, två låsbara hjul och två maskinfötter, displayen placerad i

plexiglaset, en "hylla" som drivsystemet monteras på samt vågrät placering av drivsystemet. I denna Figur har inkapsling använts som dellösning för delproblemet fäste av kuggremshjul. I Figur 18 b) nedan presenteras ett sammansatt helhetskoncept med dellösningar som ramverk konstruerad med två ben, fyra låsbara transporthjul, display placerad i luckan till elskåp, två "hyllor" som drivsystemet monteras på samt lodrätt placerat drivsystem. I denna figur har u-vinklar används.

Figur 18. I a) presenteras dellösning med ramverk konstruerad med två ben, två låsbara hjul och två maskinfötter, displayen placerad i plexiglaset, en "hylla" som drivsystemet monteras på samt vågrät placering av drivsystemet. I denna figur har inkapsling använts. I b) presenteras dellösning med ramverk konstruerad med två ben, fyra låsbara transporthjul, display placerad i luckan till elskåp, två "hyllor" som drivsystemet monteras på samt lodrätt placerat drivsystem. I denna figur har u-vinklar använts.

5.5 Delresultat av värdemetoden

Se Tabell 4 nedan där värdemetoden sammanfattats. De dellösningar som markerats röda kryss i Tabellen ansågs olämpliga och togs bort inför vidare reducering.

Tabell 4. Värdemetoden, reducering av dellösningar.

Värdemetoden

Placering av drivsystem Ta bort

Vågrät

Tydligt vad som demonstreras, uppfyller önskemålet om höjd på drivsystemet Lodrät

Tydligt vad som demonstreras, kan vara lägre tyngdpunkt alltså högre stabilitet, uppfyller inte önskemålet om höjd på drivsystemet

Montering av komponenter Ta bort

Verktygstavla

Billigt, smidigt, enkel justering, billig att tillverka

MiniTec tavla X

Dyrt att tillverka, enkel justering,

MiniTec profiler

Smidigt, snyggt, enkel justering, enkel konstruktion, billig att tillverka

Placering av display Ta bort

Plexiglas

Kan dölja vad som ska demonstreras, användarvänligt, onödiga kablar syns.

Döljer onödiga kablar, enkelt och billigt att tillverka

Plåtinbyggnad X

Dyrt, hög användarvänlighet, onödigt

Ramverk Ta bort

Fyra ben

Enkel stabil konstruktion.

Två ben

Svagare konstruktion, kan vara för svag,

Fäste för kuggremshjul Ta bort

U-vinkel

Enkel konstruktion, tydligt vad som demonstreras, hög inställningsmöjlighet

Inkapsling X

Enkel och stabil konstruktion, låg inställningsmöjlighet, mindre tydligt vad som demonstreras

Lagerbok X

Uppfyller ej kravet om att medbringare ska kunna röra sig fritt runt kuggremshjulen

Transporthjul Ta bort

Fyra låsbara hjul X

Smidigt att flytta på demoutrustningen, stor risk för ostabilitet

Två låsbara hjul, två maskinfötter

Smidigt att flytta på demoutrustningen, risk för ostabilitet

Två tippningshjul

Hög stabilitet, svårare att flytta på demoutrustningen, enkel konstruktion

Mekanisk funktion X

Hög stabilitet, komplex konstruktion, dyrt att tillverka

Profiler Ta bort

MiniTec-aluminiumprofiler

Uppfyller önskemål, möjlighet för justering, låg vikt

Stålprofiler X

Hög vikt, låg justeringsmöjlighet.

Andra aluminiumprofiler X

Låg vikt, möjlighet för justering kan finnas, kräver vidare utveckling

Upphängning av drivsystem Ta bort

En hylla X

Otydligt vad som demonstreras då hyllan täcker sikten över drivsystemet, risk för ostabilitet, billigt att tillverka.

Två hyllor

Tydligt vad som demonstreras, stabil konstruktion

Design Ta bort

Täckt plåt / skyltreklam

Tydligt vad som demonstreras, smidigt att dölja onödig utrustning och kablar, kan öka

stabiliteten.

Ren ram

5.6 Delresultat av beräkning och tester 5.6.1 Tyngdpunksberäkning

Som nämndes i värdemetoden i Tabell 4 under avsnitt 5.5 kan dellösningen med lodrätt placerat drivsystem ge lägre tyngdpunkt som i sin tur leder till högre stabilitet. Resultatet av analysen vid beräkning av tyngdpunkten på vågrät- och lodrät placering av drivsystemet presenteras nedan.

Vågrät placering av drivsystemet ger en tyngdpunkt i höjd-led: ca. 1052mm. Lodrät placering av drivsystemet ger en tyngdpunkt i höjd-led: ca. 894mm.

Detta innebär att vid en lodrät placering sänks tyngdpunkten av demoutrustningen med ca. 158mm. På grund av att de komponenter i elskåpet som byter plats med delar av drivsystemet också väger minskar inte tyngdpunkten mer än ungefär 16cm. Eftersom de båda

dellösningarna har likadan bas räcker det att undersöka på vilken höjd tyngdpunkten hamnar på [13].

5.6.2 Transporthjulstest

Testet resulterade i att stabilitet och styrka skiljer sig mellan olika transporthjulsfabrikat och konstruktionen för montering av transporthjulet. Valet av lösningsalternativ bestämdes i samråd med teknikavdelningen att två transporthjul och två maskinfötter ska användas i det första helhetskonceptet. Skulle denna lösning mot förmodan anses för ostabil efter

tillverkningen av demoutrustningen finns möjligheten att ersätta denna lösning med någon av de andra två alternativen, alltså två tippningshjul eller mekanisk funktion.

5.6.3 Delresultat av FEM-analys av olika dellösningar av ramverket

I Figur 19 a) nedan visas den totala deformationen av dellösning med fyra ben, belastad med 200N på ”hyllorna”. Den totala deformationen uppkom till cirka 0,65 mm. I Figur 19 b) nedan visas de ekvivalenta spänningar som uppkom i FEM-analysen av konstruktionen med

Figur 19. FEM-Analys. I a) presenteras total deformationen av dellösning med fyra ben, belastad med 200N på "hyllorna". I b) presenteras de ekvivalenta spänningar i konstruktionen med dellösning med fyra ben, belastad med 200N på "hyllorna".

I Figur 20 a) nedan visas den totala deformationen som uppkom i FEM-analysen av dellösningen med två ben, belastad med 200N på ”hyllorna”. Den totala deformationen uppkom till ca. 3,2 mm. I Figur 20 b) nedan visas de ekvivalenta spänningar som uppkom i FEM-analysen av konstruktionen med dellösning med två ben, belastad med 200N

på ”hyllorna”. Den maximala spänningen uppkom till cirka 153 MPa.

Figur 20. FEM-analys. I a) presenteras total deformation av dellösning med två ben, belastad med 200N på "hyllorna". I b) presenteras de ekvivalenta spänningar som uppkom i konstruktionen med dellösning med två ben, belastad med 200N på ”hyllorna”.

Denna analys visar att båda lösningsalternativ inte kommer i närheten av varken några höga spänningar i närheten av sträckgränsen eller stora deformationer. Dock skiljer det nästan 2,6 mm i deformation och nästan 101 MPa på de olika lösningarna.

5.7 Delresultat av reducerad morfologisk matris

Den reducerade morfologiska matrisen som värdemetoden och de beräkningar som gjorts resulterade i presenteras i Tabell 5. I denna matris finns 2*2*2*2*1*1*1*1*2=32st olika helhetskoncept. Värdemetoden och analyserna reducerade alltså 5184st olika helhetskoncept ner till 32st.

Tabell 5. Reducerad morfologisk matris.

5.8 Delresultat av utvalda helhetskoncept

De koncepten som valdes ut ur den reducerade morfologiska matrisen i samråd med teknikavdelningen presenteras i Tabell 6.

Tabell 6. Utvalda koncept för vidare analys.

Utvalda koncept

Delfunktion Helhetskoncept

1 2 3 4 5

Placering av drivsystem Vågrät Vågrät Lodrät Lodrät Lodrät Montering av komponenter Verktygstavla MiniTec Verktygstavla Verktygstavla MiniTec Placering av display Plexiglas Elskåp Plexiglas Elskåp Elskåp

Ramverk Fyra ben Två ben Fyra ben Två ben Två ben

Fäste av kuggremshjul U-vinkel U-vinkel U-vinkel U-vinkel U-vinkel

Hjul 2st låsbara hjul 2st låsbara hjul 2st låsbara hjul 2st låsbara hjul 2st låsbara hjul

Profiler MiniTec MiniTec MiniTec MiniTec MiniTec

Upphängning av drivsystem Två hyllor Två hyllor Två hyllor Två hyllor Två hyllor Design Täckt plåt Ren ram Täckt plåt Täckt plåt Ren ram

Morfologisk matris

Delproblem Dellösningar

Placering av drivsystem Vågrät Lodrät

Montering av komponenter Verktygstavla MiniTec profiler Placering av display Plexiglas Elskåp

Ramverk Fyra ben Två ben

Fäste för kuggremshjul U-vinkel Transporthjul 2st låsbara hjul

Profiler

MiniTec-aluminiumprofiler Upphängning av drivsystem Två hyllor

Design Täckt plåt /