Akademin för Innovation, Design och Teknik Sandvik Mining and Construktion
Design av monteringshjälpmedel
för cylinderrullar
Examensarbete, produktutveckling - konstruktion
15 högskolepoäng, grundnivå
Produkt- och processutveckling
Högskoleingenjör Innovation och produktdesign
Jonas Bergström
Presentationsdatum: 14 06 2012
Uppdragsgivare: Sandvik Mining and Construction Köping Handledare (företag): Magnus Larsson
Handledare (högskola): Lars Bark Examinator: Rolf Lövgren
Sammanfattning
Uppdraget genomförs på Sandvik Mining and Construction i Köping som tillverkar borrkronor och levererar tekniska lösningar för gruvindustrin.
Detta projekt startade när man kom till insikt att den gamla monteringsmetoden kan förbättras efter dagens tekniska kunskaper. ”Det borde gå att göra det bättre idag än hur man gjorde för mer än 30år sedan”, förklarade Juho Mikkilä.
Projektet går ut på att hitta en effektiv och väl genomförbar lösning på förbättring vid montering av cylinderrullar i borrkronor. Projektarbetet tar upp bakomvarande faktorer för att vidareutveckla konceptförslag och lösningar med hjälp av processutvecklingsverktyg. Detta projekt tillämpar en designprocessmodell enligt Stiftelsen Svensk Industri Design. Projektet redovisar också tankegångar och argument som lett fram till det slutliga resultatet, både i form av 3D illustrationer samt ritningar på ett monteringshjälpmedel.
En analys av monteringssektionen har gjorts för att hitta kvalité och brister i dagens verksamhet vid montering av cylinderrullar. Både montörer och ledningsgrupper har bidragit med synpunkter och åsikter inom området. Det har även gjorts en omvärldsanalys som gav inspiration till idégenereringen.
Genom att förbättra monteringen av cylinderrullar i borrkronorna önskas det uppnå en förbättrad arbetssituation för montören samt en relativt minskad monteringstid.
Konceptgenereringen bygger i stora drag på olika analysstudier och tillämpar PU-verktyg för att uppnå bra resultat som väger upp till de satta kraven.
Resultat
Resultatet är en mekanisk konstruktion som skall placeras över/runt borrtappen. Monteringshjälpmedlet har ett magasin som fylls med cylinderrullar. Cylinderrullarna skjuts in runt borrtappen med en s.k. pusher. En skålmatare eller liknande struktureringstillbehör kommer att behöva köpas in så att cylindrarna hamnar i rätt läge för att kunna tillämpa hjälpmedlet på ett korrekt sätt. Verktyget är helt utformat i härdplast med greppvänliga ytor. Det är två storlekar av monteringshjälpmedel som tagit fram eftersom det behövs då cylinderrullarna som skall monteras också är av två storlekar.
Analys och slutsats av projektet
Det uppdragsgivande företaget visade stor uppskattning för konstruktionen. Det framställdes en enklare koncepttestmodell för att undersöka hur väl den uppfyller de tänkta funktionerna. Projektet fick en oväntad vändning då monteringshjälpmedlet inte längre behövde fokusera på att strukturera cylinderrullarna. Jag tillägnade en vecka hos företaget för att få en känsla av företagets rutiner och kontaktnät. I övrigt använde mig mycket av telefonkontakt och kortare
Abstract
This assignment is carried out at Sandvik Mining and Construction in Köping which produces drill bits and deliver technical solutions for the mining industry.
This project started when it was realized that the old mounted method could possibility be upgraded for the new technical solutions. ”It should be able to make it better today than how we did for more than 30 years ago”, explained Juho Mikkilä.
The project consists of founding an effective and well done solution of improved mounting method for the cylindrical roller in the drill bits. The projects explain underlying factors to developing concepts and solutions with using process developing tools. This project is based on a design process model of Foundation of Swedish Industry Design. The project explains also ideas and arguments that conclude in the final results, both in 3D illustrations and drawings. A analyze of the mount section has been done to find quality and weakness in the daily business of mounting cylindrical roller in the drill bits. Both fitter and the management team have contributed with comments and opinions for this developing area. It have also been done an intelligence analyze that gave inspiration for the concept generation.
By improve the mounting method of cylindrical rollers in the drill bits desired it to achieve an improved work situation for the fitter and a relative smaller mounting time.
Concept generation built of different kind of analyze studies and use R&D-tools to achieve great results that weight up to the attached claims.
Results
The results become a mechanical construction that would be place over/around the drill top. The mounting help tool have a magazine that filled up with cylindrical rollers. This cylindrical roller pushes forward with mechanical force around the drill tap with a “pusher”. A bowl feeder must be bought in to structure the cylindrical rollers to use this mounting help tool in a right way. The help tool is formed by thermoplastic with grip friendly faces. Its two different size of mount help a tool that’s having developed because it would be needed when the cylindrical rollers also are in two different sizes.
Analyze and conclusion of project
The sponsoring company showed great appreciation for this construction. It was prepared a simpler model to investigate how well this product fulfills the functions. This project got a unexpected twist when the mounting help tool not have to structure the cylindrical rollers. I dedicated one week at the company to get a realistic feeling for the company’s procedures. Otherwise I used a lot of telephone contact and shorter visits when the needs of answers and questions arose.
Förord
Denna rapport behandlar ett examensarbete på grundnivå inom produkt- och processutveckling med inriktning mot konstruktion för en högskoleingenjörsexamen, KPP301, vid Mälardalens Högskola, vårterminen 2012. Projektet omfattar 15 högskolepoäng. Uppdragsgivaren för examensarbetet är Sandvik Mining and Construction i Köping.
Jag skulle först och främst vilja tacka samtliga på Sandvik Mining and Construction i Köping som aktivt bidragit med den information jag behövt för att uppnå ett bra resultat, samt låtit mig få vistas i deras lokaler. Jag vill också rikta ett speciellt tack till min handledare och uppdragsgivare som hjälpt till med att vägleda mig rätt genom hela processen.
Extra tack till er:
Magnus Larsson SMC Köping
Juho Mikkilä SMC Köping
Andreas Runfors SMC köping
Lars Bark Mälardalens Högskola
Carl Lidén Stegia AB
Vill också rikta ett tack till alla som stöttat mig genom arbetet såväl vänner som familj: Eskilstuna 29 maj 2012
____________________________ Jonas Bergström
Ordlista
3D
Tre dimensionell
4-stegs-metoden
Mall för utvärdering av koncept mot krav
Ben
En av borrkronas tre benstommar
Brainstorm
Genererar konceptförslag
CAD
Computer-aided design program, 3D modelleringsprogram
FMEA
Failure modes and effects analysis, PU Verktyg
Magasin
Den del av monteringshjälpmedlet där cylindrarna radas upp
Monteringsring
Främre delen av hjälpmedlet format som en cirkel
MindMap
Tankekarta över konceptidéer, PU Verktyg
NX
NX Unigraphics, Siemens CAD program
PU-verktyg
Produktutvecklings verktyg
Pugh´s matris
Konceptvals verktyg
Pusher
Den del som trycker cylindrar framåt i hjälpmedlet
QFD
Quality Function Development, PU Verktyg
SolidWorks
CAD- programvara
SMC
Sandvik Mining and Construction
Sprint
Den del som blockerar/stoppar cylindrar i magasinet
SVID
Stiftelsen Svensk Industridesign
SWOT
Strengths, Weaknesses, opportunities and threats,
PU-Verktyg
Innehåll
SAMMANFATTNING ... II ABSTRACT ... III FÖRORD ... IV ORDLISTA ... V INNEHÅLL ... VI FIGURFÖRTECKNING ... VIII 1. INLEDNING ... 1 2. SYFTE OCH MÅL ... 2 3. PROJEKTDIREKTIV ... 3 4. PROBLEMFORMULERING ... 4 5. PROJEKTAVGRÄNSNINGAR ... 5 5.1UPPDRAGSTAGARENS AVGRÄNSNINGAR ... 5 5.2UPPDRAGSGIVARENS AVGRÄNSNINGAR ... 5 6. BAKGRUND ... 66.1BAKGRUND –ROTERANDE BORRKRONA ... 6
6.2BAKGRUND – MONTERING IDAG ... 7
7. TEORETISK LÖSNINGSMETOD OCH PU-VERKTYG ... 8
7.1UTGÅNGSPUNKT OCH FÖRSTUDIE ... 8
7.1.1 Gantt-Schema ... 8 7.1.2 Omvärldsanalys ... 8 7.1.3 Funktionsanalys ... 9 7.1.4 Kravspecifikation ... 9 7.2KONCEPTGENERERING ... 10 7.2.1 MindMap ... 10 7.2.2 Brainstorm ... 10 7.3KONCEPTVAL ... 11 7.3.1 4-stegs-modellen ... 11 7.4KONSTRUKTIONSFRAMSTÄLLNING/-VISUALISERING ... 12 7.4.1 Skiss ... 12
7.4.2 CAD, computer aided design ... 12
7.5KONCEPT TEST ... 13
7.5.1 FMEA, Failure modes and effects analysis ... 13
7.5.2 QFD, Quality Function Development ... 13
7.5.3 SWOT analys, strengths, weakness, opportunities and threats ... 14
7.6PROCESSKARTA ... 14 8. TILLÄMPAD LÖSNINGSMETODIK ... 15 8.1UTGÅNGSPUNKT... 15 8.2FÖRSTUDIE ... 15 8.2.1 Målgruppsundersökning ... 15 8.2.2 Funktionsanalys ... 16
8.4.2 Utformning av magasin ... 24
8.4.3 Val av tillämpad åtgärd ... 24
8.5JUSTERING OCH GENOMFÖRANDE ... 25
8.5.1 Test ... 25 8.5.2 Justeringar ... 26 8.5.3 Tillbehör ... 27 8.5.4 Analys ... 28 9. RESULTAT ... 29 9.1MONTERINGS PROCESS ... 29 9.2ILLUSTRATION AV MONTERINGSHJÄLPMEDLEN ... 30 9.3FÖRBÄTTRINGSEFFEKTER PÅ VERKSAMHETEN ... 31 10. ANALYS AV PROJEKT ... 32
11. SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER... 34
11.1SLUTSATS AV KONSTRUKTION ... 34 11.2SLUTSATS AV ARBETET ... 34 11.3REKOMMENDATIONER ... 34 REFERENSER ... 35 INTERNETKÄLLOR ... 35 INSPIRATION ... 36 MUNTLIGA KÄLLOR ... 36 ÖVRIGA KÄLLOR ... 36 BILAGOR ... 37
Figurförteckning
Figur 1: Borrtapp med cylinderrullar i stora spåret ...6
Figur 2: Rotary blast hole bits ...6
Figur 3: Borrkronans överdel i genomskärning ...6
Figur 4: Montering idag ...7
Figur 5: Montering idag ...7
Figur 6: Montering idag ...7
Figur 7: Swot analys (teoretisk) ...14
Figur 8: Processkarta för projektet ...14
Figur 9: Funktionsanalys ...16 Figur 10: Kravspecifikation ...17 Figur 11: Monteringsstation ...18 Figur 12: Golfborste ...19 Figur 13: Lego ...19 Figur 14: Cylinderkåpa ...19 Figur 15: Magnetband ...19 Figur 16: Skålmatare ...19
Figur 17: Wavin rörlyfthjälpmedel ...19
Figur 18: Bilbälte ...19
Figur 19: Koncept lila, sax med gummiband ...20
Figur 20: Koncept grön, cylindrisk behållare ...20
Figur 21: Koncept röd, monteringsring ...21
Figur 22: Koncept blå, magnetiskt band ...21
Figur 23: Koncept 1, gallertratt ...22
Figur 24: Koncept 2, skåltratt ...22
Figur 25: koncept 3, lutandeplan tratt ...22
Figur 26: Koncept 4, kontratt ...22
Figur 27: Koncept 5, stuprännstratt ...22
Figur 28: Pugh´s matris för monteringshjälpmedel ...23
Figur 29: Magasin, lodrät ...24
Figur 30: Magasin, liggande ...24
Figur 31: Magasin, rak ...24
Figur 32: Input av cylinderrullar i verktyget, samt placering runt tappen ...25
Figur 33: Serie av bilder som påvisar borttagningen av hjälpmedel vid färdigt montage ...25
Figur 34: Större kontaktgrepp för monteringsring ...26
Figur 35: Överdel, pusher ...27
Figur 36: Underdel, pusher ...27
Figur 37: Stegmodell för hopmontering av pusher ...27
Figur 38: Sprint ...27
Figur 39: SWOT analys ...28
1. Inledning
Dagligen försöker företaget uppdatera och utveckla verksamheten i takt med kunders behov och efterfrågan. Efterfrågan är idag stor på bergborrar och behovet att kunna leverera snabbare växer kraftigt. Därför måste företaget kunna leverera snabbt till ett lågt pris och med god kvalitet för att kunden ska välja deras produkter på den konkurrenskraftiga marknaden. Montering som detta projekt riktar sig till är ett av de steg inom produktutvecklingsprocessen där man kan effektivisera genom att hitta nya bättre lösningar.
Sandvik Mining and Construction i Köping är en del av Sandvik AB. De levererar maskiner, hårdmetallverktyg, service och tekniska lösningar inom gruvindustrin. De tillverkar också produkter inom bergborrning, bergavverkning, krossning, lastning och transportlösningar. 2011 hade SMC omkring 13 200 anställda över hela världen och en omsättning på ca 32 200MSEK. Idag verkar företaget i köping endast inom Mining-området efter att en företags förändring nyligen gjorts.
2. Syfte och mål
Syftet med projektet är att hitta en lösning för hur man på ett effektivt och ergonomisk sätt kan
montera cylinderrullar på borrkronans tapp. Ergonomiska aspekter tas med hänsyn till ställda krav där konstruktionen ska vara enkel att fästa på plats samt vara lättförståelig för användaren. Relativt låg tillverkningskostnad bör tas i beaktande då detta kan komma att massproduceras för samtliga borrkronsstorlekar i ett senare skede. Produkten är i första hand tänkt som en intern produkt för företaget.
Målet med projektet är att ta fram ett konceptförslag som Sandvik Mining i Köping själva ska
kunna framställa för att tillämpa i den dagliga verksamheten. Detta ska gynna en jämnare kvalité hos produkterna, korta ner monteringstiden samt tillföra mer ergonomiska arbetsförhållande för montörerna. Arbetet kommer att behandlas med de erhållna kunskaperna inom produktutveckling.
3. Projektdirektiv
Direktivet är att komma fram till en lättförstålig mekanisk lösning för placering av cylinderrullar på borrtapp. Hjälpmedlets utformning skall vara utformat så att man kan lyfta den utan större ansträngning och att man enkelt kan montera cylinderrullarna.
Eftersom urvalet av storlekar på borrkronor är stort har en referensprodukt valts i samråd med företaget. En roterande borrkrona på 121/4 tum valdes, den har två lager med cylinderrullar. Det mindre rullarna är 15st D11x18mm och det större rullarna är 17st D17x29mm stora.
Ritningar, konceptförslag samt rapport skall lämnas till uppdragsgivaren redo för tillverkning. En färdigställd rapport skall också lämnas till examinator och handledare på högskolan inför muntlig presentation av arbetet.
4. Problemformulering
Problemformuleringen skall tillämpas genom hela processen men bör understrykas som speciellt viktig att göra såväl korrekt som tidigt i processen. Problemformuleringen består av en välstrukturerad meningsuppbyggnad formulerad i en eller två meningar baserat på kravspecifikationen och funktionsanalysen. Denna formulering kommer ligga till grunden för att påvisa vad man arbetar mot att förbättra.
Problemformuleringen utgörs till stor del av kravspecifikationen som följs genom hela arbetet. Detta projekt handlar till största del om att komma på och testa koncept som senare kan tillämpas inom företaget. Projektet handlar till en början om att sätta sig in i vad som är problemet. Detta görs genom att undersöka arbetsplatsen, analysera liknande montage samt generera egna idéer som kan främja företaget.
De frågeställningar som ställs inför arbetet är:
Hur ska hjälpmedlet passa cylindrarna och borrtappens profiler?
Hur ska montören kunna förstå/använda funktionen hos hjälpmedlet?
Hur kan man minska monteringstiden?
Hur kan man förbättra montörens situation med hänsyn till ergonomi?
Hur uppnås en låg tillverkningskostnaden?
Hur kan man påverka kvalitén hos slutprodukten?
Vad är lämpligt material?
Problemformuleringen lyder därför enligt följande
”Hur kan vi öka effektiviteten vid montering av cylinderrullar
till en låg kostnad utan att försämra ergonomin för
5. Projektavgränsningar
Detta projekt innefattar 15 högskolepoäng på grundnivå och ska genomföras under 10 veckor åt företaget under vårterminen 2012 därför har vissa begränsningar vidtagits.
5.1 Uppdragstagarens avgränsningar
Informationsinsamling till bakomliggande orsaker och problem fokuseras endast till monteringssektionen på Sandvik Mining and Construction i Köping samt till de underlag som företaget tillhandahåller.
Slutgiltiga ritningar och konstruktionsframställning utförs av företaget då högskolans licenser för produkter inom företag inte får utnyttjas, dock kommer mindre exakta konceptförslag att påvisas i form av ritningar och 3D-modeller från SolidWorks i redovisningssyfte.
En prototyp gjord i 3D-format kommer att presenteras och koncepttestas ute i verkstaden. Ett färdigtillverkat monteringshjälpmedel kommer inte att tas fram.
Analysen kommer omfatta liknande lösningar och inspirerande produkter som hittats på internet, frågeställningar hos målgrupp och studie av omgivningen.
5.2 Uppdragsgivarens avgränsningar
Ett förslag på ett lösningskoncept ska tas fram med tillhörande ritningar och 3D-modeller. Konceptet skall anpassas efter en roterande borrkrona som har en storlek på 121/4 tum. Ingen hänsyn tas till en eventuell förändring av cylinderrullarnas leveranspaketering.
Tillverkningskostnad skall hållas så låg som möjligt. Kortare monteringstid och förbättrad ergonomisk förutsättning för montören bör uppnås.
Figur 2: Rotary blast hole bits – Borrkrona (Sandvik, 2012)
Figur 3: Borrkronans överdel i genomskärning (Sandvik, 2012)
6. Bakgrund
I detta avsnitt redogörs fakta för den produkt och arbetsplats man kommer att utgå ifrån, vad den har för egenskaper, utseende och hur det fungerar i praktiken. Men också studera hur det fungerar idag inom det området som ska förbättras, vilka kvalitéer och brister som finns.
6.1 Bakgrund – Roterande borrkrona
Ett vanligt förekommande borrverktyg som tillverkas är en ”rotary blast hole bits” (roterande borrverktyg) som har en diameter på 121/4 tum, se figur 2. Den består av tre ”ben” med roterande överdel, benen svetsas ihop till en borrkrona. Dess rotation medges av två cylindriska rullager och ett kullager, se figur 3. En borrkrona kan i regel borra flera kilometer i vissa berg, men blir sedan utsliten och bör bytas ut. Projektarbetet fokuserar kring ett av de tre borrbenet med dess tapp i vertikalt läge, se figur1. (J.Mikkilä, 2012).
Figur 1: Borrtapp med cylinderrullar i stora spåret.
Figur 4, montering idag
Figur 5, Montering idag
Figur 6, Montering idag
6.2 Bakgrund – montering idag
Eftersom det dagligen tillverkas många färdigmonterade ben med cylinderrullar som väger 15g respektive 55g styck så påverkar det ergonomin för montören. Under mer än 30 år har montören styckvis plockat cylindrarna från en låda och fäst dem på borrtappen förhand. Detta är besvärligt om man skulle använda handskar så det görs idag utan. Det kan påverka kvalitén hos produkten då händerna inte alltid är rena.
En monterings procedur gå till som följer:
Steg 1: I figur 4 ser vi hur borrbenet placeras med tappen i
vertikalt läge med hjälp av ett lyfthjälpmedel och spänns fast med en gångjärnsliknande del. Se sidan 18 för en noggrannare beskrivning av omgivningen.
Steg 2: I figur 5 appliceras ett monteringsfett i de två spåren
på tappen. Fettet har som huvuduppgift att hålla kvar cylindrarna på plats, men fungerar också som ett smörjmedel under de första rotationsminuterna.
Steg 3: I figur 6 plockas cylindrarna upp för hand 17
respektive 15ggr (i två lager) och placeras i monteringsfettet i vertikal riktning runt hela tappen.
Därefter läggs tappens överdel på och man kan vända produkten och trycka in kullagret i mellanskiktet. (J.Mikkilä, 2012).
7. Teoretisk lösningsmetod och PU-verktyg
I detta avsnitt beskrivs det teoretiska tillvägagångssättet för projektet med beskrivning av de moment och verktyg som behövs för arbetets fortsatta problemlösning.7.1 Utgångspunkt och förstudie
7.1.1 Gantt-Schema
Innan arbetet påbörjas bör man lägga upp någon form av arbetsplan för att få en tydlig bild över vad som ska vara klart och när för att hinna färdigt i tid. Att sätta upp ett Gantt-schema före projekt är ett bra sätt för att planera tiden i ett projekt.
Gantt-schema fungerar på så vis att man staplar upp processens alla milstolpar i rätt ordningsföljd längst med den vertikala axeln. Längst den horisontella axeln är det uppradat med arbetsveckor. Man uppskattar i förväg hur många veckor man kommer att behöva arbeta med varje milstolpe för att bli färdig i tid. Löpande fylls utfallet i så man kan göra en mer exakt tidsplanering för likvärdiga projekt i framtiden. Rimligtvis blir utfallet sällan som man planerat och tiden kan komma att omprioriteras efter behov. (Search Software Quality, 2012)
Det här verktyget kommer att tillämpas för att få en tydlig och övergripande bild av projektet. Gantt-schemat används också eftersom det kan uppkomma projekt av liknande struktur i ett senare tillfälle. Vet man hur lång tid olika del momenten tar så vet man hur man ska planera. Schemat kommer att användas som en tidsguide genom projektet för att veta vad som skall göras och när det skall göras för samtliga inblandade.
7.1.2 Omvärldsanalys
För att analysera vad som finns runt omkring där produkten skall tillämpas, så ställdes dessa frågor såväl internt på företaget som externt. Finns det liknande lösningar ute på marknaden? Vad har den tänkta målgruppen för behov/synpunkter? Hur är arbetsplatsen utformad, vad har man till förfogande? (Lerdell, 2012)
En omvärldsanalys kommer att göras för att få kunskap inom området som produkten ska användas i, och kan ge stark input till idégenereringen.
7.1.3 Funktionsanalys
En funktionsanalys beskriver noggrant och ingående alla de funktionella egenskaperna som produkten bör uppfylla för att projektet skall resultera i en lyckad lösning, ökar förståelsen för samtliga funktioner samt reducerar onödigt överflöd av egenskaper och detaljer.
Funktionsanalysen är uppdelat i tre delar:
Huvudfunktion: vilket ger produkten existensberättigande, Delfunktion: som bidrar till huvudfunktionens mål,
Stödfunktion: funktioner som gör att delfunktioner fungerar eller är tilltalande på annat sätt.
(Wikipedia, 2012)
Funktionsanalysen kommer att tillämpas för att det är ett bra verktyg för att påvisa vilka egenskaper som är nödvändiga för att behålla och framhäva produktens funktionalitet.
7.1.4 Kravspecifikation
En kravspecifikation är de krav uppdragsgivaren sätter upp på den blivande produkten samt de egenskaper som marknaden efterfrågar. Kraven är det som sätter upp ramarna för kreativiteten hos produkten men är också viktig för att man ska hålla tankarna inom rätt område. Krav ställs av marknaden, uppdragsgivare och användare. Kravspecifikationen är något man alltid skall hålla ett öga på och använda för att styra projektet i rätt riktning. I detta projekt är det speciellt viktigt att lyssna på företagets krav då detta är en intern produkt. En kravspecifikation delas oftast upp i olika delar så som exempelvis funktion, säkerhet, miljö och återvinning för att ge en klar bild över vilka krav som ställs inom vilka områden. (Wikipedia, 2012)
Det här PU-verktyget kommer att tillämpas för att veta vad uppdragsgivaren vill att slutprodukten ska uppfylla samt att man får en strukturerad lista på vilka ramar man har att arbeta inom.
7.2 Konceptgenerering
Under konceptgenereringen föds idéer när man låter tankarna flöda fritt. Konceptgenereringen görs med olika former av brainstorming. Här hittas möjliga lösningar på förbättringsförslag utifrån tidigare analyser. Vissa konsekvenser och kompromisser kan uppstå i ett senare skede. Här tillämpas brainstorm, MindMaps och informationsinsamling för att sedan komma att vägas in mot de ställda kraven från kravspecifikationen. (Rolf lövgren, 2012)
Konceptgenereringen kommer att genomföras i detta projekt med kombination av dessa tre nämnda genereringstyper för att hitta fram till en bra lösning.
7.2.1 MindMap
Mindmap är ett vanligt sätt att arbeta som går ut på att man skapar en tankekarta över huvudfunktionen och dess egenskaper. Här kan man också kombinera funktioner hos olika förslag för att hitta en ultimat lösning. Detta verktyg är bra att använda sig av för att kunna välja och minnas de bästa egenskaper och funktioner hos en framtida lösning. (Wikipedia, 2012)
7.2.2 Brainstorm
Innebär att man slänger ur sig ord och allt man kan komma att tänka på utan att specificera egenskaper och funktioner efter de satta kraven. Det är ett användbart verktyg för att komma fram till många förslag. Desto fler förslag desto troligare är det att man hittar rätt lösning. (Wikipedia, 2012)
7.3 Konceptval
Här gäller det att våga gå vidare med det lösningsförslag som klarar de satta kraven bäst och inte vända sig till den man tycker bäst om. De idéer man tidigare kommit på utvärderas först med 4-stegsmodellen för att se vilka av dessa som är praktiskt genomförbara och tidsmässigt rätt. Sedan skall dessa idéer utvärderas i en Pugh´s-matris där själva valet sker av vilken specifik lösning man skall gå vidare med till förbättringsprocessen.
Dessa båda verktyg kommer att användas i projektet för att gallra bort de konceptidéer som inte uppfyller kraven i kravspecifikationen och/eller funktioner från funktionsanalysen.
7.3.1 4-stegs-modellen
Genom att tillämpa 4-stegs-metoden gallras snabbt en mängd olika alternativ bort. Det kan vara sådana alternativ som till exempel inte kan tillverkas i den verkstaden som finns till förfogande och/eller inte uppfyller de satta egenskapskraven.
Konceptidéerna går genom frågorna:
Steg1
Passar idén den tänka målgruppen?
Är detta genomförbart i teknik, tid och pengar? Passar den företagets produktimage?
Steg 2
Är kritiska parametrar av funktioner identifierade och säkerställda med vald teknik?
Steg 3
Är ett säkert driftintervall och parameterkänslighet vald för tekniken? Är man medveten om felsätten som kan uppstå, med tekniken? Kan vald teknik tillverkas med befintliga processer?
Kan man kontrollera den valda tekniken genom hela produktlivscykeln?
Steg 4
Stämmer kraven överens med dem man ställt i kravspecifikationen?
7.3.2 Pugh´s matris
De koncept som klarade frågeställningarna från 4-stegs-modellen anses som bra koncept och ställs inför en Pugh´s matris. Här ställs konceptens egenskaper mot varandra och värderas efter kravspecifikationen med en värdeskala på -2 till +2 för att få fram det bästa alternativet.
(Processma, 2012)
7.4 Konstruktionsframställning/ - Visualisering
En konstruktionsframställning görs för att bilda sig en visuell uppfattning av hur idén kommer att se ut och om det är rimligt att funktionerna uppnår det syfte man önskat.
Dessa är inte några processutvecklingsverktyg men kommer ändå att tillämpas för att skapa en förståelse för konstruktionens funktioner.
7.4.1 Skiss
Att få med så många idéer som möjligt är viktigt för en lyckad idégenerering. Därför är det bra att efter att man fått reda på vad man ska åtgärda, direkt skissa ned idéer för framtida konceptval. Inga som helst krav på skisskvalité finns, det är endast tanken och visualiseringen som räknas. Skisserna i detta projekt görs med penna och papper för att fungera som ett underlag vid 3D-modellering i CAD. (Wikipedia, 2012)
7.4.2 CAD,
computer aided design
Genom att tillämpa CAD med erhållna programvaror kan man påvisa en mycket funktionstydlig illustration i såväl 3D format som i detaljerade ritningar. De flesta idéerna konstrueras direkt i CAD för att det ger en mer detaljrik och förklarande illustration av funktionerna och är mer estetiskt tilltalande. All 3D-modellering under projektet sker i programvaran SolidWorks som högskolan erbjuder.
7.5 Koncept Test
När konceptet gått genom egenskapsviktningarna och ställda krav är det lämpligt att ta fram en enklare fysisk prototyp. Den fysiska prototypen kan därefter funktionstestas i dess rätta miljö. Det är i detta steg man ser hur väl toleranser passar in, om man valt rätt material, om produkten bidrar till förbättring eller om man måste tänka om. Det är vanligt att man här upptäcker nya fel och brister och behöver omkonstruera.
Det kan det vara bra att göra en FMEA-analys av produkten som dokumenteras före och efter omkonstruktionen. Det är också bra om man jämför den tidigare konstruktionen med den förbättrade genom ett QFD verktyg.
De verktyg som kommer att användas under testfasen är direkt nödvändiga för att uppnå en kvalitetsstark produkt med hög livslängd.
7.5.1 FMEA,
Failure modes and effects analysis
En FMEA analyserar vilka brister produkten har vid en test, alternativt att man analyserar framtida brister innan prototypen framställs för test. Bristerna dokumenteras i tre kategorier, felsätt, felorsak och feleffekt och åtgärdas så en ny test kan genomföras där man får fram om produkten fått högre funktionell kvalité eller inte. Detta kan leda till en oändlig cirkel tills man lyckats åtgärda de allvarligaste bristerna till en säker nivå där en slutprodukt kan framställas med stark trovärdighet utan framtida brister. Fördelar med verktyget är att redan i ett tidigt stadium hitta och kunna åtgärda framtida brister så det inte blir lika kostsamt för verksamheten att omkonstruera i ett senare skede.
(Extra, 2012)
7.5.2 QFD,
Quality Function Development
Det bästa koncepten läggs in i en QFD där tekniska faktorer och produktkrav jämförs med konkurrerande produkter för att se vilka delar man kan förbättra för att vara bäst på marknaden. En senare jämförelse kan också genomföras mellan den nya och gamla produkten då den genomgått FMEA -analysen. (Cpsc, 2012)
En QFD tillämpas i detta projekt för att påvisa förbättringar efter justeringarna av brister som uppkom vid testet.
Figur 7, mall för SWOT-analys (lerdell, 2012) (teoretisk)
7.5.3 SWOT analys, strengths, weakness, opportunities and threats
I en SWOT analys tar man ställning till och dokumenterar vilka styrkor, svagheter, möjligheter och hot som påverkar produkten på marknaden. Företag och organisationer använder detta för att se vilka interna och externa egenskaper som är bra eller kan vara skadliga. (Lerdell, 2012) Jag kommer att tillämpa SWOT mallen som figur 7 illustrerar för att få en överblick över för- och nackdelar.
7.6 Processkarta
I detta projekt används processtegen som illustreras i figur 8. Stegen utgör också milstolparna i Gantt-schemat. Processkartans uppbyggnad är hämtad från Stiftelsen Svensk Industri Designs processmodell för att ta fram konkurrenskraftiga produkter. (Svid, 2012)
8. Tillämpad lösningsmetodik
Här presenteras projektets arbetsgång efter den teoretiskt uppsatta projektplaneringen för projektuppgiften.
8.1 Utgångspunkt
Projektet delades upp på så vis att produktutvecklingens första veckor gick ut på att ta fram en bra produktidé till företaget och testa dess funktionsegenskaper. De nästkommande veckorna användes för att redovisa projektet i en överskådlig rapport. Dessa veckor planerades med ett Gantt- schema för att hålla koll på att man höll sig inom den uppsatta tidsramen. Se bilaga 1. Schemat sattes upp efter milstolparna hämtade från Stiftelsen Svensk Industri Designs processmodell som också kom att styra hela processen för att skapa en väldesignad produkt med rätt funktionalitet.
8.2 Förstudie
Under bakgrund och förstudiefasen analyserades monteringssektionen, målgruppen och produkten för att skapa en bredare bakgrundsförståelse om situationen idag. En sammanställning av uppdragsgivarens funktionella krav och specifikationer redovisas också här nedan.
8.2.1 Målgruppsundersökning
Produkten är tänkt att bli en intern produkt för företaget därför blir den tänkta målgruppen montör och arbetsledning inom Sandvik Mining i Köping. Det är det viktigt att förstå hur målgruppen såg på monteringssituationen idag. De synpunkter jag fick fram var:
Montörernas synpunkter på dagens monteringsmetod:
Använder handkräm idag för att återfå fuktbalansen efter att vart i kontakt med monteringsfettet.
Lätta men många operationer
Att balansera cylindrar runt tappen kan vara koncentrationskrävande
Ledningens synpunkter på dagens montering:
Borde kunna gå snabbare
Det krävs många torktrasor för att hålla montören ren om händerna.
Figur 9: Funktionsanalys
8.2.2 Funktionsanalys
För att förstå vad monteringshjälpmedlet skall ha för funktioner gjordes en funktionsanalys så en tydligare bild av vilka funktioner som måste uppfyllas klargjordes. Dessa funktioner valdes för att förstå de viktigaste funktionerna hos ett hjälpmedel för montering. Huvudfunktionen representeras av vad som är målet med monteringen. Delfunktionerna representerar vad som måste ske för att cylindrarna skall kunna uppfylla huvudfunktionen. Stödfunktionerna är sådant som bidrar till att man uppnår delfunktionerna, ofta ur en användarsynpunkt.
Funktionsanalysen strukturerades upp enligt följande:
UTRUSTNING FÖR ATT UNDERLÄTTA/EFFEKTIVISERA
MONTERING AV CYLINDERRULLAR
HUVUDFUNKTION
Fästa cylinderrullar på borrkrona
DELFUNKTIONER
Hålla cylindrar i borrkronans vinkel ”Organisera/rada upp cylinderrullar”
Placera cylindrar Släppa cylindrar
STÖDFUNKTIONER
Medge lång livslängd Skydda brukare från skada
Kräva lite utrymme Enkel funktion
Med hjälp av detta kunde man se att delfunktionerna som stödjer huvudfunktionen ”fästa cylinderrullar på borrkrona” bestod av monteringsoperationer som avsåg huruvida cylindrarna skall vara organiserade eller fasthållna. Mycket fokus hamnade därför på cylindrarna istället för på borrkronans tapp.
Figur 10: Kravspecifikation
8.2.3 Kravspecifikation
De krav som uppdragsgivare, marknad och användare ställde på produkten sammanställdes i en kravspecifikation. Specifikationen är uppdelad i funktion, säkerhet, miljö och återvinning för att tydligare påvisa var kraven finns i produkten. De viktigaste kraven var att konstruktionen skulle vara effektiv, ha låg tillverkningskostnad, vara slitstark, relativt simpelt att reparera vid skada, återvinningsbar samt ergonomisk och lättförstålig att använda. Dessa krav användes som bakomliggande faktorer vid idégenereringen och medförde utformningen av konstruktionen.
Funktion Effektiv Singeltillverkning Låg tillverkningskostnad Slitstark Livslängd på minst 10år
Passa sandvik AB´s företagsprofil Reparations möjligheter Säkerhet Anpassad för verkstadsmiljöer Användarvänlig Ergonomisk Lättanvänd Medge underhåll
Miljö och återvinning
Enkelt att montera ihop 100 % återvinningsbar Medge enkel återvinning Lättillgänglig
Konkurrenskraftigt pris
För att fylla dessa olika krav bör man minska antalet monteringar av cylinderrullar, göra konstruktionen i ett solid och billig material som ändå klarade de industriella påfrestningarna. Utformningen skall vara lättförstålig och enkel där inga tyngre lyft eller andra ergonomiska påfrestningar finns.
8.2.4 Arbetsplatsanalys
Arbetsytan/monteringsstationen som montören har till sitt förfogande består av en fästanordning där benet skall sitta i ett vertikalt läge. Benet låses fast med ett gångjärns funktion över hela tappen. Se figur 11.
Benet lyfts på plats med hjälp av ett lyftverktyg eftersom benets egenvikt är stor. Cylinderrullarna finns vid arbetsytan vid montering. När dessa cylinderrullar är slut måste man hämta nya som står något steg längre bort i blålådor. Ett monteringsfett står bredvid fästanordningen. Bakom montören finns ett större bord där varje ben placeras efter färdigt montage.
Gångjärnsfunktionen
Figur 12: Golfborste (Axonstatic, 2012) Figur 13: Lego (Wikipedia, 2012) Figur 14: kåpa (byggfabriken, 2012) Figur 16: skålmatare (Detabecomat, 2012)
Figur 17: wavin rörlyfthjälpmedel (Mynewdesk, 2012)
Figur 18: bilbälte (Amazon, 2012)
8.2.5 Marknadsanalys
Att undersöka marknaden efter konkurrerande produkter var svårt då det endast fanns en enda konkurrent. Så fick istället hitta inspiration hos produkter vars funktioner var likvärdiga med vad ett monteringshjälpmedel kunde ha och dra nytta av dessa inför idégenereringen.
Inspirationskälla 1
För att hitta ett bra alternativ på hur cylindrar kan förflyttas har glidspår studerats. Figur 12 visar en rengöringsborste för golfklubbor som exempel. Man trycker plastknappen som flyttas fram och tillbaka i ett glidspår med ”klick” funktion, vilket gör att borsten stannar i ett bestämt läge och klarar tryck.
Inspirationskälla 2
För att hitta ett bra sätt att fästa saker ovanpå varandra tittades det en del på hur Lego fungerar, hur dess passform och toleranser samspelar. Se figur 13.
Inspirationskälla 3
För att skydda mot utomstående påfrestningar är en kåpa bra som exempel då den har till uppgift att både skydda och hålla kvar något på plats. Figur 14 visar en cylinderkåpa som exempel.
Inspirationskälla 4
Figur 15 visar ett magnetband för att tillämpa något som tar liten plats och kan hålla fast cylindrarna vid montering runt tapp. Mycket bra och billig slitage produkt.
Inspirationskälla 5
Figur 16 illustrerar hur en skålmatare ser ut. Att tillämpa en sådan skulle fungera bra för att organisera cylindrarna i rätt läge. Dock är det ganska kostsamt för företaget att investera i en sådan. Däremot används skakmaskiner idag på företaget och är relativt enkla att få tag i, samt kan anpassas efter produktens utseende.
Inspirationskälla 6
Wavin´s saxliknande hjälptillbehör för att lyfta rör. Dock är denna konstruerad för rör men skulle mycket väl
fungera i mindre skala på cylindriska former.
Inspirationskälla 7
Bilbältets funktion där man drar ut en remsa, se figur 18. Kan man få
cylindrarna att fastna på en sådan skulle det ta extremt liten plats i verkstaden.
Figur 19: koncept lila, sax med gummiband
8.3 Konceptgenerering och visualisering
Brainstormning tillsammans med informationssamlingen kring liknande funktionslösningar ute på marknaden gav upphov till en mängd olika konceptförslag. Koncepten är uppdelade i montering och sortering av cylinderrullar då det kommer att behövas ett verktyg för att få cylinderrullarna på borrtappen och ett för att få cylinderrullarna att ligga orienterade på samma sätt. För att hitta ett bra koncept tillämpades brainstorm i form av MindMaping (bilaga 7) där genereringens olika delmoment redovisas.
Observera att de är namngivna med nummer eller färg beroende på om det är ett koncept för sortering eller montering.
8.3.1 Konceptförslag – Montering
Här redovisas endast de konceptförslag som efter 4-stegsmodellen redogjordes som bäst!
Koncept Lila: Är tagen från
inspirationskälla 6 och dess
saxliknande funktion. Koncept lila är tänkt att med ett gummiband i ändarna trycka fast cylindrarna mot borrbenet. Gummibandet skulle ha två
flänskanter där cylindrarna skulle kunna placeras vid lyft och
fastspänning till det rätta läget runt tappen. Se figur 19.
Koncept Grön: består av tvåcylindrar
varav den nedre är en mycket stark magnet och den andra är ihålig. Funktionen är tänkt att man skulle doppa ner den magnetiska delen i behållaren med cylindrar så att cylindrarna fastnade runt hela delen. Hjälpmedlet skulle sedan hållas ovanför borbenet och man kunde trycka ner locket över tappen och cylindrarna skulle då åka ner och fastna på borrbenet. Se figur 20.
Figur 21: koncept röd, monteringsring
Koncept Röd: Det som visas i figur 21 är
en idé som uppkom som en förbättring av koncept grön, då denna också ska placeras över tappen. Men skillnaden är att man trycker in cylindrar genom en öppning i verktyget, så de placeras jämnt runt hela tappen. Idé hämtad från inspirationskälla 2 och dess lego passfunktion.
Koncept Blå: Är den enklaste lösningen
som går ut på att man tillämpar ett magnetiskt band med flänsar som man drar ut på liknande sätt som ett bilbälte, hämtat från inspirationskälla 7 och 4. Magnetbandet dras runt hela tappen och man klämmer till så cylindrarna lägger sig runt hela tappen.
Se figur 22.
Figur 23: Koncept 1, gallertratt
Figur 24: Koncept 2, skåltratt
Figur 25: Koncept 3, lutandeplan tratt
Figur 26: Koncept 4, kontratt
8.3.2 Konceptförslag - Sortering
Koncept 1: Figur 23 illustrerar koncept 1 som ska fungera som så att den
har en öppning i botten för varje cylinder som man behöver för just det lagret man skall montera på. D.v.s. att man har 17 öppningar för det stora lagret och 15 öppningar för det mindre lagret. Cylindrarna kastas ovanifrån och gallras ner genom ”tratten” först genom att lägga sig i rätt längdriktning för att sedan lägga sig i rätt höjdriktning genom den fasade avslutningen av ”tratten”.
Koncept 2: Figur 24 är en skåltratt som är utformad för att minska risken
för stopp pga. av att cylindrarna har en annan form än underlaget. ”trattfunktionen” har en öppning i botten som påminner om en sparbössa med samma mått som den största cylinderns bredd. Denna öppning medger att cylindrarna kommer i rätt längdriktning. För att få cylindrarna i rätt höjdriktning krävs en fasad avslutning till denna lösning.
Koncept 3: Tillämpar gravitationen genom tre fasade plan som gör att
cylindrarna rullar ner till rätt läge. Figur 25 är en snittvy av tratten för att illustrera tydligare hur planen lutar. I slutöppningen skall den vara tillräckligt lång att 17st rullar skall kunna ligga på en rad i en ”stuprörs”-liknande behållare. Denna lösning kräver dock att man ej lägger i alla cylindrarna samtidigt eftersom det då mycket lätt kan bli stopp i systemet.
Koncept 4: Är en mer innovativlösning på tratt för att motverka stopp.
Tratten består av två motvända koner. I mitten är det ett hjul som skall kunna roteras med enkelt vridande av handkraft. Cylindrarna kommer ut i botten och hamnar i någon form av behållare. Figur 26 visar insidan av denna kontratt. Överdelen finns ej på bilden.
KR AV V IKT R E F Lila Grön R öd Blå
Effektivitet 5 0 1 1 1 1
Låg tillverkningskostnad 2 0 1 0 2 2
Slit/nöt- tålig 4 0 0 -2 1 -1
hög livslängd 5 0 0 -1 1 -2
Passar företagets profil 2 0 1 -1 1 0
Reparations mölgheter 3 0 -1 -1 1 -1
anpassad för verkstadsmiljöer 5 0 -2 0 2 -1
användarvänlig 4 0 1 1 1 2
Ergonomisk 4 0 0 1 1 0
Lätt-förstålig/användig 4 0 2 1 0 1
Medge riskfritt underhåll 3 0 -1 1 1 2
Enkel att montera isär 1 0 1 1 1 2
100% återvinningsbar 1 0 0 0 0 -1
Medge enkel återvinning 1 0 1 2 -1 2
Lättillgänglig 2 0 2 1 1 1
Konkurranskraftigt pris 2 0 1 0 1 2
Poängsumma oviktad 0 7 4 14 9
P oä ngsumma vikta d 0 13 7 48 14
Figur 28: Pugh´s matris för monteringshjälpmedel
Figur 21: koncept röd, monteringsring
8.4 Konceptval och utvärdering
8.4.1 Konceptval
Genom att ta hänsyn till omgivande lämplighetsfaktorer kunde många koncept frånskiljas då de hade brister på såväl tillverkningsmöjlighet som funktionella egenskaper. De fyra monteringskoncepten som nämndes i förra kapitlet klarade sig bäst mot frågeställningarna vid 4-stegsmetoden, där tillverkningspris och funktion uppstod som den viktigaste faktorn.
Dessa fyra monteringskoncept värderades av de satta kraven utifrån kravspecifikationen i en Pughs matris, se figur 28, där den starkaste konceptidén kunde väljas ut. Koncept röd var det koncept som var överlägset starkast och valdes att gå vidare med för vidareutveckling, se figur 21. Dock kunde man urskilja att koncept Lila och blå klarade kraven bra, men att de båda tillämpar ”band med flänsar” vilket skulle bli funktionsmässigt svårt för att få cylinderrullarna att stanna kvar runt tappen samt lossna från bandet. Även att placera cylindrar i bandet skulle tillföra flera onödiga montage. Koncept grön blev i princip omöjlig att använda sig av då den inte kommer över tappens kant ovanifrån.
I samråd med uppdragsgivare uppmanades jag att släppa idéerna kring sortering då företaget ansåg det lämpligare att köpa in en skålmatare som klarade de olika storlekstyperna av cylinderrullarna.
Obs: På grund av att inget sorteringsverktyg skall tas framtas redovisas inte pughs matris (utvärderingen) av dessa i rapporten, finns istället i bilagorna. ( se bilaga 8)
Figur 31: magasin, rak Figur 30: magasin, liggande
Figur 29: magasin, lodrät
8.4.2 Utformning av magasin
Det kommer att krävas en större och en mindre storleksvariant av detta koncept då cylinderrullarna är olika stora. Då det skall användas skålmatare till detta hjälpmedel kommer det att behövas någon form av magasin som cylinderrullarna kan falla/placeras i automatiskt. Jag anser att det finns tre varianter av magasin som går att använda för detta
ändamål:
Variant 1
Cylinderrullarna faller ner i ett rör och skjuts in en i taget med hjälp av en tryckfunktion. D.v.s. cylinderrullarna struktureras stående i ett rör från skålmataren, se figur 29. Detta rör placeras på hjälpmedlet och medför att cylinderrullarna faller ner och skjuts in i monteringsringen med en tryckfunktion (pusher).
Variant 2
Magasinet är en del av monteringshjälpmedlet. Änden av magasinet läggs emot skålmataren så att cylinderrullarna faller ner i magasinet och radas upp liggandes, se figur 30. Monteringshjälpmedlet fylld med cylinderrullar lyfts sedan över tappen och skjuter in alla cylinderrullarna samtidigt i en rörelse med en tryckfunktion (pusher).
Variant 3
Magasinet är en del av monteringshjälpmedlet. Cylinderrullarna faller ner ståendes i magasinet ovanifrån, se figur 31. Dock måste skålmataren röra sig efter magasinets längdriktning. Dessa cylindrar skjuts sedan in av mekanisk kraft på samma sätt som i variant 2.
8.4.3 Val av tillämpad åtgärd
Detta val av variant på magasin gjordes i samråd mellan företaget, författaren och tillverkare för skålmatare, inga PU-verktyg tillämpades.
Variant 1 valdes bort då det ansågs onödigt att ha magasinet separat och att detta ”rör” skulle bli väldigt högt eftersom cylindrarna är högre än vad de är breda. Dock hade denna lösning varit bäst för en skålmatare eftersom det är lätt att rada upp cylindriska former på höjden.
Figur 32: Input av cylinderrullar i verktyget, samt placering runt tappen
8.5 Justering och genomförande
8.5.1 Test
Ett test genomfördes på monteringsverktyget, utan magasin för att se om dess funktion att få cylinderrullarna att stanna kvar runt tappen då monteringshjälpmedlet lyfts bort uppfylldes. Detta test genererade i en så väl uppfylld funktionalitet att monteringsfett inte längre skulle komma att behövas. Men på grund av att det fungerar mycket bra mot rost och dylikt så bör man fortfarande behålla fettet. Vissa toleranser behövde justeras till mer exakta mått, detta gällde toleransen mellan tapp och den inre ringen på hjälpmedlet samt öppningen för cylindrarna i verktyget.
Det positiva var att cylindrarna gick lätt in och fördelade sig jämnt runt hela tappen med mycket liten kraft, och att samtliga cylindrar låg kvar runt tappen när monteringshjälpmedlet lyftes bort.
I figur 32 illustreras hur cylinderrullarna trycks in genom monteringshjälpmedlet.
Cylinderrullarna ligger sedan jämt och fint runt hela tappen.
När monteringshjälpmedlet lyfts bort ligger cylinderrullarna kvar endast på grund av tolerans- och gravitationskraften, se figur 33.
8.5.2 Justeringar
Genom FMEA analysen (bilaga 2) valdes materialet för monteringshjälpmedlet till PPE-plast som bör räcka för den kraft som den kommer att utsättas för. Valet av plastmaterial förbättrar de ergonomiska förhållandena för montören då det inte är tungt att lyfta. Vikten hos det större monteringsverktyget med fyllt magasin är drygt 2kg, det mindre ca 0,5kg. För att öka ergonomin ytterligare tillges konstruktionen rundade kanter och en räfflad greppyta på sidorna. Testet påvisade en brist när magasinets egenvikt i förhållande till toleranspassningen kring borrtappen blev för stor. När magasinet är fyllt med cylinderrullar uppstår ett glapp mellan monteringsringen och borrtappen. Detta åtgärdades genom att minska toleransen mellan monteringsring och tapp samt att en större kontaktyta kring tappen togs fram. Genom att öka monteringsringens höjd så den greppar tag om kullagerspåret får den ett mycket stabilare fäste. Detta tillämpades för både det lilla- och stora monteringshjälpmedlet. Se figur 34.
Se bilaga 3 (QFD analys) för en jämförelse mellan före och efter förbättringsjusteringarna.
Figur 34: Monteringsring med kontaktgrepp över kullagerspåret,
Figur 35: Överdel, pusher
Figur 37: stegmodell för hopmontering av pusher
”klick
Figur 36: Underde, pusher
Figur 38: sprint
8.5.3 Tillbehör
Pusher
Pushern är den del som skall trycka cylindrarna genom magasinet till borrtappen. Stora pushern, (bilaga 4.1) och (bilaga 4.2), och lilla pushern, (bilaga 6.2) och (bilaga6.3) finns bland bilagorna. Hela monteringshjälpmedlet är tänkt att formsprutas i solid form. Därför bör pushern tillverkas i två delar. För att montera in pushern i monteringshjälpmedlet är den konstruerad med ”klick”-funktion. Detta medför att när man väl ”klickat” ihop pusherns delar går det ej att ta isär dessa igen. Den kommer sitta där den sitter tills sista förbrukningsdag. Figur 35 och 36 illustrerar över och under del hos pushern. Figur 37 illustrerar hur hopsättningen av dessa delar bör genomföras.
Sprint
Det behövs också någon form av stopp i magasinet så att inte cylinderrullarna faller rakt igenom magasinet. Detta kan göras på ett enkelt sätt med en sprint, se figur 38, som man drar ut när man skall trycka in cylindrar runt tappen. Se bilaga 5.
8.5.4 Analys
Efter att konstruktionen förbättrats efter resultatet från funktionstestet och FMEA analysen, gjordes en QFD för att få en överskådlig bild över om förbättringarna bidragit till bättre egenskapsfunktioner i förhållande till den tidigare konstruktionen. I QFD´n kan man tydligt avläsa att förbättringsåtgärdandena gjort att konstruktionen håller högre och jämnare kurva efter de uppsatta funktionskraven. Se bilaga 3.
För att förbereda produkten för realisering och användning är det viktigt att känna till dess starka och svaga sidor ifall det uppstår framtida hot. I figur 39 som är en SWOT analys ser vi att om gränssnittet för borrkronan förändras kommer detta verktyg att behöva förändras och alla tidigare framtagna hjälpmedel måste omkonstrueras. En förändring av gränssnittet är inte planerat i nuläget och har inte gjorts på många år så det ses som mycket liten risk. Annars har denna konstruktion endast brist i att den kommer behöva en skålmatare för att strukturera cylinderrullarna och bidra med ett ergonomiskt arbetssätt för montören samt att hos det större monteringshjälpmedlet finns det risk för att man klämmer fingrarna vid inmatning av cylindrar.
Bra
Dåligt
Internt
Tidsvinst ErgonomisktBilligt att framställa
Kräver skålmatare klämrisk
Externt
Magasinet kan köpas in som förbrukningsvara med cylindrar sorterade i magasinetBra gränssnitt som passar framtida produkter
Robotisering
Förändring av borrkronans gränssnitt
9. Resultat
Här presenterar resultatet av tillämpningsprocessen, konstruktionen och effekter hos den framtagna lösningen för uppdraget.
9.1 Monterings process
Huvudfunktionen är att verktyget skall fungera mekaniskt utan att tillämpa motorer/automation. Ett magasin som rymmer exakt antal cylinderrullar, placeras med ändöppningen mot en skålmatare. Cylinderrullarna faller/rullar från skålmataren, ner i magasinet som har så pass bra tolerans att ingen cylinderrulle skall kunna hamna i ett felplacerat läge (snett). När magasinet är fyllt lyfts monteringshjälpmedlet från skålmatare till borrtapp. Detta lyft är högst 2kg tungt. Monteringsverktyget har stor kontaktyta mot tappen samt över spåret för kullagret, för att undvika glapp vid hög belastning. Magasinets utsida har en räfflad utsida för att medge bättre och mer ergonomiskt grepp.
Vid inmatning av cylinderrullar runt tappen dras sprinten bort så det går att föra pushern efter den utpräglade banan och cylindrarna förflyttas. Pushern går så pass långt in i monteringsringen att cylinderrullarna lägger sig jämt och tätt runt hela tappen. Nu kan monteringshjälpmedlet lyftas av och kvar ligger cylinderrullarna med hjälp av gravitation och tolerans på tappens flänsar.
Jämförelse mellan tidigare montering och nytt monteringssätt
Genom att tillämpa detta monteringshjälpmedel uppstår det vissa förbättringar jämfört med hur man tidigare gjort. Tidigare behövde man alltid ha torktrasor tillhands samt 32st monteringsoperationer för att få cylinderrullarna placerade runt borrtappen. Nu behövs det endast fem operationer för att få båda lagrena med cylinderrullar på plats.
Nya monteringen
1. Fylla upp magasin
2. Placera hjälpmedlet över tappen 3. Dra ur sprinten
4. Skjuta in cylindrarna
5. Lyfta av hjälpmedlet från borrtappen.
Gamla monteringen
1. Placera cyl.1 runt borrtappens spår 2. Placera cyl.2 runt borrtappens spår 3. ….osv…
32. Placera cyl.32 runt borrtappens spår
Utöver dessa operationer så appliceras monteringsfett i spåren och inställning av borrben precis som det gjorts tidigare.
Figur 40: Stora monteringshjälpmedlet
9.2 Illustration av monteringshjälpmedlen
Stora monteringshjälpmedlet greppar om borrtappen uppåt i skillnad från det mindre monteringshjälpmedlet. De båda storleksvarianterna av monteringshjälpmedel har i stort sett samma design. Monteringshjälpmedlen är drygt 5dm och 3dm långa med en full lastvikt på ca 2kg och 0,5kg. Se figurer 40 och 41, se också ritningarna på stora monteringshjälpmedel (bilaga 4.1) och lilla monteringshjälpmedel (bilaga 6.1) bland bilagorna. Sprinten (bilaga 5) som sitter mellan magasin och monteringsring är identisk och passar för båda storlekstyperna.
9.3 Förbättringseffekter på verksamheten
Pris: Mindre förbrukning av torktrasor Billigt framställnings material.
Tid: Halverad monteringstid
Effektivitet: 84 % mindre antal monteringsoperationer
Ergonomi: Mindre på frestningar för såväl händer som leder.
Kvalité: Montören behöver ej ta i cylinderrullarna med händerna. Vilket medför att smuts och andra skadliga beläggningar som kan påverka cylinderrullarnas kvalité inte uppstår. Montören skadar inte heller sina händer som tidigare påfrestats av monteringsfettet.
Övrigt: Monteringsfettet som man tidigare använde för att hålla cylindrarna kvar runt tappen behövs inte längre i ett monteringssyfte, men kommer ändå att användas då den fungerar bra som ett smörjmedel under de första roterande minuterna vid användning av borrkronan.
10. Analys av projekt
Det konceptförslag som detta projekt resulterade i skapade en positiv stämning hos uppdragsgivande företaget som visade stor uppskattning för konstruktionen. Vid funktionstestet visade det sig att monteringsfettet inte längre behövdes, vilket gav företaget ett nytt synsätt på hur monteringen skulle kunna gå till väga. Monteringshjälpmedlet uppfyller både de ergonomiska aspekterna och minskar monteringstiden. Sandvik Mining and Construction tog till sig det slutliga konceptförslaget och började hitta användningsområden och vidare förbättringar omedelbart. Problemfrågeställningarna som uppkom tidigt i projektet besvarades på följande vis.
Hur ska hjälpmedlet passa cylindrarna och borrtappens profiler?
– specialbestämda mått på varje monteringshjälpmedel anpassade efter storlek och funktion.
Hur ska montören kunna förstå/använda funktionen hos hjälpmedlet?
– enkel funktion med magasin tillämpning och funktionspåvisande design.
Hur kan man minska monteringstiden?
– en monteringsrörelse
Hur kan man förbättra montörens situation med hänsyn till ergonomi?
– en monteringsrörelse samt ingen direktkontakt mellan cylinderrullar och händer
Hur uppnås en låg tillverkningskostnaden?
– formsprutas i solid form, samt ett material
Hur kan man påverka kvalitén hos slutprodukten?
– exakt placering av cylinderrullar genom monteringshjälpmedlet. Inget fett på cylinderrullar.
Vad är lämpligt material?
- material som inte skadar cylinderrullar eller borrtappen samt klarar att slitas under minst 5 år.
Funktion Vald lösning
Effektiv En mont.operation
Singeltillverkning Verktyg för 12 1/4 tum redo att tillverkas Lågtillverkningskostnad Formsprutas i företagets maskiner Slitstark Material val PPE plast
Livslängd på minst 10år Mekanisk, ingen fjäder alt. Motor passar sandvik AB´s företagsprofil Blå/vit design
reparationsmöjligheter Går att limma om den spricker
Säkerhet Vald lösning
Anpassad för verkstadsmiljöer Skadar ej cylinderrullar eller tapp Användarvänlig Lätt vikt, ingen skaderisk
Ergonomisk Greppvänliga ytor Lättanvänd Lättförstålig funktion Medgeunderhåll Torkas ren med trasa
Miljö och återvinning vald lösning
Enkel att montera ihop Klick-funktion 100% återvinningsbar Smältas ner Medge enkel återvinning Ett material Lättillgänglig Enkel att förvara Konkurranskraftigt pris Billigt att formspruta
Figur 42: Sammanställning av lösning för kravspecifikationen
För att komma fram denna slutliga lösning behövds det också besvara frågorna från kravspecifikationen (figur 10) för att påvisa att man tagit hänsyn till dessa. Nedan visas figur 42 som är en tabell över valda lösningar för de uppsatta kraven. Konstruktionen ger ett ergonomiskt intryck med dess greppvänliga ytor. Funktionen hos hjälpmedlet utgör ett smidigare sätt att placera cylinderrullarna runt borrtappen.
Efter att länge försökt hitta en lösning på hur cylinderrullarna skulle hamna i ett strukturerat/uppradat läge innan monteringen kunde det konstateras att en utveckling av ytterligare koncept inte låg inom projektets omfattning. Det fanns två vägar att gå, 1: förstora projektet till ytterligare en del, vilket skulle tagit mer tid. 2: köpa in något redan färdigutvecklat hjälpmedel som strukturerar/radar upp cylinderrullarna och som man får anpassar slutprodukten till. I samråd valdes det andra alternativet, ramarna för projektets tid var begränsad. Se avgränsningar sid 13. Risken att man klämmer fingrarna i det större monteringshjälpmedlet blev ett problem, detta löstes genom att skapa en lite längre del på pusherverktget se ritningen, bilaga 4:3.
11. Slutsatser och rekommendationer
I detta kapitel kommer det presenteras konstruktionens egenskaper och de rekommenderade åtgärder som bör vidtas i bejakande vid konstruktionsframställningen. Framtida aspekter att ta hänsyn till vid uppstarta av likvärdiga projekt tas också upp.
11.1 Slutsats av konstruktion
Denna konstruktion har vidareutvecklings möjligheter och kan behöva analyseras noggrannare för att få en bättre tillverkningsförståelse. Det monteringshjälpmedel som har tagits fram här är endast specificerat till borrstorleken 12 ¼ tum och passar inte någon annan typ. En kombination av det större och det mindre monteringshjälpmedlet har inte testats av det skälet att dess totalvikt ansågs bli för tung samt att inmatning av cylinderrullar kan bli besvärlig. En test och analys av detta bör vara bra att göra.
11.2 Slutsats av arbetet
Jag är nöjd med det arbetet jag presterat. Tycker att designen är väldigt stilren och enkel. Det blev svårt att hålla de bestämda tidsramarna enligt det planerade Gantt-schemat då nya problem och aspekter regelbundet uppstod. Att hitta liknande lösningar som kunde ge input för idégenereringen var svårt att hitta och tog betydligt mer tid än vad som var planerat. Företaget ställde snabbt upp vid frågeställningar och hjälpte till vid prototypframställningen.
11.3 Rekommendationer
Som rekommendation inför framställning och tillämpning av detta monteringshjälpmedel skulle jag vilja påpeka att en noggrannare test av balanseringsfunktionen bör genomföras då magasinet är helt uppfyllt med cylinderrullar, ingen sådan test hann genomföras.
Sprinten, vars uppgift är att stoppa cylinderrullarna från att åka genom hela magasinet, bör ha någon form av fjäderkonstruktion som är sammankopplad till pushern, alternativt bottenplattan. Svårt att avgöra om det mindre pushverktygets överdel bör omkonstrueras. På grund av dess låga dimensionsmått. Ingen funktionstest på den detaljen har genomförts och rekommenderas att göra.
Detta projekt fokuserade endast kring storleks modell 12 ¼ tum. Skall det framställas för samtliga storlekar behöver konstruktionen behöva produktanpassas efter vald borrkronsstorlek. Vid användning av det större monteringshjälpmedlet kan det finnas risk att man klämmer fingrarna vid inmatning av cylindrar, ingen test har gjorts på det.
Referenser
Internetkällor
Search Software Quality, 2012-01-17
http://searchsoftwarequality.techtarget.com/definition/Gantt-chart Lerdell, 2012-01-23 http://www.lerdell.com/om-oss/lerdellipedia-ordlista/omvarldsanalys-definition/ Wikipedia, 2012-01-23 http://sv.wikipedia.org/wiki/Funktionsanalys_(teknik) Wikipedia, 2012-01-31 http://sv.wikipedia.org/wiki/Produktspecifikation Rolf Lövgren, 2012-01-24 http://rolflovgren.se/RL-MDH/Kurser/KPP017/Lecture%20notes%20(svenska)/5-%20Konceptgenereringsprocessen.pdf Wikipedia, 2012-02-01 http://sv.wikipedia.org/wiki/Skiss Wikipedia, 2012-02-01 http://sv.wikipedia.org/wiki/Mindmap Wikipedia, 2012-02-01 http://sv.wikipedia.org/wiki/Brainstorming Rolf Lövgren 2012-02-20 http://rolflovgren.se/RL-MDH/Kurser/KPP017/Lecture%20notes%20(svenska)/7-%20Konceptutvardering.pdf Processma, 2012-02-21 http://www.processma.com/resource/pugh_matrix.htm Wikipedia, 2012-02-25 http://sv.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design Extra, 2012-02-28 http://extra.ivf.se/lean/pdf/kvalitet/FMEA.pdf Cpsc, 2012-03-02 http://pages.cpsc.ucalgary.ca/~jadalow/seng613/qfd_summary.html Lerdell, 2012-03-05 http://www.lerdell.com/om-oss/lerdellipedia-ordlista/swot-analys-definition/
Designprocess SVID 2012-02-15 http://www.svid.se/For-foretag/Hur-man-gor/Sa-gar-designprocessen-till/
Inspiration
Axonstatic, 2012-02-17 http://www.axonstatic.se/items/420/4455_sva.jpg Wikipedia, 2012-02-17 http://en.wikipedia.org/wiki/File:2_duplo_lego_bricks.jpg Byggfabriken, 2012-02-17 http://www.byggfabriken.com/sortiment/dorrhandtag/tillbehor/info/produkter/545-612-cylinderhylsa/ Magnetvaruhuset, 2012-02-17 http://www.magnetvaruhuset.se/product.html/anisotropa-magnetband?category_id=17 Detabecomat, 2012-02-17 http://www.detabecomat.se/ Mynewdesk, 2012-02-17 http://www.mynewsdesk.com/se/pressroom/maskin_expo/pressrelease/view/nytt-fix-verktyg-fraan-wavin-droem-foer-roerlaeggaren-paa-maskinexpo-612436 Amazon, 2012-02-17 http://amazon.forum.bilia.se/phpbb3/viewtopic.php?f=7&t=9569Muntliga källor
Juho Mikkilä, konstruktör Sandvik Mining Köping, 2012-02-13
Övriga källor
Kursplan för examensarbete 2011-12-20
http://www.mdh.se/studieinformation/VisaKursplan?kurskod=KPP301&termin=20102&sprak =sv
Sandvik AB’s officiella hemsida 2012-01-03 http://www.sandvik.se
Sandvik mining and construction 2012-01-03
Bilagor
Bilaga 1 Planerings Schema (Gantt schema) Bilaga 2 Koncept justeringsåtgärdanden (FMEA)
Bilaga 3 Konceptjämförelse mellan nytt och gammalt koncept (QFD) Bilaga 4.1 Ritning – monteringsverktyg för stora cylinderrullar Bilaga 4.2 Ritning – pusher, överdel för stora monteringsverktyget Bilaga 4.3 Ritning – pusher, underdel för stora monteringsverktyget Bilaga 5 Ritning - sprint
Bilaga 6.1 Ritning – monteringsverktyg för små cylinderrullar Bilaga 6.2 Ritning – pusher, överdel för lilla monteringsverktyget Bilaga 6.3 Ritning – pusher, underdel för lilla monteringsverktyget Bilaga 7 MindMap
