Kvalitetssäkring av fläckanalys för hypoidväxlar

Örebro universitet Örebro University

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

Examensarbete, 15 högskolepoäng

Kvalitetssäkring av fläckanalys för hypoidväxlar

Jesper Aspelin, Philip Engdahl

Maskiningenjörsprogrammet, 180 högskolepoäng Örebro höstterminen 2019

Examinator: Sören Hilmerby

Sammanfattning

Det amerikanska företaget Meritor är en globalt ledande leverantör av lösningar för bland annat drivlinor, bromsning och rörlighet till både industri- och kommersiella fordon. Meritor HVS AB:s fabrik, belägen i Lindesberg, är främst inriktad på montering av kompletta

hjulaxlar samt bearbetning av komponenter, inklusive kugghjul till hypoidväxlar, till tunga fordon såsom buss och lastbil.

Hypoidväxlar används i bakaxlar då de klarar av höga vridmoment samtidigt som de har en hög hållbarhet och är relativt tysta i drift. Ett steg i monteringsprocessen för växlarna på Meritor är att passa in pinjong och kronhjul, två typer av kugghjul, så att de har god kontakt mellan kuggarna. En god kontaktyta behövs för att inte påverka kugghjulens livslängd samt säkerställa tyst drift. Kontaktytan verifieras bland annat genom okulär fläckanalys av montören. Syftet med examensarbetet var att utföra en undersökning om hur

kvalitetssäkringen av fläckanalysen kan förbättras i Meritors centrumväxelmontering. Visionsystem är en metod som ansetts lämpad och extra intressant att undersöka.

Under arbetet har nuläget kartlagts genom bland annat observationer, intervjuer och interna dokument såsom arbetsinstruktioner. Undersökning av kvalitetssäkringslösningar har utförts genom bland annat studiebesök. Fem stycken lösningsförslag har tagits fram varav en

kombination av några av dem skulle ge en mer fullständig kvalitetssäkring. För att bestämma exakt vilken lösning som är mest lämpad så behövs en kravspecifikation tas fram vilket i sin tur kan kräva att flera olika tester behövs genomföras för att kartlägga behov och önskemål. Nyckelord: Kvalitetssäkring, centrumväxlar, hypoidkugghjul, fläckposition, visionsystem

Abstract

The American company Meritor is a globally leading provider of solutions for drivetrain, braking and mobility for both industrial and commercial vehicles. Meritor HVS AB's factory, located in Lindesberg, is primarily focused on the assembly of complete wheel axles and gears but also machining of components, including gears for hypoid gears, for heavy vehicles such as busses and trucks.

Hypoid gears are used in rear axles as they can handle high torque while having a high durability as well as begin relatively quiet in operation. One step in the assembly process of the gears at Meritor is to fit the pinion and ring gears, two types of gears, so that they have good contact (mesh) between the gears. A good contact surface is necessary to not impact the life-span of the gears and to ensure quiet operation. The contact is verified through ocular contact spot analysis by the assembly worker, where the assessment may be a difficult task as well may differentiate between the assembly workers, which is a risk of false assessment. The aim of this project was to carry out a study regarding how quality assurance of the contact spot analysis can be done in Meritor's gear assembly. Vision systems are a method that is considered suitable and of extra interest to investigate.

During the work, the current situation has been mapped through observations, interviews and internal documents such as operation instructions. Investigation of quality assurance solutions has been done through e.g. study visit. Five proposals for solutions have been developed where a combination of some of them would provide a more complete quality assurance. In order to determine exactly which solution that is most suited, a specification of requirements is needed to be determined. Several tests could be required to establish requirements and requests.

Förord

Detta examensarbete är skrivet inom programmet högskoleingenjör med inriktning industriell design och produktutveckling vid Örebro universitet med Jens Ekengren som handledare och Sören Hilmerby som examinator. Arbetat omfattar 15 högskolepoäng inom programmets 180 högskolepoäng.

Vi vill tacka Meritor HVS AB för möjligheten att utföra examensarbetet hos er. Stort tack till handledare Erik Björklund samt övrig personal för all hjälp ni givit oss under arbetets gång. Vi vill även tacka vår handledare vid Örebro universitet, Jens Ekengren, för engagemang och regelbunden feedback som hjälpt driva arbetet framåt.

Tack till personal på Örebro universitet, Meritor HVS AB, samt övriga företag för all hjälp under arbetets gång samt att ni fanns till hands för att kunna svara på alla frågor.

Jesper Aspelin & Philip Engdahl Örebro, 2019-12-12

Innehållsförteckning

2.2 Vad har företaget gjort tidigare ... 4

2.3 Vad har andra gjort tidigare ... 4

2.4 Beskrivning av teknikområdet ... 4

2.5 Teoretisk bakgrund ... 5

3 TEORI OCH METOD ... 7

3.1 Informationsinsamling ... 7 3.1.1 Litteratursökningar ... 7 3.1.2 Intervjuer ... 8 3.1.3 Studiebesök ... 8 3.2 Kvalitetssäkring ... 9 3.2.1 Lean Production ... 9 3.2.2 Sex Sigma ... 9

3.3 Transmissions- och kontaktmekanik ... 10

3.3.1 Olika typer av kugghjul ... 11

3.3.2 Hypoidkugghjul ... 12

3.3.3 Tillverkning av hypoidkugghjul ... 13

3.3.4 Montering och kontrollmätning av hypoidväxlar ... 14

3.3.5 Fläckanalys ... 15

3.4 Visionsystem ... 16

3.5 Artificiell intelligens ... 17

4 GENOMFÖRANDE ... 18

4.1 Tillämpning av kvalitetssäkringsmetod ... 18

4.2 Nulägesbeskrivning och analys ... 19

4.2.1 Beskrivning av process ... 19

4.2.2 Observation av montörer i station för fläckanalys ... 19

4.2.3 Intervjuer med montörer ... 20

4.2.4 Intervju med kuggtekniker ... 21

4.2.5 Fläckutbildning ... 21

4.2.6 Undersökning och tester av färg ... 22

4.3 Undersökning av kvalitetssäkringslösningar ... 23

4.3.1 Artificiell intelligens och visionsystem ... 23

4.3.2 Studiebesök ... 23

5 RESULTAT ... 25

5.1 Nulägesbeskrivning och analys ... 25

5.2 Intervjuer med montörer ... 26

5.3 Intervju med kuggtekniker ... 26

5.5 Kamera och bilder nuläge ... 27

5.6 Kartläggning av färg ... 28

5.6.1 Grundläggande angående färg för fläckanalys ... 28

5.6.2 Tonna S3 M220 ... 29

5.6.3 Titandioxid ... 29

5.6.4 Andra typer av färg ... 29

5.7 Möte med SICK ... 29

5.8 Andra lösningar inom visionsystem ... 30

5.9 Maskininlärning ... 31

5.10 Lösningsförslag ... 32

5.10.1 Lösningsförslag: Standardisering ... 32

5.10.2 Lösningsförslag: Reviderad kuggutbildning ... 33

5.10.3 Lösningsförslag: Konfigurerbart visionsystem ... 33

5.10.4 Lösningsförslag: Programmerbart visionsystem ... 34

5.10.5 Lösningsförslag: Maskininlärt visionsystem ... 34

6 DISKUSSION ... 36

6.1 Värdering av resultat ... 36

6.2 Fortsatt arbete ... 37

7 SLUTSATSER ... 38

1 Inledning

I detta inledande kapitel kommer information om Meritor som företag tillsammans med examensarbetes syfte, mål samt avgränsningar tas upp.

1.1 Företaget

År 2000 slogs de två företagen Meritor Automotive och Arvin Industries ihop och bildade ArvinMeritor, idag Meritor HVS AB. Meritor har sitt huvudkontor i Troy, Michigan, USA. Företaget har 8600 anställda i världen varav drygt 1000 i Lindesbergsfabriken. (1–3) Meritor är en globalt ledande leverantör av lösningar för bland annat drivlinor, bromsning och

rörlighet till både industri- och kommersiella fordon (4).

Lindesbergsfabrikens historia går tillbaka till 1972 då Volvo startade upp en fabrik för tillverkning i Lindesberg (5). 1998 togs fabriken över av Meritor Automotive (6). Idag tillverkas främst hjulaxlar till tunga fordon, såsom buss och lastbil, med Volvo som största kund (3). Lindesbergsfabriken är främst inriktad på montering av kompletta hjulaxlar och växlar samt bearbetning av komponenter, inklusive kugghjul till hypoidväxlar. Hypoidväxlar används i bakaxlar då de klarar av höga vridmoment samtidigt som de har en hög hållbarhet och är relativt tysta i drift (7,8).

Avdelningarna på företaget som examensarbetet huvudsakligen berör är produktionsteknik och monteringen för centrumväxlar.

1.2 Projektet

Ett steg i monteringsprocessen för centrumväxlarna på Meritor är att passa in pinjong och kronhjul, två typer av kugghjul, så att de har god kontakt mellan kuggarna. En god kontaktyta behövs för att inte påverka kuggens livslängd samt säkerställa tyst drift. Kontaktytan

verifieras senare i flödet genom så kallad fläckanalys, vilket innebär att cirka fyra stycken kuggtänder på kronhjulet målas med en pensel för att sedan drivas drygt tre varv i drivriktning samt tre varv i backriktning. Kontaktytan ska verifieras att den är korrekt både när fordonet drivs framåt respektive backar/motorbromsar, därmed analyseras båda sidorna av kuggtanden. Kontaktytan visualiseras genom att den färg som tidigare applicerats pressas ut från ytan där kuggarna får kontaktoch därav bildas en fläck. Problemet med denna fläck är att den är svår för en montör att analysera och bedöma okulärt, vilket riskerar att montören väljer att godkänna en växel där kontakten mellan pinjong och kronhjul inte är tillräckligt god. Syftet med examensarbetet var att utföra en undersökning om hur kvalitetssäkringen kan förbättras vid verifiering av kontaktyta mellan kronhjul och pinjong i

centrumväxelmonteringen, vilket innebär analys av fläck. Syftet med detta är att undersöka om det finns alternativa metoder för att uppnå ett mer precist och likformigt resultat samt om detta kan åstadkommas med ett vision-system. Att kvalitetssäkra processen är av stor

betydelse då fläcken som uppstår på kontaktytan har ett varierande utseende beroende på produkttyp, utväxling samt vilken tillverkningsmetod som använts vid fräsning av kuggarna, någonting som kan medföra svårigheter vid okulär bedömning.

Andra kontrollmetoder, såsom ”singel flank test” och ”dubbel flank test”, kommer endast nämnas kortfattat i denna rapport men inte analyseras då dessa är metoder som inte innefattar

fläckanalys vilket är metoden examensarbetet syftar kring.

Målet med examensarbetet är att ta fram förslag på hur fläckanalysen kan standardiseras och kvalitetssäkras både i framtagning av fläck samt vid bedömning, för att öka tillförlitligheten. Fokus riktas mot visionsystem och de lösningar som motsvarar kraven på kvalitet som Meritor ställer på centrumväxlarna, samt en tydlig tidslinje för hur system och lösningar kan implementeras.

Examensarbetet kommer därmed innefatta följande avgränsningar:

• Meritor förväntas inte erhålla några kompletta lösningar, dock förväntas Meritor erhålla möjliga dellösningar och förslag på implementation.

• Undersökningen gäller analys av fläckar, endast i centrumväxelmonteringen. • Områden utanför maskinteknik, såsom datateknik, kommer inte undersökas mer än

översiktligt

2 Bakgrund

Avsnittet bakgrund fokuserar på att belysa problemet, vad Meritor har gjort tidigare inom området samt hur andra företag arbetar. Detta tillsammans med en beskrivning av

teknikområdet tillsammans med den teoretiska bakgrunden utgör detta bakgrundsavsnitt.

2.1 Problemet

Meritor tillverkar egenutvecklade pinjonger och kronhjul, två varianter av kugghjul, till drevsatsen för sina centrumväxlar. Förklaring till begreppen pinjong, kronhjul, drevsats och centrumväxel tas upp i avsnitt 3.3. Kugghjulen kan gå igenom flera processer såsom

bearbetning, slipning, värmebehandlingar och olika kemiska behandlingar samt

kontrollmätningar. I figur 1 så visas ett exempel på hur processflödet för ett kugghjul kan se ut på Meritor. De processerna som är relevanta för arbetet är de som påverkar formen på kuggtänderna. Dessa är kuggfräsning och läppning som båda beskrivs mer ingående i avsnitt 3.3.3.

Figur 1. Exempel av processflöde för kugghjul på Meritor HVS AB i Lindesberg

När pinjong och kronhjul har tillverkats så ska de vidare ut i monteringsflödet. I monteringen ska pinjong och kronhjul passas in så en god kontaktyta bildas. Verifiering av kontakt sker i slutskedet av monteringen genom okulär fläckanalys där bedömningen utförs av montören. En felaktig bedömning kan leda till att Meritors kunder får en centrumväxel som bland annat kan föra oljud, ha en förkortad livslängd eller i värsta fall haverera. Reklamationer för sådana

växlar kan bli kostsamt, delvis sett till pengar men även tid då problemet bör utredas för att bland annat ta reda på ifall andra växlar tillverkade runt samma tidpunkt drabbats av liknande problem. För att säkerställa att sådana problem inte uppstår så kontrollerar Meritor kontakten på varje enskild växel.

Önskemålet från Meritor var att svara på frågan om vilken som är den mest lämpade

lösningen för att kvalitetssäkra fläckanalysen i Meritors centrumväxelmontering. En intressant teknik att undersöka var olika typer av kameror och visionsystem och hur de skulle kunna analysera fläcken, antingen helt själv eller i samarbete med montören.

2.2 Vad har företaget gjort tidigare

Meritor har i nuläget en kugg-/fläckutbildning som varje montör får genomgå för att öka sin kunskap av centrumväxlarnas funktion samt hur drevsatserna ska analyseras, denna beskrivs mer i avsnitt 4.2.5.

Företaget har även implementerat visionsystem tidigare inom sin produktion, till exempel för att säkerställa att komponenter placerats på rätt sätt. Däremot finns det inget i fabriken som direkt kan liknas vid examensarbetets syfte.

I monteringsstationen innehållande fläckanalysen finns även ett enklare kamerasystem som används i nuläget, men detta system bidrar inte till en säkerställning av kvaliteten vid monteringen av centrumväxlar. Systemet som används idag är istället till för dokumentation och för att kunna spåra tillbaka till hur drevsatsen såg ut vid montering vid ett eventuellt haveri eller andra eventuella problem.

2.3 Vad har andra gjort tidigare

Information och instruktioner för hur fläckanalys bör genomföras finns i flertalet dokument, till exempel ISO-standarder (9,10). Att få tag på information om hur andra verksamheter angripit problemet med att kvalitetssäkra fläckanalysprocessen är något som inte antas finnas publicerat offentligt. Denna information behövs införskaffas genom kontakt med företag med liknande verksamheter samt genom studiebesök hos dem, exempel på sådana företag är Scania (11) och GKN (12).

2.4 Beskrivning av teknikområdet

Examensarbetet kommer huvudsakligen avhandla områdena kontaktmekanik, tillverkningsteknik, konstruktionsteknik samt kvalitetsteknik.

Kunskap inom området kontaktmekanik, tillverkningsteknik och konstruktionsteknik behövs för att förstå hypoidkugghjulens bearbetnings- och monteringsprocess samt dess funktion. Kunskap inom kvalitetsteknik krävs för att kunna analysera nuläget samt veta vilka faktorer som är viktiga för att kunna kvalitetssäkra processen.

För att öka kunskapen inom dessa områden användes bland annat tidigare använd kurslitteratur. Detta behandlas mer ingående i kommande avsnitt, teoretisk bakgrund. Examensarbetet berör även området för datateknik, dock endast grundläggande inom

avsnitten för visionsystem samt artificiell intelligens.

2.5 Teoretisk bakgrund

Företaget innehar anställda med expertkunskap inom området för hypoidväxlar. Detta

innefattar kunskap gällande hela processen för hypoidväxlarna, från bearbetning av kugghjul till montering av kompletta centrumväxlar. Genom att använda ingenjörer/tekniker på Meritor som kunskapsbank kom denna kunskap till stor användning under examensarbetet. Meritor innehar också stor kunskap inom området för kvalitetssäkring och kvalitetsutveckling och har vid flertalet tillfällen fått beröm vid kvalitetsrevisioner, som exempel på detta tilldelades personal på produktionstekniksavdelningen för monteringen årets monteringspris av Monteringsforum år 2016 (3,4,13). Meritor saknar dock kunskap inom områden för visionsystem, metoderna för hur detta skulle implementeras samt hur kommunikation och instruktionsbeskrivningar ska skrivas och förmedlas på bästa sätt för att optimera

monteringsprocessens resultat. Områdena Meritor saknar kunskap inom vidrör examensarbetets uppdragsbeskrivning.

Tidigare använd kurslitteratur (inom programmet för högskoleingenjör med inriktning industriell design och produktutveckling vid Örebro universitet) inom områden som kvalitetssäkring, maskinelement och produktutveckling kom att användas då dessa ansågs vara trovärdiga källor samtidigt som bekantskap med litteraturen förenklar processen att söka information.

Boken Projektledning (Bo Tonnquist) avhandlar olika typer av metoder som kan användas vid projektarbete samt viktiga aspekter av projektstyrning för att nå ett lyckat projekt, till exempel hur en tidsplan bör läggas upp samt följas upp (14). Boken kommer även att ligga till grund för den arbetsmetod som examensarbetet kommer att utgå ifrån. Boken avhandlar även vikten av en förstudie i ett projekt samt hur den kan genomföras vilket är relevant då hela

examensarbetet kan ses som en förstudie inför en senare implementering av en kvalitetssäkringslösning.

Boken Maskinelement (Karl-Olof Olsson) innehåller bland annat ämnen som

kontakthållfasthet, transmissioner, kuggväxlar, motorbromsning, hypoidväxlar samt förklaring om hur lastbilsväxellådor och drivaxlar fungerar, vilket kan ge en grundkunskap om växlarna samt de fysikaliska och mekaniska händelserna som sker när kontaktytan testas (7).

Maskinelement (Mägi, Melkersson och Evertsson) (8), en annan bok med samma titel, berör liknande ämnen men kompletterar med exempelvis tillverkningsmetoder för kugghjul och montering av koniska växlar (8). Boken Groover’s Principles of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems (Mikell P. Groover) går in ännu djupare på metoder och processer inom tillverkning samt innehåller ett kapitel om kvalitetskontroll och inspektion vilket i sin tur innehåller ett avsnitt om maskin-vision (engelska machine vision) (15). Boken Kvalitet från behov till användning (Bergman och Klefsjö) täcker områdena kvalitet, kvalitetsutveckling, kvalitetssäkring och innehåller även metoder, arbetssätt och verktyg för detta (16). För att komplettera områdena som Kvalitet från behov till användning inte täcker används boken Lean: gör avvikelser till framgång (Peterson och Ahlsén) då boken avhandlar principerna inom Lean Production (17), något som Meritor redan idag arbetar med i

Lindesbergsfabriken.

Svenska standarder och ISO-standarder studerades för att se vad det finns för standardiserad information. För kugghjul/hypoidkugghjul är till exempel ISO/TR 10064-6:2009 (9) och ISO/TR 22849:2011 (10) relevanta och därav har tillgång till dessa med flera skaffats genom att få beviljad ansökan om att utöka Örebro universitets abonnemang hos SIS (Svenska Institutet för standarder).

En undersökning behövdes utföras för att se vilka kvalitetssäkringslösningar som finns tillgängliga, exempelvis att undersöka ett visionsystem för automation, detta genomfördes bland annat genom att ta kontakt med Cognex (18) och SICK(19)som båda är företag med lösningar inom visionsystem. Ett studiebesök på SICK har genomförts där företaget

presenterade sina lösningar inom visionsystem för potentiell framtida implementering i Lindesbergsfabriken, detta tas upp vidare i avsnitt 4.3.2 och 5.7.

Eftersom det finns ett stort intresse av att veta hur andra verksamheter arbetar med kvalitetssäkring vid inpassning av pinjong och kronhjul så ansågs studiebesök hos sådana verksamheter vara önskvärt samt något som skulle undersökas tidigt i arbetet. Mer om studiebesök tas upp i avsnitt 4.3.2.

Projektet innefattade även en undersökning om det fanns tidigare examensarbeten, artiklar och rapporter på ämnet. Undersökningen låg till stor grund för kommande teoriavsnitt i rapporten.

3 Teori och metod

För att kunna förklara tillvägagångsättet för genomförandet krävs först förståelse för de metoderna och teorierna som ligger till grund för genomförandet. I kommande avsnitt behandlas teori och metoder för kvalitetssäkring, informationsinsamling, transmissions- och kontaktmekanik, visionsystem samt artificiell intelligens.

3.1 Informationsinsamling

Under informationsinsamlingen användes både kvalitativa och kvantitativa metoder för att få fram en informationsinsamling som tillhandahåller en bra grund för framtida arbete. Under intervjuer och studiebesök har de båda metoderna använts för att få ut det mesta av varje tillfälle. Kvantitativa metoder för att få fram lättbearbetade data samt kvalitativa metoder för att få fram mer djupgående svar och idéer. Allt detta samlat tillsammans med hur

litteratursökningarna genomfördes beskrivs i kommande avsnitt.

3.1.1 Litteratursökningar

Sökningen efter litteratur grundar sig i Örebro universitetsbiblioteks databas Primo som samlar bibliotekets tidskrifter, artiklar, böcker samt avhandlingar och även erbjuder ett open access-arkiv (20). Denna databas användes till stor del för att finna information som

behandlade transmissions- och kontaktmekanik. Sökord som hypoid, gears, och kugghjul användes för att få ett så stort sökresultat som möjligt. Dessa sökord användes även i DiVa, som är det “digitala vetenskapliga arkivet” och samlar avhandlingar samt övriga publikationer från svenska högskolor och universitet (21).

Metoden för sökningarna bestod av att samla en stor kvantitet av artiklar och avhandlingar för att sedan bearbeta informationen i dessa enligt vad som svarar mot examensarbetes syfte samt vad som kan vara en tillgång för examensarbetes utförande. Då Primo och DiVa inte ersätter databaserna för teknik så kompletteras databassökningarna med standarder från SiS som hanterar standarder och patent (22). För mer specifik information angående exempelvis tillverkningsprocesser kompletteras databassökningarna med data och information från tillverkare samt kurslitteratur inom berörda ämnen.

Metoden för litteratursökningar täcker områdena som Örebro Universitetsbiblioteks ämnesguide rekommenderar (23), tillsammans med kompletterande information från tillverkare och kurslitteratur så erhålls en kvalitativ grund för examensarbetes utförande. Även olika sorters forum på internet besöktes för att hjälpa skapa uppfattningar samt för idégenerering. Till exempel så undersöktes flera verkstadsforum för att få reda på hur

entusiaster och/eller mekaniker utför fläckanalys vid inpassning av pinjong och kronhjul samt vilken terminologi som används på forum. Dessa källor är däremot inte av vetenskaplig typ och har därmed inte setts som trovärdiga källor. Detta leder till att information från dessa källor har inte använts som resultat eller för att dra slutsatser, utan de har istället endast använts som vägledning för att söka vidare efter trovärdiga källor.

3.1.2 Intervjuer

Intervjuerna med montörerna bestod av metoden för en kvantitativ undersökning, vilket innebär att frågorna var strukturerade. Detta innebär att svaren blir jämförbara, då alla intervjuade svarar på samma frågor och dessa svar blir direkt jämförbara utan någon vidare analys. Genom att inte använda sig av en kvalitativ intervju, det vill säga semi-strukturerade eller öppna frågor, minskar risken att svaren blir irrelevanta och/eller icke-jämförbara enligt de frågeställningar som utgjorde intervjun. Ytterligare en fördel med kvantitativ intervju är att generera svar som är snabba att bearbeta för att sedan kunna analyseras vidare. (24)

Valet på kvantitativ undersökning gjordes för att ett nuläge skulle beskrivas utifrån de processinstruktioner som finns tillgängliga. Instruktionerna är strukturerade så att alla

montörer ska arbeta likvärdigt och det var därför önskvärt att erhållas korta och lättbearbetade svar från intervjuerna för att kunna analysera nuläget med enkelhet.

Intervjun med kuggtekniker på Meritor var strukturerad enligt en annan metod, nämligen kvalitativ undersökning med en semi-strukturerad intervju. Detta innebär att intervjun blir flexibel och ämnena som intervjun kan avhandla avgörs under intervjuns gång. (24) En intervjuguide användes, där frågeområden som skulle täckas under intervjun togs fram och användes. En fördel med att använda denna metod är att intervjun kan utformas efter vad som anses vara av stor vikt för framtida studie av nuläge. En strukturerad intervju kan missa flertalet av dessa följdfrågor då dessa inte är möjliga om en kvantitativ metod används. Ytterligare en fördel med metoden är att tankar som yttrats i intervjun kunde återkopplas direkt och exempel på dessa kan beskrivas direkt till de som utför intervjun. Något som man bör akta sig för är att ställa ledande frågor, då dessa kan leda till att svaren från

intervjuobjektet kan föras in i en riktning som bäddar för ett visst svar.

3.1.3 Studiebesök

Studiebesöket på SICK, läs mer i avsnitt 4.3.2 och 5.6, var upplagt enligt metoden för

kvalitativ undersökning, med öppna frågor som ledde till följdfrågor och vidare diskussioner. Fördelen med en ostrukturerad intervju i detta fall, är att det liknar vanliga samtal och de frågor och punkter anses som intressanta diskuteras vidare så en tydlig och utförlig förklaring av svaren erhålls. (24) Detta leder till att en känsla med preferenser och erfarenheter ligger till grund för framtida beslut. Detta är även något som även kan vara negativt, då ett framtida beslut grundar sig på känsla istället för fakta. Studiebesöket kompletteras sedan med att undersöka SICKs kameror för att ha jämförbara fakta med övriga konkurrenter.

Den största fördelen med en kvalitativ undersökning, som i detta fall var ostrukturerad, är att intervjun är väldigt flexibel där utförliga svar och tidigare erfarenheter ligger till stor grund för vilken riktning intervjun tar.

3.2 Kvalitetssäkring

Avsnittet för kvalitetssäkring avhandlar de två metoderna Lean Production och Sex Sigma. Avsnittet inkluderar hur metoderna används, skillnader och likheter mellan de två metoderna samt vilken metod som examensarbetet grundar sig i.

3.2.1 Lean Production

Att arbeta med Lean handlar om att man arbetar med en strategi och/eller ett förhållningssätt som sker långsiktigt. Lean Production innehåller bland annat begrepp som kultur, principer, värderingar och metoder. Arbetssättet handlar om att minska slöseri, icke värdeskapande, till ett tillstånd där slöseri inte existerar (17). Då detta mål är praktiskt omöjligt att nå kan man aldrig nå Leans mål, vilket innebär att Lean anger en metod och riktning att arbeta efter och därmed leder till ett kontinuerligt arbete med ständiga förbättringar.

Begreppet som är känt som Lean idag härstammar från Japan och mer specifikt företaget Toyota och deras produktionssystem Toyota Production System, TPS, vilket innebär att både rätt resurser och mängd ska appliceras för att nå bästa resultat (17). En missuppfattning som ofta görs är att minskade resurser alltid är bättre. Detta är inte nödvändigtvis sant då resurser måste användas effektivt, och att minska resurserna kan därmed innebära att man minskar effektiviteten.

Grundtankarna i Lean utgår från tankemodellens beståndsdelar med tillhörande frågor. (17) • Värderingar

• Principer - Hur ska man tänka? • Metoder - Hur ska man göra? • Resultat - Hur gick det?

För att utvärdera hur tankemodellen fungerar används frågorna för att svara mot de respektive beståndsdelarna.

Att Lean Production härstammar från både Ford och Toyota och dess respektive biltillverkning gör att det ofta lämpar sig bra att applicera denna filosofi inom

fordonsindustrin (17). Med detta i åtanke är det fullt förståeligt att Meritor i nuläget arbetar med ovan nämnda filosofi.

3.2.2 Sex Sigma

Inom kvalitetsutveckling finns det olika teorier och metoder att efterfölja. Detta arbete kommer att följa sex sigma och närmare bestämt DMAIC (15), Metoden utvecklades av Motorola 1987 (25) som en metod för kvalitetssäkring med fokus på att nå en stabil process genom att minska variationer och felorsaker. DMAIC utelämnar delar av Lean Productions syn på logistik och transport, (14) och lämpar sig därmed bättre inom projektform samt för examensarbetets utförande.

Det som ligger till grund för vald metod är att Meritor idag arbetar med Lean Production, för att optimera flöden. Lean Production är en bra grund för att sedan kunna fokusera på sex sigma i detta arbete då det är mer projektinriktat och därmed maximerar nyttan av just

nämnda metod. (16) Hade Lean Production inte funnits på Meritor hade det varit betydligt svårare att fokusera på sex sigma, då de två metoderna kompletterar varandra.

I den valda metoden sex sigma kommer fokus att ligga på DMAIC (Define, Measure,

Analyze, Improve, Control) istället för DMADV (Define, Measure, Analyze, Design, Verify). Detta till stor del på grund av att DMAIC är sex sigmas motsvarighet på Lean Productions PDCA, se tabell 1.

Tabell 1. Terminologi inom sex sigmas DMAIC samt Lean Productions PDCA

Definera, innebär att man definierar projektet. Detta görs genom en nulägesbeskrivning och analys. Vidare så är nästa steg mäta vilket innebär att man tar in data för hur nuläget ser ut. Detta är viktigt för att sedan kunna undersöka om förbättringarna man genomförde gav önskat resultat. I steget analysera analyseras hur olika steg i processen påverkar kommande steg. Vilka faktorer A som ger påverkan på resultatet B. När man har funnit vilka faktorer som påverkar kan man sedan förbättra genom att införa de förändringar och förbättringar i processen man önskar. Detta steg kan innefatta förbättringar från att ändra metodik till att köpa in nya produkter. I sista steget kontrollera handlar det om att hålla fast vid förbättringen genom att följa upp resultat och agera så förbättringen inte övergår till att bli en försämring, i jämförelse med nuläget som togs fram i de första stegen. (16)

3.3 Transmissions- och kontaktmekanik

Transmission handlar om att överföra rörelse, kraft, moment samt effekt. Ett fordons transmission, även kallat drivlinan, innehåller delar som bland annat motor, drivaxlar, driv- och kardanknutar, koppling och växellåda som i sin tur innehåller olika maskinkomponenter. En vanligt förekommande maskinkomponent för transmission är kugghjul som kan ha olika geometriska profiler. (7)

I en centrumväxel, även kallat slutväxel, så överförs momentet från motor/kardanaxel ut till drivaxlarna genom kugghjul (26,27). Centrumväxeln är en differentialväxel vilket är en vanlig typ av växel som gör det möjligt för två hjul på samma axel att rotera olika fort. Detta är en förutsättning för att kunna köra med fordonet i en kurva (7,28). Ett litet drivande kugghjul kallat pinjong för vidare det ingående momentet vidare till ett större kugghjul kallat kronhjul. Då kronhjulet har större antal tänder än pinjongen så uppstår en reduktionsväxel vilket betyder att vi har en reducerad hastighet men ett högre vridmoment (15). Kronhjulet är fast monterat i en planethållare i vilken det finns två planethjul och ifall det sker rotation kring

DMAIC PDCA

Define - Definera Plan - Planera Measure - Mäta Do - Göra Analyze - Analysera Check - Studera

Improve - Förbättra Act - Agera Control - Kontrollera

planethjulens axlar så kommer de få solhjulen som är kopplade till drivhjulen att rotera olika fort. Kugghjulen brukar tillsammans benämnas drevsats och det drivande kugghjulet kallas för drev (29).

Denna mekaniska konstruktion som beskrivits kan vara svår att förstå endast förklarat genom text, men även bilder kan vara svårtydliga. En rekommendation för visualisering är att titta på videoklippet Around The Corner - How Differential Steering Works (30) som på ett

pedagogiskt sätt förklarar differentialens funktion och konstruktion.

3.3.1 Olika typer av kugghjul

Det finns flera typer av kugghjul. Som nämnt i tidigare avsnitt så finns det flera möjliga geometriska profiler för kugghjul. I figur 2 visas geometrin av en kuggtand samt en lista med den engelska terminologin för de olika delarna/områdena.

Kugghjul kan bland annat differentieras från varandra beroende på följande parametrar (7): 1. Invändig eller utvändig kugg

2. Rak eller sned kugg

3. Cylindrisk eller konisk kugg

Det finns flera kombinationer av dessa kategorier, samt även andra geometriska skillnader. Den typen av kugghjul som är relevant för arbetet är den som kallas hypoidkugghjul. Denna kommer beskrivas mer i nästkommande avsnitt.

Figur 2. Geometriexempel och terminologi för koniska- och hypoid kuggtänders områden/delar. Bild: ”Figure 1 — Nomenclature of bevel and hypoid gear teeth” från ISO/TR 10064-6:2009. OBS! Varning för synvilla. Bilden visar en kuggtand, inte utrymmet mellan två kuggtänder.

Termer i figur 2 har, baserat på svensk litteratur samt termer som uppfattats användas på Meritor, valts att översättas till svenska på följande sätt:

1. Tå 2. Vänster flank 3. Häl 4. Yttersida av tand 5. Topp 6. Rot 7. Höger flank 8. Innersida av tand 9. Ovansida av tand 3.3.2 Hypoidkugghjul

Vanligt förekommande för bakhjulsdrivna fordon är så kallade hypoidkugghjul, den mest komplicerade geometrin av kugghjul, som tillsammans bildar en hypoidväxel (7).

Hypoidväxeln utvecklades av Gleason Co för bakhjulsdrivna bilar med avsikt att kunna placera kardanaxeln lägre och därmed kan utrymmet utnyttjas bättre, vilket i sin tur kan förbättra komforten inne i fordonet (7,8). Detta åstadkoms genom att hypoidväxlar har

korsande axlar (7) vilket betyder att pinjongen (det lilla drivande kugghjulet) är förskjuten i förhållande till centrum på kronhjulet (det stora kugghjulet) (8).

Det som gör hypoidkugghjulens geometri så komplicerad är att kuggarna behöver vara antingen bågformade eller spiralformade och ha en modifierad kuggprofil då en idealt evolvent profil skulle orsaka punktkontakt istället för önskad linjekontakt (8). Den konvexa flanken är drivsidan och anlägger vid körning framåt. Den konkava flanken är skjutsidan och anlägger vid backning eller motorbromsning.

Med sin geometri kan hypoidväxeln ändra riktningen på kraftflödet, vanligtvis vinkelrätt, från exempelvis en motor till drivaxlarna, se figur 3. (9) Jämfört med en konisk växel med likadan utväxling och kronhjulsdiameter så är en hypoidväxel starkare, vilket är en anledning till varför hypoidväxlar används i transmissioner som är hårt belastade såsom exempelvis lastbilar (8).

Figur 3. Pinjongens (det lilla högra kugghjulet) och kronhjulets (det stora vänstra kugghjulet) förhållande till varandra. Avståndsparametrarna V, G och H justeras vid inpassning för att få rätt kontaktfläck i en hypoid-drevsats. Bild “Figure 20 — Schematic diagram of a typical test machine and tooth contact pattern V and H movements” från ISO/TR 10064-6:2009 (9).

3.3.3 Tillverkning av hypoidkugghjul

Vid tillverkning av kugghjul så finns det flera bearbetningsmetoder samt olika behandlingar med kemikalier och/eller värme för att ändra kugghjulets egenskaper. I figur 1 visas ett exempel på hur processflödet kan se ut för ett kugghjul på Meritor.

Val av bearbetningsmetod beror på vilken typ av kugghjul man ska tillverka och dess geometri. När det kommer till att tillverka hypoidkugghjul med dess sneda kuggar så är de främsta metoderna två olika fräsmetoder. Dessa metoder är planfräsning (engelska face-milling) och kuggfräsning (engelska face-hobbing). (15)

Kuggfräsningsmetoden togs fram och patenterades 1897 av Robert Hermann Pfauter vars företag senare blev en del av Gleason Corporation, företaget vars grundare uppfann den första koniska växeln (7). Metoden går ut på att ett spiralformat kuggfräsverktyg skär ut flertalet kuggtänder kontinuerligt genom att arbetsstycket matas mot verktyget samtidigt som både verktyg och arbetsstycke roterar. Eftersom mer än en kuggtand åt gången skärs ut så går denna metod snabbare än planfräsning (15).

Verktyget till planfräsning är mindre komplext då det är format som utrymmet mellan kuggtänderna. Med denna metod så skär man däremot endast ut en tand åt gången genom att skärverktyget går in i arbetsstycket och skär ut en viss geometri, skärverktyget går sedan tillbaka ut ur arbetsstycket så att arbetsstycket kan rotera till nästa skärposition innan

skärverktyget återigen kan gå in i arbetsstycket. Denna metod är mest lämpad för små serier medan kuggfräsningsmetoden är mer lämpat för medelstora till stora serier. (15)

Det förekommer två varianter av sneda kuggar, den ena är Gleason-varianten som har en cirkelformad spiral och den andra är Klingelnberg-varianten som har en evolventformad spiral (7,8). I dagsläget tillverkar både Gleason och Klingelnberg maskiner för planfräsning och kuggfräsning. De olika metoderna ger smått olika geometri. Planfräsning ger ett ojämnt djup men en konstant topp medan kuggfräsning ger konstant djup, ojämn topp och avsmalnande bredd (31).

Efter hypoidkugghjulens tänder frästs/skurits ut genomgår de ofta en slipningsprocess som heter läppning (engelska lapping). Läppning innebär i det här fallet att pinjong och kronhjul slipas mot varandra (alternativt slipas mot ett verktyg med önskad form) med ett väldigt finkornigt slipmedel för att få bort ojämnheter och skapa en extremt slät yta med noggranna toleranser (15). Slipmedlet består av en vätska med små partiklar av till exempel kiselkarbid och ett exempel på sådant medel är företaget Petrofers produktserie ISOLAP (32).

3.3.4 Montering och kontrollmätning av hypoidväxlar

Efter tillverkning ska pinjong och kronhjul monteras i växellådan och passas in. Det är viktigt att de passas in korrekt då det annars resulterar i en felaktig kontaktyta mellan kuggarna. En kuggväxel kan aldrig göras helt tyst, men med en felaktig kontaktyta så riskerar ljudnivåerna att öka drastiskt. (7) Utöver detta så kan en dålig kontaktyta leda till att livslängden för kuggarna förkortas då de utsätts för både böjspänningar och flankpåkänningar (flank är vad man kallar sidan på kuggen, se avsnitt 3.3.1) på felaktigt sätt. Kontaktytan måste vara god på båda sidor av kuggen då det finns påfrestningar både när den drivs framåt respektive backar eller motorbromsar.

I monteringsprocessen så är det endast pinjongens monteringsdjup (ofta betecknat H) (9) som justeras av montören. I figur 3 så visas parametrarna och dess riktningar. Monteringsdjupet styrs ofta genom användning av shims (10), vilket är en typ av distansbricka.

3.3.5 Fläckanalys

För att säkerställa att inpassning är korrekt så studerar man ofta kontaktytan genom okulär fläckanalys. Denna metod genomförs genom att måla ett antal kuggtänder i följd på kronhjulet och sedan driva drevsatsen både i drivriktning samt backriktning så att de målade kuggarna kommer i kontakt med pinjongen. Där kuggtänderna får kontakt kommer färgen att tryckas ut och kvar blir en fläck utan färg. Även eventuellt oljud kan upptäckas genom att driva

drevsatsen.

Fläckens utseende ska se olika ut beroende på faktorer som exempelvis vilken modell av kugghjul som används, vilka tillverkningsprocesser som använts och vilken utväxling som önskas (9,10) I figur 4 visas ett exempel på hur ett kronhjul med fläckar ser ut. Fördelar med metoden fläckanalys är att den kan utföras utan dyr utrustning och den tar relativt kort tid, men som ISO/TR 10064-6:2009 nämner så kräver en rättvis bedömning av fläcken en erfaren person (9).

Figur 4. Exempel på hur det kan se ut i stationen för fläckanalys i Meritors centrumväxelmontering. Bilden visar ett kronhjul som målats och drivits så båda flankerna kommit i kontakt med pinjongen och därmed fått en fläck som visualiserar kontaktytan på respektive flank.

Att beräkna och simulera exakt hur fläcken ska se ut är något som är väldigt komplicerat samt som arbetet avgränsats från. Generellt sett så bör fläcken finnas i mitten av flanken alternativt närmare tån (10). Fläckens utseende kan skilja sig mellan pinjong och kronhjul (10). Fläcken ser även olika ut beroende på ifall fläckanalysen utförs med eller utan last vid drivningen av drevsatsen. Vid drivning med last så förlängs fläcken längs med flanklängden (10).

Det finns även andra metoder för kontrollmätning. Två vanliga metoder är singel-flank test (engelska single flank test) och dubbel-flank test (engelska double flank test) (9). Singel-flank test går enkelt förklarat ut på att driva kugghjulen med endast ett flankpar (en flanksida från pinjong respektive kronhjul) i ingrepp och sedan med hjälp av en pulsgivare mäta hur exakt och jämn rotationen är (9). Dubbel-flank test skiljer sig åt på det sättet att två flankpar är i kontakt och därmed inte finns något spel. Det man mäter är pinjongens förflyttning i monteringsdjup (9). Arbetet har avgränsats från dessa metoder och de kommer därför inte förklaras eller jämföras djupare.

Andra metoder som kommit på tal under arbetets gång är bland annat värmekameror för att undersöka kontaktytan, men tyvärr har ingen ytterligare tillförlitlig information om dessa metoder hittats. En lösning med värmekamera skulle troligtvis förutsätta att drevsatsen drevs mycket längre tid samt att det gjordes med en last så att friktionen ska hinna skapa tillräckligt hög temperatur för att få fram ett värde. Detta skulle sannolikhet innebära att växeln tar mycket längre tid att montera.

Det finns även maskiner som kan utföra fläckanalys samt göra andra kontrollmätningar. Exempel på sådana är produkterna T60 från Klingelnberg (33) och 600HTT från Gleason (34). Dessa verkar däremot vara mer riktade till att göra kontrollmätningar efter tillverkning eller i produktutvecklingsyfte och därmed kräva en väldigt kunnig maskinoperatör.

3.4 Visionsystem

Visionsystem (ibland kallat maskinvision) är kamerabaserade system som är vanligt

förekommande verktyg för kvalitets- och processkontroller. Metoden går ut på att med hjälp av ett kamerasystem anskaffa bilder som skickas vidare till en dator som bearbetar och tyder data i dessa bilder enligt givna instruktioner/algoritmer (15), till exempel finna avvikelser i färgdata bland bildens pixlar. Visionsystem kan till exempel användas för att finna avvikelser på ytor, göra mätningar av avstånd, verifiera att objekt placerats korrekt och mycket mer (15). Det finns flera olika sorters visionsystem med olika egenskaper vilket gör att de lämpar sig olika bra för olika användningsområden. Till exempel så kan de ha olika arbetsavstånd, brännvidd, operationsförutsättningar (temperatur, vattentålighet m.m.) och gränssnitt (hur de ansluts till dator/PLC).

Man klassificerar kamerasystem som antingen tvådimensionella (2D) eller tredimensionella (3D) (15). Skillnaden är att ett tvådimensionellt system ser bilden som ett tvådimensionellt plan medan ett tredimensionellt system även kan registrera djup i bilden, vilket innebär tre dimensioner. Detta sker ofta genom att systemet sammanfogar flera bilder och jämför

punkterna från dessa och skapar ett moln av punkter (35). En fördel med ett tredimensionellt system är att det kan fungera även under sämre ljusförhållanden samt hantera variationer i kontrast bättre (36).

De enklaste systemen är binära och har endast två möjliga värden, till exempel vit eller svart, vid klassifikationen av pixlar i bilden. Mer avancerade system kan även urskilja gråskala medan de mest avancerade system kan urskilja färg. De binära systemets bilder innehåller mindre data vilket leder till minskad filstorlek (15). En annan faktor för filstorlek är bildens upplösning, alltså hur många pixlar bilden innehåller. Ofta så är högre upplösning än nödvändigt inte önskat då det leder till att stora mängder data ska lagras, vilket kan leda till onödiga kostnader.

3.5 Artificiell intelligens

Artificiell intelligens (AI) är en teknologi som utvecklas väldigt snabbt. Två väsentliga faktorer till detta är att den teknologiska utvecklingen i processorkraft för datorer samt den ökade tillgången till data i dagens allt mer uppkopplade samhälle. (37,38)

En teknologi som kan användas i samband med visionsystem är maskininlärning vilket är en typ av artificiell intelligens. Maskininlärning går ut på att lära en maskin/dator att göra en viss uppgift genom att ge den erfarenhet. Detta görs genom att utveckla en algoritm som matas med data och lär sig hitta mönster utan förbestämda ekvationer. Ju mer data som matas in desto mer erfaren och bättre, på att förutse samt ta beslut, blir algoritmen. (37,39)

Det finns huvudsakligen två varianter av inlärningssätt, dessa är övervakad inlärning

respektive oövervakad inlärning. Den förstnämnda går ut på att lära algoritmen genom att ge den både känd indata och känd utdata för att sedan kunna gör en förutsägelse av ny data. Rekommenderat användningsområde är när man vill få algoritmen att göra en förutsägelse eller klassifikation. I det sistnämnda inlärningssättet ges algoritmen omärkt indata som den sedan försöker hitta mönster och grupper i, vilket gör metoden användbar ifall man vill få data uppdelad i kluster. (37,39)

Maskininlärning kan användas till allt möjligt såsom att skapa rekommendationer till

användare av mediaströmningstjänster såsom Netflix till självkörande bilar (39). Teknologin tillämpas allt oftare inom industrin och är ett verktyg som hjälper till att jobba mot industri 4.0 som bland annat handlar om att ha en uppkopplad produktion med smarta automatiserade lösningar (40). Inom tillverkning kan maskininlärning bland annat användas för att öka effektivitet och kvalitet (39). Maskininlärning rekommenderas att användas om man har en komplicerad uppgift där det finns många variabler och stora datamängder men en saknad av känd formel (37).

4 Genomförande

Genomförandet strukturerades upp på ett sådant sätt att fokus, i början av arbetet, låg på att införskaffa sig en djupare förståelse av problemet som skulle lösas. Detta gjordes bland annat genom möten med personal på Meritor, besök samt analys av stationen och resten av

monteringslinan för centrumväxlar och genomgång av vissa av Meritors interna dokument såsom instruktioner och processflöden.

Personal, såsom lektorer, på Örebro universitet som studenterna haft i tidigare relevanta kurser inom högskoleingenjörsprogrammet för industriell design och produktutveckling kontaktades tidigt i arbetet i syfte av vägledning, idégenerering och åsikter på planerat upplägg/angreppssätt.

När en djupare förståelse för problemet hade införskaffats så påbörjades en stor

informationsinsamling i form av bland annat litteratur, artiklar och rapporter. I det här steget ansågs mycket av informationen vara intressant och möjligen relevant för arbetet. En gallring av den samlade informationen gällande vad som ansågs vara användbart för arbetet utfördes i ett senare skede där gallringen huvudsakligen gjordes sett till tidigare satta avgränsningar. Inläsning och repetering av teoriområden som kvalitetsutveckling och maskinelement prioriterades då de kändes nödvändiga för att förstå problemet som skulle lösas mer

djupgående och därmed vilka kriterier, önskemål och möjligheter som skulle kunna finnas för en lösning.

Andra moment som har skett under genomförandet är bland annat intervjuer med montörer och kuggtekniker på Meritor, observationer av montörer i stationen för fläckanalys och studiebesök. Varje moment beskrivs enskilt i kommande avsnitt.

4.1 Tillämpning av kvalitetssäkringsmetod

Metoden för kvalitetssäkring som användes under examensarbetet innehöll en generell

förstudie- och utredningsprocess, där examensarbetarna adderade delar från andra metoder för att få en metod som passar detta projekt, som ett första steg i sex sigma. (14,15) Inom sex sigma användes DMAIC, se mer utförlig beskrivning av metod i avsnitt 3.2. De olika stegen definierades för detta arbete enligt:

Att definiera problemet gjordes bland annat genom informationsinsamling i form av att undersöka hur bedömningsprocessen sker i nuläget, färgens innehåll och egenskaper, observera och intervjua montörerna samt ha möte med kuggtekniker. Detta gav en bra översikt över hur processen fungerar i nuläget tillsammans med information och data från kurslitteratur och tillverkare.

Mäta och analysera gjordes för att få ett utgångsvärde att jämföra med när implementeringen och förbättringsarbetet är gjort. Data som skulle kunna användas för mätningen samt

kontrollen i sista steget är till exempel att mäta antal icke-godkända fläckar som upptäcks, hur många växlar som går till justering samt antal reklamationer. Denna information finns då Meritor har underlag på hur många centrumväxlar som behöver en vidare analys, då reklamationer görs vid eventuella problem. Några exakta siffror/data är inte något som

kommer presenteras i denna rapport delvis på grund av företagssekretess men även på grund av att arbetet ändå inte kommer täcka implementeringen (förutom förslag på hur den skulle kunna ske) och kontrollmätningen.

Improve, eller förbättra, är den delen som examensarbetets syfte berör, nämligen att

kvalitetssäkra processen och bidra med förbättringsförslag på hur detta kan ske på ett bättre sätt. Efter dessa förslag är implementerade kommer en kontroll behövas genomföras och jämföras med mätvärdena som tas fram under mäta och analysera i DMAIC.

Examensarbetet vidrörde fyra av de fem delarna av sex sigma, då kontroll av

förbättringsarbetet får utvärderas på en längre basis än examensarbetets tio veckor, då ett valt lösningsförslag måste införas innan resultatet av förbättringen kan jämföras med

ursprungsresultatet.

4.2 Nulägesbeskrivning och analys

I avsnittet nulägesbeskrivning och analys sammanfattas hur observation av montörer samt intervjuer med kuggtekniker och montörer genomfördes för att redogöra och definiera hur nuläget i processen såg ut.

4.2.1 Beskrivning av process

Processen i stationen där fläckanalysen sker består av ett antal delprocesser. För att kunna göra en nulägesbeskrivning så behövdes processen brytas ner i delprocesser. Stationen består i nuläget av följande delprocesser, där de markerade delprocesserna inte är kopplade till

fläckanalysen:

1. Scanna streckkod på truck 2. Måla kuggar i drevsatsen 3. Rotera drevsatsen

4. Kontrollera kontaktfläck 5. Fotografera drevsatsen 6. Mät flankspel i drevsatsen 7. Förflytta truck till nästa station

Exakt hur delprocesserna ska utföras kan dock tolkas olika av montörerna då det inte finns tydliga instruktioner för hur många kuggar som ska målas, hur mycket färg som ska

appliceras, konsistens/viskositet på färgen samt antal varv som drevsatsen ska roteras för att skapa en tydlig fläck. Detta leder till att processen i nuläget är svåranalyserad då resultatet från de olika delprocesserna kan variera beroende på metodval enligt parametrarna ovan. Det som fokus riktades emot under examensarbetet var delprocess 2–5 i stationen samt hur dessa delprocesser kan kvalitetssäkras.

4.2.2 Observation av montörer i station för fläckanalys

I samband med denna nulägesbeskrivning utfördes en studie angående hur montörerna arbetar i monteringsstationen. För att kartlägga nuläget så valdes processen för fläckanalys att

montörerna inte skulle börja fokusera på ett visst moment. Följande punkter ansågs viktiga och bestämdes i förväg att studeras:

• Position för truck i station • Penselns skick och funktion

• Hur ofta och mycket färg som blandas samt tiden det tar • Hur mycket färg som appliceras på kuggtänderna • Antal kuggtänder som målas

• Hur många varv drevsatsen körs i vardera riktningen

• Hur lång tid det tar att avgöra ifall fläcken är godkänd eller inte • Kamerans position vid dokumentation av fläckar

• Kamerans egenskaper och bildkvalitet

Dessa observationer utgjorde sedan grunden för framtida intervjuer med montörer samt kuggtekniker.

4.2.3 Intervjuer med montörer

I samband med nulägesbeskrivningen och nulägesanalysen gjordes fem stycken enskilda intervjuer med slumpvis utvalda montörer från centrumväxelmonteringen. Syftet med dessa intervjuer var att öka kunskapen för nuläget samt undersöka om några områden i delprocessen hade missats vid den visuella observationen samt om montörerna upplever några steg i

delprocessen svåra eller otydliga.

Ett intervjuunderlag togs fram och såg ut på följande sätt: • Hur många kuggar brukar du måla?

• Hur många varv brukar du köra? • Hur brukar du blanda färgen?

• Hur ofta, uppskattningsvis, får du blanda färg? • Hur ofta borde färgen blandas?

• Vad har du fått för instruktioner gällande blandandet av färgen? • Brukar du rengöra penseln?

• Vet du hur ofta den rengörs/byts ut?

• Hur säker känner du dig på bedömning av fläcken på en skala 1–5? • Är det olika svårt att bedöma olika kugghjulsvarianter?

• Hur tydliga tycker du instruktionerna är? Både muntliga och visuella. • Hur tycker du upplevelsen av att ta bilder med kameran är?

• Vet du vad syftet med bilderna är?

• Öppen fråga: Har du något förslag på hur stationen kan förbättras alternativt hur man kan göra det enklare för dig?

Intervjuerna inleddes med att förklara både intervjuernas och examensarbetets syfte för montörerna för att öka deras förståelse om vad som skulle undersökas i examensarbetet samt vad montörernas svar under intervjuerna hade för betydelse för framtida arbete.

Under intervjuerna diskuterades bland annat frågor som hur många kuggar som montörerna applicerar färg på samt hur många varv de roterar kronhjulet, både i drivriktning respektive

backriktning, för att få en tydlig fläck. Dessa frågor ställdes för att kontrollera att montörerna är medvetna om hur de gör, då en visuell observation av detta utförts utan att förankra det med de berörda montörerna.

Vidare under intervjuerna diskuterades instruktioner gällande delprocessen, om de har fått några för blandning av färg, samt hur tydliga de tycker att bildskärmarna vid stationen är. Svaren på dessa frågor gav mycket information om hur montörerna uppfattar nuläget samt att tolkar instruktionerna på samma sätt som vid studenternas observation.

Till sist behandlade intervjuerna frågan om kamerautrustning samt hur montörerna upplever att stationen skulle kunna förbättras, både för sig själva genom att göra det enklare samt förbättringar överlag. Intervjuerna bekräftade även här studenternas observationer och tankar på framtida lösningar för kvalitetssäkring av fläckanalys.

Intervjuerna var strukturerade enligt metoden för kvantitativa undersökningar, som beskrevs i avsnitt 3.1.2.

4.2.4 Intervju med kuggtekniker

Ett möte med Meritors kuggtekniker Bengt Eriksson bokades in för att få en bättre översyn över nuläget samt de utbildningar som montörerna på Meritor genomgår. Detta för att få kunskap inom de områden som kunskap saknades.

Mötet var upplagt enligt en semi-strukturerad metod, se avsnitt 3.1.2, där områden som fläckens position, färgens egenskaper, kamerans egenskaper, kuggutbildning samt

instruktioner diskuterades. Dessa områden är parametrar som alla påverkar den slutgiltiga fläcken och förutsättningarna inför bedömningen, vilket innebar att det krävdes djupare förståelse inom dessa områden. Mötet med företagets kuggtekniker var därmed ett nödvändigt steg för att få grundläggande kunskap inom områden som sedan kunde undersökas vidare i litteraturstudien och under studiebesöket som genomfördes under examensarbetets gång. Det som låg till grund för intervjun med kuggtekniker var observationen av- samt intervjuerna med montörerna. Svaren som montörerna bidrog med utgjorde grunden till de frågeområden som utformades inför intervjun med kuggtekniker på Meritor.

4.2.5 Fläckutbildning

Under mötet med kuggtekniker framkom det att alla montörerna får genomgå en kugg-/fläckutbildning för att öka sin kunskap om vad de monterar dagligen. Dessa är

grundläggande kunskaper såsom vilken sida som är drivsidan (för körning) och skjutsida (för motorbroms och backning), se figur 5, samt hur instruktionsbilderna vid monteringsstationen ser ut och vad som är viktigt att fokusera på vid fläckanalys. I nuläget finns ingen djupare utbildning för driftledare eller specialister, ofta kallat andon i samband med Lean Production (41), för att få en djupare förståelse för kuggar och fläckar utan de får istället samma

utbildning som de andra montörerna.

I samband med kuggutbildningen diskuteras även vilka faktorer som påverkar fläcken, bland annat h-värde från läppningen, läs mer i avsnitt 3.3.3, samt att vid eventuell justering med

Övriga faktorer som påverkar fläcken är bland annat monteringen av kronhjulet på diffhuset, kronhjulets bakplanslutning, bakväxelhusmått, pinjonglagerhylsa, samt svetsningen av kronhjulet. Detta är ingenting rapporten kommer att behandla något djupare då det är utanför avgränsningarna för examensarbetet, men det kan vara bra att känna till att dessa faktorer även påverkar fläckens position.

Figur 5. Vänster: Konkav sida, skjutsida, för motorbromsning samt backning inkl. fläck. Höger: Konvex sida, drivsida, för körning inkl. Fläck.

4.2.6 Undersökning och tester av färg

För att öka förståelsen om färgens egenskaper så gjordes ett väldigt enkelt färgtest. Detta gick ut på att själva blanda färgen för att bland annat undersöka hur lätt pigmentpulvret löste upp sig i oljan samt hur viskositeten ändrades beroende på hur förhållandet mellan mängden pulver och olja ändrades.

Efter det småskaliga färgtestet så kontaktades en lokal färgproducent som levererar lösningar till industrier. Detta gjordes i förhoppning av att få komma i kontakt med någon med expertis inom industri-färg och därmed kunna svara på frågor samt ge råd vid undersökning av

nuvarande färg samt eventuell ersättningsfärg.

Vid undersökning av hur fläckanalysen kan genomföras så gjordes en upptäckt av att flera aktörer rekommenderar att använda Gear Marking Compound (9,10). Flera försök gjordes att få tag i gear marking compound, både genom lokala samt nationella leverantörer. Dock verkar detta medel vara svårt att tillhandahålla inom Europa, vilket gjorde att detta medel aldrig testades.

Flera färgtester planerades, men i brist på svar från de som kontaktats, bristen på andra färger/medel för jämförelse samt tidsbrist så utfördes inga fler tester.

4.3 Undersökning av kvalitetssäkringslösningar

I detta avsnitt avhandlas det hur undersökningen av kvalitetssäkringslösningar genomfördes. Ett kort grundläggande avsnitt angående artificiell intelligens följs av ett längre avsnitt som avhandlar genomfört studiebesök hos SICK.

4.3.1 Artificiell intelligens och visionsystem

Två intressanta områden för arbetet var visionsystem och artificiell intelligens, vilka båda var relativt främmande för studenterna då detta är faller utanför maskintekniksområdet. Kontakt med studenter och lärare inom datateknik och artificiell intelligens på Örebro Universitet togs för att få vägledning. Genom kontakt med Johan Axelsson, ansvarig för profilområde

artificiell intelligens, så inleddes kontakt med Martin Längkvist, forskare inom

maskininlärning. Även Martin Eriksson, student som skrivit ett tidigare examensarbete som berörde visionsystem, kontaktades. Martin Eriksson bidrog med intressant information och kunskap inom visionsystem och dess komponenter. Relevanta artiklar bifogades till

examensarbetarna, men då dessa hamnar utanför arbetets område användes dessa inte vidare, men bidrog till kunskap angående hur visionsystem kan vara uppbyggda.

Övrigt material som införskaffats genom dessa kontakter har hjälpt till att ge en förståelse vilka teknologier och möjligheter som finns tillgängliga inom områdena i dagsläget. Exakt hur dessa teknologier och möjligheter ska tas fram, till exempel hur de ska programmeras, vid en implementering är inget som det har skett någon fördjupning i då det är utanför arbetets område.

4.3.2 Studiebesök

Som tidigare nämnt så har det varit intressant sett till arbetets syfte att veta vad andra

verksamheter liknande Meritor gör för att kvalitetssäkra processen för inpassning av pinjong och kronhjul. Därför kontaktades i princip alla relevanta företag som kunde hittas. Bland annat så kontaktades inhemska tillverkare av- eller underleverantörer till lastbilar och/eller andra tunga fordon. Exempel på dessa är Scania (11), GKN (12) samt Volvo Construction Equipment (42). Även liknande verksamheter fast för personbilar såsom Volvo Personvagnar (43) och Koenigsegg (44) kontaktades.

Utöver företag inom fordonsindustrin så kontaktades även företag som tagit fram lösningar inom visionsystem då det fanns ett intresse att göra ett besök hos sådana verksamheter för att få information om deras produkter/tjänster samt demonstrationer som visar hur deras

lösningar fungerar i praktiken.

Flera av alla dessa verksamheterna svarade att de inte hade möjlighet att ta emot besök, åtminstone inte inom tidsramen för arbetet. Från flera verksamheter uteblev svar helt. Ett företag som var snabba att återkoppla samt hade möjlighet boka in ett besök/möte på deras kontor i Stockholm var SICK (19).

SICK grundades 1946 och är idag är en av de större tillverkarna inom sensorer för

tillverknings- och processautomation, (19) och Meritor använder bland annat deras produkter i nuläget, se avsnitt 2.2. För att öka kunskapen inför studiebesöket kontaktades SICK för ge en beskrivning av nuläge samt om de hade några produkter som var lämpade att implementera

i Meritors monteringsprocess. Genom att beskriva nuläget kunde SICK förbereda kameror som kan detektera färgskillnader, vilket är någonting som kan direkt överföras till

fläckanalysen i monteringsprocessen.

Under studiebesöket så förklarades problemet för de anställda på SICK där de fick möjlighet att ställa frågor för att förstå mer exakt vilken lösning Meritor var i behov av. Två kronhjul, ett med godkänd respektive icke-godkänd fläck, togs med till besöket. Då kronhjul togs med så kunde en kamera riggas upp för att efterlikna ett mer verkligt scenario och därmed

demonstreras mer noggrant. Genom demonstrationen så visades olika verktyg i deras programvara SOPAS som skulle kunna användas för att detektera fläcken på kugghjulen. I figur 6 visas en skärmdump från denna programvara.

Som följd av att studiebesöket på SICK utförts så bildades en första konkret uppfattning om hur ett visionsystem kan utformas och vad som krävs för att ett system ska fungera som kvalitetssäkringslösning inom fordonsindustrin (45,46). Dessa tankar bekräftades även via videor som SICK publicerat på deras egna kanaler som visar hur programvaran fungerar för att säkerställa kvalitet (47).

En fördel med SICKs programvara SOPAS är att den kan användas för att emulera en av deras kameror. Emulering via programvaran har utförts i syfte att experimentera av hur man kan detektera samt positionera fläcken, i figur 6 syns ett exempel på detta.

Figur 6. SICKs programvara SOPAS där en PIM60-kamera emuleras för att detektera fläckarna genom ett blobverktyg. Ett kantverktyg används för att detektera flankens topp. Avståndet mellan kant och centrum på fläcken mäts genom ett distansverktyg.

5 Resultat

I detta avsnitt sammanfattas det resultat som sammanställts ur det genomförande som

examensarbetet bestått utav. Avsnittet innefattar nulägesbeskrivning och analys, olika typer av intervjuer samt undersökningar av kvalitetssäkringslösningar.

5.1 Nulägesbeskrivning och analys

Under observationen så undersöktes bland annat hur många kuggar som målades samt hur många varv drevsatsen roterades, se mer i avsnitt 4.2.2. Detta sammanställdes sedan i tabellen nedan, se tabell 2. Tillsammans med denna tabell togs även intressanta noteringar som är listade under tabellen.

Tabell 2. Observation av montörer, antal målade kuggar samt hur många varv drevsatsen roterades.

Operatör Datum Tidpunkt Antal kuggar Antal varv

A 31 oktober 13.30-14.00 4-5 1 B 31 oktober 13.30-14.00 5-6 2 C 31 oktober 13.30-14.00 4-5 2 D 31 oktober 13.30-14.00 4-5 2 E 31 oktober 13.30-14.00 5-6 3 F 31 oktober 13.30-14.00 5-6 2 G 31 oktober 13.30-14.00 6-7 2 H 31 oktober 13.30-14.00 4-5 2 I 31 oktober 13.30-14.00 4-5 2 J 31 oktober 13.30-14.00 8-9 3 K 31 oktober 13.30-14.00 4-5 2 L 31 oktober 13.30-14.00 5-6 2 M 4 november 10.50-11.15 5-6 2 N 4 november 10.50-11.15 4-5 2 O 4 november 10.50-11.15 5-6 2 P 4 november 10.50-11.15 5-6 2 Q 4 november 10.50-11.15 4-5 2 R 4 november 10.50-11.15 4-5 2 S 4 november 10.50-11.15 5-6 2

Övriga saker som observerades var:

• Det fanns knappt någon färg i färgbehållaren o Hur ofta blandas färgen?

o Hur blandas färgen?

• Penseln såg väldigt sliten ut o Hur snabbt slits den? o När byts den ut?

o Behövs en så stor pensel?

o Hur stor roll spelar kvalité på pensel?

o Penselns hår ger tydliga markeringar, behövs det en finare pensel?

o Ingen höll penseln så som man vanligtvis håller en pensel, beror det på att den är sliten och svår att använda? Eller möjligtvis att färgen är svår att applicera? o Hur påverkas resultatet med otillräckligt- eller för mycket färg?

• Instruktionsbilderna skulle kunna göras tydligare

o Bilderna som montörerna ska ta ser krångliga ut att ta • Kamera-armaturen skulle kunna göras stabilare

o Kamerorna är väldigt långsamma (fokus, exponering m.m.) • Ta tag i målad kugg efter dokumentation, har det någon betydelse?

• Trucken går längs ett spår och det finns gula markering i golvet som visar vart trucken ska stå, det är enkelt att placera trucken rätt i stationen

5.2 Intervjuer med montörer

Under intervjuerna med montörerna framkom mycket information. Majoriteten av montörerna målar fyra till sex kuggar på drevsatsen samt roterar denna 1,5–2 varv och vid bedömningen känner sig de flesta relativt säkra på vad de ska titta efter, tre eller fyra på en skala 1–5. Montörerna uppskattar att typen av färg de föredrar varierar. Några vill ha en ”torrare” färg (större mängd pigment i färgblandning vilket resulterar i en färg med högre viskositet och därmed mer trögflytande) och några vill ha en ”blötare” (mindre mängd pigment i

färgblandningen vilket resulterar i en färg med låg viskositet och därmed mer lättflytande). Det som många montörer påpekar är att fläckinstruktionerna skulle kunna göras tydligare, även hur färgen ska blandas, vilket leder till att bedömningen skulle förenklas.

Alla intervjuade montörer vet att syftet med bilderna är för att kunna gå tillbaka och spåra drevsatser som blivit reklamerade samt att dessa bilder sparas med varje drevsats, men de flesta upplever att hanteringen och upplevelsen av kameran skulle kunna förbättras. Åsikter om förbättringar inkluderar förslag såsom bättre instruktioner för färg och

fläckanalys, en bättre kamera som analyserar fläcken automatiskt, samt en färg som fungerar bättre att applicera på drevsatsen.

5.3 Intervju med kuggtekniker

Som en del av att både kartlägga nuläget samt undersöka möjliga lösningar för

kvalitetssäkring så bokades ett möte med Meritors kuggtekniker Bengt Eriksson in. Det som diskuterades var bland annat hans syn på hur fläckanalysen fungerar i dagsläget, hans syn på hur de bilder som används för dokumentation fungerar när han behöver använda dem för