Utveckling av arbetsmetodik för Design for
Assembly genom en exempelprodukt -
För produktutveckling
Samuel Broström
Maskiningenjörsprogrammet, 180 högskolepoäng Örebro vårtermin 2021
Examinator: Jens Ekengren
Development of working methodology for Design for Assembly through an example product - For product development.
Sammanfattning
ESAB har beslutat att analysera om en Design For Assembly (DFA) metodik går att implementera med syfte att sänka monteringstiden och utveckla deras produktutvecklings-process (PU-produktutvecklings-process). Målet för det här projektet är således att presentera hur en arbetsmetodik inom DFA kan tillämpas genom att undersöka en exempelprodukt, rullbock.
För att förstå DFA och dess relaterade områden genomfördes en litteraturstudie. Studien utfördes för att få en djupare förståelse där undersökningar gjordes inom vetenskapliga artiklar, böcker och webbkällor. Undersökningarna utfördes med mål att samla information om andra lyckade DFA-implementeringar, tillämpningsområden och riktlinjer.
Genomförandet följer en PU-process med DFA som fokus. Till en början av PU-processen framställdes en kravspecifikation och en rotorsaksanalys. En DFA-metodik utnyttjades för att framställa konceptförslag för rullbocken. Metodiken grundar sig i de riktlinjer och frågor som presenterats i litteraturstudien.
Resultatet presenteras i former av CAD-ritningar och riktlinjer. CAD-ritningar framställs för att få en förståelse över konceptförslagen och hur metodiken har tillämpats. Riktlinjerna är kortare punkter som bör övervägas av användaren vid utveckling av produkter. Lösningarna viktades mot varandra med hjälp av Pughs matris. Syftet och frågeställningen för projektet har besvarats. En arbetsmetodik och riktlinjer för DFA presenterades genom att undersöka exempelprodukten och en litteraturstudie inom området.
Nyckelord: Design for Assembly (DFA), Produktutvecklingsprocess (PU-process), Riktlinjer, Konceptförslag
Abstract
ESAB has decided to analyze whether a Design for Assembly (DFA) methodology can be implemented with the aim of reducing assembly time and developing their product development process (PD-process). The aim of this project is thus to present how a working methodology within DFA can be applied by investigating an example product, roller bed.
To understand DFA and its related areas, a literature study was conducted. The study was conducted to gain a deeper understanding where research was done in scientific articles, books, and web sources. The surveys were conducted with the aim of gathering information about other successful DFA implementations, areas of application and guidelines.
The implementation follows a process with DFA as the focus. At the beginning of the PD-process, a requirements specification and a rotor case analysis were created. A DFA methodology was used to produce concept proposals for the roller bed. The methodology is based on the guidelines and questions presented in the literature study.
The results are presented in the form of CAD drawings and guidelines. CAD drawings were created to gain an understanding of the concept proposals and how the methodology has been applied. The guidelines are shorter steps that should be considered by the user when developing products. The solutions were weighted against each other using Pugh's matrix. The purpose and question of the project have been answered. A working methodology and guidelines for DFA were presented by examining the example product and a literature study in the area.
Key words: Design for Assembly (DFA), Product development process (PD-process), Guidelines, Concept proposal
Förord
Detta examensarbete är utfört av Samuel Broström på Örebro Universitet i samarbete med ESAB inom programmet högskoleingenjör med inriktning maskinteknik.
Först och främst vill jag tacka ESAB för att ha fått möjligheten att utföra examensarbete hos dem. I synnerhet särskilt tack till Håkan Larsson som varit min kontaktperson och handledare på företaget. Även tack till Leif Berglind som gjorde det hela möjligt genom att tillåta mig genomföra examensarbetet hos ESAB.
Jag vill rikta ett stort tack till min handledare på Örebro universitet, Christer Korin. Ingen fråga har varit för stor eller för liten. Tack för ett stöd genom hela projektet!
Samuel Broström Örebro, 2021-06-06
Innehållsförteckning
1 INLEDNING ... 8 1.1 Företaget ... 8 1.2 Problemställning ... 8 1.3 Rapportstruktur ... 9 2 BAKGRUND ... 10 2.1 Utveckling av produktutveckling ... 10 2.1.1 Syfte ... 11 2.1.2 Frågeställning ... 11 2.1.3 Avgränsningar ... 11 2.1.4 Förutsättningar ... 11 2.2 Rullbockens funktion ... 122.3 Implementering av DFA i andra företag ... 13
2.3.1 Hypertherm Inc. ... 13
3 TEORETISK REFERENSRAM ... 15
3.1 Produktutvecklingsprocess ... 15
3.2 Lean ... 16
3.2.1 Slöseri inom Lean ... 16
3.3 Concurrent Engineering och DFX (Design for X) ... 16
3.3.1 Concurrent engineering ... 16
3.3.2 DFX (Design for X) ... 18
3.4 DFA (Design For Assembly) ... 19
3.4.1 Riktlinjer ... 19
3.5 DFM (Design For Manufacturing) ... 21
3.6 DFMA (Design for Manufacturing and Assembly) ... 23
3.7 Produktutveckling från ett hållbarhetsperspektiv ... 23
3.7.1 DFA från ett Ekologiskt hållbarhetsperspektiv ... 23
3.7.2 DFA från ett Socialt hållbarhetsperspektiv ... 23
3.7.1 DFA från ett Ekonomiskt hållbarhetsperspektiv ... 23
3.8 Ekvationer för beräkning av konceptförslag ... 24
3.9 Rotorsaksanalys ... 25
3.9.1 5 Varför? ... 25
3.9.2 Fiskbensdiagram ... 26
4 METOD FÖR KONCEPTFÖRSLAG DFA ... 27
4.1 Metoder för genomförande ... 27 4.1.1 5 Varför? ... 27 4.1.2 Produktutvecklingsprocess ... 27 4.1.3 Kravspecifikation ... 28 4.1.4 DFA-metodik ... 28 4.1.5 Pughs matris ... 29
5.2 5 varför? ... 31
5.3 Konceptförslag för rullbocken ... 32
5.3.1 Alternativ 1 ... 34
5.3.2 Alternativ 2 ... 35
5.3.3 Alternativ 3 ... 36
5.4 Förslag på riktlinjer för DFA ... 37
5.5 Viktning av lösningsalternativ för rullbock med Pughs matris ... 37
6 DISKUSSION ... 38
6.1 Värdering av resultat ... 38
6.2 Diskussion av resultat ... 38
6.2.1 Konceptförslag ... 38
6.2.2 DFA-riktlinjer ... 39
6.3 DFA från ett hållbarhetsperspektiv ... 39
6.4 Fortsatt arbete ... 39 7 SLUTSATSER ... 40 8 REFERENSER ... 41 BILAGOR A: Konceptförslag för rullbock B: Skisser
ORDLISTA
DFA – Design for Assembly
DFM – Design for Manufacturing
DFMA – Design for Manufacturing and Assembly
DFX – Design for X
1
Inledning
Detta kapitel innehåller en beskrivning av företaget och den problemställningen som ligger till grund för arbetet. Kapitlet avslutas med en beskrivning av rapportens övergripande struktur och upplägg.
1.1 Företaget
ESAB är ett globalt företag som tillverkar utrustning och tillsatsmaterial för svetsning och skärning. De erbjuder produkter för svetsnings- och skärningsjobb inom flertals branscher som tex, fordonsindustrin, rörtillverkning och processindustrin. Med fler än 10 000 medarbetare är ESAB representerade i nästintill alla världens länder och har tillverkningsanläggningar på 4 kontinenter [1].
ESAB grundades 1904 av Oscar Kjellberg när han utvecklade världens första belagda svetselektrod. Med mer än 100 års erfarenhet har ESAB ständigt förbättrat och hittat nya lösningar. Detta har gjort ESAB till en av världens ledande inom svetsning [1].
År 2012 köptes ESAB upp av Colfax Corporation. Colfax är ett världsledande och mångsidigt företag inom industriell tillverkning. Under Colfax ledning är ESAB:s vision ”Att vara den
främsta globala leverantören av innovativa svets- och skärlösningar för all svetsindustri”,där deras värderingar är [1]:
• Kunderna talar, vi lyssnar • Bästa laget vinner
• Ständig förbättring (kaizen) är vårt sätt att leva • Innovation är vår framtid
• Prestation är avgörande i konkurrensen om aktieägare 1.2 Problemställning
I nuläget ser ESAB problem som gör att monteringstiden för produkter blir onödigt lång (Personlig kommunikation Berglind L 2021-05-01). En längre monteringstid resulterar i senare leveranser vilket kan medföra mindre nöjda kunder. ESAB har därmed beslutat att analysera om en Design for Assembly (DFA) metodik går att implementera i deras produktutvecklingsprocess (PU-process). Förutsättningar för en implementering av DFA i ESAB:s fall är inte idealisk eftersom de oftast jobbar med enstyckstillverkning [2]. Projektet kommer därför innefatta en redogörelse för en DFA metodik och hur den kan tillämpas inom ESAB:s verksamhet. En av ESAB:s produkter, rullbock, används som exempel för att visa metodiken. Metodiken medför en mer tidseffektiv montering och således blir resultatet snabbare leveranser till kunder. Redovisningen av arbetsmetodiken ska även ligga som grund för framtida införanden av DFA inom ESAB.
1.3 Rapportstruktur
Rapporten är indelad i fyra huvuddelar, Introduktion, Undersökning, Resultat och Diskussion. Delarna presenteras nedan i figur 1. Rapporten utgår och börjar med Introduktionen. Introduktionen innehåller inledning och bakgrund som beskriver och avgränsar projektet samt presenterar den information som examensarbetet kommer utgå ifrån. I undersökning delen redovisas den bakomliggande teorin som behövs för att lösa problemet, vidare i metod och genomförande tillämpas den teorin som beskrivits. Resultatdelen redogör resultaten ifrån genomförandet som redovisas i former av konceptförslag och riktlinjer. I diskussionsdelen diskuteras resultaten och genomförandet. Därefter framförs slutsatser och förslag för fortsatt arbete.
Figur 1. Grundläggande bild över rapportens struktur. Introduktion •Inledning •Bakgrund Undersökning •Teoretisk referensram •Metod och genomförande Resultat •Riktlinjer •Konceptförslag Diskussion •Diskussion av riktlinjer •Diskussions av konceptförslagen •Slutsats •Fortsatt arbete
2
Bakgrund
I följande kapitel beskrivs bakgrunden för projektet. Inledningsvis beskrivs problemet på en djupare nivå för projektet. Vidare framställs syfte, frågeställning, avgränsning, förutsättningar och en exempelkravspecifikation. Kapitlet avslutas därefter med beskrivning hur andra företag har implementerat DFA.
2.1 Utveckling av produktutveckling
I nuläget arbetar ESAB med enstyckstillverkning och kundunik order. Som en av ESAB värderingar ”Kunderna talar, vi lyssnar” visar på att fokus ligger på flexibilitet och kundnöjdhet [1]. Att jobba med enstyckstillverkning och kundunik order innebär att rum för förbättring på produkten är väldig liten. Det är avgörande att alla steg i produktutvecklingsprocessen utförs effektivt, speciellt de tidiga stegen. Om ett fel syns i de senare stegen måste processen börja om och ”tiden-till-marknaden” (time-to-market) förlängs ytterligare [2]. Nedan i figur 2 visas hur kostnaden för ett projekt påverkas utav en modifiering/förändring i projektet. Ju längre fram i processen som projektet ändras desto mer kostar det vilket medföljer längre tider [2].
En PU-process utgörs av en serie av flera faser. Faserna kan variera beroende på företagets egna behov [3]. Det finns många olika PU-processer, en generell PU-process som används består av
sex faser, planering, konceptutveckling, produktplanering, detaljkonstruktion,
förserieproduktion, lansering och volymtillverkning [3]. En annan PU-process innefattar fem faser, koncept, undersökning, analys, utveckling och lansering [4]. Det finns stor variation inom området och beroende på behov kan olika PU-processer tillämpas. Många av stegen måste ske iterativt för att säkerhetsställa ett bra resultat.
Fokus för det här projektet kommer vara på de tidigare stegen i PU-processen eftersom det är där mest förändringar på en produkt kan göras utan höga kostnader [2]. Företaget har noterat att flertals svårigheter uppmärksammas vid montering, där orsaken kan vara missvisande ritningar/komponenter eller onödigt komplicerade produkter som gör det svårare att montera och således förlänger monteringstiden. En bra metodik för att minska monteringstiden är att utnyttja DFA [5]. ESAB vill därför undersöka om en DFA-metodik vore lämplig att använda i deras verksamhet.
2.1.1 Syfte
Huvudsyftet med denna tekniska rapport är att presentera DFA och redovisa hur metodiken kan anpassas och tillämpas inom ESAB. Genom att specifikt undersöka en exempelprodukt, ESAB:s rullbock, ska en fungerade metodik hittas som vidare kan införas på andra produkter. Målet med projektet är således att presentera riktlinjer och processer inom DFA som underlättar för montering.
2.1.2 Frågeställning
Vilka riktlinjer och processer inom DFA bör designavdelningen överväga vid utveckling av produkter?
2.1.3 Avgränsningar
• Undersökningsdelen kommer grunda sig på ESAB:s befintliga produkt, rullbocken • Projektet kommer behandla DFA och inte andra Design for X (DFX) metoder.
• Projektet kommer inte behandla olika Lean-metoder som också kan minska monteringstiden och därav kopplas med DFA
• Genomförandet av arbetet kommer behandla tid och inte hur andra aspekter som till exempel ekonomi påverkas utav DFA
2.1.4 Förutsättningar
På grund av Covid-19 har de praktiska förhållanden begränsats. Besök och även arbete på plats är otillåtet då ESAB fick ett totalt besöksförbud i samband med Covid-19. Projektet har därmed enbart genomförts på distans. Nödvändiga dokument som angår projektet har delats ut med somliga begränsningar. Programmet Creo parametrics har nyttjats för att lättare visa metodiken som tillämpats där en studentlicens från universitetet används.
2.2 Rullbockens funktion
Rullbockar inom ESAB används vid mekaniserad svetsning och hanterar stora cylindriska objekt som till exempel tryckkärl eller rör. Rullbockarna kan kombineras så att produktiviteten bibehålls när längre objekt ska svetsas [1]. Nedan i figur 3 visas en rullbock med ett cylindriskt rör placerat ovanpå. Rullbocken är det objektet som syns under röret. I figur 4 visas exempelrullbocken som detta projekt kommer undersöka och utgå från.
Kortfattat används rullbockar för att kunna rotera cylindriska objekt samtidigt som det svetsas. Med rullbockar minimeras behovet av andra roteringskonstruktioner som exempelvis kranar och på så vis ökar säkerheten vid hantering av stora objekt.
Figur 3. En av ESAB:s rullbockar med ett cylindriskt rör placerat ovanpå.
2.3 Implementering av DFA i andra företag
Det finns flera fall där en implementering av DFA i andra företag har blivit framgångsrik. Ett stort steg inom DFA uppnåddes 1988 när Ford Motor Company rapporterade att Boothroyds DFA software hade minskat kostnaden med flera miljarder på en av Fords produkter.
Senare rapporterades det att General Motors (GM) gjorde jämförelser av områden som implementerat DFA och områden som inte implementerat DFA. Resultaten var tydliga, området som implementerat DFA (Ford Car) hade betydligt mindre komponenter som även var lättare att montera än komponenterna för GM Pontiac. Det kunde konstateras att GM har blivit en ledande användare inom DFMA (Design for Manufacturing and Assembly) [5].
Ett annat fall av en lyckad implementering av DFA är inom Hypertherm Inc. 2.3.1 Hypertherm Inc.
Hypertherm Inc är ett världsledande företag som designar och tillverkar avancerade plasmaskärningssystem för metallindustrin. År 2009 ställde Weber frågan, ”Does anyone out-lean Toyota?” Ett företag kom på tal vilket var Hypertherm. Genom att implementera olika lean-verktyg och simplifiera produktens design (DFA) har Hypertherm minskat arbetskostnaderna med över 50 % [6].
Hypertherms ledande direktör för lean tillverkning, produktutveckling och design for assembly/manfucatring Dr. Mike Shipulski har konstaterat sex steg för en lyckad implementering av DFA. Nedan följer de sex punkter som Shipulski har framställt efter en lyckad implementering av DFA inom Hyperterms [7].
• Everybody has to take the leap
Här menar Shipulski på att första steget mot DFA är ett ”leap of faith”. Risker måste tas och om inte alla, framför allt ledningen, är positiv för ett DFA införande är det svårt att lyckas [7].
• Design engineers must experience production line
För en lyckad DFA metodik måste företagets designers se över produktens flöde. Shipulski menar på att designers måste vara övertygade om att deras produkt går att förbättra. I många fall tycker designers att produkten fungerar väl och är lätt att montera men när den når monteringen och kunden stämmer det inte alltid [7].
• An explicit part-reduction goal of 50 percent is ideal
Det bästa sättet att starta ett DFA projekt är enligt Shipulski att sätta ett tydligt och rakt mål, minska antalet komponenter. Genom att ta bort onödiga komponenter ur produkten kommer arbetskostnaderna minska naturligt [7].
• Reducing part count eliminates more waste than you think
Det Shipulski syftar på här är (Non-value-added activites), aktiviteter i en process som inte kunder betalar för, alltså aktiviteter som inte tillför värde till produkten. Det här är en grundsten inom lean-filosofin. Shipulski menar på att färre komponenter i en produkt resulterar i en mängd olika fördelar som oftast kan knytas samman med ett lean tänk. Mindre komponenter att överproducera, mindre komponenter som blir fel, mindre timmar att vänta på komponenter, mindre komponenter att leverera, mindre komponenter att transportera osv… Det finns många fördelar med att reducera komponenter som man oftast inte tänker på [7].
• Floor space productivity is a measure of DFA success
Floor space productivity (FSP) är definierat enligt Shipulski som ” Floor Space
Productivity (FSP) = profit per unit time/required floor space” [x]. FSP är ett enkelt
verktyg som har ett tydligt ändamål. Alla inom ett företag förstår att ökad vinst är bra och hur man mäter golvyta. FSP är ett bra verktyg för att mäta effektiviteten av DFA [7].
• Before-and-after metrics sustain DFA momentum
Nyckeln för att upprätthålla DFA kan så enkelt som att rita upp för- och efter diagram. De tre viktigaste faktorer att dokumentera och redovisa enligt Shipulski är, produktkostnad, monteringstid och antal komponenter [7].
3
Teoretisk referensram
Följande kapitel avser att samla information om den teoretiska kunskapen som behövs för att lösa problemet. En produktutvecklingsprocess som beskrivs tidigare kommer ligga som grund för genomförandet av projektet.
3.1 Produktutvecklingsprocess
Genomförandet av projektet följer en produktutvecklingsprocess (PU-process) med DFA i fokus. PU-processen som beskrivits tidigare kan variera beroende på företagets egna behov. Utförandet för det här projektet kommer efterlikna en PU-process beskriven av Johannesson. Johannesson förklarar processen som iterativ och flera av stegen måste genomföras flera gånger för en lyckad PU. Johannesson är även tydlig med att förklara att projekt kan vara av olika karaktär, alla projekt startar inte från första steget och slutar vid sista. Till exempel ett PU-projekt som behandlar omkonstruktion och förbättring av en redan befintlig produkt utgår från ett redan givet produktkoncept. Precis som i detta fall är exempelrullbocken redan en befintlig produkt så därför kommer projektet starta vid ett givet ”Produktkoncept”. Med avgränsningarna som gjorts kommer därför också projektet sluta vid ”Layout-konstruktion”. Nedan visas PU-processens olika faser enligt Johannesson med två inringade faser där projektet startar och slutar [2].
Figur 5. Produktutvecklingsprocessens olika faser med inringningar där detta projekt startar och slutar, [2].
3.2 Lean
Enligt lean-filosofin kan produktutveckling även benämnas som resurseffektiv eller resurssnål produktutveckling [2]. Målet med en lean-produktion är alltså att minska nyttjandet av resurser i olika typer av aktiviteter i en process. En grundidé inom lean-filosofin är att en aktivitet kan delas in i tre olika kategorier beroende på hur den tillför värde till produkten [2]:
• Värdeskapande aktiviteter
Aktiviteter som tillför värde till produkten • Nödvändiga aktiviteter
Aktiviteter som inte tillför värde till produkten men som är nödvändiga för processen • Icke-värdeskapande aktiviteter
Aktiviteter som inte tillför något värde till produkten
Det lean-teorin belyser är att eliminera/minska de icke-värdeskapande och nödvändiga aktiviteterna och på så sätt utföra hela processen på mindre tid [9].
3.2.1 Slöseri inom Lean
Det finns tre huvudtyper av slöseri: muda (icke värdeskapande), mura (ojämnhet) och muri (överarbete) vilket kan förklaras som olika slags aktiviteter som inte tillför värde åt produkten [8]. Utifrån huvudtyperna kan 8 (7+1) slöserier identifieras, de vill säga arbete som inte tillför något värde. Slöserierna presenteras nedan [9].
• Överproduktion • Transport • Lager • Rörelse • Väntan • Överarbete • Omarbete • Outnyttjad kreativitet
3.3 Concurrent Engineering och DFX (Design for X) 3.3.1 Concurrent engineering
Konceptet Concurrent engineering trädde fram när företag, på grund av konkurrens, tvingades producera väldesignade och högkvalitativa produkter till låga kostnader och kortare tider. De krävdes en förbättring för många företag där kortare ledtider, nya modeller, felfria produkter och lägre kostnader var numera måsten för att företaget ska kunna klara av marknaden. Förbättringarna berörde både produkt- som produktionsprocess och på så sätt trädde Concurrent engineering fram [10].
Företag började röra sig ifrån ”Traditional engineering” till Concurrent engineering för att effektivare kunna arbeta med produktutveckling. Traditional engineering kan tolkas som ”Over-the-wall approach” vilket betyder att designers sitter på ena sidan av väggen och montörer och tillverkare sitter på andra. Med andra ord finns det ingen kommunikation mellan avdelningarna, alla gör sitt eget och skickar vidare produkten i flödet. Montörer och tillverkare måste oftast ta hand om de olika felen som uppstår eftersom de inte var involverade vid designprocessen. Concurrent engineering är en metod som i stället involverar arbetsgrupper som parallellt arbetar tillsammans under projektet. På så sätt minskas ”tiden-till-marknad” (time-to-market). Nedan i figur 6 och 7 jämförs traditional engineering mot concurrent engineering, eftersom alla steg integreras mer med varandra syns det tydligt att den totala tiden minskar [11].
Figur 6. Traditionell” over-the-wall” engineering, [11].
3.3.2 DFX (Design for X)
DFX (Design For X) är samlingsnamnet som används för målinriktade aktiviteter med syfte att fokusera på specifika faser i produktens livscykel eller en specifik egenskap. De två mest använda metoderna inom DFX är DFA (Design For Assembly) och DFM (Design For Manufacturing). Anledningen att just DFA och DFM ligger på topp enligt är att de andra DFX-metoderna är nyare på marknaden och på så sätt mindre utspridda. Nedan i figur 8 visas hur DFX-metoder är relaterade till varandra [12].
Figur 8. Hierarkisk bild över DFX metoder, [12].
Genom att arbeta i multifunktionella lag kan fler avdelningar hjälpa och påverka designprocessen. DFX-metoder är ett sätt att underlätta för lagen genom att tillhandahålla fokus och ett ”gemensamt språk”. Med användning av DFX-metoder kan kommunikationen och samarbetet förbättras mellan lagen [12].
3.4 DFA (Design For Assembly)
Design For Assembly (DFA) är en metod inom produktutveckling som anpassar konstruktionen så att produkten blir enklare att montera. Boothroyd anser att DFA kan appliceras vid varje steg inom designprocessen, men framför allt i de första stegen eftersom teamet som designar produkten måste ta hänsyn till att simplifiera produkten redan vid start [5].
Vid DFA ligger fokus på att eliminera antalet ingående komponenter som inte är nödvändiga för konstruktionen, därefter modifiera och anpassa resterande komponenter för att öka monteringsvänligheten. Syftet med DFA är således att förbättra produktens design för en mer tidseffektiv och kostnadseffektiv montering [5]. Boothroyd har fastställt, genom över 100 publicerade studier, hur mycket monteringstiden har minskat vid införande av deras DFA verktyg. Av de publicerade studierna kunde det konstateras att den genomsnittliga tidsreduceringen låg på 60% [13].
För implementering av DFA ska varje komponent undersökas hur den påverkar konstruktionen i helhet. För att underlätta finns det tre huvudfrågor som kan ställas för varje komponent [5]:
1. Under montering, rör sig komponenten i förhållande till andra delar?
2. Måste komponenten vara gjord utav ett annat material från resterande komponenter? 3. Måste komponenten vara separerad från andra delar för nödvändig montering eller
demontering av produkten?
Genom att följa dessa tre huvudfrågor går det mer tidseffektiv att inse vilka delar som är nödvändiga för konstruktionen. Problemet blir att förstå vid ett tidigt skede hur komponenterna kommer förhålla sig vid montering. Att redan vid designprocessen försöka gå igenom dessa huvudfrågor kan vara utmanande eftersom produkten ännu inte har monterats. Detta resulterar att det måste ske i flera iterationer för att nå önskat resultat.
3.4.1 Riktlinjer
Boothroyd har utvecklat olika riktlinjer som designers kan överväga vid utveckling av nya produkter. Riktlinjerna delas in i två olika områden, riktlinjer för ”part handling” och riktlinjer för ”insertion and fastening”. ”part handling” syftar på hur detaljen kommer hanteras medan ”insertion and fastening” menar på hur detaljen kommer monteras [5].
Riktlinjer för ”part handling”;
• Designa delar som har slut-till-slut symmetri och rotationssymmetri kring axeln • Delar som inte kan göras symmetriska ska designas asymmetriska
• Utnyttja design som förhindrar att delar fastnar vid förvaring • Undvik design som gör att delar kan trassla ihop sig vid förvaring
• Undvik delar som sitter ihop eller är hala, känsliga, flexibla, väldigt små, väldigt stora eller är farliga för användaren (till exempel delar som är vassa)
Riktlinjer för ”insertion and fastening”
• Designa så det är minimalt eller inget motstånd mot införande. Förse produkten med fasningar för att lättare styra montering av två passande delar
• Standardisera produkten genom standardiserade delar, processer och metoder
Utöver Boothroyds punkter har Quality-one ställt upp följande riktlinjer vid implementering av DFA. Riktlinjerna presenteras nedan [14]:
Reducera antalet ingående komponenter och simplifiera komponentdesignen • Kan komponenten tillverkas med samma material som andra komponenter? • Hur rör sig komponenten i förhållande till andra rörande komponenter? • Kan komponenterna monteras ihop utan någon speciell process eller verktyg? Designa komponenter för enkel tillverkning
• Fastställ vilka material som ofta används och är kompatibla med redan existerande tillverkningsprocesser för att minimera bearbetningstiden
• Granska komponenten och eliminera onödiga detaljer som resulterar i ytterligare steg Överväg hur komponenterna kommer hanteras
• Ritningar bör konstant visa samma typ av orientering
• Om möjligt designa komponenter som är symmetrisk kring båda axlarna Designa för enkel montering
• Inarbeta simpla mönster i konstruktionen för att minimera stegen i montering • Undvik onödiga ”re-orientations” under montering
• Se till att operatören kan se vad de monterar, ha inga gömda detaljer och snitt
En viktig del inom DFA metodiken är nyttjandet av ett mått på monteringseffektiviteten för en föreslagen design, så kallat DFA index. DFA index är ett förhållande mellan den teoretiska minsta siffran av delar, den totala estimerade monteringstiden och monteringstiden för en del. Monteringstiden för en del är den genomsnittliga tiden för en del utan hantering, införande eller fästnings svårigheter, oftast runt (3 sekunder). DFA index ges utav ekvationen nedan [3]. 𝐷𝐹𝐴 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑥 =𝑇𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑘 𝑚𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎 𝑠𝑖𝑓𝑓𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑣 𝑑𝑒𝑙𝑎𝑟∗𝑀𝑜𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑎𝑣 𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 (3𝑠)
3.5 DFM (Design For Manufacturing)
Design for Manufacturing (DFM) är en metod som koncentrerar sig på att minimera komplexiteten i tillverkningsprocesserna genom att [5]:
• Se över tillverkningen för varje individuell komponent • Anpassa komponenter så de blir lättare att tillverka • Utnyttja standardprocesser för tillverkning
Precis som DFA, är syftet med DFM att optimera produktutvecklingen men i stället genom att säkerhetsställa effektivare konstruktioner och tillverkningsprocesser. DFM är en metod som på så vis medför mindre tillverkningskostnader till samma produktkvalité [5].
Vid tillämpning av DFM utnyttjas information från flertals olika källor, vilket gör DFM till en av de metoder som kräver mycket integration mellan utvecklingsavdelningarna inom företaget. Ett multifunktionellt lag som arbetar tillsammans är nästintill nödvändigt för att genomföra DFM [3].
Implementering av en DFM metodik börjar redan vid konceptfasen, när kravspecifikation och önskemål för produkten beslutas. Tid och kostnad är nästan alltid några av kraven på vilket ett beslut tas, vilket gör DFM en lämplig metodik att välja. DFM och DFA anses vara starkt sammankopplade eftersom DFA är ett steg inom DFM processen (se figur 9 nedan) [3].
Figur 9. DFM-processens steg, Ulrich & Eppinger [12].
Ulrich & Eppinger summerar DFM processen med fem steg, följt av iterationer [12]: • Estimera tillverkningskostnader
• Reducera kostnaden av komponenter • Reducera kostnaden av montering
3.6 DFMA (Design for Manufacturing and Assembly)
DFMA är en metod som kombinerar både montering (DFA) och tillverkning (DFM) till en gemensam process, därav Design For Manufacturing and Assembly (DFMA). Enligt Boothroyd används DFMA främst inom tre huvudaktiviteter [5]:
• Som grund för ”concurrent engineering” studier för att kunna medföra riktlinjer till designteamet genom att simplifiera produktstruktur, reducera tillverkningskostnader och monteringskostnader och möjliggöra för fler förbättringar
• Som ett verktyg för att studera konkurrenters produkter och se över tillverkning och monteringssvårigheter
• Som ett kostnadsverktyg för att förhandla om leverantörskontrakt
Boothroyd menar på att kärnan i DFMA är att kunna uppskatta kostanden av både monterings och tillverkningskostnader i ett tidigt skede. För att genomföra DFMA behövs därför kunskaper inom bland annat huvudområden som tillverkning, design och montering. Concurrent engineering blir därför kritisk vid implementering av DFMA [5].
3.7 Produktutveckling från ett hållbarhetsperspektiv
Hållbar utveckling kan delas in i tre kategorier, ekologi, ekonomi och sociala frågor [2]. Ekologisk hållbarhet handlar om att långsiktigt upprätthålla en ekologisk balans, att ta vara på jordens, havens och ekosystemens produktionsförmåga. Huvudsakligen innebär ekologisk hållbarhet att nyttja så lite resurser som möjligt och undvika oönskade utsläpp i naturen. Ekonomisk hållbarhet innebär att långsiktigt ta vara på och utnyttja både människor och materiella resurser. Social hållbarhet syftar till att bygga ett långsiktigt dynamiskt och stabilt samhälle där de grundläggande mänskliga behoven uppfylls [2].
3.7.1 DFA från ett Ekologiskt hållbarhetsperspektiv
DFA är en metod som används för att minska komponentantal i en produkt. Mindre komponentantal resulterar i mindre material som används, på så vis nyttjas mindre resurser. Således är det tydligt att DFA stödjer ekologisk hållbarhet.
3.7.2 DFA från ett Socialt hållbarhetsperspektiv
Ett stort fokus inom DFA är att underlätta för montering av produkter. DFA kan resultera i mer ergonomiska arbetsstationer som ökar montörernas välbefinnande. En lägre monteringstid, som är målet med DFA, ökar vinsten inom företaget. Vinsten kan användas för att öka välmående hos personalen genom bland annat högre löner och kortare arbetstider.
3.7.1 DFA från ett Ekonomiskt hållbarhetsperspektiv
DFA som tidigare beskrivits syftar på att minska antal komponenter i en produkt. Ett minskat antal komponenter ger upphov till mindre kostnader i till exempel former av material och tillverkningsprocesser. Mindre komponenter att beställa, mindre komponenter som genomgår olika processer etcetera. Vinsten för företaget ökar och de materiella resurserna nyttjas.
3.8 Ekvationer för beräkning av konceptförslag
Nedan presenteras ekvationer som kan vara nödvändiga för realisering av konceptförslagen. I detta projekt har beräkningar inte genomförts utan i stället redovisas vilka ekvationer som kan användas vid uträkningen. Ekvationerna avser att säkerhetsställa de modifierade
komponenterna fortfarande erhåller samma hållfasthet och funktion som
ursprungskomponenten. Nedan följer ekvationer för att beräkning av exempelprodukten rullbocken, kraft (1), friktionskraft (2), yttröghetsmoment (3), nedböjning (4) och kraftmoment (5) [15]. Se bilaga B för skisser.
𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑔 (1)
Där 𝐹 är kraft (N), 𝑚 är massa (kg)och 𝑔 är tyngdaccelerationen (m
s2)
𝐹𝑓 = 𝜇 ⋅ 𝐹𝑁 (2) Där 𝐹𝑓 är friktionskraft (N), 𝜇 är friktionskoefficient och 𝐹𝑁 är normalkraft (N)
𝐼 =
𝑏⋅ℎ312
(3)
Där 𝐼 är yttröghetsmomentet (m4), 𝑏 är bredden (m) och ℎ är höjden (m).
𝑓 =
𝐹∗𝐿348∗𝐸∗𝐼
(4)
Där 𝑓 är nedböjning (m), 𝐹 är kraft (N), 𝐿 är längd (m), 𝐸 är elasticitetsmodulen (MPa)
och 𝐼 är yttröghetsmomentet (m4)
𝑀 = 𝑓 ∗ 𝐿 (5) Där 𝑀 är kraftmoment (Nm), 𝐹 är kraft (N) och 𝐿 är längd (m).
3.9 Rotorsaksanalys
När ett problem är kartlagt är det viktigt att utföra en rotorsaksanalys. Rotorsaksanalysen är till för att säkerhetsställa att grunden till problemet behandlas och inte symptomet på problemet. Skulle symptomet lösas i stället för grundproblemet kommer problemet fortsätta att uppstå. Det är kritiskt, i ett tidigt skede, veta och ha klart för sig vad som är grunden till problemet i fråga. Det finns två olika verktyg för att genomföra en rotorsaksanalys, ”5 varför” och ”fiskbensdiagram” [16].
3.9.1 5 Varför?
5 varför är mer specifikt och används oftast till mindre problem som resulterar i endast en grundorsak. Nedan visas ett exempel på hur 5 varför kan konstrueras [16].
3.9.2 Fiskbensdiagram
Fiskbensdiagrammet används oftast till större problem som inte har endast en specifik orsak till problemet utan flera. Diagrammet kan resultera i en mängd olika faktorer som påverkar problemet vilket gör det svårt att hitta själva grunden. Nedan visas ett exempel på hur ett fiskbensdiagram kan se ut [16].
4
Metod för konceptförslag DFA
I följande kapitel beskrivs vilka metoder som har valts för genomförandet av projektet. Till en början beskrivs hur projektet har följt en produktutvecklingsprocess. Därefter redovisas en rotorsaksanalys och hur kravspecifikationen framställts. Därefter beskrivs den DFA-metodik som tillämpats.
4.1 Metoder för genomförande 4.1.1 5 Varför?
För att fastställa orsaken till problemet upprättades en rotorsaksanalys. Rotorsaksanalysen kommer inte gå utanför projektets avgränsningar, analysen avser därmed visa hur DFA påverkar problemet och inte hur andra faktorer berör problemet. Verktyget som används är ”5 Varför?” eftersom projektet är avgränsat till att undersöka ett mindre och mer specifikt problem [16].
4.1.2 Produktutvecklingsprocess
Projektet innefattar en omkonstruktion/förbättring av en redan befintlig produkt, rullbocken. Därmed startar projektet vid ett redan givet ”Produktkoncept”, som beskrivet tidigare i teorin. Däremot finns ingen kravspecifikation vilket betyder att en exempelkravspecifikation måste upprättas för att kunna följa PU-processen. Projektet fortsätter med steget som involverar utvärdering / konceptval. Det är vid detta steg som eventuella lösningar hittas och utvärderas. Lösningarna framförs genom en DFA-metodik. Metodiken genomförs med hjälp av riktlinjer och frågor som presenterats tidigare i rapporten. I sista steget layout-konstruktion presenteras skisser för de eventuella konceptförslagen som avslutningsvis utvärderas med hjälp av Pughs matris.
Det givna produktkonceptet är en rullbock som består av femton unika komponenter. Rullbocken används, som beskrivits tidigare, vid mekaniserad svetsning och hanterar stora cylindriska objekt som till exempel tryckkärl eller rör [1]. Det är av ytterst vikt att lösningarna inte förändrar produktens funktion, lösningarna är enbart till för förenkling/simplifiering. För att lösningen ska kunna förhålla sig till samma funktioner upprättades en exempelkravspecifikation. Exempelspecifikationen gjordes enbart som ett exempel eftersom ursprungliga kravspecifikation inte fanns tillgänglig.
4.1.3 Kravspecifikation
Kravspecifikationen är en viktig del i produktutvecklingsprocessen och det är utifrån kravspecifikationen som komponentval och funktioner baseras på. För att kunna göra förändringar på en befintlig produkt måste en kravspecifikation finnas. En kravspecifikation framställs för att ge möjlighet att kunna nyttja PU-processen till fullo och därmed styrka DFA-metodiken. Eftersom exempelprodukten redan finns och är konstruerad kommer kraven inte vara korrekta utan mer något som enkelt kan följas vid nya förslag. Således kommer kravspecifikation enbart skapas som ett grundläggande exempel på vilka krav som rullbocken kan tänkas ha. Både kraven och önskemålen baserades på erfarenhet från tidigare kurser [2]. Nästa steg involverar förenkling/simplifiering av rullbocken genom en DFA-arbetsmetodik. Arbetsmetodiken beskrivs nedan och grundar sig i olika riktlinjer och frågor som redogjordes i tidigare avsnitt.
4.1.4 DFA-metodik
Rullbocken har ett mindre komponentantal vilket gör det möjligt att undersöka varje komponents påverkan på konstruktionen. För varje komponent ställdes de tre huvudfrågor som avgör om komponenten är nödvändig för konstruktionen eller inte.
1. Under montering, rör sig komponenten i förhållande till andra delar?
2. Måste komponenten vara gjord utav ett annat material från resterande komponenter? 3. Måste komponenten vara separerad från andra delar för nödvändig montering eller
demontering av produkten
Genom att granska varje komponent med ovanstående frågor kunde olika komponenter uteslutas för vidare undersökning. Om komponenten får nej på samtliga frågor är det en kandidat för eliminering och bör undersökas ytterligare. De komponenter som inte fick nej på varje fråga ska inte elimineras från produkten, däremot kan det finnas rum för förenkling. För komponenter som får ja på varje fråga bör inte undersökas mer eftersom det blir för komplext att försöka förändra den komponenten utan att påverka konstruktionens funktion [5]. Komponenter kan också uteslutas av andra faktorer som är mer specifika för produkten i fråga, som till exempel en kravspecifikation.
Kvarstående komponenter som inte uteslöts behandlades ytterligare genom nedanstående riktlinjer, som även beskrivits under teoriavsnittet. Riktlinjerna är till för att underlätta hur komponenten ska designas och vilka förändringar som kan göras. Genom att noga gå igenom varje kvarstående komponent med avseende på riktlinjerna nedan kunde simplifieringar hittas.
Reducera antalet ingående komponenter och simplifiera komponent designen • Kan komponenten tillverkas med samma material som andra komponenter? • Hur rör sig komponenten i förhållande till andra rörande komponenter? • Kan komponenterna monteras ihop utan någon speciell process eller verktyg? Designa komponenter för enkel tillverkning
• Fastställ vilka material som ofta används och är kompatibla med redan existerande tillverkningsprocesser för att minimera bearbetningstiden
• Granska komponenten och eliminera onödiga detaljer som resulterar i ytterligare steg Överväg hur komponenterna kommer hanteras
• Ritningar bör konstant visa samma typ av orientering
• Om möjligt designa komponenter som är symmetrisk kring båda axlarna Designa för enkel montering
• Inarbeta simpla mönster i konstruktionen för att minimera stegen i montering • Undvik onödiga ”re-orientations” under montering
• Se till att operatören kan se vad de monterar, ha inga gömda detaljer och snitt
3D ritningar och skisser skapades på lösningarna som framställts. För att kunna dimensionera komponenterna kan det behövas grundläggande beräkningar. Eftersom rullbocken används som ett exempel för att kunna följa en arbetsmetodik inom DFA finns inga uppställda krav på beräkningsdelen. I stället redovisas vilka ekvationer som kan användas vid uträkningen. Ekvationerna är till för att säkerhetsställa att de modifierade komponenterna fortfarande erhåller samma hållfasthet och funktion som ursprungskomponenten. Beräkningarna görs med ekvationerna, (1), (2), (3), (4) och (5). Se bilaga B för skisser.
Till sist viktas lösningarna mot varandra med Pughs matris. 4.1.5 Pughs matris
Pughs matris är ett verktyg som jämför potentiella lösningar mot en referens. Referensen i detta fall utgörs av den befintliga exempel rullbocken. Matrisen består av en rad kriterier på vilka tänkbara lösningar kan delas upp och summeras för att få en totalpoäng som sedan rangordnas. Pughs matris, jämfört med andra matriser, viktas inte kriterierna [18].
4.2 Metodologiska överväganden
Utförande av projektet har enbart skett på distans. Detta har medföljt att inga observationer på rullbocken har utförts. Eftersom inga observationer har utförts blir också varje komponents funktion i rullbocken ett antagande. Således har det behövts gjort antaganden på hur varje komponenterna agerar i konstruktionen.
5
Resultat
Kapitlet avser att beskriva resultatet utav genomförandet av en produktutvecklingsprocess med en DFA-metodik som fokus. Resultatet presenteras i former av 3D ritningar av potentiella lösningar och en sammanfattning av riktlinjer. Avslutningsvis viktas lösningarna mot varandra med Pughs matris.
5.1 Kravspecifikation
Kravspecifikationen är en viktig del i PU-processen och det är utifrån kravspecifikationen som komponentval och funktioner baseras på [2]. Då produkten redan finns och är konstruerad är dessa krav enbart exempelkrav för att kunna nyttja PU-processen. Nedan visas de grundläggande exempelkraven och önskemålen på rullbocken.
Krav:
• Konstruktionen ska kunna anpassas beroende på diametern på produkten som ska svetsas
• Objektet som ska svetsas ska kunna rotera i valfri hastighet • Konstruktionen måste vara stabil och säker
• Konstruktionen ska kunna klara de belastningsfall den utsätts för • Snabb demontering och montering
Önskemål:
• Konstruktionen ska vara höj och sänkbar • Pålastning med travers
5.2 5 varför?
Nedan visas resultatet av ”5 varför?” analys. Analysen visade på att grundorsaken till problemet för långa monteringstider är resultatet av brist på riktlinjer inom förenkling/simplifiering av produkter.
Figur 12. Rotorsaksanalys med verktyget ”5 Varför?”
Monteringstiden är lång • Varför?
Problem vid montering • Varför?
Produkten är onödigt
komplicerad • Varför?
Brist på riktlinjer inom förenkling/simplifiering
5.3 Konceptförslag för rullbocken
Resultatet av genomförandet av en DFA-metodik på rullbocken presenteras nedan. Genom att först se produkten som helhet och analysera komponenterna med de tre huvudfrågorna, som beskrivits tidigare, kunde direkt vissa delar av produkten väljas bort för vidare undersökning. Förändring av en komponent måste även följa den kravspecifikation som framställs. Den nya komponenten ska uppfylla de krav som ställts. Resultatet av huvudfrågorna och viktningarna för varje komponent redovisas i nästkommande stycke. Nedan, i figur 13, visas en bild på rullbocken med pilar som pekar mot de områdena som har undersökts med de tre huvudfrågorna.
Figur 13. Bild på ursprungliga exempel rullbocken taget från Creo parametrics med pilar mot de detaljer som undersökts.
”Elskåp” kan teoretiskt sätt inte elimineras eftersom den får svaret ja på vardera huvudfråga. Elskåpet monteras separat och består av ett annat material än resterande komponenter. Dessutom krävs det även en separat kravspecifikation för enbart elskåpet. Därav valdes elskåpet bort för vidare undersökning.
”Motorerna” kan inte elimineras eftersom de krävs för att kunna rotera objektet som placeras på rullbocken, vilket är ett av kraven. Motorerna beställs även separat och tillverkas alltså inte utav ESAB. Detta medför att det inte finns något utrymme för simplifiering vilket betyder att den utesluts för vidare undersökning.
”Stöd” utgörs av flera komponenter och är en potentiell kandidat för eliminering/förenkling. Eftersom hela sammanställningen fungerar som ett ”stöd” för andra komponenter är den möjligtvis inte helt nödvändig. I teorin kan det gå att integrera andra komponenter i varandra
”Elskåp” ”Stöd” ”Fot” ”Motor” ”Balk” ”Hjul” ”
”Fot” är en komponent som används för att säkra konstruktionen. Teoretiskt sätt kan det gå att eliminera / förenkla foten eftersom den i nuläget monteras separat och fyller inte någon mer funktion än de ovannämnda. Med detta analyserades foten vidare.
”Balk” är själva basen till produkten och resterande komponenter monteras på den. Detta gör balken till något som teoretiskt sätt inte kan elimineras. Däremot finns det möjligheter för en förändring som kan underlätta montering, därför uteslöts inte balken direkt.
”Hjul” hjulen går teoretiskt sätt inte att eliminera eftersom de är nödvändiga för funktionen av rullbocken. Hjulen är standardkomponenter och beställs från leverantör vilket gör det svårt för en simplifiering.
”Fästelement” det finns flertals fästelement runt konstruktionen men på grund av förutsättningarna kommer fästelementen inte undersökas enskilt. Vid förändringar av större komponenter kommer fästelementen förändras automatiskt.
De intressanta komponenterna som granskas vidare är därmed ”Stöd”, ”Fot” och ”Balk”. De tre komponenterna fick svaret nej på antingen en eller flera av de tre huvudfrågorna som ställdes och en förändring skulle fortfarande uppfylla kravspecifikationen. Därav undersöktes komponenterna vidare med de riktlinjer som presenterats tidigare. Således blir det ett konceptförslag för vardera komponent där förändringen baseras på riktlinjerna.
De potentiella lösningarna för rullbocken presenteras nedan. Varje alternativ har ritats upp i Creo för att ge ett bättre perspektiv på hur det kan se ut vid införande. Alternativen jämförs också med föregående komponent för lättare förstå simplifieringen. Däremot har det inte genomförts några detaljritningar eftersom komponentens dimensionering ej är korrekt. Därav presenteras enbart grundliga exempel på hur det skulle kunna se ut.
5.3.1 Alternativ 1
För alternativ ett har komponenten ”stöd” simplifierats. Ursprungliga stödet, som visas i figur 14 a) nedan, bestod av två unika detaljer medan lösningen, figur 14 b) enbart har en unik detalj.
Figur 14. Simplifiering av ”stöd” a) visar ursprungliga stödet medan b) visar förenklingen.
Genom att analysera komponenten med de riktlinjer som presenterats i tidigare avsnitt kan följande förbättringar konstateras:
• Tar bort tidskrävande processer
Båda komponenterna behöver bockas i olika vinklar och dessutom krävs svetsning för att fästa ihop dem. Bockning och svetsning är processer som förlänger genomloppstiden vilket betyder att de ska undvikas.
• Mindre detaljer
Ett av huvudmålen inom DFA metodik, att minska antalet komponenter och simplifiera designen har tillämpats här. I detta fall har antal unika komponenter halverats medan totala antalet komponenter för varje stöd minskats med en.
• Standardkomponent i form av en U-balk
Som ovanstående säger, i stället för plåtdetaljer som behöver genomgå flertals processer krävs det enbart en standardkomponent i form av en U-balk.
• Simpel ritning
En enkel komponent till designen följs av en enkel ritning. Ritningen innehåller varken bockning eller svets vilket kan göra det lättare att läsa av och montera.
5.3.2 Alternativ 2
För alternativ två har komponenten ”fot” simplifierats. Ursprungliga foten, som visas i figur 15 a) nedan, bestod av en unik detalj men med många ”onödiga” processer. Figur 15 b) visar lösningen som består av en simpel L-balk.
Figur 15. Simplifiering av ”fot” a) visar ursprungsfoten medan b) visar lösningen
Lösningsalternativ 2 kan ses som en väldigt simpel lösning. Antal komponenter har inte minskat utan det har enbart skett en förenkling. Med den förenkling som gjorts är det svårt att avgöra om det påverkar specifikt monteringstiden. Det som går att fastställa är att totala genomloppstiden för komponenten kommer minska. Precis som alternativ ett kan följande förbättringar kan ställas upp för alternativ två:
• Tar bort tidskrävande processer • Standardkomponent i form av L-balk • Simpel ritning
5.3.3 Alternativ 3
För alternativ tre har både ”stöd” med tillhörande lagerhus eliminerats. I stället har hjulet integrerats med balken. Ursprungliga produkten visas i figur 16 a) medan lösningen visas i figur 16 b).
Figur 16. Simplifiering av produkten. Bild a) visar ursprungsprodukten medan b) visar lösningen.
För lösningsalternativ tre gjordes relativt stora förändringar än tidigare alternativ. Förändringar baseras på de tre huvudfrågorna som avgör om en komponent kan elimineras eller inte. För stödet med tillhörande lagerhus vart det teoretiska svaret ja, alltså att stödet teoretiskt sett kan elimineras. Som beskrivet under teoriavsnittet måste då komponentens funktion integreras i konstruktionen på ett annat sätt. Stödets funktion är att hålla upp lagerhusen som i sin tur säkerhetsställer hjulets funktion.
Utan att lägga till ytterligare komponenter eller försvåra monteringsvänligheten gick tankarna åt att integrera balken i den tilltänkta lösningen. Integration av hjulpartiet och balken innebär en genomgående bult / axel i stället för flertals fästelement. För att få den önskade höjden mellan ovankant hjul och balk (se figur 16a) behövs ett hjul med större ytterdiameter. Med de riktlinjer som presenterats tidigare i åtanke blev resultatet en integration av hjulpartiet, motor och balken. Resultatet visas ovan i figur 16b
5.4 Förslag på riktlinjer för DFA
Riktlinjerna för DFA som presenteras nedan är punkter som användaren kan överväga vid utveckling av en ny produkt. Riktlinjerna är en summering av olika källor samt från genomförandet av detta projekt. [5], [3], [14], [19].
• Minimera antal komponenter genom att integrera komponenter i varandra. • Standardisera för att reducera variation mellan komponenter.
• Maximera symmetri, om inte möjligt utnyttja asymmetri.
• Minimera antal komponenter genom att integrera flera funktioner i en och samma komponent.
• Minimera antal processer för att säkerhetsställa en komponents funktion, till exempel svetsning och bockning.
• Designa för montering i öppet utrymme, ha inga gömda detaljer.
• Designa komponenter så det underlättar att identifiera hur de ska orienteras för montering.
• Förse komponenten med lätta orienteringsdirektiv om inte komponenten är symmetrisk. • Eliminera delar som tenderar att trassla.
• Eliminera fästelement.
• Placera fästanordningar så det är lättillgängliga.
5.5 Viktning av lösningsalternativ för rullbock med Pughs matris
Nedan presenteras resultatet av viktningen med Pughs matris. Viktningen görs med de kraven som tagits fram och presenterats under resultat. Lösningsalternativen jämförs med ursprungsprodukten för varje kriterie. För varje kriterie sätts ett +, 0 eller – om lösningsalternativet presterar bättre (+), ungefär likadant (0) eller sämre (-) än ursprungsprodukten. Från Pughs matris nedan går det att fastställa att både alternativ 1 och alternativ 3 presterar bättre på ett av kraven, snabb demontering och montering. Utöver det kravet presterar alla alternativ ungefär likadant som ursprungsprodukten. Detta är resultatet av att lösningarna inte är tänkt att förändra funktionen av produkten utan förenkla dess ingående komponenter.
6
Diskussion
Följande kapitel diskuterar genomförande av projektet och de föreslagna riktlinjerna och koncepten.
6.1 Värdering av resultat
Under projektets gång har det erfordrats antaganden eftersom exempelprodukten har varit i fokus och metodiken ska kunna påvisa hur den kan nyttjas allmänt. Antaganden gjordes i olika utsträckningar i samband med den exempelprodukt som projektet baserades på, rullbocken. DFA grundar sig i hur komponenter förhåller sig till varandra och hur operatörer hanterar produkten vid montering [5]. Eftersom inga observationer utfördes på plats behövdes det göra antaganden hur komponenterna monteras och hur de förhåller sig till varandra.
Med det sagt påverkas nästintill enbart konceptförslagen utav de antaganden som gjorts. Antaganden har gjorts kring exempelprodukten och därför blir också förslaget ett exempel på hur metodiken kan nyttjas. Arbetsmetodiken som tillämpats hade varit liknande oavsett om mer information om produkten hade funnits tillgänglig eller inte. Problemet som kan uppkommit var att metodiken som tillämpats är mer teoretiskt och generell och inte specifikt anpassad till att underlätta för ESAB:s montering.
6.2 Diskussion av resultat
I nuläget har ESAB uppmärksammat problem som gör att monteringstiden blir längre än planerat. Problemet grundar sig onödigt komplicerade produkter. Därav vill företaget veta hur en DFA-metodik kan tillämpas. Examensarbetet ger svar på hur en DFA-metodik kan tillämpas och vilka riktlinjer som har följts vid framtagning av konceptförslagen för exempelprodukten. Problemet som företaget har uppmärksammat har således inte löst utan rapporten har presenterat en metodik och verktyg inom DFA som kan användas för att minska komplexiteten i produkten.
6.2.1 Konceptförslag
Att presentera realiserbara konceptförslag är inte det som har varit fokus i projektet och inte heller målet. Konceptförslagen fungerar enbart som exempel på hur en DFA-metodik kan tillämpas och vilka riktlinjer som bör följas vid utveckling av produkter. För att kunna realisera konceptförslagen behövs korrekt fakta angående rullbocken och även mer beräkningar utav de tilltänkta lösningarna. Konceptförslagen har baserats på mycket antaganden om rullbockens funktion och även hur den monterats. Därav finns det risk att förslaget inte uppfyller de ursprungliga kraven som ställts på rullbocken vilket för projektet, att redovisa en DFA metodik, inte påverkas. Det är således upp till ESAB om förslaget i fråga känns genomförbart eller inte.
6.2.2 DFA-riktlinjer
Riktlinjerna har framställts utav en litteraturstudie tillsammans med genomförandet av projektet. Riktlinjerna, till störst del, har baserats på en summering av olika källor och införanden vilket gör de mycket trovärdiga för tillämpning. Riktlinjerna är till för att guida användaren åt ett mer DFA-tänk vid utveckling av produkter.
6.3 DFA från ett hållbarhetsperspektiv
Tidigare under teori avsnittet redogjordes hur införande av DFA uppfyller de tre grundläggande delarna inom hållbarhet. Ekologisk, ekonomisk och social hållbarhet. Förändring av en produkt enligt DFA minskar komponentantalet och underlättar för montörer vid montering. På så vis minskar materialanvändning och välbefinnandet för montörer ökar. När mindre material och processer krävs för produkten minskar också påverkan på miljön. Onödiga utsläpp vid tillverkningsprocesser och leveranser är inte lika stora då mindre komponenter utnyttjas. 6.4 Fortsatt arbete
För att lyckat kunna implementera en DFA-metodik i verksamheten måste företaget ta hänsyn till de punkter som beskrivits utav Shipulski. Shipulskis punkter, som beskrivits tidigare, är de steg som Shipulski anser mer eller mindre nödvändiga för en lyckad implementering. Stegen involverar inte riktlinjer för design av en produkt utan mer generella riktlinjer för företaget. Punkterna behandlar bland annat hur alla inom företaget måste vara positiv för ett införande och även hur designavdelningen måste se över produktens hela flöde och inte bara designprocessen [7].
7
Slutsatser
Följande kapitel beskriver vilka slutsatser som kan dras från projektets genomförande.
Huvudsyftet med examensarbetet är att presentera DFA och redovisa hur metodiken kan anpassas och tillämpas inom ESAB. Genom att specifikt undersöka en exempel produkt, ESAB:s rullbock har en fungerade metodik hittas som vidare kan införas på andra produkter. Frågeställningen för projektet var följande:
• Vilka riktlinjer och processer inom DFA bör designavdelningen överväga vid utveckling av produkter?
Utav projektet kan följande slutsatser dras:
• Ett införande av en DFA-metodik kräver synpunkter ifrån flera avdelningar. Där kunskaper inom huvudområden som till exempel tillverkning, design och montering är nödvändiga.
• I rapporten har riktlinjer och en arbetsmetodik inom DFA har framförts. De tre viktigaste riktlinjerna summeras till följande:
o Minimera antal komponenter genom att integrera komponenter i varandra
o Utnyttja standardkomponenter för att reducera variation
o Minimera antal processer som krävs för att säkerhetsställa en komponents funktion, till exempel svetsning och bockning.
Avslutningsvis har syftet och frågeställningen för projektet besvarats. En arbetsmetodik och riktlinjer för DFA har presenterats genom en grundlig litteraturstudie inom området. Konceptförslagen som tagits fram genom metodiken är för tillfället inte realiserbara. De fungerar enbart som exempel på hur metodiken kan tillämpas på en produkt.
8
Referenser
[1] ESAB. Om ESAB [Internet]; 2021 [citerad 2021-05-05]. Hämtad från: https://www.esab.se/se/se/about/index.cfm
[2] Johannesson H, Persson J-G, Pettersson D. Produktutveckling. 2 uppl. Stockholm: Liber; 2013.
[3] Eppinger S, Ulrich K. Product Design and Development. Sixth Edition. New York. McGraw-Hill Higher Education. 2015. [citerad 2021-05-08]. Hämtad från:
https://industri.fatek.unpatti.ac.id/wp-content/uploads/2019/03/202-Product-Design-and-Development-Karl-T.-Ulrich-Steven-D.-Eppinger-Edisi-6-2015.pdf
[4] Projektledning. Produktutveckling: En traditionell produktutvecklingsprocess [Internet]. Projektledning; [uppdaterad 2020-09-14; citerad 2021-05-08]. Hämtad från:
Produktutveckling: En traditionell produktutvecklingsprocess [Guide 2021] (projektledning.se)
[5] Boothroyd G, Dewhurst P, Knight W. Product Design for Manufacture and Assembly. Second Edition. 2011. [citerad 2021-05-08]. Hämtad från: http://brharnetc.edu.in/br/wp-content/uploads/2018/11/29.pdf
[6] Weber A. Can Anyone Out-Lean Toyota? [Internet]. Assemblymag. 2009 [uppdaterad 2009-11-02; citerad 2021-05-11]. Hämtad från: Can Anyone Out-Lean Toyota?
(assemblymag.com)
[7] Shipulski M. Succesful Design for Assembly [Internet. Assemblymag. 2007 [uppdaterad 2007-02-26; citerad 2021-05-11]. Hämtad från: Successful Design for Assembly
(assemblymag.com)
[8] Do D. What is Muda, Mura and Muri? [Internet]. Theleanway. 2017 [uppdaterad 2017-08-05; citerad 2021-05-13]. Hämtad från: What is Muda, Mura, and Muri? (theleanway.net) [9] Bergman B, Klefsjö B. Kvalitet: Från Behov till Användning. 6 uppl. Studentlitteratur AB; 2020-07-08.
[10] Södersved H. Concurrent Engineering: ett arbetssätt för effektiv produktframtagning. 1 upplagan. Stockholm. Sveriges mekanförbund; 1991.
[11] Erixon G. Modular Function Deployment – A Method for Product Modularization
[Doktorsavhandling på internet]. Stockholm: Royal Institute of Technology, KTH. 1991
[citerad 2021-05-13]. Hämtad från: http://docplayer.net/28846632-Modular-function-deployment-a-method-for-product-modularisation.html
[12] Eskilander S. Design for Automatic Assembly- A Method for Product Design: DFA2. [Doktorsavhandling på internet]. Stockholm: Royal Institute of Technology, KTH. 2001 [citerad 2021-05-14]. Hämtad från:
http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:8891/FULLTEXT01.pdf
[13] Boothroyd Dewhurst, Inc. DFA: Product Simplification. [uppdaterad 2021; citerad 2021-05-15]. Hämtad från: DFMA® - Cutting Billions in Manufacturing Costs Since 1983 | Boothroyd Dewhurst, Inc.
[14] Quality-one. Design For Manufacturing / Assembly (DFM/DFA). [uppdaterad 2020; citerad 2021-05-12]. Hämtad från: https://quality-one.com/dfm-dfa/#How
[15] Björk K. Ekvationer och tabeller för mekanisk konstruktion. 8 uppl. Spånga: Karl Björks Förlag HB; 2017
[16] Brandon-Jones A, Slack N. Operations and Process Management. 5 uppl. Storbritannien: Pearson education limited; 2018.
[17] Kanbanize. 5 Whys: The Ultimate Root Cause Analysis Tool. (citerad 2021-05-13). Hämtad från: https://kanbanize.com/lean-management/improvement/5-whys-analysis-tool [18] Manufacturingsterms. Pugh Matrix. [citerad 2021-05-14]. Hämtad från:
https://www.manufacturingterms.com/Swedish/Pugh-Matrix-Definition.html [19] Ullman D. The Mechanical Design Process. 4 uppl. McGraw-Hill: 2010
Bilaga A
Bilaga A: Konceptförslag på rullbock
Figur 18. Alternativ 1 och 2 ”monterat” på rullbocken
Bilaga B
Bilaga B: Skisser och beräkningar
Figur 21. Rullbocken med ett cylindriskt rör placerat på. Rörets vikt utsätter hjulet för en kraft (F) som i sin skapar ett kraftmoment (Nm) på infästningen.
F F
Figur 22. Komponenten ”Stöd” utsätts för en kraft (F) som orsakar en nedböjning (m).
