CAD-Konfigurator för ångventiler

CAD-Konfigurator för ångventiler

CAD-Configurator for steam valves Daniel Wahlkrantz

Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Högskoleingenjörsprogrammet i Maskinteknik

Examensarbete för högskoleingenjörsexamen i Maskinteknik, 22,5 HP Handledare: Anders Wickberg

Examinator: Anders Biel Datum: 2020-06-18 Löpnummer: 2

Sammanfattning

Vid BVT Sweden i Karlstad och Säffle säljs, utvecklas och tillverkas högtrycksventiler av olika varianter för kraftverk och till processindustrin. Ventilerna är av större format och tillverkas mot kundbeställning i mindre batcher. För att på ett snabbare sätt kunna skapa en CAD-modell och sammanställningsritning med ventilens viktigaste mått, samt en uppskattning av dess vikt, skapades i detta examensarbete en CAD-konfigurator.

Målet för examensarbetet var att skapa en CAD-konfigurator för generering av en 3D-modell samt ritning av ventilen BVT-TB med uppskattning av vikt, detta i syfte att fungera som ett säljverktyg.

Denna rapport innehåller bakgrund om ventilen BVT-TB och dess användningsområden, en teoridel om produktkonfiguratorer och dess användningsområden, verktyg för att skapa en sådan samt vanligtvis uppstådda problem vid skapandet av denna. Den innehåller även nödvändig bakgrundsinformation om de program som använts under projektet.

Under arbetet skapades en CAD-konfigurator för de viktigaste och största komponenterna i ventilen av modell BVT-TB, en högtrycksventil för förbikoppling av ångturbiner. Denna gjordes i Solid Edge 2020 och styrdes av ett Exceldokument där modellens variabler hämtades in och skickades tillbaka och på så vis styrdes.

Abstract

The project was conducted in collaboration with BVT Sweden who produces, develops and manufactures high pressure steam valves for power plants and the process industry. The valves are large and are produced upon customer order in small batches. In order to produce a 3D-model and assembly drawing of the valve, as well as an estimation of its weight, a CAD-configurator was developed.

The goal of this project was to create a CAD-configurator to generate a 3D-model, assembly drawing, and estimation of weight of the steam valve BVT-TB. The purpose being reduced lead time in the quotation process.

In this project a CAD-configurator was made for the most significant and largest parts of the BVT-TB model. The CAD work was done in Solid Edge 2020 and the CAD-model was controlled by the use of an Excel document where its variables was retrieved and returned through the use of Excel Macro code.

Begrepp och Ordlista

Inlet​ - Inlopp, sammankopplar kundens rör med body Body​ - Huserar trim-delar

PR-Pipes​ - Pressure Reducing Pipes, TryckReducerande rör (TR-rör) Outlet​ - Utlopp

Connector ​- Sammankopplar Outlet med kundens rör Manifold Ring ​- Fördelar vatten mellan dysorna

PVM​ - Product Variant Master, beskriver en produkts ingående delar samt dessa delars ingående geometrier

ETO​ - Engineer To Order

VBA​ - Visual Basic for Application, kodspråk för att skriva makron Makro​ - kodsekvens i Excel

GTAW​ - Gas Tungsten Arc Welding

ASME​ - American Society of Mechanical Engineers HRSG​ - Heat Recovery Steam Generator

Innehållsförteckning

1. ​Inledning 1

1.1 BTV-TB Turbine Bypass 1

1.2 Syfte och mål 2

1.3 Avgränsningar 2

2. Teori 3

2.1 Bakgrund BVT-TB 3

2.1.1 Ventilens användningsområde 3

2.1.2 BVT-TB, funktion och konstruktion 4

2.1.3 För projektet ingående delar 5

2.1.4 Svetsanslutningar, ASME B16.25 6

2.2 Konfiguratorer 9

2.2.1 Användningsområden 9

2.2.2 Skapande av en produktkonfigurator 9

2.2.3 Vanliga problem 11

2.2.4 Metoder 12

2.3 Program och programmering 13

2.3.1 Solid Edge 14

2.3.2 Microsoft Excel och VBA/Makro 15

3. Metod 16

3.1 Projektplan 16

3.2 Bakgrundsundersökning och teori 16

3.3 Kravspecifikation 16

3.4 CAD och programmering 16

3.5 Verktyg 17

4. Genomförande 18

4.1 PVM 18

4.2 Iterering 1 19

4.3 Iterering 2 21

4.4 Iterering 3 22

4.5 Iterering 4 22

5. Resultat 23

5.1 PVM 23

5.1 Slutlig CAD 23

5.2 Programmering och Excel 27

6. Diskussion 28

7. Vidare arbete 29

8. Slutsats 29

9. Tackord 30

Referenser 31

1. Inledning

På BVT Sweden AB i Karlstad och Säffle utvecklas, säljs och tillverkas ventiler till kraftverk och till processindustrier över hela världen. Ventilerna finns i olika utföranden, bland annat stopp-ventiler, ångkylare och ångkonditioneringsventiler (Bypass-ventiler).

För att i ett tidigt skede av kundkontakten kunna ge kunden en bild av hur ventilen kommer att se ut samt uppskattning av vikt och avgörande mått ska en CAD-konfigurator skapas. Syftet med detta är att förbereda kunden inför installation då ventilerna kan vara mycket tunga och stora. Detta är tänkt att öka konkurrenskraften vid försäljning av ventilerna.

För tillfället bestäms ventilens utformning av beräkningar i ett Excel-dokument, varje ventil moduleras sedan för hand i ett CAD-program. Tanken är att automatisera detta genom att koppla Excel till ett CAD-program.

1.1 BTV-TB Turbine Bypass

BVT-TB är en ångkonditioneringsventil som används för att förbikoppla en ångturbin vid hastiga nödstopp, uppstart och stopp. Ventilen har till syfte att sänka tryck samt sänka ångans temperatur till önskad nivå.¹

Figur 1​, Förenklat system över ångans flöde genom en turbin, [1]

I normala fall leds den överhettade ångan (1) till turbinen (6), se figur 1. Det sker ett tryckfall över turbinen då energin omvandlas och temperaturen sänks något. Därefter leds ångan till ångkylaren (7) som sänker dess temperatur till önskad nivå, för att sedan leda ångan vidare i systemet.¹

I de fall då turbinen hastigt behöver stoppas måste den överhettade ångan ledas förbi turbinen. Tryck- och temperatursänkning måste nu ske på annat vis för att skydda eventuell utrustning längre ned i flödet. Den överhettade ångan kan då ledas genom BVT-TB (4), som först sänker trycket och sedan även temperaturen med hjälp av tillförsel av vatten (5).¹

Ventilen anpassas efter kundens behov beroende på ångans tryck, temperatur, in- och -utloppsdiameter, ljudnivåer, önskat ställdon med mera. Ventilerna tillverkas ej mot lager utan är

1

​

1

specialanpassade, ofta stora och tunga. Till följd av det stora antalet konfigurationer ska en konfigurator skapas. Denna ska sedan användas som ett säljverktyg med syfte att fortare kunna ge kunden viktig information under offertstadiet och på så vis öka konkurrenskraften.​¹

1.2 Syfte och mål

Huvudmål

● Skapa en konfigurator för generering av en 3D-modell samt ritning av ventilen

Delmål

● Sondera bland lämpliga programvaror för ändamålet

● Designa en layout för presentation av produkten

Syftet med examensarbetet är att skapa en CAD-konfigurator för att använda som ett försäljningsverktyg. Tanken är att så tidigt som möjligt kunna erbjuda kunden viktig information om bypass-ventilen, såsom dess avgörande mått och vikt, samt en 3D-modell för visualisering av ventilen.

Detta är tänkt att öka konkurrenskraften.

1.3 Avgränsningar

● Företaget har flertalet modeller av ventiler. Då modellerna skiljer sig markant skapas konfiguratorn med syfte att generera den specifika modelltypen BVT-TB och inte hela företagets sortiment.

● De delar som modelleras och kopplas till Excel är de som anses viktigast för att uppfylla målet och inkluderar

○ Inlet

○ Body

○ Pr-pipes

○ Outlet

○ Expander

○ Manifold Ring

○ Distribution Piece​²

○ Manifold Leg​²

○ Nozzle Stud​²

○ Spray Nozzle Assembly ²

● Beräkning av ventilens mått såsom längd, plåttjocklek etc följer bestämda regler och baseras på ett kalkylark i Excel som redan skapats av företaget

● Modellen och ritningen som skapas är inte tänkt att vara en slutlig version utan den är tänkt att användas i ett tidigt skede under försäljningsprocessen

● Modellen är inte tänkt att vara nog komplett för att kunna användas som underlag för en slutlig version, den innehåller t.ex. inte alla rundningar och avfasningar

2​Modellerades av BVT Sweden och inkluderades i assemblyn

2

● Sondering bland programvaror sker i det fall det anses nödvändigt för att komplettera nuvarande programvaror eller för utbyte i det fall de inte klarar av uppgiften. De ursprungliga programmen är Solid Edge 2020 och Microsoft Excel.

2. Teori

2.1 Bakgrund BVT-TB

2.1.1 Ventilens användningsområde

Ventilen som berörs under arbetet är BVT-TB, vilket är företagets ventil för turbin-bypass. Ventilen används för att sänka tryck och temperatur på överhettad ånga, detta då ångan behöver ledas förbi en ångturbin vid stopp, uppstart och nödstopp.​³

Ventilen kan hittas i kombikraftverk där ånga hettas upp av avgaserna från en gasturbin. Vattenångan leds sedan till en högtrycksturbin där trycket omvandlas till rotation. Inlopps-trycket i en sådan turbin kan vara runt 200 bar med en temperatur på runt 585°C. Ångan som sedan släpps ut har ett lägre tryck på runt 35 bar och en temperatur på runt 350°C. Denna ångan leds sedan tillbaka till HRSG (Heat Recovery Steam Generator) för att värmas upp på nytt och leds sedan till en mellantrycksturbin.

Utloppsångan ur denna leds sedan direkt till en lågtrycksturbin för att sedan kondenseras och ledas tillbaka för upphettning. Ångturbinen är bara en del av kombikraftverket som tillsammans med gasturbinen genererar elkraft. ​³

Till följd av kombikraftverkens relativt låga konstruktionskostnad i jämförelse med t.ex. kärnkraftverk och kolkraftsanläggningar, samt korta uppstartstid, i kombination med relativt höga bränslekostnader, gör den sig lämplig för produktion vid topp- och mellanlast.[2]

Kombikraftverk väntas bli mer vanliga i samband med att nya energikällor blir allt vanligare, såsom sol och vind. Kombikraftverken har då möjlighet att starta upp produktion vid topplaster eller då sol- och vindkraften är frånvarande, samt snabbt stänga ned produktionen då sol och vind återkommer.

Vid dessa stopp, uppstarter och eventuella nödstopp kan BVT-TB användas för att leda ångan förbi turbinen, detta kan ske flera gånger per dygn. ³

Figur 2​, Olika kraftanläggningar och dess data, [2]

3 Sören Viktorsson, Technical Director, BVT Sweden, möte den 19 februari 2020

3

Den relativt korta konstruktionstiden på 20-30 månader ( ​Figur 2 ​) medför behovet av att vara snabb vid skapandet av offerter, detta för att vinna kunden. Viktigt att ha i åtanke är att konstruktionen av kombikraftverket börjar med konstruktion av en gasturbinanläggning. Konstruktionen av själva ångturbinen och dess system sker därefter och tiden för dess konstruktion är därför kortare än de angivna 20-30 månaderna. Detta ställer än högre krav på att vara snabb under offertprocessen. [2]

2.1.2 BVT-TB, funktion och konstruktion

BVT-TB används för att förbikoppla ångturbiner, t.ex. en ångturbin i ett kombikraftverk som tidigare beskrivet. Ventilen har som uppgift att sänka trycket och temperaturen motsvarande högtrycksturbinen. En liknande ventil har till uppgift att förbikoppla och sänka tryck och temperatur motsvarande medel- och låg-trycksturbinen. Ett annat alternativ hade varit att helt enkelt stoppa flödet av ånga till turbinen och släppa ut ångan i atmosfären. Tack vare en bypass-ventil kan ångan som ofta innehåller tillsatser behållas i ett slutet system. ⁴

När flödet av ånga leds om genom bypass-ventilen leds den genom ventilens inlopp som svetsas till kundens rör. För en ventil anpassad för högtrycksturbiner kan trycket vara upp mot 200 bar vid dess inlopp. En ventil-plugg öppnas med hjälp av ett ställdon placerat ovanför ventilen. Ångan flödar genom en första bur som sänker trycket, sedan ned genom sätet där den kommer till den trycksänkande kammaren. Ångan tvingas flöda igenom upp till 3 burar (pr-pipes) som alla sänker trycket på ångan. Dessa burar har anpassats efter kundens behov, dels efter önskat tryck men även efter ljudnivå. När ångan flödar ut genom den sista buren har den i det här exemplet ett tryck på 35 bar. För att kyla ned ångan till önskad temperatur sitter det sedan dysor monterade i ventilens vägg.

Dessa dysor sprutar in vatten som sedan förångas och på så vis kyler ned ångan till önskad nivå vilket i det här exemplet vore 350°C. Ångan leds nu tillbaka till HRSG som under vanlig drift. En annan bypass-ventil förbikopplar sedan medel- och låg-trycksturbinen. Ångan kondenseras sedan och leds tillbaka till HRSG för att återigen hettas upp.​⁴

Figur 3​, BTV-TB och dess komponenter, [1]

4 Sören Viktorsson, Technical Director, BVT Sweden, möte den 19 februari 2020

4

2.1.3 För projektet ingående delar

Delarna som beskrivs är de delar som faller inom projektets avgränsning. Delarnas placering i assemblyn kan ses i Figur 4.

Figur 4​,​ Ej fullständig CAD-sammanställning av BVT-TB

Ritningar för delarna kan återfinnas i bilagor enligt följande Inlet​ - Se bilaga 1

Body​ - Se bilaga 2 Pr-pipe​ - Se bilaga 3 Outlet​ - Se bilaga 4

Manifold Ring​ - Se bilaga 5 Connector​ - Se bilaga 6

Inlet svetsas i båda ändarna och sammankopplar på vis kundens rör med Body. Diametrarna kan variera och dess utformning bestäms av standarder. Body huserar en mängd trim-delar som inte faller inom projektets avgränsningar såsom tätningar och ventilplugg. Ovanför Body kan även ställdon monteras vilken reglerar flödet av ånga. Body leder ångan vidare till PR-Pipes. Här tvingas ångan passera genom hål i väggen vilket resulterar i en trycksänkning. Dessa anpassas i utformning och antal efter kundens behov. Ångans flöde stoppas från att flöda ut genom PR-Pipes nedre öppning av en så kallad End Plate som svetsat till ett av PR-pipes. Denna är inte synlig i Figur 4 då den inte faller inom projektets avgränsning. Den trycksänkta ångan befinner sig nu i Outlet som har en större diameter då ångans volym har ökat. I dess väggar sitter Nozzle Stud monterad, i denna sitter i sin tur Spray Nozzle Assembly monterad. Uppgiften är att spraya in vatten i ångan som befinner sig i Outlet, detta för att uppnå en temperatursänkning då vattnet förångas. Vattnet fördelas mellan dessa med hjälp av Manifold Leg, Manifold Ring samt Distribution Piece. Slutligen svetsas Outlet till Connector vilken sammankopplar ventilen med kundens rör. ⁵

5 Sören Viktorsson, Technical Director, BVT Sweden, möte den 19 februari

5

2.1.4 Svetsanslutningar, ASME B16.25

De svetsanslutningar som återfinns på ventilen följer standarden ASME B16.25 Buttwelding Ends.

Denna standard gäller beredning av svetsfogar för sammansättning av rör med hjälp av svetsning. Den innehåller krav för utformningen av rörens in- och utsida men är inte en standard för själva

svetsningen. Standarden innehåller svetsberedningar för...[3]

● Svetsring

● Delad eller icke-kontinuerlig svetsring

● Ej delad eller kontinuerlig svetsring

● konsumerbar svetsring

● GTAW av svetsens rot [3]

Därutöver varierar svetsändanda utseende beroende på rörets tjocklek. Nedan finns de varianter som presenteras i ASME B16.25 Buttwelding Ends.[3]

Figur 5​, Svetsberedning enligt ASME B16.25 [3]

6

Figur 6​, Svetsberedning enligt ASME B16.25 [3]

Figur 7​, Svetsberedning enligt ASME B16.25 [3] Figur 8​, Svetsberedning enligt ASME B16.25 [3]

7

Figur 9​, Svetsberedning enligt ASME B16.25 [3]

Dimension B är enligt för komponenten gällande standard eller specifikation. Variabel C beräknas i SI-enheter enligt följande formel

B = A - O.D. tolerance - 2 × t​min​ - 0.25

Där A är svetsändens ytterdiameter, O.D är ytterdiameterns undertolerans enligt specifikation och t​min

är tillverkningstoleransen för rörets tjocklek. [3]

8

2.2 Konfiguratorer

Produktkonfiguratorer kan generellt delas in i 2 kategorier

● Produktkonfiguratorer för massproducerade produkter

● Produktkonfiguratorer för produkter som är ingenjörsmässigt designade

Den huvudsakliga skillnaden ligger i behovet av intelligens för konfiguratorn. En produktkonfigurator anpassade för ingenjörsmässigt designa produkter kräver ofta många regler för hur delar kan kombineras, samt regler för hur delarnas egenskaper kan kombineras. [4]

Det är den här typen av produktkonfigurator som är aktuell för BVT-TB. Ett exempel på en regel kan vara att gaveln måste ha samma diameter som utloppsröret. Denna typ av intelligens måste inkluderas för att konfiguratorn ska kunna fungera efter önskemål.

2.2.1 Användningsområden

Det finns vanligen två anledningar till att införskaffa en produktkonfigurator. Den ena är att öka försäljningen medan den andra är att underlätta konstruktionsprocessen.

En produktkonfigurator kan vara ett hjälpmedel för ett företag att sluta fler affärer, den kan bl.a.

resultera i

● Minskad ledtid

● Mindre resursförbrukning

● Ökad offertkvalitet

● Minskat expertbehov [5]

Enligt artikeln skriven av Haug, [4] är förkortad ledtid en av de mest angivna anledningarna till att införskaffa en produktkonfigurator. Enligt en undersökning av 14 företag som implementerat produktkonfiguratorer kunde det ses att 12 av dessa hade reducerat ledtiden vid skapandet av offerter med mellan 75 till 99%, den genomsnittliga reduktionen var 84%. Resursförbrukningen minskade inte lika mycket utan minskade i genomsnitt med 78%. Detta skulle kunna förklaras med det minskade expertbehovet. Minskat expertbehov resulterar i färre överföringar av arbetet. Överföringarna resulterar i väntan vilket ökar ledtiden men inte resursförbrukningen.[4]

Hvam [6] presenterar en studie av 4 företag som implementerat produktkonfiguratorer. Där studerades hur användandet av konfiguratorer hade påverkat ledtiden för att framställa en offert, för två av företagen även en BOM (Bill Of Materials). Resultatet visade på en minskad ledtid med 94-99%.

Resursförbrukningen hade inte heller här minskat lika mycket, det sågs en minskning på mellan 50-95%. I de fall då kunden själv kunde använda konfiguratorn hade resursförbrukningen gått ned till 0. [6]

2.2.2 Skapande av en produktkonfigurator

Skapandet och underhållet av en produktkonfigurator kan sägas ha 4 faser som går i cykler (Figur 10)

Figur 10​, Livscykel för en produktkonfigurator, [7]

9

Då projektet sträcker sig fram till och med integreringsfasen läggs inget större fokus på underhåll och vidareutveckling. [7]

Produktkonfiguratorer som används till ETO (Engineer To Order) integreras oftast gradvis p.g.a. den ofta stora komplexiteten. Till följd av den ofta stora komplexiteten krävs det i många fall en god strategi för dess implementering. [7]

Produkten BVT-TB skulle kunna ses som en mindre komplex produkt då det inte handlar om ett större system utan enbart en handfull delar. Användandet av en god strategi kan ändå vara fördelaktigt särskilt för fortsatt arbete med konfiguratorer.

En annan beskrivning av livscykeln är att dela upp den i 7 steg enligt Hvam L. [8]

Dessa steg liknar till viss del de som beskrevs ovan men med större detaljrikedom, se Figur 11.

Figur 11​, En produktkonfigurators livscykel, enligt Hvam [8]

Processanalys

Under denna del görs en analys av hur processen för specificering av kundens behov och produkt utförs. Hur samlas informationen in? Vad för information samlas in? Under denna analys ses även de verktyg som används under produktkonfigureringen över, hur kommer de att användas? Denna del innehåller även den kommande processen för specificering av kundens produkt. Förslag på nya verktyg och metoder görs. [8]

I detta projekt är det enbart analys av den nuvarande processen som hamnar innanför ramarna.

Produktanalys

Under denna del av projektet görs en analys över produkten. Strukturering av den information som finns om produkten. Detta kan göras med hjälp av en Product Variant Master där de ingående delarna beskrivs, deras olika egenskaper och hur dessa kan kombineras. [8]

Under produktanalysen kan även förslag på förbättringar göras, i detta fall hamnar inte detta inom avgränsningarna för projektet.

Object Oriented Analysis

Object Oriented Analysis (OAA) handlar om att samla in information om det system där

produktkonfiguratorn kommer att implementeras, samt insamling av information om de som kommer att använda och underhålla dessa system.

10

Detta är främst aktuellt då produktkonfiguratorn är del av ett större system som samverkar.[8]

Den andra delen av denna fas handlar om att analysera hur produktkonfiguratorn kommer att användas. Detta kan vara i form av definiering av gränssnitt, responstid, datorprogram osv. [8]

Programmering

Programmeringsfasen är som det låter den fas där programmering görs, detta kan vara i form av användandet av redan befintliga program eller programmering av egna. [8]

För just detta projekt hamnar även CAD och koppling till Excel i denna fas Implementering och underhåll

Implementeringsfasen handlar om att implementera produktkonfiguratorn i verksamheten där den är tänkt att användas. Detta görs med hjälp av utbildning av de som ska använda konfiguratorn men även de som ska underhålla den. [8]

Underhållsfasen hamnar utanför projektets avgränsning men syftar till att underhålla och förbättra produktkonfiguratorn och de sammanhängande systemen och produkterna. [8]

2.2.3 Vanliga problem

Shafiee [6]​presenterar i artikeln en undersökning av vilka problem som av olika företag angivits vid implementering av produktkonfiguratorer samt vilka av dessa som upplevdes som mest betydelsefulla.

Figur 12​, Uppstådda problem vid implementering av produktkonfiguratorer samt deras betydelse, [7]

Enligt undersökningen som gjordes visade det sig att de vanligaste angivna problemen vid implementering och användandet av konfiguratorer var (Se figur 12)

1) Organisationella problem, 68%

2) Insamling av information, 59%

3) Produktmodellering, 41%

Dessa problem var inte bara de vanligaste problemen utan angavs i samma undersökning som de allra viktigaste. Då organisationella problem inte faller inom avgränsningen för projektet kommer inget större fokus läggas där. Insamling av information och produktmodellering är dock relevanta problem som enligt undersökningen bör tas på allvar. [7]

11

2.2.4 Metoder

En metod för att planera en produktkonfigurator är att dela upp processen i 5 steg 1 ​Mål och syfte​ med produktkonfiguratorn, samt informationsflödet 2. ​Krav​ från intressenter

3. ​It-struktur,​ gränssnitt, input, output, integreringar och funktionalitet 4. ​Detalj-avgränsning​, produkter, delar och egenskaper att inkludera

5. ​Projektplan​ med tid, resurser, modelleringsplan, test och förbättringar, underhåll [7]

Mål, syfte och krav

Definiera målet och syftet med produktkonfiguratorn. Detta kan ge en bra bild över projektet.[5]

Identifiering av intressenter och undersökning av deras krav. Detta är viktigt för att kunna göra rätt prioriteringar vid planeringen av projektet. [7]

Andra krav från kunden kan vara språk, valuta, online-möjligheter, gränssnitt osv. [5]

It-struktur

Utefter Intressenternas krav kan specifikationer över it-strukturen göras. Vilka inputs ges konfiguratorn? Vilka outputs ska denna ha? Vilka gränssnitt kommer användas under arbetet? Ska konfiguratorn har online-möjligheter eller ska användandet ske offline? Hur ser beslutsflödet i konfigurationssystemet ut? Kommer det förekomma integrering med andra system som företaget har?

Och hur ska i så fall denna integrering genomföras[5]

Detta kan sammanfattas med Figur 13.

Figur 13​, Illustrering av It-strukturen hos en produktkonfigurator, [5]

Detalj-avgränsning

Definiera produkten, vilka produkter och vilka detaljer ska genereras av konfiguratorn? När beslut har tagits om vilka produkter och delar som ska inkluderas är det dags att definiera detaljrikedomen.

Detaljrikedomen bestäms beroende efter behovet av detaljrikedom. Att minska på onödigt arbete, såsom insamling av data som sedan inte fyller någon funktion är en form av lean-tänk. Onödig detaljrikedom går inte hand i hand med lean. [5]

12

Att dra ned på detaljrikedomen gör också produktkonfiguratorn mindre komplex, hög komplexitet var en av anledningarna till att ETO-produkter integreras en i taget. [7]

Att dra ned på komplexiteten kan göra implementeringen av produkten enklare.

En metod för att få en överblick över produkten, dess ingående delar, detaljer och regler för hur dessa kan kombineras är genom en PVM, Product Variant Master. [5]

Product Variant Master

I artikeln beskrivs hur en produktfamilj kan illustreras i form av en Product Variant Master, PVM.

Syftet är att få en överblick över produkten. Varje del och modul som finns med i produktfamiljen symboliseras med hjälp av en cirkel. Modulen eller delens egenskaper kan sedan beskrivas. Denna tabell är uppdelad i generiska delar, varje del har sedan olika varianter. Ett exempel vore en bil som har “motor” som modul i PVM. Denna motor kommer sedan i olika utformningar, t.ex. diesel eller bensin, varierande storlek osv. Den vänstra delen i Figur 14 beskriver i grova drag hur produkten kan utformas.[9]

Figur 14​, Exempel på en Product Variant Master, [9]

Den högra delen av bilden illustrerar hur en del eller en modul kan variera. Likt exemplet tidigare kan motorn vara endera en dieselmotor eller bensinmotor, dessa olika varianter av moduler och delar visas till höger.

En PVM är också ett sätt att illustrera de regler som styr konfigurationen. Beroende på produktkonfiguratorns komplexitet kan antalet regler begränsas till de allra viktigaste. En regel kan vara att bilar med dieselmotorer enbart tillverkas med vänsterstyrning, medan en produkt med bensinmotor kan tillverkas både med höger- och vänsterstyrning. När produkten har många ingående delar kan antalet regler fort bli svårhanterligt i en PVM, därav visas enbart de allra viktigaste. [9]

I PVM beskrivs även geometrier eller egenskaper som kan variera hos delen eller modulen. Detta kan vara ytter- och innerdiameter på ett rör, antalet hål o.s.v. Även här kan regler beskrivas. Vilka geometrier och egenskaper kan variera, vilka värden kan de anta och hur kan dessa värden kombineras.

2.3 Program och programmering

De program som huvudsakligen är aktuella för projektet är Solid Edge 2020 samt Microsoft office 365 Excel samt den VBA-kod som tillhandahålls av BVT. Programmen beskrivs ej i detalj men för projektet viktiga funktioner beskrivs nedan. Anledning att dessa program är aktuella är då dessa redan

13

används av företaget. Implementering av ett nytt CAD-program ansågs allt för tidskrävande.

Beräkningar för ventilens mått skedde vid projektets början i Excel och har därför valts för att styra modellen.

2.3.1 Solid Edge

I solid edge finns möjligheten att modellera i två miljöer, Synchronous och ordered. I synchronous-miljön skapas synchronous features medans det i Ordered-miljön skapas ordered features. Det är möjligt att för samma del skifta mellan de olika miljöerna och på så vis blanda de två typerna av feturer. I synchronous-miljön beskrivs modellen med hjälp av ytor som tillsammans definierar modellen. Dessa ytor kan sedan ändras och det sparas ingen information om hur och i vilken ordning dessa ytor har skapats. I ordered-miljön skapas en historik över hur modellen har skapats. För att redigera modellen måste användaren gå tillbaka i historiken för att göra ändringar, det går inte att direkt redigera ytor.

Variables/variabler

I Solid Edge finns tre typer av variabler, dessa delas in i tre olika varianter

● Dimensions

● User variables (Kallas efter teoridelen enbart variable/variabel)

● PMI dimensions

Dimensioner skapas t.ex. då en dimension sätts på ett 2-dimensionellt element eller när systemet själv skapar en dimension vid en modelleringsfunktion.

User variables skapas direkt i variabeltabellen och namnges av användaren eller då denne definierar egenskaper inuti en modelleringsfunktion.

PMI dimensions placeras automatiskt i variabeltabellen då användaren sätter dimensioner på modellen. Då detta görs i ordered modelling är denna alltid driven av en annan.[10]

I Solid Edge finns ett så kallad variable table (variabeltabell), se Figur 15, där relationer mellan variabler och dimensioner kan styras, se exempel nedan.

Figur 15​, Variable table, Solid Edge 2020

Varje rad beskriver en variabel och de olika kolumnerna beskriver deras egenskaper. Egenskaper som kan ändras av användaren är t.ex. namn, värde, enhet, regel, formula etc.

14

Här kan användaren skapa egna variabler, så kallade user variables, och använda dessa för att styra andra typer av variabler definierade av användaren eller programmet. Ett exempel på en formula kan ses i bilden ovan där dimensionen Plane_length_Distance beskrivs som =Length. Length kan i sin tur vara en annan typ av variabel.[10]

2.3.2 Microsoft Excel och VBA/Makro

Ett av de Excel-dokument som tillhandahållits av BVT (Smart Assembly) har 2 macron

programmerade av BVT i programspråket VBA. Dessa har till funktion att hämta in variabler från en i Solid Edge 2020 öppnad part eller assembly. De variabler som kan hämtas och skickas tillbaka med ändrade värden är av typen User Variables. Dessa variabler listas längst till vänster i dokumentet, se Figur 16. Annan information som hämtas in är typ (Variabel eller part), dess värde, samt ett keyword bundet till parten. Denna informationen kan flyttas till kolumnerna till höger och med hjälp av det andra makrot skickas tillbaka till filen i Solid Edge med nya värden och på så vis styra modellen. ⁶

Figur 16​, Microsoft Excel “Smart Assembly”, programmerat av Göran Andersson, BVT Sweden

Figur 17​, Microsoft Excel “Smart Assembly”, programmerat av Göran Andersson, BVT Sweden

De gula kolumnerna i figur 16 innehåller den information som hämtats in. De gröna kolumnerna i figur 17 innehåller den information som skickas tillbaka till Solid Edge.

6​Göran Andersson, BVT Sweden. 2020. E-mail 14 april.

15

3. Metod

3.1 Projektplan

Projektarbetet började med en planeringsfas där projektets mål, syfte och avgränsningar definierades.

Planeringen gick vidare med skapandet av WBS (Bilaga 7) och gantt-schema (Bilaga 8).

Gantt-schemat innehöll ingen detaljerad planering för programmering/CAD utan var en grov planering med huvudsakliga milstolpar utsatta.

3.2 Bakgrundsundersökning och teori

För att få en förståelse för hur BVT-TB är uppbyggt, vilka delar som ingår samt vilka samband och regler som kommer att vara aktuella för konfiguratorn har det hållits flera möten vid BVT. Som underlag finns sammanställningsritningar, detaljritningar samt anteckningar från möten.

Under dessa möten har även underlaget för konfiguratorn presenterats, detta i form av ett Excel-dokument som bl.a. innehåller beräkningar över produktens mått. Ett sedan tidigare skrivet program för överförande av data från Excel till Solid Edge har även det presenterats

3.3 Kravspecifikation

För att skapa konfiguratorn följdes de 5 stegen som beskrivs i teorin. Detta gjordes för att konfiguratorn skulle uppfylla sina syften och mål utan att vara onödigt komplex. Det gjordes också för att få en bättre bild av vilka resurser som skulle komma att behövas vilket gav möjligheten att fördela dessa jämt över projektets tid. Detta sammanfattades i en kravspecifikation och resurserna fördelas enligt gantt-schemat. Kravspecifikationen kan ses i Bilaga 9.

I samband med skapandet av kravspecifikationen gjordes en bedömning av programvaror. Den programvara som vid projektets start låg till grund för konfiguratorns inputs var Excel. BVT använder sig av CAD-programmet Solid Edge 2020. En bedömning av huruvida dessa lämpar sig för uppgiften gjordes. Kompletterande program och eventuell ersättning av program föreslogs i det fall det ansågs nödvändigt.

3.4 CAD och programmering

För att få en överblick över produktens struktur skapades en PVM ( ​Product Variant Master​^{). Den} innehöll samtliga delar, beskrev dess olika detaljer, varianter och regler för hur dessa kan kombineras.

Denna var tänkt att sedan användas som underlag vid skapandet av konfiguratorn och för att få en översiktlig bild över produkten. PVM skapades med hjälp av det underlag som tillhandahållits av BVT, samt de anteckningar och den information som förs fram under våra möten.

Skapandet av konfiguratorn sågs som en iterativ process där CAD/programmering och test av konfiguratorn går i cykler. Varje iteration beskrevs i resultatdelen. De problem som uppstod och de lösningar och beslut som togs till följd av dessa dokumenteras och ligger sedan till grund för nästa

16

iteration. Problem och lösningar hittas i samförstånd med BVT, med hjälp av den litteratur som finns tillgänglig samt med hjälp av CAD-programmets support.

3.5 Verktyg

Som verktyg under projektet har programmen Solid Edge Student, Solid Edge 2020 samt Microsoft Excel använts. För Excel har 3 dokument tillhandahållits av BVT, nämligen ​Smart ​Assembly samt Smart Assembly v.2​^.

17

4. Genomförande

Projektet började med skapandet av en WBS (Bilaga 7) och ett gantt-schema (Bilaga 8). Därefter påbörjades skapandet av PVM:er följt av arbetet i CAD och Excel. Genomförandedelen av rapporten beskriver skapandet av PVM:er samt de olika itereringarna/versionerna som skapats i CAD.

Uppdelningen av iterationer/versioner har gjorts då någon större förändring i arbetet har gjorts vilket var introduktion av Exceldokumentet “Smart Assembly” version 1 och 2, tillgång till licens för Solid Edge 2020 samt introducerandet av svetsstandarden ASME B16.25 Buttwelding Ends.

Innan CAD skapades de i teoridelen beskrivna PVM:er som stöd för arbetet, dessa har ändrats något under arbetets gång men finns beskrivna nedan i sin senaste version. Den slutliga CAD-modellen och Excel-dokumentet finns beskrivet i resultatdelen av rapporten.

4.1 PVM

PVM för BVT-TB som produkt skapade för att få en bild av produkten och dess ingående delar. Där beskrivs vilka delar som ingår i produkten och vilka som faller inom projektets avgränsning. I PVM finns även ett så kallat Cooling Package beskrivet. Dettaa modellerades inte i examensarbetet utan av BVT under samma tidsperiod och beskrivs därför inte vidare i rapporten. Utöver PVM för hela produkten görs även en PVM för varje enskild del. Där beskrivs de olika varianterna av delarna i mer detalj, vilka geometrier och egenskaper som ska kunna variera.

PVM:er är baserade på information insamlad vid möten med BVT Sweden. PVM för enskilda delar utgör den första versionen som skapades för att komma igång med arbetet, dessa behöver inte korrekt beskriva hur den slutliga CAD-modellen styrs.

Svetsanslutningar

Flertalet delar har en eller två svetsanslutningar, dessa varierar enligt den standard som finns

beskriven. Dessa anslutningar kan på ett relativt enkelt sätt beskrivas med 10 parametrar, B, C, D, E, F, G, H, I, J och K. Anledningen till att C inte återfinns på den generella ritningen nedan är att den beskriver samma mått som B, fast med en annan beräkningsmetod. Beräkningsmetoden är ej relevant i CAD-modellen då denna inte görs i CAD utan Excel.

De svetsanslutningar som finns beskrivna kan sammanfattas med 13 olika utformningar, dessa beskrevs närmare i teoridelen. En generell ritning kan ses i Figur 18.

Figur 18​, Generell ritning av de svetsanslutningar beskrivna i ASME B16.25 Buttwelding Ends

18

Dessa 13 olika svetsanslutningar och vilka variabler som krävs för att beskriva var och en kan ses i Tabell 1.

Tabell 1​, typer av svetsanslutningar och deras variabelvärden

Grön ruta indikerar att variabeln används för att beskriva svetsanslutningens utforming. Variabel C och B styr samma geometri, de beräknas dock på olika sätt och används vid de olika svetsanslutningarna. I de övriga cellerna anges de värden som ska antas för varianten som syns till vänster i tabellen. I de celler där det ej finns är värde är värdet ointressant för geometrin, de kan dock anta ett specifikt värde för att underlätta programmering, de måste också anta ett värde som kan accepteras av programmet. En linje kan t.ex. inte anta längden 0.

4.2 Iterering 1

Den första itereringen gjordes innan PVM:er hade skapats och hade till syfte att säkerställa att Solid Edge var möjligt att använda för att länka variabler till Excel. Den gjordes även i en studentversion av Solid Edge.

Den bestod av att gå igenom de ingående delarna och skapandet av mock-up-modeller av dessa samt sätta ihop en sammanställning. Delarna innehöll de detaljer som var direkt synliga och baserades på en sammanställningritning tillhandahållen av BVT. Det togs ingen hänsyn till de regler som styr hur detaljer och egenskaper kan variera och kombineras, detta då det inte var syftet med den första itereringen. Anledningen till att delarna efterliknade BVT-TB var för att upptäcka eventuella problem som kunde uppstå vid länkning av dess variabler till Excel.

Variablerna länkades med hjälp av att kopiera Excel-cellernas länkar och klistra in dessa vid rätt variabel i variabeltabellen.

Det visade sig vara möjligt att styra en modell genom att länka Excel-celler till variablerna i en 3D-modell skapad i Solid Edge. Av den anledningen kommer de 2 programmen fortsatt att användas.

19

Problem

Vid länkning av variabler på detta vis uppdateras varje variabel direkt då värdet i Excel-cellen ändras.

Detta innebär att ordningen i vilken variablerna ändras blir viktig för att modellen ska kunna genereras.

Ett exempel på detta kan vara ett rör där ytterdiameter och innerdiameter finns angiven. Om variablerna ska ändras till ett rör med större diametrar måste den yttre diametern ändras först, detta då den inre diametern inte kan vara större än den yttre. I vissa fall visade det sig fungera oavsett vilken ordning variablerna ändras. Men vid mer komplexa geometrier såsom de i delen “ ​Body​” kunde hela modellen falla samman till följd av detta, troligen till följd av att sketcherna ej var fullt definierade.

Detta försvårade arbetet i Solid Edge och av den anledningen ansågs det viktigt att alla variabler skickades till modellerna samtidigt.

Figur 19​, Variable table Solid Edge 2020

Det andra problemet som uppstod var att länkning på det här viset krävde att programmet gjorde en sökning för att hitta värdet på den angivna cellen. I det givna exemplet, se Figur 19, görs bl.a. en sökning efter variabeln ​@'C:\Users\daniel\Documents\Exjobb\Ovning.2.xlsx'!'Blad1!R1C2'.

Programmet hittar alltså variabelns värde i mappen ​Exjobb​, i dokumentet ​Ovning.2.xlsx​, i det första bladet och i cellen ​R1C2​. Det uppstod problem då celler flyttades i Excel-bladet, då dokumentet bytte namn eller flyttades till en annan mapp, samt om modellen öppnades upp i en ny dator. Solid Edge kunde då inte hitta rätt variabel och rätt värde, och kunde i dessa fall inte generera en modell.

Lösning

För att lösa båda problemen introducerades det i teoridelen beskrivna Excel-dokumentet ​Smart Assembly​ skapad av BVT. Denna möjliggjorde att i Excel hämta variabler från öppnade Solid Edge-modeller och assemblys, samt skicka tillbaka dessa med förändrade värden. Denna presenteras närmare i Iterering 2.

20

4.3 Iterering 2

Den andra itereringen gjordes med ritningsunderlag och PVM:er för de enskilda delarna, samt med det introducerade Excel-dokumentet och tillhörande kod.

Figur 20​, Microsoft Excel “Smart Assembly” skapad av BVT Sweden

Programmet hämtar in part-namn, variabelnamn, typ (Part eller variabel), värde (länk till part eller variabelns värde), samt ett keyword. Detta hamnar i tabellen längst till vänster i Figur 20. De variabler användaren vill styra flyttas sedan över till den högra tabellen manuellt. Genom att i den högra tabellen ändra variablernas värden kan delarna och deras egenskaper styras. Variablernas nya värden skickas med hjälp av makrot tillbaka till CAD-modellen i Solid Edge och uppdateras. Fördelen med detta är alla variablerna skickas samtidigt och framför allt att Solid Edge inte behöver söka efter värdena. CAD-modellerna modellerades med hjälp av de ritningar som tillhandahållits samt PVM:er och de nödvändiga variablerna skapades i Solid Edge. Programmet hade enbart möjlighet att hämta in så kallade user variables. Dessa skapas endera direkt i variabeltabellen eller vid specifika kommandon såsom pattern och sketch. För att kunna styra modellen ritades sketcherna med hjälp av plan, dessa plan kunde sedan styras med hjälp av en formel, se Figur 21.

Figur 21​, Variable table Solid Edge 2020

Variablerna hämtas till Excel-arket där deras värden i framtiden kan kopplas till beräkningar för ventilens mått.

21

Problem

Ytterligare ett problem som finns med nuvarande version är att det saknas möjlighet att byta ut och ta bort delar. Ett exempel kan vara att ventilen kommer i ett utförande av 1-3 PR-Pipes.

Ett ytterligare problem är att felaktiga värden skickas till modellen som inte kan generera en modell.

Detta kan som i tidigare givna exempel vara att en ytterdiameter ska vara större än en ytterdiameter.

Svårigheten ligger i att det är många variabler för användaren att kontrollera. Ytterligare problem ligger i skapandet av svetsanslutningar.

Lösning

Ett möte med BVT planerades för att diskutera nuvarande version och för att hitta lösningar på problemen. För att göra detta krävs en licensierad version av Solid Edge 2020, detta för att göra filerna tillgängliga för BVT.

4.4 Iterering 3

Den tredje itereringen gjordes i syfte att göra filerna tillgängliga för BVT. Då det tidigare arbetet var gjort i en studentversion av Solid Edge vars filer inte kan öppnas med en vanlig licens gjordes den tredje itereringen i en licensierad version av Solid Edge 2020. Detta gjorde det möjligt för företaget att ge respons på det arbete som gjorts. Som lösning på det tidigare beskrivna problemet att byta ut delar introducerades en sådan funktion i “Smart Assembly”

Problem

Det uppstod inga större problem vid den tredje itereringen gällande modellering

4.5 Iterering 4

Efter mötet gavs tillgång till den standard som gäller för de svetsanslutningar som återfinns på de olika delarna. Ett flertal itereringar gjordes för att möjliggöra byte av svetsanslutningar för de olika delarna. En CAD-modell med stöd för de 13 svetsanslutningarna gjordes och fungerade som underlag för samtliga delar. De nödvändiga variablerna ges sina värden och skickas till CAD-modellen. I Solid Edge släcks vissa geometrier med hjälp av “suppression variable” och IF-funktioner.

För att kunna generera de olika svetsanslutningarna gjordes en generell modell med de variabler som återfinns i samtliga svetsanslutningar. Det visade sig vara 10 variabler och 13 varianter av svetsanslutningar. Denna generella modellen användes som underlag för de delar med 2 anslutningar, Inlet, Body samt Pr-pipes. Lösningen för detta finns närmare beskriven i Resultatdelen.

Problemet med felaktiga värden minskades genom att låta Excel beräkna fram vissa mått för ventilen, t.ex. längden på Inlet och Body baserat på de andra variablerna. Detta för att skicka rimliga värden.

22

5. Resultat

5.1 PVM

PVM - PR-Pipes - Se bilaga 10 PVM Body - Se bilaga 11 PVM Outlet - Se bilaga 12 PVM - Inlet - Se bilaga 13 PVM - BVT-TB - Se bilaga 14

5.1 Slutlig CAD

För att minska mängden repetitivt arbete skapades en bas-part som innehöll de sketcher och variabler som krävdes för att generera en del med två svetsändar (PR-pipes, Outlet och Inlet). Därefter skapades kopior av denna och de geometrier och variabler som är unika för varje enskilt del skapas därefter.

Dessa delar sammanställdes sedan i en assembly.

Svetsanslutningar

Flertalet delar har en eller två svetsanslutningar, för att välja anslutning matas ett värde mellan 1-13 (För PR-pipes 15) in i Excel-arket i rätt cell. Ett exempel på hur detta kan se ut kan ses i Figur 22.

Figur 22​, Microsoft Excel “Smart Assembly” skapad av BVT Sweden

Då varianten av svetsanslutning valts för båda ändarna skickas värdet för variabeln till Solid Edge.

Med hjälp av IF-funktioner antas sedan de värden som återfinns i tabellen, samt de feturer som ej är relevanta för modellen släcks. Exempel på hur IF-funktionerna återfinns i bilagorna.

23

Figur 23​, Sketch av svetsanslutning i Solid Edge 2020

Exempel på hur sketchen som styr svetsanslutningen ser ut kan ses i Figur 23. Den kan jämföras med den generella ritniningen som återfinns tidigare i texten. Den svagt streckade linjen motsvarar planet B/C som har avståndet B/C från centrum. Genom att styra planets avstånd från centrum med hjälp av en variabel flyttas hela sketchen. Övriga variabler D-K styrs med hjälp av IF-funktionerna. Samma typ av sketch återfinns i delens andra ände. Då diametrarna kan variera (t.ex. Inlet) styrs varje ände av en egen variabel B eller C. Sammantaget anger användaren B eller C-variabeln för varje ände, samt typ av anslutning för båda ändarna. Denna information skickas till CAD-programmet som då genererar själva svetsanslutningen. Se Bilaga 15 för CAD-exemepel på svetsanslutning.

PR-Pipes

PR-pipes skapades av den bas-part som beskrevs tidigare. För att skapa själva basen gjordes en revolve. Inner och ytterdiameter styrdes genom att koppla sketchen till 2 plan som motsvarar

ytter-diametern samt tjockleken. Genom att koppla dessa plan till variabler kunde ytter-diameter och tjockleken styras. Hålen skapades genom att en sketch gjordes på ett plan tangent med ytterdiametern.

Hål-sketchen kopplades i sin tur till 2 plan, ett som styrde avståndet från kanten och ett som styrde håldiameter. Även dessa plan kopplades till variabler. Sketchen för det andra hålet gjordes även det på ett plan parallellt mot ytterdiametern men med en vinkel mot planet som användes för det första hålet, detta då raderna är förskjutna. För att styra förskjutningen styrdes detta planet av en funktion

(180/antal rader). Sketchen för det andra hålet kopplades likt det första hålet till 2 plan, ett som styr avståndet mellan raderna och ett som styr håldiameter.

Ett pattern skapades därefter för att få till samtliga rader. Ytterligare ett pattern skapades sedan för att generera samtliga hål.

Utöver de svetsanslutningar som redan var skapade i bas-parten behöver PR-pipes ha ytterligare 2 anslutningar, detta då enbart ett av rören svetsas i båda ändar. Den ena anslutningen är en något mindre ytterdiameter som ska ligga an mot PR-pipes-connector, den andra anslutningen är en något mindre innerdiameter som även den ska ligga an mot PR-pipes-connector. Dessa skapades med en Extrude och en Cutout. De styrs sedan på samma sätt som övriga anslutningar av IF-funktioner som tänder och släcker feturen. I bilaga 16 kan 2 versioner av PR-pipes ses. Den ungefärliga tiden för att generera den högra versionen med den vänstra som utgångspunkt var 30 sek.

24

Outlet

Även Outlet skapades av bas-parten då den har två ändar med svetsanslutningar. Likt PR-pipes skapades själva kroppen med hjälp av en revolve. Ytterdiameter och tjockleken styrs även den av plan kopplade till variabler. Sketchen för hålen gjordes på ett plan tangent mot ytterdiametern. Sketchen kopplades sedan till 2 plan, ett som styr avstånd från änden och ett som styr diameter. Därefter gjordes ett pattern som även det styrdes av en parameter. Outlet har inga anslutningar utöver

svetsanslutningarna. I bilaga 17 kan 2 versioner av Outlet ses. Den ungefärliga tiden för att generera den högra versionen med den vänstra som utgångspunkt var 2 sek.

Inlet

Inlet skapades även det utav bas-parten. I detta fall har ändarna olika diametrar och här kommer behovet av två olika B och C-variabler in. Inlet skapades med hjälp av en revolve. Sketchen för denna gjordes mot plan kopplade till variabler. Dessa plan styrde den totala längden, inner och ytterdiameter mot body, innerdiameter mot kunden, innervinkel, yttervinkel, ytterdiameter, samt diameter krage.

Sketchen kan ses i Figur 24.

Figur 24​, sketch inlet revolve i Solid Edge 2020

Inlet hade inga ytterligare anslutningar utöver de som skapades i bas-parten. I bilaga 18 kan 2 versioner av Inlet ses. Den ungefärliga tiden för att generera den högra versionen med den vänstra som utgångspunkt var 2 sek.

Body

Body skapades ej utav den bas-part som tidigare beskrivna delar haft som grund.

Den skapas likt tidigare delar med hjälp av en revolve. Sketchen gjordes även här mot plan och kan ses i Figur 25.

25

Figur 25​, Sketch body revolve i SE 2020 ​Figur 26​, Sketch PR-pipe connection SE 2020

Därefter kopplades de plan som önskades styras till variabler. Utöver det skapades 2 revolves för anslutning till ett eventuellt andra eller tredje PR-pipe. Dessa kan ses i Figur 26. Till dessa revolves skapades sedan en så kallad suppression variable som styrdes med hjälp av en IF-funktion som styrdes av ytterligare en variabel. För Body kan 2 versioner ses i bilaga 19. Den ungefärliga tiden för att generera den högra versionen med den vänstra som utgångspunkt var ca 2 sek.

Connector

Connector modellerades Body från grunden. På ett liknande vis gjordes en sketch utefter de plan som valts ut för att styra modellen. Dessa plans dimensioner kopplades sedan till användarvariabler och kunde styras genom att hämtas och skickas tillbaka till Solid Edge 2020. Någon tidtagning för denna delen gjordes ej.

Manifold Ring

Manifold Ring gjordes med hjälp av en revolve där en helt sluten och ihålig ring. Dessa

medeldiameter styrdes med hjälp av plan. I denna ring skapades sedan en utskärning för anslutning av manifold leg. För denna utskärning gjordes sedan ett pattern som styrdes via Excel och matchade antalet dysor. Därutöver skapades en utskärning för distribution piece samt en utskärning för den del av manifold som inte behövs för att fördela vattnet. Denna utskärning berodde på antalet utskärningar, ju fler utskärningar desto mindre blev utskärningen. Någon tidtagning för denna del gjordes ej.

Assembly

En assembly skapades där delarna refererades till varandra med hjälp av plan. Excel kunde likt med enskilda delar hämta in de variabler som fanns i assemblyn. Dessa variabler ändrades i Excel,

26

skickades tillbaka till assemblyn och uppdaterade på så vis modellen. I figur 27 och Figur 28 kan två versioner av assemblyn ses. I denna finns inte connector och manifold ring med, detta berodde på att dessa delarna skapades sist.

Figur 27​, genererad modell i SE 2020 ​Figur 28​, genererad modell i SE 2020

Genom att variabeln densitet tillfördes samtliga delar kunde en uppskattning av vikten göras vilken visas i Figur 27. Densiteten kan likt övriga variabler ändras via Exceldokumentet. Med en densitet på 8000 kg/m​³​

​på samtliga delar blev den resulterande massan ca 580 kg.

Delarna Manifold ring och Connector lades även till i assemblyn. Därutöver lades även delarna Manifold Leg, Distribution Piece, Nozzle Stud och Spray Nozzle Assembly till. Dessa modellerades av BVT. De styrdes ej via Excel men gav en mer komplett bild av ventilen. Se Bilaga 20 för

ytterligare exempel på assembly.

5.2 Programmering och Excel

Det absolut största delen av programmeringen i Excel gjordes av BVT i form av Excel-dokumentet Smart Assembly samt BVT Excel Size, vilket är dokumentet för beräkning av ventilens mått. Den enklare programmeringen som återfinns i Solid Edge gjordes i examensarbetet. Exempel på denna kan ses i bilaga 21. Excel-dokumentet som användes för att styra variablerna i CAD-modellerna hade från början 2 olika VBA-koder gjorda av BVT. Den ena hämtade variabler och listade dessa i kolumner.

Dessa kunde sedan kopieras och sparas i andra kolumner, den andra Macro-koden kunde sedan skicka tillbaka dessa variabler med förändrade värden och på så vis kunde modellerna styras. Övriga

funktioner som stöddes var t.ex. att byta ut eller radera delar.

Layouten för Excel-dokumentet kan ses i bilaga 22.

6. Diskussion

Enligt den kravspecifikation som återfinns i Bilaga 9 skulle 3D-modeller av följande delar genereras

● Body

● Outlet

● Pr-pipes

27

● Inlet

● Pr-pipe-connector

● Manifold Ring

● Distribution Piece

● Manifold Leg

● Nozzle Stud

● Spray Nozzle Assembly

Detta har uppnåtts i projektet.

Det skulle även finnas möjlighet att växla mellan de svetsanslutningar som fanns beskrivna i ASME B16.25, detta uppfylls för delarna Outlet, Inlet och PR-pipes.

Konfiguratorn skulle generera en uppskattning av vikten vilket görs genom att delarna kopplats till variabeln “densitet”.

Enligt kravspecifikationen skulle även en sammanställningsritning genereras av konfiguratorn, detta uppfylls inte i nuläget. Syftet att förse kunden med de viktiga måtten uppfylls dock då de återfinns i 3D-modellen.

Därutöver sattes målet att göra en sondering bland programvaror för ändamålet, detta med avgränsningen att det gjordes om programmen som användes vid start inte kunde användas. Under projektet introducerades inga nya program men 2 versioner av Smart Assembly för att driva arbetet vidare.

En layout skulle designas vilken återfinns i Bilaga 22.

Den svåraste delen under projektet visade sig som litteraturstudien antydde vara

informationsinsamling samt produktmodellering. Dessa svårigheter hängde på sätt och vis ihop, svårigheter i informationsinsamling gjorde modelleringen svår och krävde flertalet iterationer.

Ytterligare iterationer med tester gjordes som ej beskrevs i genomförande-delen. Problemet i informationsinsamlandet berodde till stor del på att det till en början var svårt att veta vilken information som söktes. Projektet kändes till en början oöverskådligt och det var svårt att få en förståelse för hur de olika geometrierna hörde samman samt vad de hade för funktion, detta då jag inte arbetat med produkten tidigare.

Att tidigt i projektets skede definiera vilka delar och geometrier som ska ingå i konfiguratorn kan vara en stor fördel för framtida liknande arbeten.

Projektet avgränsades genom att definiera konfiguratorns användningsområde, vilka delar som skulle ingå samt till viss del vilken detaljrikedomen som eftersträvades. En ytterligare avgränsning hade kunnat vara att också avgränsa och tydligt definiera konfiguratorns intelligens från början.

Det är troligen extra viktigt för en produktkonfigurator av typen ETO vilket teoridelen av rapporten föreslog.

För att förbättra konfiguratorn behöver det Excel-dokument som skapats kopplas till de beräkningar som företaget gör för ventilerna. Ytterligare förbättring av konfiguratorn hade varit att förenkla och eventuellt förbättra hur ventilen modelleras för snabbare generera en modell. T.ex. Det visar sig att den del som sticker ut när det kommer till tid för generering är PR-pipes. Den troliga orsaken är hål-geometrin på 828 hål vilket kan jämföras med den för övrigt liknande delen outlet vilken i exemplet enbart har 5 hål. För att snabbare generera en modell skulle hålgeometrin kunna tas bort, liknande arbete för att snabbare kunna generera övriga delar skulle också kunna göras.

28

7. Vidare arbete

Ett förslag till vidare arbete vore att slutföra de delar som saknas för en fullständig assembly, t.ex.

delarna som återfinns inuti body. En fortsättning skulle också kunna vara att öka detaljrikedomen med t.ex. rundningar och avfasningar. Företaget har även andra ventiler där samma typ av konfigurator kan vara användbar. Det kan även vara aktuellt att definiera vilken nivå av intelligens som eftersträvas på konfiguratorn och fortsätta arbeta för att uppnå denna, i det fall det anses att den nuvarande versionen inte är tillräcklig.

Ytterligare arbete skulle även kunna vara generering av personliga produktblad med renderade bilder och för ventilen specifik information, liknande den broschyr som tillhandahölls av BVT. Detta i syfte att användas som ett säljverktyg.

Ett verktyg för beräkning av tillverkningstid och kostnad, baserad på de tillverkningsmetoder som krävs för enskild kunds ventil är också ett förslag på vidare arbete.

Inom området produktkonfiguratorer kan ett förslag på vidare arbete vara att utforma en metod/verktyg för att definiera och begränsa intelligensen på konfiguratorer likt föreslaget i diskussionsdelen. Till viss del minimeras vinsten av att skapa en produktkonfigurator om själva skapandet kräver mer tid än vad som sedan sparas in. Verktyg för att beskriva produktens ingående delar och geometrier stöttes på under arbetet men något liknande för att beskriva och definiera intelligensen har inte påträffats. En generell sådan som kan användas för flertalet CAD-program skulle kunna vara tidsbesparande och eventuellt resultera i en bättre produktkonfigurator.

8. Slutsats

Syftet med projektet var att skapa en CAD-konfigurator för att generera en CAD-modell av produkten BVT-TB. Projektet avgränsades till vad som ansågs vara de viktigaste delarna och med hjälp av de verktyg och metoder som beskrevs i teoridelen planerades projektet och underlag för modellerna skapades i form av PVM:er. CAD-modeller för delarna skapades sedan med detta som underlag och sammanställdes i form av en assembly. Denna assembly kopplades sedan samman med det Excel-dokument (Smart Assembly) som tillhandahölls av BVT. Här var det möjligt att styra modellen med hjälp av att hämta och skicka tillbaka variabler till Solid Edge 2020 med förändrade värden. Med hjälp av IF-funktioner kunde modellernas svetsanslutningar styras samt geometrier släckas. Förslag på fortsatt arbete gavs och bestod av

● Vidareutveckla befintlig CAD-konfigurator till önskad nivå av intelligens och inkludera fler av produktens delar

● Bygga vidare på nuvarande CAD-konfigurator för generering av produktblad

● Verktyg för beräkning av tillverkningstid och tillverkningskostnad

● Utveckla en metod/verktyg för att definiera och avgränsa intelligensen för produktkonfiguratorer

29

9. Tackord

Tack till BVT Sweden för samarbetet under projektet. Särskilt tack till Sören Viktorsson på BVT för handledning under projektet. Tack till Göran Andersson och Pontus Rååd som fungerat som bollplank och bidragit med hjälp under projektet. Tack till Anders Wickberg som varit min handledare från Karlstads Universitet.

30

Referenser

1 ​BVT Sweden, Product overview [Broschyr]

2​ ​Kehlhofer, R. Combined-Cycle Gas & Steam Turbine Power Plants. Upplaga 3. Förlagsort: Förlag;

Publiceringsår.

3 ​The​ ​American Society of Mechanical Engineers (2017), ASME B16.25-2017 Buttwelding Ends, Two Park Avenue, New York, NY

4 ​Haug A, Hvam L, Mortensen NH. The impact of product configurators on lead times in engineering oriented companies. ​Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing [Internet] / Volume 25 / Special Issue 02 / May 2011, pp 197-206. Hämtad från:

https://www.researchgate.net/publication/220306549_The_impact_of_product_configurators_on_lead_times_in _engineering-oriented_companies?enrichId=rgreq-01c78eac19973d4fad93e014376b90bd-XXX&enrichSource=

Y292ZXJQYWdlOzIyMDMwNjU0OTtBUzoxOTMwNzEzNjM5NTY3MzhAMTQyMzA0MzIwODMyMg%3 D%3D&el=1_x_2&_esc=publicationCoverPdf

5​ Shafiee, S., Hvam, L., & Bonev, M. (2014). Scoping a Product Configuration Project for Engineer-to-Order Companies. International Journal of Industrial Engineering and Management [Internet], 5(4), 207-220. Hämtad från ​https://orbit.dtu.dk/en/publications/scoping-a-product-configuration-project-for-engineer-to-order-com

6​ Hvam, L. , Haug, A., Mortensen, NH., Thuesen, C. (2013). OBSERVED BENEFITS FROM PRODUCT CONFIGURATION SYSTEMS. The International Journal of Industrial Engineering: Theory, Applications and Practice [Internet]. Hämtad från

https://www.researchgate.net/publication/266876625_Observed_benefits_from_product_configuration_systems

?enrichId=rgreq-b25d4bf9b491d57d898d71a108606101-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI2Njg3NjYy NTtBUzoxODUxNjg3MDI3NDY2MjVAMTQyMTE1OTA2NzM3Nw%3D%3D&el=1_x_3&_esc=publication CoverPdf

7​ Shafiee, S. (2017). Conceptual Modelling for Product Configuration Systems [Internet]. Kgs. Lyngby:

Technical University of Denmark. Hämtad från:

https://orbit.dtu.dk/en/publications/conceptual-modelling-for-product-configuration-systems

8 ​Hvam, L., Riis J. & Malis M. (2002). A multi-perspective approach for the design of configuration systems [Internet]. Department of Manufacturing and Management, Technical University of Denmark. Hämtad från:

https://www.semanticscholar.org/paper/A-multi-perspective-approach-for-the-design-of-Hvam-Riis/6995eee743 e7324270ee5166cc631484f3daa657

9 ​Mortensen, N. H., Hvam, L., & Haug, A. (2010). Modelling Product Families for Product Configuration Systems with Product Variant Master. In ECAI 2010. Hämtad från:

https://backend.orbit.dtu.dk/ws/portalfiles/portal/4903251/EvalofPVMver9.pdf

10 ​Siemens (2011), Solid Edge fundamentals, Hämtad från

https://support.industrysoftware.automation.siemens.com/training/se/en/ST4/pdf/mt01413-s-1040_en.pdf

31

Bilaga 1. WBS

32

Bilaga 2. Ritning Body

33

Bilaga 3. Ritning PR-Pipe

34

Bilaga 4. Ritning Outlet

35

Bilaga 5. Ritning Manifold Ring

36

Bilaga 6. Ritning Connector

37

Bilaga 7. WBS

38

Bilaga 8. Gantt-schema

39

Bilaga 9. Kravspecifikation

40

Bilaga 10. PVM PR-Pipe

41

Bilaga 11. PVM Body

42

Bilaga 12. PVM Outlet

43

Bilaga 13. PVM Inlet

44

Bilaga 14. PVM BVT-TB

45

Bilaga 15. CAD svetsanslutningar

46

Bilaga 16. PR-Pipes

47

Bilaga 17. Outlet

48

Bilaga 18. Inlet

49

Bilaga 19. Body

50

Bilaga 20. Assembly BVT-TB

51

Bilaga 21. Exempelkod för styrande av variabler

52

Bilaga 22. Layout Excel

53