EXAMENSARBETE
Utveckling av Pusher Finger
CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Ergonomisk design och produktion
Luleå tekniska universitet Institutionen för Arbetsvetenskap Avdelningen för Industriell design
KRISTINA SIKSTRÖM
Förord
Våren år 2005 utförde jag mitt 20 veckor långa examensarbete på Emhart Glass i Sundsvall. I denna rapport kommer jag att redovisa projektet och dess resultat.
Examensarbetet är den sista avslutande delen för civilingenjörsprogrammet Ergonomisk Design och Produktion, inriktning maskinkonstruktion.
Jag skulle vilja tacka personalen vid konstruktionsavdelningen på Emhart Glass för all hjälp jag fått under våren. Särskilt vill jag tacka mina två handledare Jarmo Kammonen och Per Sättlin som varit med under hela projektet, agerat bollplank samt tillhandahållt mycket bra information, kunskap och stöttat mig när idéerna falnat.
Jag vill även tacka Jan Lundberg, professor vid Industriell design på Luleå tekniska universitet, för hans insatser som min handledare.
2005-06-03
__________________________________________
Kristina Sikström
Sammanfattning
Examensarbetet har utförts vid Emhart Glass i Sundsvall. Emhart Glass är ett världsledande företag som tillverkar och utvecklar utrustning för hela processkedjan inom glasförpackningsindustrin, från smältugnen till efterbehandling och kontroll av de färdiga produkterna.
Glasförpackningarna är mycket heta när de är klara och hålls därför ovanför en perforerad platta, Dead Plate, för kylning innan de transporteras i en båge ut på transportbandet som skickar vidare förpackningarna mot efterbehandling, kontroll och paketering. Den mekanism som utför transporteringen av glasprodukterna är uppbyggd av en elmotor och en luftcylinder. Mekanismen kallas Pusher 860 och kan tyvärr inte garantera en tillfredställande förflyttning. Glasprodukterna påverkas av centrifugalkraften vid den bågformade förflyttningen ut på transportbandet och hamnar sällan allihopa på en rät linje.
Emhart Glass utvecklar därför en ny Pushermekanism, Flex Pusher, som istället är uppbyggd på två elmotorer som samverkar för en jämn rörelse och som skjuter ut flaskorna på transportbandet parallellt, istället för i en båge. I och med detta vill Emhart Glass även konstruera en ny Pusher Finger, själva armen och fingrarna som har kontakt med glasprodukterna.
Syftet med examensarbetet är att finna en konstruktion som passar den nya Pushermekanismen Flex Pusher. Målet är att ta fram principskisser och ritningsunderlag för konstruktionen. Konstruktionen ska vara lätt utbytbar, hålla för höga temperaturer och ha ett sådant material att det är tillräckligt robust för en operatör att stå på.
Projektet resulterade i en Pusher Finger som har en bättre geometri än dagens Pusher 860. Denna geometri för med sig flaskorna mycket enkelt på grund av att det första fingret är böjt i en 22° vinkel. De följande fingrarna är raka och optimerade för att nå kortast möjliga längd. Fingrarna är valda att tillverkas i cerberite, ett material av grafit, kolfiber och polyamid som passar utmärkt för direktkontakt med heta glasprodukter. Konstruktionen är justerbar för olika dimensioner av glasflaskor. Den är även gjord så att endast en del av konstruktionen behöver tas loss för byte av fingrar. Detta minimerar risken för att glapp ska uppstå vid infästningen i Pusher mekanismens axel. Konstruktionen ger även ett uttryck av att vara robust och hållbar, vilket ger att tyngden av en operatör inte är något problem för bibehållen form av Pusher Finger.
Pusher Finger har tillverkats som prototyp och tillsammans med Pusher mekanismen har Emhart Glass testat konstruktionen i Enfield, USA, i slutet av maj 2005. Testerna visade gott resultat vad gäller hållbarhet och robusthet samt en väl fungerande geometri för Pusher Fingers ändamål.
Abstract
This Master’s Thesis has been done at Emhart Glass in Sundsvall. Emhart Glass is a world leading company that produces and develops equipment for the glass container industry, from the melting furnace til after-treatment and quality assurance.
The glass containers are very hot when they are formed and therefore they are hanging above a perforated plate, Dead Plate, for cooling before their transport in an arc out to the conveyor. The conveyor transports the glass containers further for after- treatment, inspection and packing. The mechanism that moves the glass containers in the arc is built by an electric motor and an air cylinder. The mechanism is called Pusher 860 and unfortunately it cannot guarantee a sufficient movement. The glass containers are influenced by the centrifugal force at the arc movement and therefore they will not keep in line at the conveyor.
For that reason Emhart Glass is developing a new Pusher mechanism, Flex Pusher, which instead of one electric motor and an air cylinder is built by two electric motors.
Those two motors will co-operate to get a smooth movement and make the movement out to the conveyor parallel, instead of in an arc. Therefore Emhart Glass also wants to develop a new Pusher Finger, the arm and fingers that has the direct contact with the glass containers.
The purpose with this Master’s Thesis is to find a design that fits the new Pusher mechanism, Flex Pusher. The aim is to make principle sketches and drawings for the design. The design should be easy to exchange, bear for the high temperatures and have a material that is robustious enough for an operator to step on.
The result of this project has ended in a design that has much better geometry than Pusher 860. The geometry takes the glass containers with it very easily because the first finger is bent in a 22º angel. The following fingers are straight and optimized to reach the shortest size possible. The fingers are produced in the material cerberite, made of graphite, carbon fibre and polyamide, which suits excellent for the direct contact with the hot glass containers. The design is adjustable for different glass container dimensions, and just one part of the Pusher Finger has to be taken away to alter the fingers. This minimizes the risk of loose in the fastening of the shaft on the Pusher mechanism. The design will also give an expression of being robustious and strong. Therefore the weight of an operator will not be a problem for losing the shape.
The Pusher Finger has been produced as a prototype and together with the Pusher mechanism Emhart Glass has tested the design in reality in the end of May 2005, Enfield, USA. The tests showed good results for the robustious and a well working geometry for the purpose of the Pusher Finger.
Innehållsförteckning
TERMINOLOGI...7
1 INLEDNING ...8
1.1 PRESENTATION AV FÖRETAGET EMHART GLASS...8
1.2 BAKGRUND...9
1.2.1 Problembeskrivning ...10
1.3 SYFTE ...12
1.4 MÅL ...12
1.5 AVGRÄNSNINGAR ...12
2 TEORI...13
2.1 ENGINEERING DESIGN AV G. PAHL OCH W. BEITZ...13
2.2 MATERIAL...13
2.2.1 Stål ...13
2.2.2 Aluminium ...14
2.2.3 Cerberite...14
2.2.4 Viton ...14
3 METOD...15
3.1 FÖRSTUDIER ...15
3.2 BRAINSTORMING...16
3.3 PRODUKTUTVECKLING ENLIGT G. PAHL OCH W. BEITZ ...17
3.3.1 Problemklarläggning...18
3.3.2 Krav- och önskemålsspecifikation...18
3.3.3 Önskemålsträd med viktning ...21
3.3.3.1 Viktningsmatriser...21
3.3.3.2 Önskemålsträd...22
3.3.4 Funktionsstruktur ...22
3.3.4.1 Funktionsschema...22
3.3.5 Idématris ...23
3.3.6 Gallringsmetodik...23
3.3.6.1 Grovgallringskort...23
3.3.6.2 Merittalsberäkning ...25
3.3.6.3 Svagpunktsanalys...26
3.3.7 FMEA tabell...27
3.3.8 Konstruktionstabell...28
3.4 DETALJKONSTRUKTION ...29
3.4.1 S1 – Infästning i axeln...29
3.4.2 S2 – Geometri ...35
3.4.3 S3 – Plattan...37
3.4.4 S4 – Fingrar ...38
3.4.5 S5 – PAF...43
3.4.6 Sö – Övriga detaljer...43
3.5 SAMMANSTÄLLNINGAR ...44
3.6 RITNINGAR ...46
4 RESULTAT...47 5 DISKUSSION...49 REFERENSER ...50
Bilagor
Bilaga 1. Material Specification Chart, E101-0 Bilaga 2. Material Specification Chart, E310-1
Bilaga 3. Tidigare prototyp av Pusher Finger SE-14756-01 Bilaga 4. Tidigare prototyp av Pusher Finger SE-14756-02 Bilaga 5. Tidigare prototyp av Pusher Finger SE-15006-01 Bilaga 6. Problemklarläggning
Bilaga 7. Layout över spelområdet för Pusher Finger Bilaga 8. Krav- och önskemålsspecifikation
Bilaga 9. Viktmatris, Huvudkriterier Bilaga 10. Viktmatris, Underkriterier Bilaga 11. Önskemålsträd
Bilaga 12. Funktionsschema Bilaga 13. Idématris
Bilaga 14. Grovgallringskort Bilaga 15. Merittalsberäkning Bilaga 16. Svagpunktsanalys Bilaga 17. FMEA tabell Bilaga 18. Konstruktionstabell
Bilaga 19. Ritningsunderlag cerberite-platta 1 Bilaga 20. Ritningsunderlag cerberite-platta 2 Bilaga 21. Ritningsunderlag cerberite-platta 3 Bilaga 22. Ritningsunderlag cerberite-platta 4 Bilaga 23. Ritningsunderlag aluminiumstomme Bilaga 24. Ritningsunderlag Bracket SE-15641 Bilaga 25. Ritningsunderlag Plate SE-15642 Bilaga 26. Ritningsunderlag Plate SE-15643 Bilaga 27. Ritningsunderlag Plate SE-15644 Bilaga 28. Ritningsunderlag Bracket SE-15744
Bilaga 29. Sammanställningsritning Bracket SE-15640-01 Bilaga 30. Sammanställningsritning Pusher Finger SE-15650-01
Terminologi
Mängen Råvaran för glastillverkning, innehållande bland annat sand, kalk och soda men även mindre proportioner av andra ingredienser samt krossglas.
Pusher mekanism Mekanism som utför en rörelse för att förflytta glasprodukter
Pusher Finger En konstruktion bestående av en arm och x antal fingrar som styrs av Pusher mekanismen. Pusher Finger är det som har direktkontakt med glasprodukterna
Pusher Syftar på Pusher mekanismen och Pusher Finger
tillsammans
Flex Pusher Namn på den nya pusher mekanismen som fortfarande är under utveckling
Pusher 860 Namn på den gamla Pusher som används idag
Mold spacing Avståndet mellan fingrarna (avstånd mellan centrumpunkten på glasprodukterna)
Belt advance Det utrymme som antalet glasprodukter per Pusher Finger utgör på transportbandet.
Ware range Glasproduktens diameter
PAF, Pocket Air Finger Luftkanal där luft strömmar och blåser ut med en viss vinkel på flaskan från Pusher Finger så att flaskan hålls kvar i fingret
Dead Plate En perforerat platta där det blåser upp luft. Här ovanför hålls glasprodukterna i någon sekund innan de släpps ner och Pusher Finger tar hand om dem
TG, Tripple Gob En Pusher Finger gjord för tre stycken glasflaskor
Layout En ritning över hur detaljer, delar förhåller sig gentemot varandra
Conveyor Det engelska ordet för transportband
Bottle Air Guide Extern luftkanal som riktar luftstrålar mot flaskorna och hjälper Pusher Finger att fånga in dem
Brainstorm En metod att generera idéer. Alla idéer som kommer skissas ner och resulterar ofta i att nya associationer görs och därmed föds ännu fler idéer. En brainstorm kan göras ensam av en person eller med flera personer inblandade.
CAD Computer Aided Design, en typ av program där
konstruktioner ritas upp
PRO/E Wildfire PRO/Engineer Wildfire, ett CAD program från PTC
Part En detalj i CAD
Assembly En grupp parter som tillsammans bildar en helhet
Exploded view Detaljerna i en sammanställning är något förskjutna från varandra för att de alla ska synas
Cerberite Ett samlingsnamn för ett material uppbyggt av kolfiber, polyamid och grafit
Flourelastomer En typ av gummimaterial
1 Inledning
1.1 Presentation av företaget Emhart Glass
Emhart Glass är ett världsledande företag inom glasförpackningsindustrin. De tillverkar utrustning, kontrollsystem samt reservdelar till hela processkedjan, från smältugnen till efterbehandling och kontroll av färdiga produkter. De erbjuder även support och andra tjänster som utbildning och träning. Företaget finns över hela världen med huvudkontor i Cham, Schweiz. Företaget grundades 1912 och förvärvade Sundsvalls verkstäder 1952 för produktion av glasmaskinerna.
Emhart Glass i Sundsvall tillverkar och utvecklar glasmaskiner samt reservdelar.
Företaget har cirka 250 anställda varav 53 arbetar som montörer i produktionen och 13 som maskinister. Varje år tillverkas i genomsnitt 20 stycken glasmaskiner i Sundsvall.
Figur 1, En bild på en NIS glasmaskin, Next Generation IS machine
1.2 Bakgrund
För att förstå problemet som behandlas i examensarbetet bör en skildring av själva glastillverkningsprocessen kort presenteras. I glastillverkningsmaskinerna som Emhart Glass tillverkar och utvecklar produceras glasförpackningar. En het glassmälta, mängen, med en temperatur kring 1500°C pressas ut i en noga uppmätt och formgiven droppe som via ett rännsystem faller ner i maskinen till en tvådelad form kallad ämnesform. Här kyls droppen ned och formas till en halvfärdig glasflaska. Den halvfärdiga flaskan förflyttas därefter till en så kallad färdigform där den får sitt slutgiltiga utseende.
Glasförpackningarna är mycket heta och temperatur ligger omkring 600°C när de är klara och ska vidare mot efterbehandling, kontroller och paketering. De måste därför kylas för att inte bli deformerade. Detta görs genom att glasprodukterna hålls ovanför en perforerad platta, Dead Plate, som kyler flaskorna med luft någon sekund. Härifrån ska de sedan förflyttas till ett transportband för att behandlas och förpackas. Denna förflyttning sker med hjälp av Pushermekanismen och Pusher Fingrarna, se figur 2 och 3.
Figur 2, Pusher Finger 860
Pushermekanismen är den del som styr själva konstruktionen. I figur 2 är det den del som är grå som är Pushermekanismen och det som är rött är Pusher Finger. I figur 3 är det bara Pusher Finger som är synlig, Pushermekanismen är byggd under plåten för att inte ta någon plats.
PAF Fingrar
Plåt som skymmer Pushermekanismen Dead Plate
Transportband
Figur 3, En prototyp av en Pusher Finger
Den nuvarande Pushern kallas Pusher 860 och fungerar med hjälp av en elmotor och en luftcylinder. En cykel av Pusher 860 börjar med att luftcylindern skjuter ut Pusher Fingrarna för att ta emot flaskorna på Dead Plate. Luftstrålar som kommer från Bottle Air Guide, en avlång rektangulär och perforerad profil som är bågformad, hjälper till att få flaskorna på plats, se figur 4. En annan luftstråle, PAF – Pocket Air Finger, som kommer från Pusher Fingerns fingrar, ser till att hålla kvar flaskorna i och med att luften cirkulerar runt flaskan. Därefter roterar elmotorn 90°och flaskorna kommer ut i en båge på transportbandet. Flaskorna lämnas och luftcylindern drar tillbaka fingrarna och återgår till utgångsläget.
Dead Plate Bottle Air Guide Pusher Finger
Figur 4, Bottel Air Guide, här syns den tillsammans med en Pusher Finger för två flaskor
1.2.1 Problembeskrivning
Det finns en del problem med Pusher 860 som Emhart Glass vill komma ifrån. På grund av att flaskorna placeras med olika radier från roteringspunkten är det oftast bara mittenflaskan som felfritt fortsätter ut på transportbandet i rätt riktning. De övriga flaskorna påverkas av centrifugalkraften och hamnar en bit utanför respektive innanför mittenflaskans läge, se figur 5.
Figur 5, Centrifugalkraftens påverkan
En del glasflaskor har en tyngdpunkt som ligger högre upp än fingrarnas egen höjd, vilket kan medföra att flaskor vippar till men även tippar. Kunden hittar gärna egna varianter på Pusher Finger och köper därför inte reservdelar från Emhart Glass.
Emhart Glass jobbar med att ta fram en ny modell av Pushermekanismen, kallad Flex Pusher, för att undvika ovan givna problem.
Axel där Pusher Finger fästs
Figur 6, Flex Pusher
Denna mekanism är uppbyggd på två elmotorer som var och en driver en axel, se figur 6. Detta gör att Pushermekanismen lättare kan programmeras för en smidigare rörelse. En rörelse som först roterar 90° och därefter skjuter ut flaskorna parallellt med transportbandet. I och med detta vill de även ta fram en ny konstruktion för Pusher Finger.
Hela projektet som rör Pushermekanismen och Pusher Finger ingår i ett större projekt som är en avslutande del av en utbildning i Six Sigma Quality, för information angående Six Sigma Quality besök webadressen http://www.emhartglass.com. På grund av detta är Jarmo Kammonen och Per Sättlin, som även är företagets handledare för examensarbetet, personligen intresserade av ett bra resultat. Detta ger även att utvecklingen av Pusher Finger måste följa en viss tidsplanering.
1.3 Syfte
Syftet med examensarbetet är att ta fram en ny konstruktion för Pusher Finger som passar den nya Pushern, Flex Pusher. Konstruktionen ska tillgodose kunden så att kunden hellre köper en ny produkt av Emhart Glass, vid haveri, än tillverkar en egen.
1.4 Mål
Målet med examensarbetet är att ta fram principskisser och ritningsunderlag för en ny Pusher Finger. Att hitta en design som är lätt utbytbar, gjord av få delar samt att bestämma tillverkningssätt och material.
1.5 Avgränsningar
Konstruktionen av Pusher Finger innefattar allt från infästningen i Pushermekanismens axel till fingrarna som hanterar flaskorna. Axeln kan modifieras något bortsett från att öka av dess diameter.
Det kommer inte att utföras några beräkningar på konstruktionen, utan företagets egna konstruktörer kommer att hjälpa till med erfarenhetsbaserad kunskap vad gäller hållfasthet.
Någon ekonomisk kalkyl kommer inte att tas fram. Men till viss del kan den ekonomiska aspekten att påverka eventuella konceptval.
2 Teori
Teorin som ligger bakom en stor del av projektet är metoder som har jobbats igenom i ett flertal kurser vid Luleå tekniska universitet. Mer specifikt har metoder från Engineering Design av G. Pahl och W. Beitz nyttjats, men även hållfasthetslära, mekanikkunskap, produktionskunskap, materiallära samt produktutveckling.
Kortfattat kommer G. Pahl och W. Beitz metoder att gås igenom här, samt mer utvecklat i avsnittet om metoder. Lite kortfattat om materialen stål, aluminium och cerberite kommer också att gås igenom i teoriavsnittet.
2.1 Engineering Design av G. Pahl och W. Beitz
Idag kräver konstruktionsarbete som produktutveckling väldigt mycket mer än konstruktivt tänkande. För att öka chanserna att få ett lyckat resultat även om många individer är inblandade krävs att arbetet görs på ett systematiskt tillvägagångssätt. I Engineering Design av G. Pahl och W. Beitz beskrivs ett antal metoder som får med många infallsvinklar i konstruktionsarbetet. Idéer viktas och jämförs och plockas ihop på en mängd olika sätt. Systematiskt optimeras produkten utifrån flera aspekter kontinuerligt från idé till färdig produkt. Dessa metoder har därför valts att följas genom arbetets gång med Pusher Finger. Metoderna har dock inte följts till punkt och pricka utan vissa avvikelser som extra insatt brainstorming, utveckling av tidigare fastställda detaljer, omkonstruering av detaljer som i slutänden inte fungerat har förekommit. Dessutom har en del av metoderna modifierats något för att lättare passa den arbetsgång projektet följt. Dessa metoder beskrivs närmare i anknytning till respektive fas i kapitlet 3.3 Produktutveckling enligt G. Pahl och W. Beitz.
2.2 Material
För att lättare få en förståelse till materialvalet följer lite information om de aktuella materialen stål, aluminium och cerberite i följande tre underrubriker. Den fjärde underrubriken behandlar kort ett gummimaterial, Viton, som bland annat är väldigt värmetåligt.
2.2.1 Stål
Stål är en järn-kol legering. Kolhalten kan vara upp till 2 w/o. Oftast ligger kolhalten mellan 0.05 och 1 w/o. Stål kan både varm- och kallbearbetas.
Det stål som har valts till en del av detaljerna i konstruktionen kallas E101-0 och är en standard som Emhart Glass använder sig av. Motsvarande ISO beteckning är 630-80.
E101-0 har en låg kolhalt och används för mindre konstruktioner. Det är ett material som är relativt billigt men går utmärkt att svetsa och maskinbearbeta. Se bilaga 1.
När skruvhål dimensioneras i stålmaterial finns en tumregel som säger att dimensionen på skruven räcker som djup för hålet, men helst ett par mm till. Det vill säga, en M5:a kräver ett djup på minst 5 mm, helst 7 eller 8 mm.
2.2.2 Aluminium
Aluminium är ett material som är bra där krav på låg vikt men även hög hållfasthet ställs. Det är ett bra material för de konstruktioner som kräver hög resistans mot korrosion. Den aluminiumtyp som använts till vissa detaljer i Pusher Finger kallas E310-1 och är en Emhart Glass standard. Motsvarande ISO beteckning är T651.
E310-1 har en E-modul som ligger på 68.9 MPa, en brottgräns på 310 MPa och en sträckgräns på 275 MPa, se bilaga 2.
Det som bör beaktas är att det behövs något mer material för skruvar när aluminium används i jämförelse med stål. Tumregeln här säger att aluminiumets tjocklek ska vara det dubbla mot skruvdimensionen. Det vill säga, används en M5:a bör skruvhålet i aluminiumdetaljen vara minst 10mm djupt.
2.2.3 Cerberite
Vad gäller material vid glashantering är det viktigt vilket material som tillämpas. När glasflaskorna kommer ner på Dead Plate är de mycket heta och mycket ömtåliga. Om glaset inte hanteras korrekt kan hållfastheten minska och glaset gå sönder. Till exempel kan det bero på kontakt med hårda material eller med metaller. Cerberite är ett samlingsnamn för ett material uppbyggt av kolfiber, polyamid och grafit. Det är framtaget för att användas vid just glastillverkning, då det klarar höga temperaturer, är dålig på att leda värme samt är starkt och har låg densitet.
2.2.4 Viton
Då glasmaskinerna blir riktigt heta och olja är något som ofta är förekommande behöver de tätningar som används i konstruktionerna klara av detta. Viton är ett gummimaterial som har precis sådana egenskaper. Därför används bland annat o-ringar gjorda av Viton.
Viton är en typ av flourelastomer, ett sorts gummi, som klarar höga temperaturer. Det är framtaget av företaget DuPont, http://www.dupont.com. Det kan användas ända upp till ca 260° C men fungerar även ner till -35° C. Värmetåligheten beror på om materialet används statiskt eller dynamiskt. Ska Viton användas dynamiskt är värmetåligheten betydligt lägre. Dess beständighet mot gasdiffusion, ozon, hydrolys, oxiderande ämnen samt kolväten (som bensin och oljor) är utmärkt. Slitstyrkan är dock begränsad och brottgränsen ligger på 10-20 MPa.
3 Metod
I detta projekt har lite olika metoder använts. För metoder om konstruktiv produktutveckling, där konstruktionsarbetet följer ett visst antal steg för att resultera i en bra slutprodukt, har Engineering Design av G. Pahl och W. Beitz nyttjats, dock inte fullt ut. Projektet har utgått från dessa metoder, men flera totala koncept har inte tagits fram. Däremot har flera lösningar till respektive del i konstruktionen följt G. Pahl och W. Beitz metoder. Detta har gett att metoderna som är anpassade för helhetskoncept är något modifierade för att passa jämförelser mellan enskilda lösningar.
För uppslag vid idétorka har boken Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook av Neil Sclater och Nicholas P. Chironis använts. Här illustreras olika mekaniska lösningar och framför allt har dessa skisser och bilder inspirerat till idéer för axelinfästningen.
För själva konstruerandet har dels traditionellt skissande med papper och penna använts vid idéegenerering. Men för utveckling av idéer samt detaljkonstruktion och konceptframtagning har programvaran PRO/Engineering Wildfire 2.0 körts.
Programvaran AutoCad 2002 har använts för visualisering av layouten över området på maskinen där Pusher Finger ska sitta. PRO/Engineering Wildfire 2.0 har även använts vid framtagandet av ritningsunderlag. Dessa ritningsunderlag har tagits fram med amerikansk vyplacering.
Utöver det har en trämodell för geometrin tagits fram med hjälp av verkstaden på företaget och film har spelats in med hjälp av en vanlig dvdkamera.
I övrigt har programvara som Microsoft Office Word, Microsoft Office Excel och Adobe Photoshop 7.0 nyttjats.
3.1 Förstudier
För att komma igång och förstå riktigt hur en Pusher fungerar har förstudier gjorts ute i fabriken. Hela glastillverkningsmaskinen har gåtts igenom för att få en helhet över hur glasförpackningar produceras. Därefter har dagens Pusher 860 iakttagits, både hur produkten ser ut och fungerar men även filmsekvenser som visat hur den arbetar/körs i skarpt läge. Problematiken har framkommit då de filmer som setts visat på just de problem som tidigare presenterats i avsnitt 1.2.1.
Emhart Glass har tidigare tagit fram ritningsunderlag för tre olika koncept som det också tillverkats prototyper av, se figur 7. Dessa studerades ingående, både de eventuella problem de haft som de bra sidorna som kommit fram. Detta gjordes genom detaljstudie av ritningsunderlag, se bilaga 3-5, syning av eventuella kvarvarande prototyper på företaget, diskussioner med inblandade personer samt dokumenterad film. Även gamla idéer på hur vissa problem kan lösas, men som aldrig genererat i någon prototyp, har diskuteras med rörda personer.
Figur 7, En tidigare prototyp av Pusher Finger, här med fingrar för fyra flaskor
Dessa förstudier fanns med i bakgrunden under produktutvecklingen och påverkade idégenereringen positivt på så sätt att fler infallsvinklar kom med.
3.2 Brainstorming
Brainstorming förekom egentligen under hela konstruktionsarbetet. När nya lösningsförslag skulle diskuteras slutade det ofta med att en mängd nya lösningar skapades.
Brainstorming går ut på att villkorslöst kasta fram alla möjliga och omöjliga påfund.
Att inte försöka vara negativ mot några lösningar utan bolla runt tankar så nya idéer formas.
I det inledande arbetet med idématrisen, se avsnitt 3.2.5, förekom det först enskild brainstorming för att sedan sammanföra idéerna vid en brainstorming där hela konstruktionsavdelningen på Emhart Glass deltog. Detta för att inte fastna i gamla banor utan låta även oinsatta komma med uppslag. Här skapades idéer och nya funderingar och tankar sattes igång. Utifrån detta skissades en del förslag ner i idématrisen.
3.3 Produktutveckling enligt G. Pahl och W. Beitz
Det finns en rad olika metoder som G. Pahl och W. Beitz beskriver i Engineering Design. Metoderna bygger på varandra och hjälper till att på ett strukturerat sätt ta sig igenom hela produktutvecklingsprocessen. Hela strukturen kan delas in i åtta etapper enligt följande etappschema:
UPPGIFT
1 Klarlägga och definiera uppgiften
Specifikation
Funtionsstruktur
Idématris
Preliminära koncept
Val av koncept
Dokumentation
Fullgör och bearbeta krav
Etapper Resultat Faser
I
II
III
IV
Viktning
Ytterligare utveckling
2 Ställa funktioner, egenskaper mot varandra
3 Fastställa funktioner och dess struktur
4 Söka lösningar samt kombinationer av dessa
5 Eliminera otänkbara lösningar
6 Grov konceptframtagning
7 Gallringsmetoder
8 Detaljkonstruktion
Figur 8, Etappschema över produktutveckling
Varje etapp resulterar i produktdokument som krav- och önskemålsspecifikation, viktningsmatriser, funktionsstruktur, idématriser och en mängd skisser. Många koncept ritades i CAD-miljön PRO/E Wildfire innan de åter diskuterades och antingen vidareutvecklades eller ratades.
Vid projektets början fanns en mycket enkel specifikation på hur Emhart Glass ville ha Pusher Finger. Problemsökning samt problemformulering och en mer detaljerad specifikation var det som arbetades fram först.
3.3.1 Problemklarläggning
Problemklarläggning är ett bra sätt att få in olika synvinklar på problemet. Den består av tio frågor som ska besvaras enkelt och utan förbehåll. Frågorna ser ut enligt följande:
1. Var ligger det egentliga problemet?
2. Vilka önskemål och förväntningar ingår?
3. Vilka uppgifter ska produkten klara av?
4. Vilka egenskaper måste produkten inneha?
5. Existerar det i uppgiften förfixerade förhållanden?
6. Vilka egenskaper får produkten inte ha?
7. Liknande produkter/lösningar ⇒ aktuella teknikläget 8. Standardkrav? Lagkrav?
9. Krav, önskemål angående ändringsmöjligheter rörande prestanda och utseende 10. Tekniska trender, designtrender, utvecklingsbara vägar
De svar som erhölls vid frågorna gav följande sammanfattande klarläggning av problemet. Materialet som har direktkontakt med flaskorna måste vara av sådant material att spänningar inte uppstår i glaset samt att hållbarheten och styrkan inte förändras. Pusher Finger får inte vidröra flaskorna förutom vid just förflyttningen.
Fingrarna ska vara så dimensionerade att flaskorna inte tippar när de skjuts ut på transportbandet. Konstruktionen ska klara en operatörs tyngd och hålla vid smärre krockar. Den ska innehålla en luftkanal där luften kommer ut med ett tryck på ca 3-4 bar. Antalet fingrar ska gå att justera så att kunden kan använda samma Pusher Finger oavsett antal flaskor. Den ska även gå att justera så att flaskorna, oavsett flaskdiameter, hamnar på samma, centrerade, räta linje på transportbandet. Det ska även gå att hantera väldigt höga flaskor med en tyngdpunkt högt upp.
Detta ska konstrueras så att monteringen är enkel. Pusher Finger ska uppfattas enkel men robust av kunden samt ge ett uttryck av att vara tilltalande vad gäller trend.
Pusher Finger har ett givet område den får vistas i vid körning, vilket ger att storleken är begränsad. Den ska vara nästintill glappfritt monterad vid en axel som har sin fixa punkt i detta utrymme.
Svaren på frågorna finns att läsa, se bilaga 6.
3.3.2 Krav- och önskemålsspecifikation
Utifrån problemklarläggningen och företagets egna önskemål/krav upprättades en krav- och önskemålsspecifikation. Allt eftersom ändrades sedan dessa krav och önskemål om det behövdes. Detta markerades med ändringsdatum.
Enligt G. Pahl och W. Beitz kan specifikationen tas fram genom att använda sig av en checklista. Checklistan består av 18 nödvändiga punkter som är bra att utgå ifrån för att inte glömma bort något viktigt.
• Geometri
Storlek, dimensioner, antal, utrymmeskrav, placering, anslutning med mera
• Kinematik
Rörelsers typ och riktning, hastighet och acceleration
• Krafter
Riktning, storlek, frekvens, vikt, last, deformationer, styvhet, tröghet, resonans, fjäderegenskaper, och stabilitet
• Energi
Utgående effekt, verkningsgrad, förlust, friktion, ventilation, tryck, temperatur, värme, kylning och kapacitet
• Material
Mekaniska och kemiska egenskaper, krav, flöde och transport av material
• Signal
Display, visning, signalform och kontrollutrustning
• Säkerhet
Direkta skyddssystem, operatörsskydd, omgivningsskydd
• Ergonomi
Människa-maskin, betjäning, arbetshöjd, layout klarhet, sittkomfort, belysning, greppvänlighet och utformning
• Tillverkning
Begränsning inom företaget, föredragna produktionsmetoder, toleranser, materialförluster och tillverkningskapacitet
• Kvalitetskontroll
Möjliga test och mätmetoder samt övriga bestämmelser
• Monterbarhet Inpassning och installation
• Transport
Begränsningar på grund av transportapparat, till exempel i höjd, vikt etc.
• Handhavande
Ljudnivå, slitage, speciella användningsområden, omgivande miljö samt klimat
• Underhåll
Serviceintervall, inspektering, demonterbarhet, rengöring, målning, reparationsvänlighet, livslängd och pålitlighet
• Kostnader
Max tillåtna tillverkningskostnader, verktygskostnader och investeringskostnader
• Miljö
Återvinningsbarhet, energiförbrukning vid tillverkning, giftighet och utsläpp
• Tidsplan
Absolut deadline/stoppdatum för utveckling vs tillverkning, leveransdatum
• Design
Användarstil, gestaltning, livsstil, färg, form, mode och definierbarhet
Enligt företaget ska konstruktionen fungera för följande glasmaskinstyp, se tabell 1, men med möjlighet att justera för olika flaskdiametrar mellan 25 och 150 mm.
Mold
Spacing Belt Advance Ware Range Max (mm)
Pusher Finger Spacing
Finger Height
4-1/4" TG 11-13/16" 2-5/8 (67) 3-7/8" 2-9/16"
Tabell 1, Maskintyp, se ordförklaringar i terminologin sida 7
PAF ska integreras oavsett om det behövs eller inte enligt slutlig konstruktion.
Konstruktionen behöver inte vara anpassad för annat än TG. Konstruktionen ska utgå från den befintliga layouten, se bilaga 7, och från vissa fixa punkter. Axeln konstruktionen fäster i är fix och centrumpunkten för första flaskan är fix utifrån axeln. Flaskorna måste ha ett visst avstånd från varandra, se figur 9.
Figur 9, Figuren visar olika mått, bland annat vissa fixa mått som styr designen
Utifrån dessa punkter och företagets krav skapades den krav- och önskemålsspecifikation som arbetet har utgått från. Specifikationen finns att se i bilaga 8. Under den högra kolumnen har kommentarer skrivits in för att ge en liten förklaring till eventuella ändringar och annat som kan vara till nytta för förståelsen.
Bland annat ändrades kravet för justerbarheten under punkten geometri. I ett tidigare stadie ansågs det relevant för företaget att jobba efter en justerbarhet för flaskorna som låg mellan 25 och 150 mm. Då detta inte längre ansågs som särskilt realistiskt ändrades detta krav till att passa för den maskintyp prototypen ska testköras på, se tabell 1. Likaså gäller för antalet fingrar. Vid projektets start fanns en idé om att göra en konstruktion som klarar av alla olika typer av inställningar. Bland annat att antalet glasprodukter som kan hanteras av Pushern Finger ska gå att variera, från enkel/singel upp till fyra glasprodukter. Då maskinen för testkörningen kör TG valdes därför att inrikta sig på att finna en bra konstruktion med just tre fingrar. Önskan om att kunna justera konstruktionen fanns dock kvar.
Anpassningen av konstruktionen till ett specifikt utrymme har egentligen inte ändrats utan bara lagts till då detta inte tidigare tagits i beaktning.
Ändringen vad gäller den maxkostnad som är satt till ca 950 Euro för tillverkningen, togs inte fram förrän i april. Detta baserades på tillverkningskostnaden för den nuvarande Pushern 860. Tillverkningskostnaden bör inte stiga särskilt mycket mer än vad det kostar idag. Helst vill företaget se att det blir billigare med en ny Pusher Finger.
3.3.3 Önskemålsträd med viktning
Företaget framhöll redan tidigt att hållbarhet, enkelhet samt användarvänligheten var viktiga kriterier liksom tilltalande design. Utifrån dessa kriterier byggdes ett önskemålsträd som på ett enkelt sätt åskådliggör vad som anses vara ”viktigast”. Se bilaga 11.
Trädet börjar med en box för den optimala apparaten och har vikten 1, det vill säga den maximala vikten. Utifrån denna box byggs det sen en undernivå av fyra nya kriterier, huvudkriterier. Dessa viktas mot varandra i en viktmatris och resulterar i huvudkriteriernas ordning utifrån den optimala apparaten. Därefter byggs nästa nivå, där varje huvudkriterie har underkriterier. Underkriterierna är inte alltid lika många i varje grupp men viktas på samma sätt. För att få en total viktordning på dessa underkriterier i jämförelse med den optimala apparaten multipliceras vikten med respektive huvudkriterie. Detta skrivs in i varsin nummerruta i respektive box. Den första siffran anger vikten utifrån den egna gruppen, medan den andra siffran anger vikten utifrån den optimala apparaten. Vid jämförelse mellan de olika underkriterierna bör därför den andra siffran användas.
3.3.3.1 Viktningsmatriser
De huvudkriterier som valdes för önskemålsträdet är, Enkel, Tilltalande design, Hög användarvänlighet och Hållbar. Dessa sattes i en matris, se bilaga 9, och viktades mot varandra. Viktningsskalan går från noll till två, där noll är sämre än, ett är lika viktig som och två är viktigare än. Talen räknas ihop och summeras varpå de divideras med den totala summan. Det vikttal som fås skrivs ner i kolumnen längst till vänster och överförs därefter till önskemålsträdet.
Här nedan följer en punktlista över de kriterier som valdes till önskemålsträdet.
Antalet underkriterier skiftar lite mellan de olika huvudkriterierna.
• Enkel
− Få delar
− Enkla verktyg
− Standarddelar
• Tilltalande Design
− Gestikulera hållbarhet/robust (helheten)
− Inga vassa kanter/hörn
− Gestalta enkelhet (helheten)
• Hög andvändarvänlighet
− Lätt att förstå
− Enkel att serva
− Lätt att byta ut
− Lätt att montera
• Hållbar
− Klarar krockar
− Klara operatörstyngd
− Klarar hög temperatur
Underkriterierna viktas mot varandra i respektive grupp på samma sätt som huvudkriterierna, se bilaga 10.
3.3.3.2 Önskemålsträd
Önskemålsträdet är en typ av viktningsträd där de viktigaste kriterierna går att utläsa.
Önskemålsträdet som gjordes i detta projekt visar tydligt att hållbarheten är den viktigaste huvudkriterien, se bilaga 11. Därefter följer de tre övriga huvudkriterierna med samma vikttal. Vid analysering av trädet kan det konstateras att två av tre underkriterier till huvudkriterien Hållbar kommer i första och andra viktordningen.
Klarar hög temperatur och Klarar krockar med 0.209 respektive 0.125. Därefter kommer Få delar med 0.105 och Gestaltar hållbarhet/robust samt Inga vassa kanter/hörn på 0.083.
Detta ger ett hum om hur viktiga de olika kriterierna är och i vilken ordning de därför bör prioriteras.
3.3.4 Funktionsstruktur
Att bryta ner en produkt i subfunktioner kan vara en bra sätt att se vilka egentliga funktioner produkten innehar. Det ger också en problemuppdelning på så sätt att varje subfunktion kan ses som ett delproblem.
Till Pusher Finger gjordes en problemklarläggning, se avsnitt 3.1, men i och med att Pusher Finger bryts ner i subfunktioner kan mindre och mer specifika problem definieras. De subfunktioner Pusher Finger bröts ner till är Infästningen, Geometrin, Plattan, Fingrar, PAF och Övriga funktioner. Övriga funktioner är en modifierad subfunktion som representerar alla de övriga tilläggsdetaljer som kan vara intressanta att få med i konstruktionen, men inte nödvändiga för Pusher Fingers ändamål. För att göra en enklare benämning på subfunktionerna numreras de från S1 till S5 och Sö.
3.3.4.1 Funktionsschema
Av subfunktionerna görs sedan ett schema för att enkelt se hur olika flöden passerar genom dem, se bilaga 12. Flöden för Pusher Finger är Energi och Luft. Energin representerar kraften som går genom alla subfunktioner, förutom PAF, från infästningen i Pusher mekanismens axel till fingrarna där energin övergår till
glasprodukterna. Luften kommer också att gå genom hela Pusher Finger beroende på det slutliga konceptet. Ska luften gå ut i plattan eller ska luften gå ut genom fingrarna?
3.3.5 Idématris
En idématris är en matris där lösningar för varje subfunktion ritas in. Detta resulterar i ett flertal olika idéer totalt sett. Därefter kan dessa komponeras ihop på diverse sätt och antalet koncept kan bli många. Till exempel kan S1 ha tio olika lösningar medan S2 endast har tre lösningar och S3 kanske fyra. I en sådan idématris blir de totala lösningsalternativen 120 stycken, 10 x 3 x 4.
Idéerna genererades på olika sätt. Dels genom vanligt skissande men även genom diskussioner med handledare och genom brainstorming.
Idématrisen som arbetades fram på detta sätt är sedan tänkt att generera i hela konceptlösningar, men här skiljer sig arbetet något från G. Pahl och W. Beitz metodupplägg. Utifrån Idématrisen, se bilaga 13, har lösningarna värderats och reviderats till ett antal väl genomtänkta delkoncept och inte hela konceptlösningar.
Därefter har arbetet fortsatt med att jämföra och värdera dessa delkoncept mot varandra.
3.3.6 Gallringsmetodik
Gallringsmetodiken består i att, utifrån idématrisen, jobba vidare för att nå hela konceptlösningar som värderas och sorteras så de bästa koncepten tas fram. I slutänden ska denna metodik leda till ett optimalt koncept som därefter detaljkonstrueras.
I projektet har denna metodik förändrats något för att lättare passa in i arbetsgången.
Istället för att jobba med flera hela koncept har subfunktionernas respektive lösningar viktats och jämförts mot varandra. Därför har grovgallringskort, merittalsberäkningar samt svagpunktsanalyser från Engineering Design modifierats för att passa enskilda lösningar istället. I följande avsnitt beskrivs dessa med sina modifieringar och följs av redogörelse för varje subfunktion.
3.3.6.1 Grovgallringskort
Grovgallringskortet är en tabell som grovt reducerar bort de idéer som inte är någonting att fortsätta arbeta med. Här kontrolleras att lösningarna är realistiska och användbara för fortsatt konstruktion.
Utifrån idématrisen plockas de mest tänkbara lösningarna in i grovgallringskortet. Här får de sedan betygsättas med ett + eller ett – på följande sju frågor:
A. Har varianten en realistisk övergång mot föregående och nästkommande detalj? (denna fråga är modifierad)
B. Förefaller samtliga krav att uppfyllas?
C. Dubbelcheck av att varianten är realiserbar D. Dubbelcheck av kostnadskrav
E. Har varianten inbyggd säkerhet?
F. Rekommenderas varianten av andra orsaker inom företaget?
G. Tillräckligt med kunskap är möjligt att tillförskaffa inom givna tidsramar
Om inte frågan har relevans för lösningen kan svaret utelämnas. Om en lösning blir tilldelad ett minus blir resultatet oavsett antal plus negativt, vilket resulterar i att lösningen bör slopas. Utifrån de lösningar som blir kvar kan de bästa lösningarna tas reda på och fortsätta bearbetas.
• S1 – Infästning i axeln, se bilaga 14a
Grovgallringskortet för subfunktionen 1, Infästning i axel, sorterade bort fyra idéer från idématrisen. Splineshylsan ansågs vara något för dyr och dessutom fanns tvivel om det verkligen skulle hålla för de påfrestningar som kan tänkas inträffa.
Bygelförslaget är en relativt enkel lösning men är inte en lösning som väl stämmer med kravet för att infästningen ska vara glappfri. Dessutom kan PAF integreringen bli svår. Lösningen där infästningen sker med två skruvar genom axeln är inte realiserbar på grund av att luftkanalen i axeln blir påverkad av de genomgående skruvarna. En gängad axel var inte heller ett koncept som höll kraven på att vara tät och glappfri.
• S2 – Geometri, se bilaga 14b
Geometrins fem lösningar resulterade i att tre av dem skulle fortsätta arbetas med. De två lösningar som gallrades bort visade sig ha fingrar som på något sätt krockade eller tog i fel flaskorna vid hämtning eller lämning. Detta ska inte hända då flaskorna är ömtåliga och kan gå sönder.
• S3 – Plattan, se bilaga 14c
Plattan hade tre lösningar i idématrisen. Dessa lösningar kan alla vidareutvecklas vid detaljkonstruktionen.
• S4 – Fingrar, se bilaga 14d
Första idégenereringen, det vill säga idématrisen, gav sex olika lösningar. Av dessa försvann tre i grovgallringskortet. Att göra en konstruktion i samma ämne skulle vara för vekt och priset för att tillverka en komplicerad detalj i cerberite, som ju är det ämne som bör vara i kontakt med glaset, skulle dessutom bli väldigt högt. Den lösning som är nummer fem i idématrisen, ansågs för vek. Skulle något ta i eller skulle det uppstå en krock finns risken för att fingret skulle deformeras. Den sista lösningen skulle vara helgjuten. Det vill säga alla fingrar gjutna tillsammans till en enda produkt. Men även denna lösning ansågs för orealistisk. Att gjuta betyder att formverktyg måste tas fram och detta måste tas fram för varje behov. Det ger att antalet formverktyg kan bli oändligt, vilket ger en oerhörd kostnad. Därför gallrades denna lösning också bort.
• S5 – PAF, se bilaga 14e
Här fanns två varianter. Antingen att låta luftkanalen, PAF, gå genom fingrarna som nuvarande PAF gör, eller låta luften strömma ut genom plattan. Dessa lösningar fick likadant utslag i grovgallringskorten och ska därför bearbetas vidare bägge två.
• Sö – Övriga detaljer, se bilaga 14f
De lösningar som granskades i grovgallringskorten var alla de tre som fanns i idématrisen. Lösningarna betygsattes och ett av förslagen, sprinten, föll bort på grund av att den inte ansågs praktisk. En operatör som kliver på Pusher Finger måste kliva exakt på sprinten och hela dennes tyngd måste vila på sprinten för att den ska vara fungerande. De övriga gick igenom med olika antal plus.
3.3.6.2 Merittalsberäkning
Merittalsberäkning är en annan tabell som i jämförelse med grovgallringskortet beräknar merittal utifrån utvärderingskriterier. Av de lösningar som gick igenom grovgallringskorten utan minus , väljs de bästa ut och ställs upp i tabell för merittalsberäkning. Merittalsberäkningen ger sedan en rankning på vilka lösningar som är ”bäst”.
Tabellen är uppbyggd på alla underkriterier från avsnitt 3.1.3. De står tillsammans med respektive viktningsvärde i den första kolumnen. Därefter finns en kolumn där parametrar och enheter för kriterierna är uppstaplade. Till exempel har kriterien klara hög temperatur parametern temperatur och enheten ºC. I de följande kolumnerna betygssätts varje lösningsförslag, utifrån kriterierna, varpå betyget multipliceras med viktvärdet och resulterar i ett nytt viktningsvärde för just den lösningen.
Betygssättningen går från 0 till 10 där 0 är sämst, enligt tabell 2.
Betygsskala
Poäng Innebörd 0 Helt värdelös 1 Väldigt otillräcklig lösning 2 Dålig lösning 3 Tolererbar lösning 4 Godtagbar lösning 5 Tillfredsställande lösning 6 Bra lösning med några nackdelar 7 Bra lösning
8 Mycket bra lösning
9 Lösningen överträffar behoven 10 Optimal lösning
Tabell 2, Betygsskala
Innebörden av poängsumman värderas utefter vilken kriterie och detalj som ska betygsättas.
Utifrån summan av merittalen kan lösningarna rankas. Högsta värdet blir rankad som nummer ett och så vidare.
• S1 – Infästning i axeln, se bilaga 15a
Tyvärr kunde en av lösningarna inte genomgå merittalsberäkningen. Detta på grund av att ingen egentlig lösning är framtagen för en axel som är fasad. Konceptet fasad axel är med i merittalstabellen trots detta eftersom idén inte borde förkastas utan vidareutvecklas. Vad gäller de övriga lösningarna gav merittalsberäkningen en rankning där klämförband kom först strax följt av två klumpar. Skillnaden mellan dem är 3.6% av klämförbandets värde.
Glappfri är en extra kriterie som sattes in i merittalsberäkningstabellen. Detta på grund av att det kan vara intressant att veta vilken av lösningarna som får högst värde på en kriterie som egentligen är av stor vikt enligt Emhart Glass. Skillnaden blev inte så stor mellan de olika koncepten och denna extrainsatta siffran togs inte med i rankningen. Jämförs de två högst rankade lösningarna visar det sig att klämförbandet har 7 i glappfri-betyg medan två klumpar har 6 i betyg.
• S2 – Geometri
Geometrier är en subfunktion som inte har utvärderats i merittalsberäkningen. Detta på grund av att de geometrier som är godkända från grovgallringen har valts att utvärderas enligt andra sätt. Se avsnitt 3.4.2.
• S3 – Plattan
Merittalsberäkningen har heller inte gjorts när det gäller plattan. Detta på grund av att plattans konstruktion beror på hur fingrarna samt infästningen kommer att se ut.
Plattan i sig är inte det viktigaste och kan därför konstrueras efter de förutsättningar och möjligheter övriga detaljer ger.
• S4 – Fingrar, se bilaga 15b
Tre av lösningarna fördes in i merittalstabellen och betygsattes. Lösningarna, två våningar, bockad plåt samt justerbara plattor kom väldigt nära varandra. Det skilde på ca 0.06 i viktat värde mellan dem. Bockad plåt kom på första plats med 5.164, två våningar med 5.107 och justerbara plattor med 5.040.
• S5 – PAF
Då detta inte är en påtaglig konstruktion annat än luftkanaler som borras i detaljerna beroende på hur de blir konstruerade, blir det svårt att göra en merittalsberäkning. Det enda som egentligen skiljer de två alternativ åt är hur långt luften behöver färdas innan den kommer ut. Det vill säga om luften kommer ut direkt från plattan eller om den blåser ut på flaskan från fingret.
• Sö – Övriga detaljer, se bilaga 15c
Vad gäller merittalsberäkningen för övriga detaljer blev skillnaden mellan de två lösningar, som fortsatt från grovgallringen, 18% av det högst rankade värdet.
Fotbrädan erhöll 6.5 och fjäderplattan 5.3.
3.3.6.3 Svagpunktsanalys
Svagpunktsanalys är ett sätt att åskådliggöra de två högst rankade lösningarna, för varje subfunktion, och se hur väl balanserade de är. Svagpunktsanalysen är ett schema byggt på stolpar utifrån en centrumlinje. Varje stolpe motsvarar ett utvärderingskriterie. Tjockleken på stolparna bestäms utifrån utvärderingskriteriens vikt och längden är lösningens vikt för just det kriterieet.
Svagpunktsanalysen gör det enkelt att finna eventuella svaga punkter i lösningarna.
Är stolparna väl balanserade finns inga svaga punkter, men saknas balansen kan avvikelser betyda just svaga punkter.
Det finns en tumregel som säger att om merittalet är 10 % större hos lösning A än hos lösning B vinner merittalet, annars vinner den mest balanserade lösningen.
• S1 – Infästning i axeln, se bilaga 16a
Svagpunktsanalysen visar att båda koncepten har en del utstickande/insstickande staplar vilka kan vara möjliga svaga punkter. Två klumpar har tre stycken staplar som kanske är något korta medan klämförband har två staplar som är lite korta. Totalt sett kan balansen vara något bättre hos klämförband men de sju nedersta staplarna är mest balanserade hos två klumpar.
• S2 – Geometri
Geometrin har inte testats med någon svagpunktsanalys utan värderas enligt andra metoder, se avsnitt 3.4.2.
• S3 – Plattan
Plattan har heller inte testats i någon svagpunktsanalys då koncept för plattan tas fram då koncepten för fingrar och infästning i axel är fastställd.
• S4 – Fingrar, se bilaga 16b
Svagpunktsanalysen görs på de två lösningarna två våningar och bockad plåt. I analysen kan det konstateras att två våningar är något mer balanserad än bockad plåt.
Det ska dock tilläggas att ingen av koncepten är särskilt väl balanserade.
• S5 – PAF
PAF har heller inte utvärderats i svagpunktsanalysen på grund av att det inte finns några egentliga konstruktionslösningar för detta. PAF beror på, precis som plattan, hur hela Pusher Finger kommer att se ut i sin helhet.
• Sö – Övriga detaljer, se bilaga 16c
I svagpunktsanalysen för jämförelsen mellan fjäderplatta och fotbräda kan en klar skillnad ses. Förutom en stapel som är något kort är fotbrädan väl balanserad.
Fjäderplattan har stolpar som är både långa och korta.
3.3.7 FMEA tabell
FMEA tabell står för engelskans Failure Mode and Effect Analysis. Det är en metod som ska underlätta att hitta framtida, eventuella haverier. Därmed är det också möjligt att förebygga dem innan de uppstår.
Metoden bygger på en tabell bestående av sju kolumner som hör till tre olika huvudgrupper, själva haveriet, nuvarande situation och förbättrad situation. Under haveri beskrivs stället där de eventuella haverierna uppstår, vilken typ av haveri som kan uppstå, konsekvensen av att de eventuella haverierna uppstår samt orsaken till varför de kan uppstå. Därefter poängsätts de enligt nuvarande situation, den andra huvudgruppen. Det finns tre olika poängsättningar, O, S och D, och dessa poängsätts enligt nedan;
• O står för engelskans occurence och är betygsättning på hur sannolikt det är att haveriet uppstår.
− Very low = 1
− Medium low = 2-3
− Medium = 4-6
− Medium high = 7-8
− High = 9-10
• S står för engelskan significance och är betygsättning på vilken betydelse haveriet har för kunden.
− Effects hardly noticeble = 1
− Failures not important = 2-3 (little trouble to the customer)
− Reasonably serious failure = 4-6
− Serious failure = 7-8 (annoying for the customer)
− Failure with large negative effects = 9-10
• D står för engelskans detection och är betygsättning på hur lätt det är att upptäcka haveriet innan produkten når kunden.
− High = 1
− Medium high = 2-5
− Medium = 6-8
− Medium low = 9
− Low = 10
När alla betygsättningar är gjorda multipliceras varje rad för sig och förs in under RN, risk number. RN redogör för hur stor risk haveriet innebär. I tabellen finns en kolumn där förslag ges på åtgärd för att undvika haveri. Utifrån denna åtgärd görs sedan betygssättningen igen men under huvudgruppen för förbättrad situation.
Förhoppningsvis är nu RN betydligt lägre.
En FMEA tabell sattes upp för Pusher Finger först när lösningarna som framkommit, tillsammans började likna en helhet, se bilaga 17.
3.3.8 Konstruktionstabell
Konstruktionstabellen är en tabell som gör det enklare att konstruera “rätt” från början. Den utgår från tre huvudområden allmänna konstruktionsaspekter, produktionsaspekter samt designaspekter, med tillhörande underrubriker.
Konstruktionstabellen är ett hjälpmedel som parallellt ska beaktas under hela detaljkonstruktionen. I och med att tabellen kontinuerligt fylls i, med anteckningar om vad som gjorts och vad som har beaktats, ger det en medvetenhet om alla de rubriker tabellen innehåller. Detta ger i sin tur en konstruktion som kontinuerligt optimerats utifrån en mängd infallsvinklar. Se bilaga 18.
Vissa underrubriker i konstruktionstabellen är inte aktuella för just detta projekt, men har då fått en anteckning om det.
3.4 Detaljkonstruktion
Utifrån de lösningar som visat sig vara bäst i grovgallringsmetodiken har fortsatt utveckling och konstruktion pågått. Vissa gånger har det visat sig att det har varit nödvändigt att gå tillbaka och förändra någon detalj som inte fungerat i slutänden.
Detaljkonstruktionen har fortskridit så att konstruktionsarbetet egentligen har pågått parallellt mellan de olika lösningarna. Utvecklingen av detaljerna har gjorts i CAD- systemet PRO/E Wildfire. Här har detaljerna provats att sättas ihop i en assembly för att kontrollera att de verkligen passar. Det har dessutom genererat nya idéer i och med att en helhetssyn uppnås.
3.4.1 S1 – Infästning i axeln
Från tidigare analyser och viktningar har valet på koncept för infästningen legat på två klumpar och klämförband. Ingen av dessa har utmärkt sig att vara ”bäst” varför vidare utveckling och ny brainstorming tagit vid. Här har ett flertal nya lösningar tagits fram, diskuterats och utvecklats.
Bland annat har det brainstormats på nytt vad gäller olika sorters hylsor och hylsa med splines.
Figur 10, Brainstorming över olika lösningar med hylsor, bland annat splines
Varje idé har varit bunden till att axeln på något vis måste tätas på grund av PAF.
Diskussioner kring olika sätt att täta axeln har i och med detta slutat med frågetecken kring huruvida dessa tätningar, o-ringar, inte ska skadas av de vassa kanterna när axeln förs in i hylsan. Detta skulle kunna lösas genom att fasa av kanten till ingångshålet i hylsan som pilen visar i figur 10.
I tidigare koncept har Emhart Glass valt att använda sig av skruvförband men då detta inte riktigt upplevdes som den bästa lösningen från Emhart Glass sida ville de gärna se prov på någon annan sorts lösning.
I figur 10 har även lösningar där en platta klämmer åt axeln skissats upp. Plattan skruvas fast i en öppning i hylsan, som blottar axeln, och om då axeln är fasad kan den inte vrida på sig.
Många av dessa skisser liknar dem i idématrisen men har kommit fram igen i den nya brainstormingen. Vidare idégenerering utgår från dessa skisser.
Figur 11, Axelfäste med spår
I figur 11 syns ett mer arbetat koncept för S1, lösning 5 – Spår, från idématrisen. Del A placeras på axeln, antingen med ett skruvförband eller på något annat sätt. Del B är tänkt att gå i spåren på del A. De röda borrningarna representerar PAF. Denna lösning skulle kombineras med ett skruvförband för att fästas i själva axeln.
Lösningen skulle kunna utvecklas ännu mer, men då den upplevdes osäker och tidigare skissande, se figur 10, generat i ”bättre” lösningar valdes dessa att utvecklas istället. Hylsorna utvecklades till större ämnen för justeringsmöjligheter.
D
C
Figur 12, Axelfästen ”Två klumpar”, här endast den del som fästs på axeln
I figur 12 syns två liknande axelfästen. Dessa är vidareutvecklingar av grundidén/grundidéerna Klump och Två klumpar. Fäste C är liksom fäste D borrad för axeln men är delvis öppen. Detta på grund av att en stålplatta är tänkt att skruvas fast för att fästa axeln ordentligt. Det ger att axeln i sig måste vara fasad om den inte ska kunna glappa. Fäste C har en enkel luftkanal som är korsborrad. Ytterligare en detalj ska sitta monterad mot fästet för justering av fingrarnas position utifrån axeln.
Luftkanalen måste gå genom denna detalj för att sedan fortsätta mot plattan och fingrarna. Luftkanalen kommer ner ovanifrån och nästa detalj skruvas fast vågrätt vilket kan ge att tätningen inte håller mellan de två detaljerna. PAF måste därför möta nästa detalj så att kraften som fäster detaljen även hjälper till att täta luftkanalen. Fäste D har därför en diagonal luftkanal från toppen av det borrade hålet för axeln.
Någonstans i mitten har ett nytt hål korsborrat det förra för att luften ska fortsätta vågrätt ut i nästkommande detalj.
Fäste D vidareutvecklades och en detalj i form av ett enkelt block för justeringsmöjligheter vid dimensionsändringar vad gäller glasflaskorna, ritades upp i PRO/E. Detta för att enkelt se en helhet. PAF ritades in i blocket.
Figur 13, Vidareutvecklat axelfäste från ”Två klumpar”, här med justerbar detalj mot plattan
Fäste E i figur 13 är en vidareutveckling av fäste D. Här har PAF borrats diagonalt direkt från axelhålet, men kan anslutas vågrätt mot blocket. I denna lösning har även den stålplatta som ska fästa axeln valts att sättas på motsatt sida i jämförelse med tidigare fästen. Detta på grund av att justeringen av blocket inte ska begränsas för mycket. Ett mekaniskt stopp för hur mycket blocket ska kunna justeras är nedsänkningen för den skruv som dessutom fäster blocket vid axelfästet.
Denna variant har sedan varit till grund för det koncept som slutligen togs fram.
För vidareutveckling av justeringsblocket gjordes en utskrift på axelfästet och plattan i rätt förhållande till varandra. Detta gjorde att enkla idéskisser kunde skissas upp i rätt skala.
Figur 14, Axelfäste SE-15641
Figur 15, Stålplatta SE-15642
I figur 14 visas det fäste som slutligen tog form. Här har PAF lagts längre ner till följd av att luftkanalen nu måste gå genom den stålplatta, se figur 15, som fäster fästet vid axeln. Detta har gjorts då axelns tätningar kan bli skadade av vassa kanter vid montering av fästet på axeln. Tätningarna som behövs för PAF kan istället läggas i stålplattan. Eftersom PAF flyttats ner måste spåret, det avlånga hålet för fästskruven till blocket höjas, så justering kan ske. Detta avlånga hål är dimensionerat för en M10 sexkantsskruv med fläns och går ner i försänkningen kring hålet. M10:an bildar ett mekaniskt stopp för justering åt bägge håll. Detta säkerställer även att PAF- anslutningen aldrig kommer i fel läge.
Hålet för axeln är genomborrat för att underlätta vid tillverkningen. Kring axelhålet finns tre fästhål för skruvar av dimensionen M8 x 20/23. Dessa är satta i triangel för att ge största möjliga kraftfördelning på axeln och därmed säkerställa att infästningen blir näst intill glappfri. Den stålplatta som ska fästas mot axeln syns i figur 15. De tre genomborrade hålen är försänkta för att skruvskallarna på M8:orna inte ska ta någon extra plats. PAF är korsborrat med en diameter på 6 mm. Den långa kanalen är 7 mm i diameter 7.5 mm in för att en tätningsplugg ska kunna monteras. Kring de två kortare kanalerna, som har diameter 6 mm, har försänkningar gjorts för o-ringar.
I spåret på baksidan av axelfästet, se figur 14, sitter det en justeringsdetalj. Den konstruerades utifrån den blå detalj som finns i figur 13. Justeringsdetaljen är konstruerad med en 45° vinkel för att justeringen ska bli korrekt. När en mindre eller större dimension av glasflaska ska tillverkas bör Pusher Finger justeras så att flaskans centrum hamnar i samma läge som föregående flaskdimension. Då justeringen bör ske i två riktningar gör den 45° vinkeln detta i samma justering.
Figur 16, Justeringsdetalj i första skedet
Figur 17, Justeringsdetalj tillhörande axelfästet
En första uppritning och detaljkonstruktion av justeringsdetaljen i PRO/E gav utseendet illustrerat i figur 16. Denna version av detaljen går dock inte att tillverka med en vanlig fräs på grund av att den svepande formen är gjord i två riktningar samtidigt. Istället lades det en svepning i form av en radie i en riktning, se figur 17.
PAF har samma dimension som tidigare, en diameter på 6 mm. De avlånga urfräsningarna som tätas med o-ringar, gröna i figur 17, gör det möjligt att justera detaljen i förhållande till axelfäste respektive platta utan att PAF blir påverkad.
Justerdetaljen monteras fast i plattan med två stycken M10:or.
Alla tre ingående detaljer till subfunktionen infästning i axel har fått fasningar för att tillsammans se ut som en helhet, se figur 18.
Materialvalet föll på aluminium och stål. Fästet som är ganska stort valdes att tillverkas i aluminium E310-1, då det är lättare än stål. Plattan som ska klämma fast axeln i fästet valdes istället att tillverkas i rostfritt stål, E101-0, just för att risken för glapp ska minimeras. Aluminium är mjukare och har därför större risk att medge glapp. Justeringsdetaljen valdes även den att tillverkas i aluminium E310-1 eftersom den inte behöver samma hårdhet som stålplattan utan istället gynnar kravet av att vara så lätt som möjligt.
3.4.2 S2 – Geometri
För att kontrollera och utvärdera geometrierna för fingrarna gjordes layouter i PRO/E.
De idéer som framkommit i idématrisen skissades upp som trådmodeller. Glasflaskor ritades in som cirklar och genom att ändra vinklar kunde rörelsen för förflyttningen analyseras.
Figur 19, Trådmodeller av geometrin, här testas olika vinklar på axlarna
I figur 19 illustreras exempel på hur trådmodellen ser ut samt vilka vinklar som justeras. Genom att justera vinklarna kan eventuella krockar samt möjliga säkerhetsmarginaler lokaliseras. Detta resulterar i att två av de koncept som presenteras i idématrisen slopades i grovgallringskorten, då krockar upptäckts i layoutanalysen. Av de kvarvarande tre koncepten är Första böjt (utan hörn) den lösning som är enklast i sin geometri.
Den lösningen bearbetades därför vidare och optimerades genom att testa allt snävare och kortare fingrar. För att få med sig en flaska i första fingret måste vinkeln på det böjda fingret erhålla minst vinkeln α. Detta på grund av att flaskan inte ligger kvar annars. Konstruktörer på företaget har tidigare fastställt att vinkel α bör vara minst 17° för att säkerställa att flaskorna inte rullar ur fingret vid en rotation av Pusher Finger. Detta gav att första färdiga geometrin hade just en vinkel α på 17°.
Figur 20, Skiss av trämodell
Utifrån skissen, se figur 20, som ritades direkt på en plywoodskiva, kapades en trämodell till. Vinkel α är, som synes i figuren, 17° och övriga fingrar är 63 mm långa. Genom denna trämodell skulle sedan tester kunna utföras. För att få modellen att fungera så nära verkligheten som möjligt skulle båda axlarna finnas med. Dessa axlar utgjordes av skruvar, muttrar och brickor. En länkarm, se figur 21 nedan, mellan de båda axlarna kapades till och ett stålämne utgjorde den fasta punkten.
17°→22°
R40
Figur 21, Trämodell, där den röda delen är Pusher Finger, den blå är en länkarm mellan de båda axlarna. Det är endast den röda delen som ingår i examensarbetet.
Nu kunde geometrin testas ordentligt. Hela testet valdes att filmas för att senare kunna analyseras. Testet utfördes så att cirklar för flaskornas placeringar vid Dead Plate och vid transportbandet ritades upp på ett stort ark i skala 1:1. Pusher Fingers läge i förhållande till Dead Plate och transportband markerades. Geometrifiguren ställdes på plats och flaskor placerades ut i cirklarna. För att kunna få transportbandet att röra på sig klipptes det av från arket. På transportbandet lämnades tre tomma cirklar med en flaska i cirkel fyra.
