Vattenskärning av gummiprodukter - en ny produktionslina

(1)

Examensarbete

Maskiningenjör 180 hp

Vattenskärning av gummiprodukter - en ny produktionslina

Maskinteknik 15hp

Halmstad 2021-06-21

Ted Daltin och Oskar Elmgren

(2)

Förord

Projektet som bedrivits under vårterminen 2021 är ett examensarbete om 15 högskolepoäng på Maskiningenjörsprogrammet med inriktning

Produktionsutveckling vid Högskolan i Halmstad. Arbetet har utförts med HGF - AB Halmstads Gummifabrik. HGF har varit ytterst hjälpsamma genom hela projektets gång, där de levererade relevanta underlag och fakta för att gynna framtagningen av arbetet.

Vi vill börja med att tacka Stefan Borg, försäljningschef på HGF, för hans engagemang, tillgänglighet och stöttning under hela perioden.

Tack vare honom blev projekt möjligt att genomföra och han har varit en stor tillgång för projektet.

Stort tack även till vår handledare på Halmstad Högskola Aron Chibba för hans guidning och stötning under projektet.

Till sist vill vi tacka Christian Svensson, Global Sales på Water Jet Sweden AB för hjälpen under arbetes gång.

Halmstad, juni 2021

Ted Daltin, Oskar Elmgren

(3)

Sammanfattning

Vårt examensarbete är en förstudie åt HGF - AB Halmstad Gummifabrik där målet är att ta fram den mest optimala vattenskärningsmaskinen för deras produktion, som sedan ska placeras i en produktionslina. HGF vattenskär i dagsläget inget själva men undersöker nu möjligheten att utöka sin produktion och försäljning där tillverkningstekniken är vattenskärning. Genom förstudier samt analyser i form av driftkostnader, utformning samt miljöpåverkan av marknadens tillgängliga

maskiner kommer HGF få en överblick på vilken maskin som passar dem bäst för deras produktion.

De första testerna gjordes på FabLab i Halmstad Högskola, men gruppen insåg att mer realistiska maskintester behövdes. Water Jet Sweden AB (WJS), är ett ledande företag inom tillverkning av vattenskärningsmaskiner kontaktades där gruppen medverkade digitalt, här gjordes mer detaljerade tester på gummiprodukterna för att se vad som är lämpligt för industriproduktion. Projektgruppen presenterade olika maskinella förslag och produktionslayout som måste uppfylla de krav som ställts från HGF. Resultatet av vald maskin togs fram utifrån förstudier, intervjuer och observationer, därefter påbörjades förslag för utformning av en

produktionslina med avseende på Lean Production

.

Avslutningsvis tas diskussioner upp angående vattenskärningsmaskinens inverkan på sociala, ekonomiska och miljömässiga aspekter.

Med hjälp av vår förstudie kan HGF själva ta beslut om en investering av

vattenskärningsmaskin är lämplig för att utöka deras produktion.

(4)

Abstract

This bachelor thesis is a pre study for HGF – AB Halmstad Gummifabrik where the goal is to develop the most optimal water cutting machine for their production, which will then be placed in a production line. HGF are currently not water cutting anything themselves but are now investigating the possibility of expanding their production and sales where the manufacturing technology is water cutting.

Through pre studies and analysis in form of operating costs, design and environmental impact of the market’s available machines, HGF will get an overview of which machine suits them best for their production.

The first tests were done at FabLab in Halmstad University, but the project members realized that more realistic machine tests had to be done. Water Jet Sweden AB (WJS) is a leading company in manufacturing of water cutting machines were contacted. The project members participated digitally throughout meetings where more detailed tests were made on the rubber products to see what is suitable for industrial production. The project members presented various machine proposals and a production layout that needed to meet the requirements set by HGF. The result of the selected machine was based on the feasibility studies, interviews and observations, after which proposals were made for the design of a production line with consideration to Lean Production. Finally,

discussions are raised regarding the impact of the water cutting machine on social, economic and environmental aspects.

With the help of our pre study, HGF can decide for themselves whether an

investment in a water cutting machine is appropriate for expanding their

production.

(5)

Innehållsförteckning

1.Introduktion ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Företagspresentation ... 1

1.3 Syfte ... 1

1.4 Mål ... 2

1.5 Problemdefinition ... 2

1.6 Avgränsningar ... 2

2.Teoretisk referensram ... 3

2.1 Vattenskärningsteknik ... 3

2.1.1 Ren vattenskärning ... 3

2.1.2 Abrasiv vattenskärning ... 3

2.2 För- och nackdelar med vattenskärning ... 4

2.2.1 Fördelar ... 4

2.2.2 Nackdelar ... 4

2.3 CAD/CAM... 4

2.4 Typer av vattenskärningsmaskiner på marknaden ... 5

2.4.1 1D-2D-3D Skärning ... 5

2.5 Vattnets påverkan ... 6

2.6 Miljöpåverkan ... 6

2.7 Produktionssystemets utformning ... 7

2.8 Lean Production ... 8

2.8.1 Lean Manufacturing (Lean Thinking) ... 8

2.8.3 Utformning av layout baserat på Lean Manufacturing ... 9

3.Metod ... 10

3.1 Metodbeskrivning ... 10

3.1.1 Teori ... 11

3.1.2 Intervjuer ... 11

3.1.3 Observationer ... 12

3.1.4 Val av produktionslina ... 12

3.1.5 Utvärdera ... 13

(6)

3.1.6 Slutsats av metodik ... 13

3.2 Utförande i Fusion 360 ... 13

3.3 Intervju med Water Jet Sweden AB ... 14

4.Resultat ... 15

4.1 Intervjuresultat ... 15

4.2 Teknisk maskindata ... 15

4.2.1 Maskinmodeller ... 15

4.2.2 Maskinkostnader och övriga kostnader ... 17

4.2.3 Dimensioner av gummiplattor ... 17

4.3 Resultat av egna tester ... 18

4.4 Resultat av egna tester med WJS maskin ... 19

4.4.1 Batch 1 ... 19

4.4.2 Batch 2 ... 19

4.4.3 Analys av batcher ... 20

4.5 Vald vattenskärningsmaskin ... 20

4.6 Vald produktionslina ... 21

4.6.1 Layout baserat på Lean Production med metoden Lean Manufacturing.. 21

4.6.2 Flödesschema ... 22

5.Diskusion ... 23

5.1 Resultatdiskussion ... 23

5.2 Metoddiskussion ... 24

5.3 Sociala, ekonomiska, miljö- och arbetsmiljöaspekter ... 24

5.3.1 Sociala aspekter ... 24

5.3.2 Ekonomiska aspekter ... 24

5.3.3 Miljöaspekter ... 24

5.3.4 Arbetsmiljöaspekter ... 24

6.Slutsatser... 25

7.Referenser... 26

8.Bilagor ... 29

Bilaga 1: Visuell bild på hur ett abrasivt vattenskärningsmunstycke fungerar. .. 29

Bilaga 2: 2d-skärningsmaskin med 3 skärhuvud ... 29

Bilaga 3: 3d-skärning i plåt med 5-skärhuvud ... 30

Bilaga 4: Intervjufrågor ... 30

(7)

Bilaga 5: Vattenstrålen vid hög hastighet ... 31

Bilaga 6: Vattenstrålen vid låg hastighet ... 31

Bilaga 7: Egna skärtester ... 32

Bilaga 13: Water Jet Sweden tester batch 1 ... 38

Bilaga 20: Flödesschema montering- och tryckavdelning... 45

Bilaga 21: Flödesschema utskärning av gummiprodukter ... 45

Bilaga 22: Layout över planerad yta för den nya produktionslinan ... 46

Bilaga 23: Flödesgrupp över monterings- och tryckavdelning U-cell HGF... 46

Bilaga 24: Flödesgrupp för planerad produktionslina U-cell ... 47

Bilaga 25: Water Jet Sweden tester batch 1 rapport ... 48

(8)

1

1.Introduktion

Följande del av rapporten representerar rapportens bakgrund, syfte, mål, problemdefinition samt de avgränsningar som gjorts under förberedningen av arbetet.

1.1 Bakgrund

Vattenskärning är en gammal teknik som sträcker sig tillbaka till mitten av 1800- talet då man använde sig av en bearbetningsteknik som kallades för hydraulic mining vid utgrävningar av stenar i gruvor.

Det var inte förens på mitten av 1930-talet då högtrycksvattenskärningsteknik tog fart i utveckling och resulterade i snabbare skärningstider och med mer precision.

Tillförlitligheten var dock fortfarande en utmaning inom tekniken fram till början av 1970-talet då den första pålitliga ultrahögtryckspumpen utvecklades av Dr.

John Olsen. Tekniken har utvecklats enormt under åren och fleraxliga avancerade vattenskärningsmaskiner har konstruerats som öppnar upp fler

användningsområden för vattenskärning. Vattenskärningsmaskiner är inte bara kraftfulla utan de är också en av de mest miljövänliga CNC-skärteknikerna på marknaden då vattenskärning använder inga kemikalier under skärprocessen. Med ett slutet vattenskärningssystem går det att återvinna vattnet för vidare användning samt att för bortskaffande av vattnet är det tillräckligt säkert att skicka vattnet direkt ner i avloppet.

1.2 Företagspresentation

HGF – AB Halmstads Gummifabrik är ett framgångsrikt och expansivt företag som tillverkar gummiprodukter. Företaget grundades 1948 och omsätter cirka 130 miljoner SEK och har totalt 70 anställda i fabriken i Halmstad. Som legoproducent levererar HGF gummiprodukter inom följande affärsområden - Industrial Products, Mining & Construction, Marine, Sealing och Sports. HGF har visionen att bli ett

”Gummiföretag i världsklass”, för att uppnå detta mål införde de år 2006 ett LEAN-baserat produktionssystem, med det egna namnet HPS.

Produktionssystemet innebär kortfattat att man arbetar kontinuerligt med förbättringsarbeten, minimerar slöserier och skapar stabila processer.

Då HGF vill fortsätta växa med befintliga och nya kunder vill man nu utvärdera om tillverkning genom att vattenskära gummiprodukter är ett alternativ. De kan då ta ett större ansvar och förädla delar av befintliga produkter mer.

1.3 Syfte

Syftet med projektet är att ta fram en helt ny produktionslina för HGF. I dagsläget

vattenskär HGF inget själva utan de levererar gummiplattor till ett företag där de

sedan skär ut produkter från gummiplattorna. Vårt uppdrag hos HGF är att ta fram

grunddata samt planera en produktionslina från grunden där tillverkningstekniken

är baserad på vattenskärning samt hur vattenskärning fungerar vid bearbetning av

olika gummimaterial. Produkter som kommer tillverkas av maskinen är diverse

gummi-produkter som kan användas till flera olika ändamål av HGF.

(9)

2

1.4 Mål

Målet med detta projekt är att ta fram en vattenskärningsmaskin med tillhörande produktionslina åt HGF, där det ska undersökas vilka alternativ till

vattenskärningsmaskiner som finns på marknaden. Hur produktionslinan kan tänkas se ut baserat på Lean Production, flödesschema, maskinegenskaper i form av 2D eller 3D-skärare, driftkostnad, miljöpåverkan och bemanning.

1.5 Problemdefinition

HGF har idag inga kunskaper inom vattenskärningsteknik. Examensarbetet kommer därför fokusera på att ta fram vilken typ av vattenskärningsmaskin som ska användas som uppfyller de krav HGF ställt samt uppnå ett optimerat

produktionssystem baserat på produktionsutveckling. Maskinen behöver

implementeras i ett produktionssystem där produktionen genomförs. Därav måste ett förslag för en produktionslayout tas fram samt ett flödesschema för att själva kunna tillverka gummiprodukterna på plats.

1.6 Avgränsningar

Examensarbetet avgränsas till planering och förslag för en vattenskärningslina. Det innebär att vi inte ska ta fram en real produktionslina utan en virtuell/teoretisk produktionslina. Med detta har vi även valt att inte utreda produktionssystemet i sin hela vida mening utan mer fokusera på en specifik del av produktionssystemet, vilket då har blivit layouten av produktionssystemet baserat på Lean Production då HGF arbetar efter principerna i metoden Lean Manufacturing. Vid forskning av inköp av vattenskärningsmaskin ska detta ske nationellt då det är ett krav från HGF. Ingen vattenskärningsteknik ska utvecklas utan en befintlig teknik ska användas och se vilken som passar HGF bäst med de krav de ställt. Projektet är även begränsat till vilka företag som får kontaktas vid slutets val av

vattenskärningsmaskin.

(10)

3

2.Teoretisk referensram

Följande del av rapporten redogör och sammanfattar den litteratur samt de teorier från vetenskapliga artiklar som har använts som stöd för

produktionsprojektet. Under följande del kommer centrala och grundläggande fakta tas upp om tekniken samt mer ingående på de olika metoderna.

2.1 Vattenskärningsteknik

Vattenskärning kan utföras på två olika sätt (Christian Öjmertz, 2004), antagligen enbart med rent vatten eller med tillsatt abrasivmedel. Metoderna är anpassade för olika material och dess tjocklek. Ren vattenskärning används för mjuka material medan abrasiv vattenskärning används för hårda och bräckliga material.

Nedan tas båda teknikerna upp mer ingående och deras egenskaper.

2.1.1 Ren vattenskärning

Ren vattenskärning är grundtekniken där enbart vatten används för att skära ett material. Genom att komprimera vattnet och pressa ut det ur en smal öppning med en tillräckligt hög energidensitet för att skära igenom materialet. Ren

vattenskärning lämpas mest för mjuka material med hög seghet (Flow, 2021).

KMT Group (2021) ger exempel på material som med ren vattenskärning kan bearbetas, vilka är kartong, matvaror, plast, trä, fiberglas samt gummi.

Teknologin kan komprimera vattnet med ett tryck upp till 400 MPa och vattnet har en hastighet närmare 900 m/s vid munstycket (C. Öjmertz, 2004).

2.1.2 Abrasiv vattenskärning

Teknologin för ren vattenskärning (Waterjet Cutting - WJC) till användandet av ett abrasivmedel utvecklades av Dr. Mohamed Hashish år 1979 som tillsatte granat i vattnet. Granat är ett mineral som är tillräckligt hårt och finkornigt för att inte disintegreras när det kolliderar med hårda material. Denna tillsats gjorde det möjligt att börja skära i material som exempelvis, keramik, stål, glas, komposit och sten (Flow, 2021). Skillnaden mellan abrasiv vattenskärning (abrasive water jet - AWJ) och ren vattenskärning (WJC) är att man accelererar det abrasiva materialet med hjälp av vattnet som matas in i en kammare som blandas tillsammans med vattnet, viktigt att komma ihåg är att man inte accelererar självaste vattnet i processen (se bilaga 1). AWJ levererar en betydligt mer kraftfull stråle än en ren WJC och gjorde det möjligt som tidigare nämnts att skära i hårda material, vilket är helt omöjligt för ren vattenskärning (Flow, 2021).

Enligt Öjmertz (2004) ger abrasiv vattenskärning även möjlighet att skära i material med upp till en tjocklek på 300 mm och mer i metall och betong

rapporterades samt enkelt att välja mellan att använda ett eller flera skärhuvuden

samtidigt för parallell skärning.

(11)

4

2.2 För- och nackdelar med vattenskärning

2.2.1 Fördelar

Vattenskärning är en kallskärningsprocess vilket medför att det inte kommer finnas några värmepåverkade zoner på materialet. Detta eliminerar den kylningsprocess som oftast behövs för andra skärningstekniker som tar upp onödig energi och det krävs extra tillägg på maskinen (KMT Group, 2021). Vattenskärning är skonsamt mot materialet och det blir hög kvalitet på det skurna materialets kanter vilket resulterar till att en efterbehandling sällan behövs, vilket annars skulle utgöra en kostsam och tidskrävande andel av produktionen. Precisionen av vattenskärning är väldigt bra och har en skärtolerans på 0,13 mm, vilket medför mindre spill bitar uppstår och det blir mer lönsamt för företaget. Det blir inga termiska eller kemiska skador och inga farliga gaser eller ångor uppstår. Tekniken är alltså väldigt

miljövänlig och använder sig inte utav några kemikalier, gaser eller farliga vätskor.

2.2.2 Nackdelar

Största nackdelen med vattenskärningstekniken jämfört med andra

skärningstekniker är skärtiden. Vattenskärning tar mycket längre tid att skära ut tjockare material och olika detaljer, vilket kan ses som en förlust i pengar då en massproduktion ej har samma effektivitet som en plasmaskärare eller laserskärare vilket har betydligt snabbare skärtider. Vattenskärning är även väldigt dyrt vid inköp av teknologin då det är en avancerad teknik och det krävs rätt maskinmodell för rätt ändamål. Ohlsen & Zeng (2006) skriver att vid skärning med högre

skärhastigheter har strålen en tendens att böjas (se bilaga 5) och därmed försämra skärytan på materialet vid kanter och hörn. Skärning med lägre skärhastigheter (se bilaga 6) lämnar en finare skäryta men längre skärtider vilket kan ses som en förlust om det tar allt för lång tid att vattenskära en detalj.

2.3 CAD/CAM

CAD – Computer Aided Design är en mjukvara som E. Engle (2021) beskriver som ett verktyg för att hjälpa till med att visualisera 2D- eller 3D-designkoncept för att skapa, ändra, analysera eller optimera en design i datormiljö.

M. Deans (2021) förklarar att i samband med CAD återkommer ofta förkortningen CAM (Computer Aided Manufacturing). CAM är en programvara som används för att programmera datorstyrda maskiner för att automatisera en tillverkningsprocess.

Mjukvarorna skrivs oftast CAD/CAM då programmen integreras med varandra till ett program, där CAD fokuserar på designen av en produkt medan CAM fokuserar på hur man producera produkten. CAM:s uppgift är att förbereda produkten för bearbetning genom att skapa verktygsbanor, en uppsättning av koordinater som maskinen följer under bearbetningsprocessen som beräknas utifrån CAD-

modellens form. Bearbetningsprocessen att omvandla råmaterial till en definierad form som i vårt fall handla om vattenskärning. Simulering av produkten görs och beräkningar för att se till att skärverktyget utför arbete korrekt med rätt

skärhastighet, maskinparametrar och spänning.

(12)

5

När verktygsbanan är skapade översätts CAM-systemet till ett kod-språk som CNC-maskinen förstår. Språket som CNC-maskiner använder sig utav är G-koder som är en uppsättning av instruktioner som styrmaskinens tillverkningsprocess av åtgärder, hastighet, matningshastighet samt kylmedel. CAM kan implementeras till fleraxliga maskiner vilket öppnar upp möjligheter hos de avancerade 5-axliga maskinerna som finns på marknaden som utför jobbet med högkvalitativa resultat.

2.4 Typer av vattenskärningsmaskiner på marknaden

2.4.1 1D-2D-3D Skärning

KMT (2021) beskriver 3 olika typer av vattenskärningsmaskiner för rent vatten eller med abrasiv tillsats, dessa bryts ned efter den geometriska formen.

Vi ska nu beskriva dessa typer mer ingående för att sedan kunna använda oss av detta vid bestämning av maskin längre fram i rapporten.

1D-skärning

Applicering av 1D-skärning sker i industrier där de använder sig av skärning och kontinuerlig vattenskärning. Ramen av denna typ är oftast väldigt simpel och skärningshastigheterna är höga. Ett exempel när man använder sig av 1D-skärning är vid skärning i plastfolie då det är viktigt att skära med hög tillförlighet och korta stilleståndstider för vattenskärningen under bearbetning av många plastfolier.

Andra industrier som använder sig av 1D-skärning är: pappers- och plast- produktion, gipsskivor, plåt och matindustrin.

Till skillnad från valsskärning där plastfolien flyttas åt sidan och luftburet damm uppstår, vilket inte sker med vattenskärning. Flera skärhuvuden kan placeras på ramen samtidigt för att påskynda bearbetningsprocessen (KMT, 2021).

2D-skärning

Den mest populära applikationen för industriföretag är 2D-skärningsbord.

Skärningshuvudet är placerat ovanför skärningstanken som är fylld med vatten och

en yta där materialet som ska skäras ut placeras (se bilaga 2). Alex Ruegg, Benjie

Massara och Dennis Toering (2019) beskriver skärningsprocessen för 2D-skärning

på följande sätt; Skärhuvet rör sig vinkelrät i förhållande till materialet som ska

bearbetas i X, Y och Z-led med hjälp utav en förprogrammerad fil som genererats

och matats in i CNC-huvudenheten som tillhör vattenskäraren. Till skillnad från

svarvning skapar inte vattenstrålen tangentiella krafter på arbetsstycket, detta

medför att material/materialen som ligger på ytan inte behövs spännas fast på

samma sätt. Endast lätt viktiga material måste fästas på något simpelt sätt för att

förhindra fly-way som orsakas av vattenstrålen. Detta gör det väldigt lätt att byta ut

material och ökar effektiviteten hos företaget på hur mycket som kan produceras

per arbetspass (KMT, 2021).

(13)

6 3D-skärning

Öjmertz (2004) beskriver 3D-skärning med två undergrupper, där den första är för robotapplikationer, var skärhuvudet är monterat på en robot arm- och skärbord där dessutom en 3 axlad (X, Y och Z) vridaxel läggs till för att roboten enkelt ska kunna orientera sig runt materialet.

Vid robotapplikationer är det möjligt att enkelt skära igenom mjuka

bilkomponenter därav appliceras denna typ rätt ofta i bilindustrier så som till exempel vid bearbetning av instrumentbrädor och dörrpaneler där det krävs utskärning som är oåtkomliga för en press (KMT, 2021).

Den andra typen är ett skärhuvud med 5-axlar (se bilaga 3) som kan utföra koniska utskärningar i platta material, avfasning och hål som är vinkelrätta i rör. Ett

exempel på en tillverkningsprocess med denna typ av teknik är vid tillverkning av titan rör för kärnkraftverk där man kan skära i dessa utan att försvaga materialet.

2.5 Vattnets påverkan

Vattenkvaliteten kan verka obetydlig, men har en stor påverkan på maskinens komponenter och dess livslängd (D. Austin, 2013). Därav inför inköp av en vattenskärningsmaskin är det viktigt att testa kvalitén på vattnet för att motverka eventuella brister hos maskinen. Detta kontrolleras genom att ett TDS-test görs (Total Dissolved Solids). Skulle en maskinkomponent gå sönder är vattenkvalitén med största sannolikhet den felaktiga faktorn varför det inträffat. Därför är det bra att med jämna mellanrum kontrollera vattnets kvalité då det inte kommer att förbli bra för alltid. Skulle vattenkvaliteten inte hålla de krav som ställs för maskinen behövs ett externt vattenrengöringssystem eller en vattenavhärdare inskaffas för att rena vattnet.

Vattnets temperatur har också negativ inverkan på tätningslängden i

högtryckspumpen i maskinen. Skulle temperaturen överstiga de rekommenderade värdena kan tätningar mjukna upp och expanderas, detta medför onödigt underhåll av komponenterna. Vattentemperaturen bör hållas under 20° och vid behov kan en vattenkylare inskaffas (Austin, 2013).

2.6 Miljöpåverkan

Vattenskärningsmaskiner har ett filtreringssystem som går att lägga till vid behov.

Det är främst viktigt vid skärning av giftiga material som exempelvis bly.

Filtreringssytemet skapar ett slutet system inom maskinen som gör det möjligt att återvinna och filtrera en del av vattnet som används för att minska mängden som behövs. Detta görs i bassängen som är placerad under skäraren. En vanlig

vattenskärningsmaskin använder mellan 2–8 liter vatten per minut som antingen

kan återvinnas eller kasseras ut från systemet och vidare till avloppet (Austin

2013).

(14)

7

Även ur ett miljöperspektiv beskriver Öjmertz (2004) abrasiv vatten-skärning som gynnsamt mot miljön då med naturliga material, sand och vatten, utnyttjas

naturens eget verktyg för bearbetning- erosion. Vattenskärning använder inga höga temperaturer vid skärning och det uppstår ingen upphettning av materialet vilket resulterar i att man undviker farliga metallgaser och ingen elektromagnetisk strålning bildas. Jämfört med andra termiska skärmetoder är detta väldigt gynnsamt ur ett arbetsmiljöperspektiv. Viktigt att tänka på vid skärning av kretskort eller linkande material som kan innehålla miljöfarliga partiklar som blandas med abrasivmedlet måste ett beslut tas om huruvida en specialhantering av vattnet ska göras för att göra en ytterligare rening av vattnet innan det släpps ut.

Kraven på hur abrasivmedlet skall tas hand om varierar inom EU.

2.7 Produktionssystemets utformning

Bellgran & Säfsten (2005) skriver att vid utformning av ett produktionssystem finns det 5 olika processtyper för att ta fram en layout. De olika processtyperna kan genomföras med hjälp av olika uppställningar av utrustning och maskiner, där den fysiska positioneringen av de ingående system-komponenterna kallas för produktionssystemets layout. Layouten beskriver den fysiska placeringen av utrustning i en verkstad. Vidare säger Bellgran & Säfsten (2005) att det finns ett grundläggande sätt att placera utrustning på i en verkstad enligt nedan:

• Fast position – all bearbetning sker på ett och samma ställe

• Funktionell layout – utrustning av samma typ är samlokaliserade

• Flödesgrupp (cell) – olika utrustning och processer som behövs för att producera en produkt är samlokaliserad

• Linjebaserad layout – den utrustning som behövs för att producera en

produkt är placerad på rad i den ordning som aktiviteterna ska genomföras

på.

(15)

8

2.8 Lean Production

Lean Production ursprung går att spåra tillbaka till Toyotas produktionssystem, mer specifikt till JIT (Just in Time) konceptet. Begreppet Lean myntades 1988 av Johan Krafcik. Lean Production eller resurseffektiv/resurssnål produktion, är enligt American Production and Inventory Control Society en filosofi som betonar strävan att eliminera allt som inte är värdeadderande i värdekedjan. Lean production applicerar och utvecklar Toyotas pionjära idéer om att reducera slöseriet och addera värde (Bellgran & Säfsten, 2003). Taichii Ohno (1912–1990) identifierade 7 typer av slöserier (muda på japanska) som finns i alla processer:

• Överproduktion

• Väntan

• Transport

• Bearbetning

• Lager

• Förflyttning

• Att göra felaktiga delar

Med andra ord kan man säga att allt som inte bidrar till produktens förädling och värdeökning är bortkastat och bör därför elimineras snarast.

2.8.1 Lean Manufacturing (Lean Thinking)

Enligt Womack & Jones (2003) finns det en metod för att eliminera slöserier (muda) vid namn Lean Manufacturing som de kallar för Lean Thinking. Lean Manufacturing och Lean Thinking bygger på samma fem principer som förklaras nedan:

• Förstå och skapa värde (Value). Värdet är det som kunden vill betala för.

Värde förvrängs av befintliga organisatorer, särskilt ingenjörer och experter där de lägger till komplexitet utan intresse för kunden.

• Fokusera på värdeflödet (The Value System). Värdeflödet är allt som behövs för att produkten ska nå kunden. Men om olika avdelningar på industrin inte diskuterar med varandra skapas onödigt arbete.

• Skapa ett flöde utan stopp (Flow). Genom att skapa ett flöde utan stopp kan man eliminera avdelningar som utför en enda process på stora partier.

• Producera vid behov (Pull). Låt kunden be om produkten från dig. Sälj, en. Gör två.

• Sträva efter perfektion (Perfection). Det finns inget slut på processen att

minska tid, utrymme, kostnad och misstag. Med detta menas att man alltid

ska sträva efter att utveckla sina processer även om man är nöjd i dagsläget.

(16)

9

2.8.3 Utformning av layout baserat på Lean Manufacturing

Enligt Pattanaik & Sharma (2008) hjälper layouten flödesgrupp (cell) till att uppnå många av Lean Manufacturings principer, speciellt att eliminera icke-värderande aktiviteter (slöserier) i produktionsprocessen som nämnts i 2.8 Lean Production.

Vid planering och utformning baserat på Lean Manufacturing för flödesgruppens layout ska den utformas utifrån en U-form (se figur 1), detta medför att

startoperationen hamnar nära slutet av tillverkningen vilket underlättar för

operatörerna att kvalitetssäkra i ett tidigt skede av tillverkningen då de enkelt kan kommunicera med operatören vid slutsteget (Womack & Jones, 2003).

Figur 1: Cellular Flow Flexible Layout (Meadows Mel 2012)

(17)

10

3.Metod

Följande del av rapporten redogör och sammanfattar den metodik som har använts som stöd för produktionsprojektet. Under följande del kommer centrala och grundläggande fakta tas upp om tekniken samt mer ingående på de olika metoderna.

3.1 Metodbeskrivning

I detta projekt används triangulering för att tolka data från olika organisationer.

Triangulering är en process för att använda mer än en metod för att samla in data om samma ämne. Genom att samla in data med användning av olika metoder fångas olika aspekter och dimensioner upp av samma ämne för att förstärka validiteten från källorna för att sedan göra en utvärdering och slutsats av projektet (Oates, 2006). M, Patton (1999) beskriver triangulering som en kvalitativ

forskning för att testa giltighet genom konvergens av information från olika källor där det finns fyra typer av triangulering. Triangulering för detta projekt är

metodtriangulering vilket innebär användning av flera metoder för datainsamling av samma fenomen. Denna typ av triangulering är användbar vid kvalitativa studier, intervjuer, observationer och fältanteckningar. De tre metoderna som använts i projektets trianguleringsmetod är teori, intervjuer och observationer. Där teoridelen handlar om förstudie gällande vattenskärnings-tekniken och dess funktioner samt hur man utformar ett produktionssystem. Intervjuer behandlar relevant data gällande de olika maskinmodellerna och dess egenskaper att skära gummi. Tredje metoden observationer ska skapa en bredare inblick på hur

produktionssystem är uppbyggda hos företag för att sedan kunna implementera en vattenskärningsmaskin hos HGF.

All relevant fakta och data som samlats in från litteraturstudier, företag och tester, utvärderas med alla aspekter som är relaterade till området. Dessa

forskningsmetoder används för att utföra forskningsarbetet och nå en slutsats om vilken vattenskärningsmaskin och produktionslina som är mest optimal för HGF.

Figur 3: Metod (Daltin & Elmgren 2021)

(18)

11 3.1.1 Teori

För att erhålla en tydlig metod för vilken sorts vattenskärningsmaskin som ska väljas och sedan placeras i en produktionslina, samlades teori in tidigt i projektet genom artiklar och litteraturer för att få en förståelse för vad som ingår i en

vattenskärningsproduktionslina, vilka modeller det finns på marknaden och hur de olika modellerna fungerar.

Analys Teori

Här analyserades teorin noggrant för att kunna välja rätt vattenskärningsmaskin åt HGF.

3.1.2 Intervjuer

Som grund för arbete har olika typer av datainsamlingar utförts. HGF har bistått med underlag för arbetet med relevanta CAD-filer av deras nuvarande

gummiplattor med olika dimensioner som sedan har designats om p.g.a. sekretess och testats i olika programvaror för optimering för att på bästa sätt skära ut de kommande produkterna. Studien är till för att ta fram information för vilken mjukvara som lämpas bäst för skärning med materialet gummi. En grundstudie har utförts där HGF har bistått med provmaterial från deras produktion där studenterna själva har skurit ut egna produkter från gummiplattorna på FabLabs egna

vattenskärningsmaskin för att få en uppfattning om hur processen utförs.

Vid inköp av en vattenskärningsmaskin för HGF ställs det krav på maskinens egenskaper och dess kompetens för att skära i gummimaterial. Maskinen skall klara av att skära ur gummiplattor med varierande dimensioner samt att en bottenplatta gjort av metall kan förekomma för vissa modeller. En datainsamling utförs från nationella företag för olika modeller av vattenskärningsmaskiner där kapacitet, driftkostnad, inköpspris samt skärteknik har stor påverkan på vilken modell som i slutändan kommer att implementeras i produktionssystemet hos HGF.

Vid kontakt med WJS som tillverkar skräddasydda vattenskärnings-maskiner för industriföretag tog gruppen fram en strukturerad intervjublankett (se bilaga 4).

Gruppen ställde där de mest relevanta frågorna som baserats på den teoretiska referensramen. Efter den första intervjun blev kommande möten mer

semistrukturerade med öppna svarsalternativ samt större möjligheter till utvikningar.

Analys av Intervjuer

Här analyserades intervjuerna för att säkerhetsställa att vi fick med det viktiga

frågorna som vi behövde få svar på.

(19)

12 3.1.3 Observationer

För att undersöka hur en vattenskärningsmaskin fungerar praktiskt inom ett

produktionssystem genomfördes observationer gällande de kritiska områdena inom vattenskärningsprocessen. För att få en bättre verklighetsuppfattning på hur

vattenskärningssystemet fungerar har gruppen även varit i kontakt med en ansvarig av FabLabs egna vattenskärningsmaskin där gruppen fick en genomgång om hur deras maskin fungerar maskinellt samt hur den förprogrammeras. Förstudien i FabLab skulle hjälpa gruppen i kommande observationer av andra

vattenskärningsmaskiner att kunna jämföra FabLabs maskin mot maskiner mer inriktade på industriproduktion.

Vid kontakt med WJS kom vi fram till att en digital observation av deras process ska ske på grund av restriktionerna av Covid-19. Testprocessen av batch 1 var i fokus vid den första observationen där gruppen fick se hur det gick till under skärningsprocessen av deras maskinmodell T-model.

Då HGF hade önskemål om att layout och flödesschema ska baseras på deras befintliga produktionslinor genomförde gruppen ett flertal studiebesök på HGF:s fabrik där gruppen tillsammans med handledare på HGF gått igenom fabrikens tillverkning samt observerat planerad yta för den nya produktions-linan.

Analys av Observationer

Här analyserades observationerna för att få en bättre verklighetsuppfattning om hur systemet fungerar i praktiken för att sedan kunna knyta ihop det med våra

teoretiska referenser för att få ett bättre slutresultat.

3.1.4 Val av produktionslina

Litteraturstudier och vetenskapliga artiklar

Vid litteraturstudier har vi använt oss av böcker inom ämnet produktionssystem, Lean Production. När vi studerade vetenskapliga artiklar från olika databaser användes Google Schoolar, Emerald samt Halmstad Högskolas OneSearch för att få en djupare förståelse inom området. De nyckelorden och/eller faser vi använt oss av vid sökandet av texter är:

• Produktionssystem

• Layout

• Utformning av layout

• Lean Production

• Lean Thinking

• Lean Manufacturing

(20)

13 Layout

För att kunna modulera produktionslinan kommer vattenskärningsmaskinens utformning tas hänsyn till samt att en operatör ska kunna styra hela processen själv. Vi började med att undersöka grundligt med hjälp av litteraturstudier och vetenskapliga artiklar för att få en grund att stå på hur det kan tas fram samt vilka typer av produktionsprocesser det finns. Vi tog även hänsyn till vilka sorters produktionslinor det fanns hos HGF i dagsläget, då de gärna vill använda en liknande produktionslina.

Lean Production

HGF är ett ledande företag med sitt LEAN-baserade produktionssystem, med det egna namnet HPS som baseras på Lean Production där de använder sig av de 5 grundläggande principerna inom metoden Lean Manufacturing. Detta är något vi vill implementera i den nya produktionslinan för att HGF fortsatt ska kunna arbete med detta på den nya produktionslinan.

3.1.5 Utvärdera

Utifrån all data som samlats in görs flera utvärderingar utifrån vår trianguleringsmetod för att sedan få en slutsats att presentera i rapporten.

Utvärderingens huvuduppgift är att stärka vår metod för att uppnå en slutsats av arbetet. Vald utvärdering har använts för att kunna få en uppfattning om vilken vattenskärningsmaskin som passar HGF bäst samt hur produktionslinan ska utformas hos företaget.

3.1.6 Slutsats av metodik

Den data som tagits fram utifrån utvärderingarna som gjorts i rapportens

resultatdel kommer presenterats i punktform under 6.0 Slutsats, där de viktigaste fynden tas upp.

3.2 Utförande i Fusion 360

Med hjälp av de CAD-filerna som gruppen har fått tillgång till har Fusion 360:s egna CAM-program använts för att studera bearbetningsmetoden digitalt. Fusion 360 har bra hjälpverktyg inom CAM-simuleringar som har använts efter

rekommendation av FabLab där simuleringar av olika skärhastigheter och

verktygsbanor som sedan översätts till G-koder för CNC-maskiner är möjliga att

utföra. HGF tog själva fram en preliminär design på hur gummiprodukterna

kommer se ut vid tillverkning.

(21)

14

3.3 Intervju med Water Jet Sweden AB

Intervju per telefon gjordes med WJS som har flera års erfarenhet att

skräddarsydda vattenskärningsmaskiner för företag. Därför kändes det naturligt att kontakta detta företag som har betydligt mer erfarenhet, samt för att få en bättre förståelse kring vad man ska tänka på när man väljer en vattenskärningsmaskin för ett industriföretag och tillsammans ta fram avgörande faktorer för vald

maskinmodell. Intervjufrågorna till företaget byggde på den kunskap vi analyserat

utifrån de teoretiska referenserna (se bilaga 4).

(22)

15

4.Resultat

Följande del av rapporten redogör och sammanfattar de resultat som tagits fram.

Här ingår delar som beskriver de intervjuer, maskinmodeller, datainsamling, analyser samt produktionslinan som lägger grund för resultatet.

4.1 Intervjuresultat

På grund av sekretess kom HGF fram med förslag för vilka företag som fick kontaktas, dessa var Water Jet Sweden AB & Kimtech AB. Vid kontakt av andra internationella företag behövdes godkännande av HGF, två nya relevanta företag granskades noggrant men dem hade en koppling till de företag som tillverkar skräddarsydda vattenskärningsmaskiner som ej fick kontaktas. Följden till om företagen kontaktade kunde leda till att projektets eventuella planer hos HGF förstörs vilket kan ses som en förlust. Första företaget som kontaktades efter undersökningen var WJS och efter intervjun kändes det som ett självklart val att fortsätta samarbeta med dem och komma fram till ett maskinalternativ med

avancerat vattenskärningssystem som är anpassat för industriproduktion för HGF:s nya produktion. Under ett intervjutillfälle fick gruppen reda på att en viktig

referenskälla i arbete Christian Öjmertz har varit delaktig i företaget. Detta togs upp med Stefan (gruppens handledare på HGF) där en överenskommelse gjordes att inga fler företag ska kontaktas då WJS förmedlade mycket relevanta svar på intervjufrågorna (se bilaga 4).

WJS erbjöd gruppen möjlighet att testköra gummiplattor på deras maskiner, detta då gruppen ville testa produkterna på mer realistiska maskiner som används inom industriproduktion, då gruppen ansåg att FabLabs maskin ej höll de krav och mer avancerade tester behövdes göras.

4.2 Teknisk maskindata

4.2.1 Maskinmodeller

Det finns bra med valmöjligheter av tillverkningsföretag i Norden som tillverkar specialiserade vattenskärningsmaskiner för kundens ändamål. Företag som Kimtech och WJS är två svenska ledande företag som tillverkar

vattenskärningsmaskiner och prioriterar kundbehov med skräddasydda tillägg på maskinen. Waterjet Sweden har flertal maskinmodeller anpassade för olika sorters vattenskärningsproduktioner inom industri. Deras sortiment är uppdelat i fyra huvudkategorier; Standard, Select, Micro och Special. Maskinerna har en noggrannhet på ± 0,05 mm/m vid positionering och ± 0,025 mm vid repetition.

Detta gäller för Standard och Select maskinerna, vissa mer exklusiva maskiner har bättre noggrannhet. Skärprocessen bland maskinmodellerna varierar beroende på val av tillägg och vad maskinen är kapabel till. Alla maskinmodeller kan skära med abrasiv vattenskärning och många klara av att skära med ren vattenskärning.

Vissa maskiner stöder även en skärprocess till för att skära smala skärsnitt med en

liten materialförlust kallad “Fine abrasive water jet” (FAWJ).

(23)

16

Maskinmodellen Micro är speciellt konstruerad för tillverkning av komponenter med hög precision och extrema toleranser. Bordsstorleken är anpassningsbart från en bordsyta på

1 m

²

och använder sig utav ett speciellt skärhuvud “Micro abrasive cutting head”

som är till för små avancerade geometrier där ett fleraxligt skärhuvud krävs för att skära med en vinkel upp mot 120

^°

. Special är en unik maskin med kundanpassade lösningar för alla förekommande produktionsbehov, där specialtillverkning behövs för att möta de kraven kunden ställer på maskinens kapacitet och tillval.

Programvaran maskinerna är kompatibla med är IGEMS som är ett svenskt företag med lång tradition inom utveckling av avancerade CAD-, CAM- och NEST

programlösningar. Programvaran skapar tillsammans med Waterjet Sweden bland de bästa maskinerna på marknaden. Maskinmodeller som berör arbetes situation riktas mot Standard och Select, då Micro- och Specialmodellerna är mer

avancerade maskinmodeller för företag där tillverkningsprocessen kräver

specialtillverkade maskiner för framtagning av produkt. De maskinmodeller som ingår i Standard- och Select-kategorin tas upp nedan med en produktöversikt av deras sortiment där de kritiska maskinegenskaperna ingår.

Tabell 1. Vattenskärningsmaskinmodeller WJS (Produktöversikt för WJS maskinmodeller, Water Jet Sweden 2019)

Kategori Standard Select

Modell T-model H-model X-series Premium Grand FiveX

Bordsstorlek (m)

2x3 2x6

1x1 2x1 3x1,5

3x2 4x2

3x1,5 3x2 4x2

Anpassnings bart.

Bredd:

2,5-6 Längd:

3-12

Anpassnings bart.

Bredd:

2,5-4 Längd:

2-8

Kompatibla skärhuvud

Enkel.

2D- skärnings

verktyg.

Enkel/

Dubbel.

2D- skärnings

verktyg.

Enkel/

Dubbel.

2D- skärnings

verktyg.

1–6 CNC skärhuvud.

2D- skärnings-

verktyg.

Beveljet 60 (5-axlig).

1–6 CNC skärhuvud.

2D- skärnings-

verktyg.

Beveljet 60 (5-axlig).

Enkel.

WJS 3D- skärnings-

verktyg.

Skärprocess

Ren WJ AWJ

Ren WJ AWJ FAWJ

Ren WJ AWJ

AWJ

Pump- kapacitet

(Bar)

4000- 6000

(24)

17 4.2.2 Maskinkostnader och övriga kostnader

Vid en kostnadsberäkning för inköp av en vattenskärningsmaskin beräknas alla kostnader som ingår i systemet där material, skrotmaterial, tid för installation, programmering och skärning av produkten ingår. Genom att veta vad som höjer kostnaden redan i designfasen går det att undvika eventuella funktioner som tillför kostnader utan att lägga till produktens verkliga värde.

Övriga delar inom vattenmaskinens driftkostnader kan delas upp i olika kategorier.

Skärhuvudets kostnader beror på vilket typ av skärning man använder sig utav. Ett vanligt skärhuvud kostar 17 kr/h vid skärning och ett abrasivhuvud kan kosta upp mot 28 kr/h vid skärning. Högtryckspumpen som ingår i systemet kostar 29 kr/h.

Den årliga serviceavgiften kostar 35 000kr och kan jämföras med 3 000 timmars drifttid under året. Abrasivmedlet varierar beroende på kvalité och leverantör och kostar mellan 48–110 kr/kg. Eldrift samt vattenkostnader varierar då priserna ej är samma för alla företag.

4.2.3 Dimensioner av gummiplattor

HGF producerar i dagsläget två sorters gummiplattor med olika dimensioner beroende på användningsområde. En modell av gummiplatta är gjort i endast gummi (se tabell 2) och den andra modellen innehåller en bottenplatta gjort i stål med en tjocklek på 5 mm (se tabell 3) som även ska tas hänsyn till vid skärning då skärningshastighet och andra faktorer hos vattenskärningsmaskinen är beroende av materialens egenskaper. HGF planerar att bearbeta 2 500 gummiplattor per år (Tabell 2, nr 6) i den nya vattenskärningsprocessen. Denna gummiplatta är den typ som HGF ska köra med mest inom vattenskärningsprocessen.

Tabell 2. Dimensioner av gummiplattor

Gummiplattor

Längd (mm) Bredd (mm) Tjocklek (mm)

1 1000 2000 10

2 1000 2000 25

3 1000 2000 50

4 1000 2000 75

5 1000 2500 10

6 A B C

7 1000 2500 50

8 1000 2500 75

(25)

18

Tabell 3. Dimensioner av gummiplattor med metallbotten

Gummiplattor med metallplatta

Längd (mm) Bredd (mm) Tjocklek (mm)

1 1000 1000 25 (20+5)

2 1000 1000 50 (45+5)

3 1000 1000 75 (70+5)

4 1000 1000 100 (95+5)

5 1000 1000 150 (145+5)

6 1500 1500 25 (20+5)

7 1500 1500 50 (45+5)

8 1500 1500 75 (70+5)

9 1500 1500 100 (95+5)

10 1500 1500 150 (145+5)

4.3 Resultat av egna tester

FabLabs egna vattenskärningsmaskin har använts flitigt för att skära ut

provdetaljer för att se hur bra gummimaterialet klarar av vattentrycket, men även för att se hur bra kapacitet maskinen har vid skärning och hur bra ytorna och geometrin blir efter skärning gentemot ritning. Högskolans vattenskärningsmaskin är WAZER V1.5 vilket är en mer användarvänlig skrivbordsmaskin. Maskinen kan skära i många populära material inom vattenskärning och har ett maximalt tryck på 27,5 MPa (275 bar) och en maximal vattentemperatur på 54° Celsius.

Abrasivmedlet som använts är Garnet 80 Mesh och har ett flöde på 150 g/min, men har en tendens att överdosera volymen abrasivmedel vilket resulterar i stora förluster och det krävs att en operatör är närvarande för att fylla på tanken så att det inte tar slut under skärningsprocessen, då maskinen stoppas när tanken börjar blir tom. För att skära ut provdetaljen (se bilaga 7) beräknade maskinen att använda 8,5 kg abrasivmedel. Provdetaljerna skars ut med olika dimensioner och geometrier och testades med olika skärhastigheter för att se om skärytans skick gick att förbättra. Resultaten (se bilaga 7–12) av de första provdetaljerna fick en väldigt dålig yta jämfört med vad gruppen för förväntade sig från maskinens prestanda av vattenskärning med gummi. De cirkulära testproverna (se bilaga 9) fick felaktiga geometrier då vattenstrålens skäreffekt på den nedre delen av gummit har avtagit och därmed försvagats. Detta problem uppstår när en

vattenskärnings-maskin inte stöder vinkelkompensering för vattenskärning med vinkelräta skärsnitt. Testresultaten av FabLabs vattenskärningsmaskin har

påverkats av skärinställningar då maskinen ej tagit hänsyn till hörn och radier vid

skärning. Öjmertz (2006) förklarar detta problem att när man vattenskär en detalj,

reduceras skärhastigheten redan i CAM-simuleringen vid hörn och radier för att

bibehålla noggrannheten vid de kritiska skärsnitten.

(26)

19

4.4 Resultat av egna tester med WJS maskin

4.4.1 Batch 1

Efter första mötet med WJS skickades de första gummiplattorna för test på deras maskin T-model. Dimensionen på dessa gummiplattor var 1000×1000×80 mm, där ritningen som gjordes är samma tester som redan utförts på FabLabs vattenmaskin på en gummiplatta med tjockleken X mm, där olika cirkulära geometrier skars ut.

Målet med dessa tester var att se prestandan på WJS mest enkla maskin och se hur skärresultatet blev på en gummiplatta med en tjocklek på 80 mm då det krävs höga skärhastigheter för att materialet inte ska få ett dåligt skärresultat. Resultaten (se bilaga 13–15) blev godkända där projektgruppen själva fick delta under skärningen digitalt och se när maskinen var i fokus. Efter optimering med skärhastigheten och trycket genom att ändra värdena för genomträngande tiden det tar för strålen att skära igenom hela materialet för de cirkulära hålen blev ytan lika bra som vid de raka sidorna. De slutgiltiga 3 proverna som skickades tillbaka till projektgruppens medlemmar har tillsammans med HGF granskats för att komma fram med förslag för förändringar av maskinval och skäroptimering.

I rapporten (se bilaga 25–26) går det att se summeringen av testskärningen.

Skärhuvudet har en munstyckediameter på 0,889 mm med ett abrasivflöde på 350 g/min och ett tryck på 3 800 bar där den genomsnittliga skärhastigheten var 17,409 mm/min. Tiden att skära ut en detalj tog 59 minuter, detta beror på tjockleken och de små cirkulära hålen som maskinen ägnar mest tid åt för att det ska bli så bra som möjligt. Det går även se i rapporten hur skärhuvudets verktygsbana förflyttar sig mellan de olika skärmomenten vilket går att optimera för lägre skärtider per detalj.

4.4.2 Batch 2

Det andra provmaterialet som skickades för test hos WJS var en mer populär gummiplatta hos HGF med en dimension på A×B×C mm. Då de exakta ritningarna för de planerade produkterna måste hållas hemligt då det kan kopplas till

konkurrenter, utfördes tester på geometrier som har liknande kritiska skärsnitt i form av vinklar, hörn och radier som HGF idag tillverkar med tillverknings- tekniken formpressning. Målet med dessa tester var att se hur bra vattenskärnings- tekniken efterliknar de produkter HGF formpressar idag för att se om

vattenmaskinen är godtagbar för att utföra arbetet i framtiden hos HGF. Tre prototyper (se bilaga 16–19) ritades upp och resultaten blev godkända från HGF:s och gruppens sida. Testet ska efterlikna hur en skärprocess kan gå till i framtiden hos HGF där vattenmaskinen ska skär ut ett flertal liknande produkter på ett

“rullande band” likt massproduktion.

(27)

20

I rapporten (se bilaga 27) finns en summering för detta test utfört på samma maskin som batch 1 T-model. Med samma munstyckediameter på 0,889mm på skärhuvudet, abrasivflöde på 350g/min och ett tryck på 3 800 bar likt batch 1 testet. Den genomsnittliga skärhastigheten för batch 2 var dock betydligt högre, 125,309mm/min och maxhastighet på 178,863mm/min. Att skära ut en av varje detalj tog det maskinen 5 minuter och 7 sekunder.

4.4.3 Analys av batcher

Med hjälp av tester som utförts på mer realistiska vattenskärningsmaskiner inom industriproduktion där WJS bidragit med tillgång av maskiner har viktig data samlats in för att fullborda den datainsamling som gjorts om maskinmodeller och dess kapacitet att skära gummiplattor.

4.5 Vald vattenskärningsmaskin

Vid det slutliga steget att välja rätt maskin för HGF:s nya implementering av process är det många faktorer att observera. Maskinkategorierna Standard och Select som arbetet utgår från vid val av maskin är alla kapabla att utföra skärning av HGF:s sortiment av gummiplattor men vid närmare undersökning av eventuella tillägg, kapacitet och bordsstorlek för att möta de krav av arbetsyta som är

tillgänglig i HGF:s fabrik uppfyller inte alla maskinmodeller kraven. Utifrån testresultaten från maskinmodellen T-model är skärprocessen 2D rätt skärteknik av gummiplattor. Då maskinen ska vara kompatibel att utrustas med flera

skärhuvuden för att effektivisera processen genom att kunna skära flera

gummiplattor samtidigt, krävs en sållning av maskinmodeller som ej uppnår kravet för att utse den mest optimala maskinen för arbetet. De maskinmodeller som kan utrustas med flera skärhuvuden är Premium och Grand, där båda maskinerna kan ha upp till 6st skärhuvuden sammankopplade. Detta medför att tillverknings- kostnaderna sänks genom effektivare materialutnyttjande och kortade

tillverkningstid. Maskinen Premium har ett enormt sortiment av tillvalsutrustning för utformning så att den tillgodoser ett brett urval av skärbehov. Vattenmaskinen Grand är ett robust och kraftfullt maskinsystem för bearbetning av alla typer av komponenter och hantering av stora, tunga detaljer och udda dimensionen. Grand är populära inom specialverkstäder där de ingår i produktionslinjer inom

flerjobbsprocesser och obemannad drift.

Maskinmodellernas stomme är helsvetsad och består mestadels av rostfritt stål runt skärbord och kåpor. Med linjärmotorer (X-led) arbetar skärhuvudet/ena effektivt och har en maximal Z-rörelse på 250 mm. Den maximala bordsbelastningen är 3000 kg/m

²

vilket vid arbete med gummimaterial är en hög säkerhetsfaktor.

Både Premium och Grand är kompatibla med ett 5-axligt skärverktyg som kan

skära med en vinkel upp mot 60°. Med en 5-axlig teknik kan styrningen ske i en

tredje dimension, vilket öppnar upp möjligheten att skära i flera arbetsplan för

bearbetning i full 3D. Vinkelkompensering för vinkelräta skärsnitt i 2D-skärning i

form av WJS senaste teknik Alphajet och går att applicera på alla maskiner och är

ett viktigt tillägg för att få bättre kvalité på skärytan.

(28)

21

Det går att använda upp till fyra Alphajet skärverktyg parallellt på en och samma maskin för att fyrdubbla skärkapaciteten med samma noggrannhet. Ett borrverktyg går även att montera på skärhuvudet för att utföra vissa borrmoment vid

specialprodukter vilket HGF ville inkludera i maskinens tillägg. När det kommer till att välja maskin mellan Premium och Grand är det en viktig faktor kvar att analysera, arbetsyta. I HGF:s fabrik har gruppen fått en illustrering genom ett möte på plats i fabriken vart den kommande processen kan placeras (se bilaga 22). Ytan är för tillfället en lagerhörna där pallar, maskinutrustning och andra komponenter är placerade i hyllor. Arbetsytan som planeras för vattenskärnings-maskinen är 8×6 m. På denna yta ska då vattenmaskin, slamhantering, försörjningssystem och säkerhetsgaller placeras. Pumpen behöver inte var placerad intill maskinen utan kan placeras en bit bort och det är brist på förvaringsutrymme. Med en area på 48 m

²

där det ska vara möjligt för en operatör att röra sig fritt blir val av maskin mellan Premium och Grand beroende på bordsstorlek.

Utifrån de aspekter som har tagits hänsyn till för maskinval är maskinmodellen Premium mest optimal, därmed blir den maskin som kommer implementeras i vår produktionslina. Premiums bordstorlek 3×1,5 m kommer appliceras med 2 stycken skärhuvuden där det finns möjlighet i framtiden att montera på fler vid behov.

Visuell bild på maskinen går att finna i bilaga 2 där den illustreras med 3 skärhuvuden.

4.6 Vald produktionslina

Vattenskärningsmaskinen ska placeras i en produktionslina baserat på Lean Production med metoden Lean Manufacturing som tidigare nämnts där en layout samt flödesschema ska tas fram. Nedan beskrivs de resultat gruppen kom fram till för vald produktionslina.

4.6.1 Layout baserat på Lean Production med metoden Lean Manufacturing

Vid val av produktionslayout togs fakta utifrån den teoretiska referensramen upp och studerades väl samt hur HGF:s produktionslayouter ser ut idag. Gruppen började med ett studiebesök hos HGF där vi fick se den tänkta platsen för den nya produktionslinan (se bilaga 22) samt en rundtur i deras fabrik där vi fastnade för deras layout på montering – och tryckavdelning som är baserad på processtypen flödesgrupp (cell), denna processtyp är enligt HGF utformad för att få en U-form (se bilaga 23) där en operatör styr hela processen. Detta tyckte vi var väldigt smart då vi i den teoretiska referensramen själva skrivit om just denna typ av layout som hjälper till att uppnå många av Lean Manufacturings principer.

Vid utformning av layouten för den nya produktionslinan tog gruppen hänsyn till

att HGF gärna vill använda en liknande process som de idag använder och kom

tillslut fram med ett förslag till hur layouten kan se ut (se bilaga 24) denna layout

baseras på processtypen flödesgrupp (cell) och är utformad utifrån en U-form, där

olika utrustningar och processer som behövs för att producera en produkt är

samlokaliserade, men även utifrån hur det såg ut i HGF:s flödesgrupp på

montering- och tryckavdelning.

(29)

22 4.6.2 Flödesschema

Flödesschemat för utskärning av gummiprodukter är baserad på en befintlig

produktionslina hos HGF, då de gärna vill ha ett liknande flöde när produktionen

är i drift som styrs av en operatör. Flödesschemat för den nya produktionslinan

fick gruppen fram genom ett studiebesök hos företaget där en rundvandring i

produktionen gavs, under rundvandringen fastnade gruppen för flödet på deras

montering- och tryckavdelning. Efter studiebesöket hos företaget började gruppen

med att rita upp processen för montering- och tryckavdelning som illustrerades i

ett flödesschema (se bilaga 20). Utifrån denna illustration tog gruppen fram ett

förslag på hur flödet kan se ut för den nya produktionslinan (se bilaga 21).

(30)

23

5.Diskusion

Följande del av rapporten diskuteras resultatet i förhållande till den referensram och litteratur som ligger till grund för arbetet.

5.1 Resultatdiskussion

Syften med projektet var en förstudie åt HGF där målet är att ta fram den mest optimala vattenskärningsmaskinen för deras produktion, som sedan placeras i en produktionslina. Gruppen anser sig ha lyckats uppfylla syftet med förstudien arbetet började med, då en vattenskärningsmaskin har tagits fram för HGF:s nya produktionslina som baserats på den teoretiska referensramen där Lean

Manufacturing är metoden. En produktionslayout och ett flödesschema har även tagits fram för illustration om hur det kan se ut hos HGF i framtiden.

Då skärtesterna delvis genomfördes med hjälp av FabLabs vattenmaskin, var arbetet begränsat om kvalité på vattenskärningsmaskin. Maskinen i FabLab har ett helt annat syfte än vad HGF är ute efter där det krävs bättre kapacitet och utrymme för att åstadkomma det som HGF är ute efter. Gruppen insåg då att ett företag med fokus på vattenskärning inom industriproduktion måste kontaktas för att få en bättre verklighetsbild om vilken maskin som lämpas för arbetet. För att uppnå den kvalité som bearbetas inom industriproduktion kontaktades ett tillverkningsföretag inom vattenskärningsmaskiner för mer ingående intervjuer om hur tekniken

fungerar för företag. För att förverkliga testerna fick projektets medlemmar möjlighet att utföra tester hos WJS samt delta vid ett testtillfälle via digitala hjälpmedel på grund av den rådande Covid-19 pandemin som pågår. Det demonstrerades hur maskinen bearbetar testprodukterna och resultatet av de utskurna produkterna. Det är inte bara maskinens utrustning och skärkapacitet som bestämmer den resulterande kvalitén på de utskurna produkterna.

Maskinoperatörens erfarenheter har stor betydelse för den slutgiltiga produktens kvalité. Den typ av process för produktionslinan som passade bäst in med vår vattenskärningsmaskin med hänsyn till de processer HGF använder sig av i dagsläget till deras produktionslinor blev flödesgrupp (cell) som baseras på att olika utrustningar och processer som behövs för att producera en produkt är samlokaliserade. Detta är även en process som uppfyller många av Lean

Manufacturing:s principer där all maskinutrustning och bearbetning är placerad i en U-form för att operatören enkelt ska kunna förflytta sig för ett flöde utan stopp.

Vid förslag på fortsatt arbete för HGF utifrån vår förstudie är att ta kontakt med WJS för att gå igenom kraven igen, ta fram en offert på maskin och eventuellt ta fram fler skärtester på olika sorters gummimaterial.

Vi rekommenderar även HGF att göra en fullständig beräkning av volym på alla

sorters gummiplattor som ska skäras ut för att sedan kunna göra en Pay-off kalkyl

där de beräknar hur lång tid det tar innan investeringen är betald för kostnad av

den nya produktionslinan.

(31)

24

5.2 Metoddiskussion

Inför valet av de metoder som skulle ligga till grund för projektet sökte gruppen efter liknande projekt inom förstudie och produktionsplanering. Triangulerings- metoden är en metod som gruppens medlemmar ej använt sig utav i tidigare projekt men med hänvisning av handledare insåg gruppen att denna metod är rätt för detta arbete då arbetet fokuserar på förstudie, insamlade data och observationer inom ämnet.

5.3 Sociala, ekonomiska, miljö- och arbetsmiljöaspekter

5.3.1 Sociala aspekter

Gruppen ser att en ny implementering av en vattenskärningsmaskin samt en produktionslina hos HGF, ger nya möjligheter att expandera internationellt då fler kunder kan nås och en ny försäljningskategori öppnas. Detta gynnar Halmstads Gummifabrik då de har som vision att bli ett ”gummiföretag i världsklass”.

5.3.2 Ekonomiska aspekter

Gruppen valde maskin med avseende på att den ska vara ekonomisk hållbar och inte överdimensionerad för sitt syfte. Även produktionslinan är uppformad utifrån HGF:s arbetsstruktur för att enkelt och billigt implementera den nya processen.

Vid optimering av kostnader kontra kvalitet bör man utvärdera vilka ytor som verkligen kräver och vilka som inte kräver noggranna toleranser.

Är en efterbehandling nödvändigt eller går det att undvika genom att ta hjälp av precisionsskärning under skärningsprocessen?

En välutbildad maskinoperatör har stor betydelse på eventuella kostnadsförluster då en väl optimerad processplanering med lämpliga start- och stopp punkter samt att se till att alla radier och hörn skärs på ett korrekt sätt för att upprätthålla bestämda toleranser vilket minimerar materialförluster.

5.3.3 Miljöaspekter

Enligt HGF:s filosofi och Lean Production försöker man eliminera onödiga transporter och lagerbehandling av gods och istället strävar de efter att producera produkter internt och på en så kort sträcka som möjligt. Gruppen anser att när HGF själva kan starta tillverkningen lokalt med vattenskärningsteknik elimineras de transporter och kostnader. Att hela processen från gummiproduktion fram till vattenskärningsprocessen sker på HGF:s fabriker gynnar både miljön och sparar in onödiga kostnader inom transporter.

5.3.4 Arbetsmiljöaspekter

Ett vattenskärningssystem är ett högteknologiskt precisionsverktyg, men om det

används på ett felaktigt sätt kan både maskinen och operatör utsättas för farliga

risker. Detta elimineras genom att tillverkaren har CE-certifierade maskiner som

följer de lagar och regler inom EU:s maskindirektiv, gruppen ser säkerheten av

arbetsplatsen som en högt prioriterad aspekt.

(32)

25

6.Slutsatser

Här presenterar gruppen avslutningsvis de slutsatser som arbetet framfört. De slutsatser som gjorts sammanfattas där de viktigaste fynden i rapporten tas upp.

Utifrån de mål gruppen tagit upp i början av projektet som var att ta fram en

vattenskärningsmaskin med tillhörande produktionslina åt HGF. Detta har uppnåtts genom vår metod av förstudier, intervjuer och observationer. Nedan presenteras de viktigaste slutsatserna som gruppen tagit fram.

• Vald vattenskärningsmaskin är en modell vid namn Premium (se bilaga 2) som kan beställas direkt av WJS till HGF:s fabrik då utifrån resultatet har alla aspekter beaktats för att rätt maskin implementeras i den nya

produktionen.

• Produktionslinan (se bilaga 24) som tagits fram är en teoretisk illustration om hur HGF kan implementera den nya produktionsprocessen. Fortsatta studier för HGF måste göras då alla aspekter inom produktionsutveckling ej tagits upp i arbetet då avgränsningar gjorts.