Fakulteten för teknik och naturvetenskap Maskinteknik
Malin Engvall, Natalié Schnelzer & Caroline Svedberg
Sashay
Varm välling – nu!
Sashay
Hot formula – now!
Examensarbete 22,5 poäng
Innovations- och designingenjörsprogrammet
Datum/Termin: VT 2008 Handledare: Lennart Wihk Examinator: Monica Jakobsson
Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60
Information@kau.se www.kau.se
Sammanfattning
Examensarbetet på 22,5 hp har utförts av Malin Engvall, Natalié Schnelzer och Caroline Svedberg som en avslutande del på Innovations- och designingenjörsprogrammet vid Karlstads universitet, fakulteten för teknik och naturvetenskap.
Uppdragsgivare var JanErik Odhe som med sin tävlan i Venture Cup lämnat in en affärsidé som innefattar utveckling av en ny produkt.
Målet var att ta fram en engångsprodukt som inom loppet av en minut kan ge tillgång till varm välling oberoende av var konsumenten befinner sig. Produkten skulle även vara estetiskt tilltalande och på bästa sätt sticka ut från mängden av vällingförpackningar som finns att tillgå idag.
För att på bästa sätt tillfredställa målgruppens behov gjordes en förstudie med enkäter, intervjuer och undersökningar av den nuvarande marknaden. I förstudien framkom det att den primära målgruppen ville ha nytänkande vad gäller formen på produkten. Det framkom även att en av de viktigaste aspekterna att tänka på var greppvänligheten för små barn.
Det slutgiltiga konceptet består av tre delar; flaska, värmeanordning och startanordning i form av ett vred. Genom att vrida vredet, i botten av flaskan, till rätt läge startas den exotermiska reaktion av vatten och kalciumklorid di-hydrat som alstrar värme.
Värmeanordningen verkar i en behållare i flaskans mitt.
Pappersprototyper för att visa form och grafik gjordes med hjälp av Korsnäs i Frövi. En funktionsprototyp skrevs ut på BrobyGrafiskas 3D-printer. Dessa prototyper visades upp under exjobbsutställningen på Karlstads universitet samt för uppdragsgivare.
Abstract
The degree project has been carried out by Malin Engvall, Natalié Schnelzer and Caroline Svedberg, students at the Innovation and Design Engineer programme at the Faculty of Technology and Science at Karlstad University during spring 2008.
The assigner of the degree project was JanErik Odhe who participated in Venture cup, a innovation competition. He has come up with a business idea which includes development of a new product.
The goal was to develop a disposable novelty that heats formula during one minute wherever the consumer is. The product should also be appealing and original.
To please the needs of the target group a research was made including questionnaire,
interviews and investigations of the market. The result of the research showed that the target group wanted innovation when it comes to shape. It also showed that the most important aspect to think about were the handgrip for children.
The final concept is constructed of three parts; bottle, heating system and start mechanism.
To start the heating, a handle located at the bottom of the bottle, is twisted to its right position. The twist leads to an exothermic reaction of water and calcium chloride di hydrate which is located in the middle of the bottle.
A prototype that demonstrates the shape and graphic was made of cardboard with support from Korsnäs in Frövi. Another prototype that reveals the function was made in plastic.
This prototype was made by BrobyGrafiska, in their rapid prototyping machine. The prototypes were demonstrated at the degree project exhibition at Karlstad University and to the assigner.
Innehållsförteckning
Sammanfattning Abstract
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Problemformulering ... 1
1.3 Syfte ... 1
1.4 Målsättning ... 1
1.5 Avgränsning ... 1
2. Genomförande ... 2
2.1 Brief ... 2
2.2 Planering ... 2
2.3 Förstudie ... 2
2.4 Produktspecifikation... 3
2.5 Konceptgenerering ... 3
2.6 Skissmodell ... 5
2.7 Utvärdering och val ... 5
2.8 Detaljkonstruktion ... 6
2.9 Prototyptillverkning ... 6
2.10 Presentation ... 6
3. Resultat ... 7
3.1 Brief ... 7
3.2 Planering ... 7
3.3 Förstudie ... 7
3.4 Produktspecifikation... 11
3.5 Konceptgenerering ... 13
3.6 Konceptförslag ... 15
3.7 Utvärdering och val ... 16
3.8 Koncept ... 20
3.9 Detaljkonstruktion ... 21
3.9 Prototyptillverkning ... 21
3.10 Presentationer ... 21
4. Diskussion ... 22
5. Slutsatser ... 23
Tackord ... 24
Referenslista ... 25
BILAGOR ... 26
BILAGOR Bilaga 1 – Brief
Bilaga 2 – WBS-schema Bilaga 3 – Gantt-schema
Bilaga 4 – Utökat Gantt-schema Bilaga 5 – Enkät
Bilaga 6 – Resultat av enkät Bilaga 7 – As easy as 536 Bilaga 8 – Slip writing Bilaga 9 – Vad om Bilaga 10 – Skisser Bilaga 11 – Skissmodeller
Bilaga 12 – Viktbestämningsmatriser Bilaga 13 – Elimineringsmatriser Bilaga 14 – Relativa beslutsmatriser
1. Inledning
Examensarbetet på 22,5 hp har utförts av Malin Engvall, Natalié Schnelzer och Caroline Svedberg som en avslutande del på innovations- och designingenjörsprogrammet vid Karlstads universitet, fakulteten för teknik- och naturvetenskap. Handledare var Lennart Wihk och examinator Monica Jakobsson.
1.1 Bakgrund
Uppdragsgivare är JanErik Odhe som med sin tävlan i Venture Cup lämnat in en affärsidé som innefattar utveckling av en ny produkt. Då uppdragsgivaren inte har tid för
vidareutveckling har studenter på innovations- och designingenjörsprogrammet tagit över arbetet med produktutvecklingen.
1.2 Problemformulering
Att resa med små barn blir allt vanligare i dagens samhälle. Detta medför ett nytt beteendemönster för 2000-talets småbarnsföräldrar, bland annat då det gäller matning.
Att förse barnet med välling innebär att man ska ha en flaska, vällingpulver, rent vatten och värmningsanordning. Problemen som uppstår är rätt temperering av drycken samt att vällingen serveras i ”rätt tid” för barnet i fråga.
1.3 Syfte
Syftet är att driva ett projekt efter den produktutvecklingsprocess som lärts ut under utbildningens gång samt ta fram en produkt som motsvarar de ställda kraven.
1.4 Målsättning
Målet med examensarbetet är att ta fram ett förslag på teknik och utformning som uppfyller ställda krav på problemet.
Resultatet kommer att bestå av:
• Prototyp i form av fysisk produkt
• Klarlagd värmningsteknik
• Muntlig redovisning
• Utställning
• Akademisk rapport
• Överlämnande av rapport till uppdragsgivare senast midsommar 2008
1.5 Avgränsning
Examensarbetet kommer inte att beakta tillverkningskostnader eller olika
säkerhetsmärkningar som krävs för att produkten skall kunna levereras på marknaden, t.ex.
CE-märkning.
2
2. Genomförande
Examensarbetet har genomförts i linje med produktutvecklingsprocessen, den arbetsmetod som har lärts ut på Innovations- och designingenjörsprogrammet. Metodiken finns förklarad i Johannesson et. al bok Produktutveckling – effektiva metoder för konstruktion och design.
2.1 Brief
En brief är en uppgiftsbeskrivning om vad som ska ingå i examensarbetet. Briefen måste godkännas av uppdragsgivaren, handledaren och projektgruppen. Detta för att alla ska vara införstådda med arbetets omfattning. Briefen är ett så kallat ”levande dokument” vilket innebär att den kan komma att ändras under tiden processen fortgår.
2.2 Planering
Examensarbetet delas upp i tre olika faser; förstudie, konceptgenerering och till sist genomförande.
För att få en uppfattning om vilka arbetsmoment de olika faserna innehåller görs ett WBS- schema (Work Brakedown Structure). Resultatet visualiseras i ett träddiagram, som en hierarkisk helhetsbild av hela examensarbetet. Syftet med nedbrytningen är att identifiera de funktionella arbetsmoment som behövs för att genomföra examensarbetet. I ett WBS saknas helt tidsrelation, en WBS svarar således på frågan: ”Vad måste göras för att examensarbetet ska kunna färdigställas?” (Eriksson & Lilliesköld, 2004:24) Utifrån WBS-schemat görs sedan ett Gantt-schema för att visa hur de olika arbetsmomenten i examensarbetet hänger ihop. Ett gantt-schema ritas genom att på y-axeln skriva ut namnet på examensarbetets arbetsmoment.
X-axeln utgörs av examensarbetets löptid från start till mål. För varje arbetsmoment dras ett streck som startar vid den tidpunkt som arbetsmomentet påbörjas och slutar där
arbetsmomentet är tänkt att avslutas, på så sätt visar strecket aktivitetens löptid (Eriksson &
Lilliesköld, 2004:33).
2.3 Förstudie
I förstudiefasen hämtas all information och inspiration in som anses vara nödvändig för att genomföra examensarbetet. Ett flertal metoder går att använda. Detta projekts använda metoder beskrivs nedan.
2.3.1 Benchmarking
Benchmarking innebär undersökning av konkurrenters produkter, lösningar och tankesätt.
Med hjälp av den här metoden kan lösningar hittas som är applicerbara på det egna företaget eller en specifik produkt. Befintlig teknik undersöks och en research i patentdatabaser görs för att få en inblick i vad som redan är gjort.
2.3.2 Marknadsundersökning
För att få en kännedom om hur marknaden ser ut ska marknadsundersökningar i form av enkäter och intervjuer genomföras.
2.3.3 Möten
Möten med potentiella samarbetspartners och folk i branschen kan vara behjälpliga vid en framtida produktlansering.
Följande personer ska kontaktas:
• Sandra Eriksson, The Packaging Arena
• Ralf Lyxell, Hamilton advokatbyrå
• Tony Michaelsen, Huvudkontoret
• Föräldrar, Kronoparkskyrkans öppna förskola
• Stig E. Forshult, Karlstads universitet
• Ola Knutz, Stora Enso
• Lena Dahlberg, Korsnäs
2.3.4 Kemi
Dessa formler ska användas för beräkningar:
• Energi för att värma vatten E=m⋅∆T
• Mängd kemikalier som behövs för värmning
rme lösningsvä m = E
• Volym ρ V = m E = energi [cal]
m = massa [g]
T = temperatur [°C]
V = volym [cm3] ρ= densitet [g/cm3]
2.4 Produktspecifikation
Produktspecifikationen beskriver vilka krav och önskemål uppdragsgivaren ställer på
produkten som ska utvecklas. Detta kan vara krav på mått, material eller egenskaper. Kraven delas in i funktion och begränsning beroende på vilken effekt de har på produkten.
2.5 Konceptgenerering
I konceptgenereringsfasen ska ett antal konceptuella produktlösningar som uppfyller
produktspecifikationens kriterier skapas. Detta sker i en process där det nödvändiga kreativa arbetet stöds av metoder och en systematisk arbetsgång. Denna arbetsgång baseras på idén att generera så många lösningsförslag som möjligt som sedan går vidare till utvärdering och val (Johannesson et. al, 2004:121).
4
2.5.1 Kreativ konceptgenerering
Brainstorming
Brainstorming är en halvstrukturerad idéutvecklingsmetod där det går ut på utan
begränsningar generera så många idéer som möjligt. Eftersom inga regler finns kan idéerna utvecklas och diskuteras under tiden som nya idéer uppkommer. Tanken bakom
Brainstorming är att deltagarna ska stimulera varandras kreativitet genom att kombinera och förbättra andras idéer. Tack vare detta kan deltagarna gemensamt komma fram till fler bra lösningsförslag än vad de hade gjort enskilt (Johannesson et. al, 2004:126).
Lotusblomma
Denna logiska idéutvecklingsmetod är bra och enkel för att snabbt skapa ett antal konkreta lösningsförslag.För detta krävs dock envälformulerad problemställning.
Ett rutmönster skapas med nio gånger nio rutor (se figur 1), där problemet/problemställningen skrivs i den
mittersta rutan (X). Från det ord/frågeställning som står i den mittersta rutan görs en associationsövning och de ord som kommer upp skrivs i de åtta rutor runtomkring (1-8).
Varje ord i dessa åtta rutor tas sedan ut och skrivs in i den mittersta rutan på de runtomliggande rutorna varpå en ny associationsövning sker (2.1–2.8) (Michanek & Breiler, 2007:144).
Slip writing
Slip writing är även den en halvstrukturerad idéutvecklingsmetod som bygger på den mer kända Brainstorming. Även här gäller det att generera så många idéer som möjligt men den stora skillnaden mot Brainstorming är att deltagarna i Slip writing gör det enskilt. Alla de tankar och idéer som uppkommer skrivs ner på ett papper, sedan går gruppen igenom alla idéerna en efter en. Styrkan i denna idéutvecklingsmetod är att varje deltagares idéer får komma fram.
As easy as 536
Namnet på metoden kommer sig av att den är skapad för sex personer som ska producera tre nya idéer var femte minut. Metoden passar sig bäst då deltagarna är väl insatta i det problem som ska lösas.
Varje deltagare får ett papper indelat i tre gånger sex rutor, varpå de inom de fem närmaste minuterna ska skapa tre idéer. Efter de fem minuterna skickas pappret till en ny deltagare och varje deltagare får fem nya minuter att skapa tre nya idéer. Dessa kan vara helt nya eller utvecklingar på de tidigare idéerna.
Metoden kan med fördel användas då många nya idéer ska tas fram på kort tid. Styrkan i metoden är att det på kort tid ofta tar fram många välutvecklade idéer(Michanek & Breiler, 2007:130).
Vad om
Denna metod går ut på att ”vara” målgruppen för att på bästa sätt se hur målgruppen agerar i situationer som är intressanta för produkten. Genom att följa målgruppen i olika situationer kan frågeställningar och problem komma upp som tidigare inte har klarlagts. Exempel på situationer som är intressanta att betrakta är: var köps produkten, när används den, vilka
Figur 1. Lotusblomma
personer finns närvarande, på vilka platser används produkten. Metoden passar bäst då målgruppen är väl beskriven (Michanek & Breiler, 2007:120).
2.5.2 Systematisk konceptgenerering
En systematisk konceptgenerering utförs med grund i de funktionella kriterierna i
produktspecifikationen. Detta görs i flera steg där bl.a. problemet formuleras i en bredare, lösningsneutral form samt en uppdelning av produkten i olika funktioner. Efter breddningen av problemet utförs en funktionsanalys där syftet är att skapa en funktionsstruktur som visar alla funktioner som ska skapas av produkten, den komplexa produkten delas upp i ett antal delfunktioner som ska lösas.
Dessa delfunktioner placeras i en morfologisk matris där det fylls i lösningar på problemen.
Sedan kombineras lösningar på de olika problemen som förhoppningsvis leder till en totallösning. I exemplet nedan (se figur 2) kombineras sfärisk volym, kompressorsystem och lucka till ett lösningsförslag (Johannesson et. al, 2004:127-128).
Delfunktion Dellösningsalternativ
Rymma mat Plastpåse Låda Sfärisk volym
Hålla temperatur Kompressorsystem Torris Hål i marken Husets värmesystem
Ge tillträde Lucka Jalusi Skjutdörr
Figur 2. Morfologisk matris med inlagt lösningsförslag.
2.6 Skissmodell
En skissmodell är en fysisk grovskiss som används för att skapa en bättre uppfattning om produktens form. Material och metod skiftar men vanligt förekommande är FFF
(friformsframställning där föremål byggs upp skikt för skikt direkt från en CAD-fil), lera, trä, papper eller uretanskum.
2.7 Utvärdering och val
Utvärdering och val gjordes med hänvisning från Johannesson et. al bok Produktutveckling – effektiva metoder för konstruktion och design.
2.7.1 Utvärdering
När konceptgenereringen är slut ska varje lösningsalternativ analyseras med avsikten att bestämma dess ”värde/kvalitet” för att se hur väl det motsvarar de krav och önskemål som ställdes i produktspecifikationen. Lösningarna jämförs sedan och den lösning som bäst lever upp till kraven och kan realiseras är den lösning som går vidare till utveckling.
Utvärderingen kan ske med hjälp av olika metoder bl.a. fördelar/nackdelar-listor, testning av prototyper, beslutsmatriser samt intuition (Johannesson et. al, 2004:129).
2.7.2 Val
Valet innebär att jämföra de olika lösningsalternativens utvärderingsresultat med varandra.
Ett flertal val kan göras, t.ex. formval, teknikval, materialval samt val av tillverkningsmetod.
6
2.8 Detaljkonstruktion
Efter utvärdering och val påbörjas detaljkonstruktion av det valda konceptet.
Detaljkonstruktion kan göras på olika sätt och genom flera olika tekniker; skissning, modellbygge eller modellering i ett 3D-program. Efter denna konstruktion ska konceptet vara klart för prototyptillverkning.
2.9 Prototyptillverkning
En första prototyp ska vara fullskalig och ha delvis eller samtliga egenskaper och funktioner som den slutliga produkten.
Prototyper kan tillverkas genom friformsframställning, handgjorda modeller eller i 3D- program.
2.10 Presentation
Enligt Hemlin i boken Sammanfattningsvis skulle jag vilja säga… är löpsedelstekniken att föredra när det gäller presentationer. Den går ut på att presentationen startar med rubriken för att sedan fördjupa, förtydliga och tränga ner mer i detalj.
3. Resultat
3.1 Brief
Brifen upprättades tillsammans med JanErik Odhe och blev godkänd av Lennart Wihk samt JanErik (se bilaga 1).
3.2 Planering
Först gjordes ett WBS-schema (se bilaga 2) för att se vilka aktiviteter som examensarbetet skulle innehålla. Därefter lades tid på de olika huvudgrupperna av aktiviteter och ett Gantt- schema skapades(bilaga 3). För att få ytterligare kontroll på examensarbetet gjordes ett utökat Gantt-schema, där varje undergrupp fick en egen stapel med fördelad tid (bilaga 4).
Under hela examensarbetet fördes en dagbok för att kontrollera mot planeringen att det som skulle göras blev gjort.
3.3 Förstudie
3.3.1 Benchmarking
Butiker med barnprodukter besöktes för att se hur dagens nappflaskor ser ut samt hur funktionen är på dessa. Resultatet blev en upptäckt av droppstopp (se bild 1) och hur
formen på dagens flaskor ser ut (se bild 2). Gruppen upptäckte att det går att göra mycket på utseendet och att relativt stor fokus bör läggas på detta.
Barnmässan som gick av stapeln i Karlstad den 8-9 mars besöktes för att diskutera utseendet på barnartiklar med tillverkare. Resultatet av diskussionen blev en insikt om hur utseendet ibland spelar en avgörande roll vid ett inköp.
Bild 1. Droppstop Bild 2. Dagens nappflaskor
8 Patentsökning
Patentsökningen resulterade i ett antal patent som använder sig av den teknik som skulle passa för uppvärmning av välling. Det mest intressanta patentet är utformad som en mugg och består av en behållare för dryck samt värmningsanordning. Denna anordning är placerad i mitten av muggen och innehåller kalciumoxid och vatten. Genom att en knapp på botten trycks in punkteras en barriär mellan kalciumoxiden och vattnet. När dessa två ämnen blandas sker en exotermisk reaktion som värmer den omgivande drycken (Scudder &
Berntsen, US5461867).
Hot packs
Hot packs används ofta inom friluftsliv för att värma fingrar och andra kroppsdelar. Det finns flera olika varianter av Hot packs på marknaden. I en variant används en mättad lösning natriumacetat (CH3COONa) som får kristalliseras. Andra varianter fungerar med hjälp av järn som får oxidera snabbt eller en kemikalieblandning som blandas med vatten.
3.3.3 Marknadsundersökning
En marknadsundersökning gjordes i form av enkäter (se bilaga 5) för att få reda på hur målgruppen ser på produkten. Resultatet av enkäterna, som delades ut på barnmässan och på öppna förskolor, visade att föräldrar gör ca 3-5 långresor per år (se bilaga 6) och är villiga att betala 11-20 kr för en produkt. (se bilaga 6). Enkäten visade också att ca 70 % av de
tillfrågades barn äter välling (se bilaga 6). Resten av resultaten finns att se i bilaga 6.
Intervjuer med föräldrar genomfördes för att få deras syn på produkten samt se vilka krav de har på barnmatning. Det visade sig att föräldrarna tycker det är viktigt att barnet kan använda flaskan själv, att flaskan håller tätt och att det finns tydliga färgkoder för olika
ålderskategorier.
3.3.4 Möten
Gruppen har haft möten med organisationer som besitter expertkunskaper inom områden som kan vara av vikt för examensarbetet.
Följande organisationer har gruppen haft möten med:
The Packaging Arena (TPA)
The Packaging Arena är en intresseorganisation för företag, organisationer och forskare inom förpackningsindustrin. TPA arbetar med att få ihop de bästa kompetenserna och matcha ihop delar från företagen, detta ger dem ett enormt nätverk. Genom Sandra
Eriksson, koordinator på TPA, upprättades kontakt med BrobyGrafiska i Sunne, vilka senare hjälpte till med prototyptillverkning.
Hamilton Advokatbyrå
Ralf Lyxell, advokat på Hamilton advokatbyrå, hjälpte till med patentfrågor men det visade sig senare att det behövs en större nyhetsgranskning för att hitta existerande patent. Detta skulle bli alltför tidskrävande vilket gjorde att detta inte prioriterades.
Huvudkontoret
Tony Michaelsen, VD & grundare, användes främst för att få ett bredare perspektiv på hur det går att gå vidare från en affärsplan till en produktlansering. Hans kunskaper som riskkapitalist ger en insyn i presentationsteknik och om marknaden är redo för produkten.
Han tryckte hårt på ord som miljövänlighet, återvinningsbar och snabbt ut på marknaden. Han ansåg också att om det vore möjligt att tillverka en refillförpackning skulle detta vara till stor fördel.
Kronoparkskyrkans öppna förskola
Föräldrar på Kronoparkskyrkans öppna förskola kontaktades i två etapper. Först under marknadsundersökningen då de fick svara på frågor och fylla i en enkät. De kontaktades under valet av formen på flaskan. Eftersom dessa personer tillhör målgruppen vägde deras åsikter och tankar tungt. En diskussion hölls också med målgruppen om hur de ansåg att matningen av barn fungerar idag och hur den skulle kunna underlättas. Idéer om tillbehör såsom våtservett och leksak till flaskan kom upp.
Fakulteten för teknik- och naturvetenskap vid Karlstads universitet
Stig Forshult, universitetslektor i fysikalisk kemi, användes som expert och bollplank vid frågor om kemi. Han hjälpte till med de kemiska beräkningarna och research om olika exotermiska reaktioner. Med Stigs hjälp genomfördes en laboration där de kemiska reaktionerna som var intressanta för produkten utforskades (se bild 3).
Bild 3. Kemilaboration.
Stora Enso
Under HotSpot-dagen på Karlstads universitet etablerades kontakt med Stora Enso Research Centre. Kontakten resulterade i vetskap om kartongmaterial såsom vilka former som är möjliga att tillverka, hur hanteringen av livsmedel går till samt hur viktig limningen av livsmedelsförpackningar är. Den viktigaste informationen Stora Enso gav var att det går att gjuta in plastkorkar och dylikt i en pappersförpackning.
Stora Enso bistod med material i form av plastbestruken kartong för prototyptillverkning.
Tekniken CDM (Controlled Delamination Materials) diskuterades även som en del av en eventuell vidareutveckling av produkten.
Korsnäs
Kontakten med Korsnäs resulterade i ett studiebesök på PackLab, forskningsavdelning för förpackningar. Utvecklingsingenjör Lena Dahlberg ansåg att formen på flaskan mycket väl kunde framställas i kartongmaterial. Prototyper på formen gjordes i en av Korsnäs maskiner.
10
3.3.5 Kemi
Undersökningar av vilka ämnen som ger en exotermisk reaktion resulterade i ett antal ämnen som var mer eller mindre lämpade för livsmedel.
Natriumhydroxid (NaOH)
När natriumhydroxid löses i vatten orsakar den exotermiska reaktionen en snabb ökning av temperaturen på lösningen.
Natriumhydroxid, även kallat kaustiksoda, används inom många industrier främst som en stark kemisk bas vilket gör den olämplig att använda tillsammans med livsmedel [1].
Kalciumoxid (CaO)
Kalciumoxid framställs från stenen kalciumkarbonat, ibland kallas den för bränd kalk.
Tillförs vatten tar kalken åt sig vattnet under värmeutveckling och det bildas släkt kalk. Släkt kalk används som bindemedel i murbruk där den stelnar.
Ämnet används bl.a. för att höja pH-värdet på sura marker och avloppsvatten samt förhindra spridning av sjukdomar vid epidemier [2].
Kalciumklorid di-hydrat (CaCl2•2H2O)
Ämnet kan framställas direkt från kalksten. Inom industrin används ämnet som avfuktare, vägsalt och som en del i cement. Inom livsmedelsindustrin används ämnet som
konserveringsmedel (E509) och för att ge en salt smak på t.ex. pickles. Det används också till
”självvärmande” rätter eftersom det i blandning med vatten genererar en icke explosiv exotermisk reaktion. Kalciumklorid har hög löslighet i vatten. I blandning med vatten genereras en snabb temperaturökning, blandningen kan komma upp till en temperatur av 60°C [3].
3.4 Produktspecifikation
När produktidén presenterades av uppdragsgivaren fanns följande krav
• Engångsprodukt
• Återvinningsbar
• Steril
• Hålla temperatur
• Snabb uppvärmning
• Ekologiskt innehåll
Efter en diskussion med JanErik ändrades kraven och vissa av dem blev önskemål då det skulle vara väldigt svårt att uppfylla alla krav. Den slutliga produktspecifikationen innehåller tre krav och fem önskemål, enligt tabell 1.
Kriterier Krav/önskemål Funktion/Begränsning
Engångsprodukt Krav B
Återvinningsbar Önskemål
Steril Krav F
Uppnå drickvänlig temperatur
Krav B
Ekologiskt innehåll Önskemål Gjord av miljövänligt
material
Önskemål
Säker Krav F
Indikator Önskemål
Greppvänlig Önskemål
Tabell 1: Produktspecifikation
12 Kravspecifikationer för pip samt startfunktion upprättades även (se tabell 2 och 3).
Kriterier Krav/önskemål
Öppningsbar K
Hållbar (knäckning) K
Hållbar (material) K
Tät (innan användning) K
Tät (efter användning) Ö
Passa 6 mån till 4 år gamla barn K
Ej hälsoskadlig K
Driftsäker K
Realiserbar K
Tabell 2. Kravspecifikation för pip.
Kriterier Krav/önskemål
Enkel att förstå K
Enkel att använda K
Ej ofrivillig start K
Driftsäker K
Realiserbar K
Enhandsgrepp Ö
Tabell 3. Kravspecifikation för startfunktion.
3.5 Konceptgenerering
3.5.1 Kreativ konceptgenerering
De kreativa konceptgenereringarna resulterade i ett antal idéer och koncept när det gäller förslag på pipen, startfunktionen och formen. Den kreativa övningen As easy as 536
användes för att ta fram koncept för att undvika spill. För resultatet på övningarna se bilaga 7. Slip writing användes för idégenerering om startfunktion (se bilaga 8).
Övningen Vad om resulterade i fyra personer (se bilaga 9) som på bästa sätt representerade målgruppen. De situationer som tittades på var:
• Var inhandlades produkten?
• Var används produkten?
• Hur användes produkten?
Moment att jobba vidare med från Vad om blev enhandsgrepp, spill, kladd runt munnen och utebliven värmning.
Konceptgenerering kring formen resulterade i ett antal skisser (se bilaga 10) som senare utvecklades till mock-ups.
3.5.2 Systematisk konceptgenerering
Den systematiska konceptgenereringen inleddes med en breddning och abstrahering av huvudfunktionen (se tabell 4).
I specifikationen Efter breddning och abstrahering
Produktens huvudfunktion:
Värma en engångsprodukt med välling till drickvänlig temperatur under ett tidsintervall på 10-60 s.
Värma välling.
Tabell 4. Breddning och abstrahering av huvudfunktionen ”värma välling”.
14 Breddningen följdes av en funktionsstruktur (se figur 3) där produktens komplexa totala funktion realiseras av ingående delfunktioner när dessa samverkar.
Sedan gjordes en morfologisk matris (se tabell 5) där målet är ett antal totallösningsalternativ som samtliga uppfyller alla krav i produktspecifikationen, är rimliga och har geometrisk och fysikaliskt kompatibla dellösningar.
Delfunktion Dellösningsalternativ
Rymma mat Plastpåse Låda Boll Flaska
Aktivera värme Gnista Elektronik Kemi
Ändra temperatur
Mikrovågor Kemi
Kontrollera värme
Termometer Finger Färg
Ge tillträde Lock Hål Kork
Tabell 5. Morfologisk matris.
De totallösningarna med störst potential blev låda-elektronik-mikrovågor-termometer-lock samt flaska-kemi-kemi-finger-kork.
Kall välling
Behållare med välling
Starta värmning
Ändra temperatur
Kontrollera temperatur
Ge tillträde
Tömma på innehåll
Varm välling till konsumenten
Figur 3. Funktionsstruktur för produkten med huvudfunktion ”värma välling”.
3.6 Konceptförslag
Efter konceptgeneringen arbetades ett antal förslag på form, pip samt startfunktion fram.
3.6.1 Skissmodell
För att få en känsla för formen gjordes
skissmodeller i skum och lera (se bild 4). Dessa användes sedan för en inledande utvärdering.
Resultatet blev 14 former (se bilaga 11) som gick vidare till utvärdering och val.
3.6.2 Pip och startfunktion
Förslag på pip samt startfunktion togs fram (se tabell 6 och 7).
Förslag Förklaring
Dra ut objekt Ett objekt dras ut helt ur flaskan.
Knapp En knapp trycks in i flaskan.
Sprint En sprint dras ut delvis ur flaskan.
Blåsa Blåsning sätter igång reaktionen.
Införa objekt Ett objekt förs in i flaskan för start.
Rulla Flaskan rullas mot hårt underlag.
Knäcka Del av flaskan knäcks för start (kan jämföras
med ispåse).
Enlighter™ På locket finns en utstående del som vid
öppning förs in i flaskan för start.
Skaka Flaskan skakas för att starta reaktionen.
Vrida En missanpassad relief som blir rätt när den
vrids och därmed sker start.
Flera delar Flera delar måste sättas ihop för att
reaktionen ska starta.
Dra bort remsa En remsa måste dras bort (kan jämföras
med kakpaket) för igångsättning.
Tabell 6. Förslag på startfunktion.
Bild 4. Caroline svarvar fram en form.
16
Förslag Förklaring
Badboll Öppningsanordning som finns på badbollar
där luft införs.
Skruvkork En kork måste skruvas av för att få tillträde
till vällingen.
Sugrör Ett sugrör måste penetrera ett folietäckt hål
för att ge tillträde.
Vanlig + försegling En vanlig pip med försegling i form av folie.
Lock fast på pip En vanlig som förseglats med lock.
Sportkork -
Liten kant + hål Ett hål på kanten som fungerar som pip. Är
plomberad med folie/plast/papper.
Slang En slang som böjs upp till rätt läge för
tillträde.
Gubben-i-lådan Ett lock dras parallellt med flaskans topp
samtidigt som en pip kommer upp ur hålet med hjälp av en fjäder.
Bända upp Pipen ligger parallellt med flaskans topp och
måste bändas upp till rätt läge för att ge tillträde.
Tabell 7. Förslag på pip.
3.7 Utvärdering och val
3.7.1 Utvärdering
Utvärdering av formen gjordes med hjälp av kurskamrater samt föräldrar på Kronoparkskyrkans öppna förskola och från Svenska Kyrkans öppna förskola i Kristinehamn.
Med utgångspunkt från boken Produktutveckling – effektiva metoder för konstruktion och design gjordes utvärdering av startfunktion och pip med hjälp av beslutsmatriser.
Kriterierna för startfunktionen och pipen viktades i en viktbestämningsmatris (se bilaga 12) för att sedan implementeras i elimineringsmatriserna (se bilaga 13). Fem förslag på
startfunktion (knapp, sprint, införa objekt, Enlighter™ och vrida) och sex förslag på pip (badboll, skruvkork, vanlig + försegling, lock fast på pip, sportkork och bända upp) gick vidare efter elimineringsmatriserna. Efter elimineringsmatriserna gjordes relativa
beslutsmatriser (se bilaga 14) som för startfunktionen resulterade i två förslag (knapp och vrida) som gick vidare i utvärderingen. Resultatet av den relativa beslutsmatrisen för pipen blev tre förslag (badboll, vanlig + försegling och lock fast på pip). Sista steget i utvärderingen är att göra en relativ beslutsmatris med viktade urvalskriterier. Resultatet av denna matris blev för startfunktionen förslagen vrida och knapp (se tabell 8). Efter diskussioner med studiekamrater valdes vrida. Resultatet för pipen blev förslagen vanlig + plasthölje samt lock fast på pip (se tabell 9). Både vanlig + plasthölje och lock fast på pip går vidare eftersom de är ungefär samma princip men med olika utformning.
Kriterium Alternativ
Sprint (ref) Knapp Vrida
1 (w=4) D
A T U M
+ 0
2 (w=2) + -
3 (w=5) - +
4 (w=3) 0 0
5 (w=6) + +
6 (w=1) + -
Summa + 13 11
Summa 0 1 2
Summa - 5 3
Nettovärde 0 8 8
Rangordning 2 1 1
Vidareutveckling Nej Nej Ja
Tabell 8. Relativ beslutsmatris med viktade urvalskriterier för startfunktion.
Kriterium Alternativ Vanlig pip + plasthölje
Badboll Vanlig pip +
försegling
Lock fast på pip 1 (w=6)
D A T U M
0 0 0
2 (w=2) + 0 0
3 (w=4) + 0 0
4 (w=7) - - +
5 (w=1) 0 0 0
6 (w=3) - 0 +
7 (w=9) 0 0 0
8 (w=5) 0 - 0
9 (w=9) - 0 0
Summa + 6 0 10
Summa 0 4 8 7
Summa - 19 12 0
Nettovärde 0 -13 -12 10
Rangordning 2 4 3 1
Vidareutveckling Ja Nej Nej Ja
Tabell 9. Relativ beslutsmatris med viktade urvalskriterier för pip.
18
3.7.2 Val Formval
Formvalet gjordes med hjälp av studiekamrater och målgruppen för produkten. Dessa fick välja sin favorit, tyngst vägde rösterna och åsikterna från målgruppen.
Resultatet blev att den triangelformade flaskan valdes för vidareutveckling. Detta för att den ansågs vara ergonomisk både för barn och vuxna samt nytänkande och estetisk tilltalande.
Teknikval
Med utgångspunkt i den morfologiska matrisen och med ledordet engångsprodukt valdes det lösningsalternativ som innehöll elektronik bort.
För att undgå upptäckta patent gjordes en egen utformning samt ett byte av de kemiska ämnena som genererar värmen. Efter diskussioner med Stig E. Forshult vid Karlstads universitet valdes ämnet kalciumklorid di-hydrat för att genera den värme som behövs för att få vällingen till rätt temperatur. Ämnet är ofarligt och med tanke på att det används som vägsalt är det relativt miljövänligt.
Dessa beräkningar gjordes för att fastställa hur mycket av det valda ämnet som behövs för värmning av vällingen:
Lösningsvärme: -72,8 cal/g. (Minustecknet innebär att det är en exotermisk reaktion) Densitet: 1,85 g/cm3
Molekylvikt: 147,02 g/mol Uppvärmning av vatten
Det krävs 1 kalori för att värma 1 g vatten 1°C Värma 150 ml (150 g) 25°C (från 15°C till 40°C*):
Vikt CaCl2•2H2O för att generera 3750 cal:
Volym:
*40°C valdes för att kunna värma den mängd välling som valdes (150ml) till drickvänlig temperatur.
Materialval
SilviPak valdes som material för ytterhöljet tack vare dessa positiva egenskaper [4]:
• Hög kvalitet – producerad av massa från unga träfibrer. Hög finish med en väldigt fin yta och en stor stabilitet. Inget extra material behövs för att ge support till förpackningen.
• Värmetålig – SilviPak kan stå emot höga temperaturer i långa perioder både i mikrovågsugn och konventionella ugnar.
• Isolerande egenskaper – “cool-to-touch”; håller kvar värme men fibrerna blir inte varma på yttersidan. Kan hanteras direkt efter uppvärmning.
• Kostnadseffektiv – gjuts och lamineras med en tunn plastfilm i ett steg i tillverkningen.
• Låg vikt – mer än 25 % viktreduktion i jämförelse med en liknande CPET förpackning.
• Flexibel – stora designmöjligheter med hänsyn till storlek, form, färg, ytbarriärer och tryck på förpackningen.
• Godkänd och testad – SilviPak är godkänd för livsmedel och är testad av ledande trågtillverkare.
• Miljövänlig – enkel att återvinna. Är till stor del tillverkad av förnyelsebara material.
Polystyren valdes som material för innerbehållaren (där den kemiska reaktionen sker) och vredet tack vare dessa fördelar och användningsområden (Kutz, 2001:338) (Budinski , 2005:145):
Fördelar:
• Hårt och styvt material
• Billig
• Liten vattenabsorption
• Låg krypning Användningsområden:
• Förpackningar
• Engångsartiklar
Silikon valdes som material för pipen då det är vanligt förekommande i dagens nappar och nappflaskor.
20
3.8 Koncept
Det koncept som slutligen valdes består av en trekantig
pappersförpackning av materialet SilviPak (se bild 5). Värmningen startar genom att underdelen på flaskan vrids till rätt läge. Värme fås genom en exotermisk reaktion mellan vatten och kalciumklorid di-hydrat.
Innerbehållaren för kemikalierna består av en underdel med kalciumklorid och en överdel med vatten samt en avskiljare. Avskiljaren är sedan fäst i ett yttre vred som är en del av ytterförpackningen. Kemikalierna i
innerbehållaren kommer inte i kontakt med vällingen i ytterbehållaren. På grund av eventuella patentansökningar visas ej innerbehållarens
konstruktion för att detta skulle kunna utgöra ett nyhetshinder.
För att få tillgång till innehållet måste ett lock avlägsnas och därmed kan pipen användas.
Volymen välling valdes till 150 ml baserat på svaren från marknadsundersökningen.
Till förpackningen gjordes en grafisk layout för att få ett helhetsintryck av produkten.
Layouten består av en stilren sida med varumärket, en sida med förklaring och en sida med innehållsförteckning (se bild 6). Färgen valdes till orange tack vare dess avvikelse från de flesta av naturens färger och för att den används som signalfärg.
Varumärket och namnet Sashay ['sæSei ] valdes på grund av dess engelska betydelse ”utflykt”.
För en eventuell internationell produktlansering önskades ett namn på engelska eller latin.
Andra namnförslag som valdes bort var Vesper, Siempre, Navigatio och Voyage
Bild 6. Grafisk layout.
Bild 5. Koncept.
3.9 Detaljkonstruktion
Detaljkonstruktion genomfördes genom modellering i 3D-programmet ProEngineer. Detta gjordes för att få ritningar till pappersprototyperna samt att få fram filer att skicka till BrobyGrafiska för prototyptillverkning genom friformsframställning (FFF).
3.9 Prototyptillverkning
BrobyGrafiska använder sig av friformningsmaskiner och tillverkade en formprototyp i ABS- plast. Besöket på Korsnäs i Frövi resulterade i en prototyp av papp (Frövi white 380 gsm).
Med Lena Dahlbergs hjälp togs modeller fram i form av utskuret papp med vikanvisningar.
Pappen veks sedan ihop och grafik limmades på pappförpackningen.
3.10 Presentationer
3.10.1 Delpresentation
Delpresentationen genomfördes den 10 mars 2008 på Karlstads universitet. Syftet var att informera om hur mycket som var gjort av examensarbetet för handledare, examinator och studiekamrater.
3.10.2 Slutpresentation
Slutpresentationen genomfördes den 27 maj 2008 på Karlstads universitet inför handledare, examinator, uppdragsgivare och studiekamrater. Presentationen var säljande och behandlade inte den metodik som användes under examensarbetet. Detta gjordes för att det som
presenterades var en produkt som riktar sig till konsumenter.
3.10.3 Utställning
X-jobbsutställningen gick av stapeln den 29 maj 2008 i Transformum på Karlstads
universitet och lockade studenter, gymnasieelever och näringsidkare. Montern bestod av tre vepor, två med namnet Sashay och en med förklaring på och ett bord. På bordet visades plastprototypen och pappersprototypen (se bild 7). Pappersprototypen var placerad på en roterande platta (se bild 8). I montern bjöd även på godis och en folder där information om produkten fanns att tillgå.
22
4. Diskussion
Examensarbetet har varit komplext och haft stor bredd vilket har varit lärorikt. Områden som materialval, teknik och formval har behandlats vilket har gett oss en så komplett produkt som möjligt. Vid en vidareutveckling behövs djupare analyser och tester av material och teknik för att få fram en produkt som är klar för lansering.
Då vi inte har haft något företag att luta oss mot har det gett oss chansen att etablera kontakter med ett flertal företag i branschen. Något som förvånade oss på ett positivt sätt var hur hjälpsamma och tillmötesgående alla har varit. Studiebesök, prototyper och allmän hjälp i form av information och handledning har inte varit några problem och nästan alla företag var villiga att hjälpa till. En negativ aspekt på att inte ha haft något företag som uppdragsgivare har varit bristen på vägledning. Vid vissa tillfällen har det varit svårt att hitta personer med rätt kompetens och mycket tid har därför behövt läggas på detta.
En svårighet gruppen stötte på var utvärdering av en form. Utvärdering genomfördes därför med hjälp av personliga tankar och åsikter där den primära målgruppens uppfattningar vägde tyngst. Då det rör sig om utveckling av en engångsprodukt valdes det huvudsakliga
materialet till papper, detta medförde att formmöjligheterna begränsades och att den triangelformade förpackningen valdes. De första formerna som kom upp var runda och ganska lika de som finns idag. Detta ansågs vara det rätta eftersom gruppen trodde att målgruppen ville ”känna igen sig” i de former på flaskor som finns idag. Det blev därför en överraskning när den primära målgruppen fick välja form och valde den som idag inte liknar någon av de flaskor som finns på hyllorna i affären.
Examensarbetets ledord har varit planering. En dagbok upprättades under första veckan där det kontinuerligt har skrivits varje dag för att få en blick om vad som har gjorts och om gruppen låg i fas med planeringen. Gantt-schemat som upprättades har följts under hela examensarbetet och trots att det inte planerades in någon extra tid för eventuella förseningar har tidsplanen lyckats hållas.
5. Slutsatser
Det slutgiltiga konceptet som valdes uppfyller kraven som ställdes i produktspecifikationen.
Produkten kan tillverkas i de material som är valda men tillverkningsmetod måste granskas och väljas.
Produkten löser inte bara problemet med varm välling snabbt, den hjälper även till att minska stress och oro vid resor för föräldrarna.
Examensarbetet har hjälpt till att bygga upp ett nätverk av företagskontakter eftersom uppdragsgivaren har varit en privatperson.
Upprättandet av dagboken var mycket fördelaktigt för examensarbetet då det underlättade att kontrollera och följa planeringen.
24
Tackord
Genom Chaza Nahra på Inova fick vi förslag på ett möjligt examensarbete, Inova bistod även med ett kontor. Vi vill därför passa på att tacka Chaza och Inova för deras stöd.
Fortsättningsvis vill vi tacka JanErik Odhe som gav oss idén till produkten samt för det stöd och feedback han gett oss under hela arbetets gång.
Vi vill även tacka Sandra Eriksson på The Packaging Arena som gav oss kontakten med BrobyGrafiska vilka hjälpte till med prototyptillverkningen. BrobyGrafiska förtjänar därmed ett jättestort tack och erkännande.
Lena Dahlberg på Korsnäs är värd ett tack för den hjälp med pappersmodeller hon bistod med under studiebesöket.
Genom Ola Knutz på Stora Enso Research Centre fick vi tillgång till material som skulle kunna användas till produkten, därför vill vi tacka honom.
Vi vill även tacka föräldrarna på Kronoparkskyrkans öppna förskola för den feedback vi fått på vårt arbete.
Sist men absolut inte minst, ett STORT tack till Stig E. Forshult vid Karlstads universitet för hans otroliga engagemang och hjälpsamhet. Tack Stig.
Referenslista
LITTERATUR
Budinski, Engineering materials - properties and selection. Pearson Prentice Hall, 2005.
Eriksson Mikael & Lilliesköld Joakim, Handbok för mindre projekt. Liber AB, Stockholm, 2004.
Hemlin Bengt, Sammanfattningsvis skulle jag vilja säga… AB Esper Förlag, Stockholm, 2003.
Johannesson Hans et. al, Produktutveckling – effektiva metoder för konstruktion och design. Liber AB, Stockholm, 2004.
Kutz Myer, Handbook of materials selection. John Wiley & Sons, New York, 2005.
Michanek Jonas & Breiler Andréas, Idéagenten 2.0. Bookhouse Publishing AB, Stockholm, 2007.
PATENT
Scudder James & Berntsen James, 1997. Container with integral module for heating or cooling the contents, US5461867.
INTERNET [1]
http://www.oxfordreference.com.biblos.kau.se:80/views/ENTRY.html?subview=Main&en try=t81.e3796 (2008-05-06 12:15)
[2]
http://www.oxfordreference.com.biblos.kau.se:80/views/ENTRY.html?subview=Main&en try=t81.e697 (2008-05-06 13:48)
[3]
http://www.oxfordreference.com.biblos.kau.se:80/views/ENTRY.html?subview=Main&en try=t81.e689 (2008-05-06 13:59)
[4] http://www.silvipak.com/upload/pdf/SilviPak_Folder_071128_uk.pdf (2008-02-12 17:12)
26
BILAGOR
Bilaga 1
1.1 Bakgrund
Examensarbetet genomförs av Caroline Svedberg, Malin Engvall och Natalié Schnelzer, studenter vid innovations- och designingenjörsprogrammet på Karlstads universitet.
Examensarbetet omfattar 22,5 hp per student och genomförs våren 2008.
1.2 Bakgrundsinformation om uppdragsgivaren
Att resa med små barn blir allt vanligare i dagens samhälle. Detta medför ett nytt beteendemönster för 2000-talets småbarnsföräldrar, bland annat då det gäller matning.
Som nybliven småbarnsförälder till tvillingar såg uppdragsgivaren JanErik Odhe detta problem.
1.3 Problemformulering
Att förse barnet med välling innebär att man ska ha en flaska, vällingpulver, rent vatten och värmningsanordning, till exempel mikrovågsugn eller kastrull med kokande vatten. Detta innebär bland annat problem med rätt temperering av drycken, samt att man serverar vällingen i ”rätt tid” för barnet i fråga. Förutom detta är inte alltid tillgången till rent vatten hundraprocentig.
1.4 Syfte
Syftet är att driva ett projekt efter den produktutvecklingsprocess som lärts ut under utbildningens gång.
1.5 Målsättning
Målet med examensarbetet är att ta fram ett förslag på teknik och utformning som uppfyller ställda krav.
Resultatet kommer att bestå av:
• Affärsmodell (som del i Venture Cup)
• Kostnadsberäkningar och en prisbild
• Prototyp i form av fysisk produkt
• Klarlagd värmningsteknik
• Muntlig redovisning
• Utställning
• Akademisk rapport
• Överlämnande av rapport till uppdragsgivare senast midsommar 2008
1.6 Krav
Följande krav ställs av uppdragsgivaren på produkten:
• Engångsprodukt
• Återvinningsbar
• Steril
• Hålla temperatur
• Snabb uppvärmning
• Ekologiskt innehåll 1.7 Målgrupp
Småbarnsföräldrar vars barn äter välling
