Konceptutveckling av en uppblåsbar bälteskudde

Konceptutveckling av en uppblåsbar

bälteskudde

Concept development of an inflatable booster seat

Examensarbete, 15 hp, Produktutveckling & Design

VT 2019

Johan Nilsson

Sammanfattning

I dagens samhälle är det svårt att ta med befintliga bälteskuddar vid resa då de är mycket otympliga. Vid resa med bil som färdmedel krävs en särskild skyddsanordning för barn enligt lag. Syftet med arbetet är att underlätta för barnfamiljer att ut och resa med sina barn och samtidigt inte riskera säkerheten. Målet med arbetet är att ta fram ett koncept för en uppblåsbar bälteskudde som visualiseras med hjälp av en CAD-modell. Modellen visualiseras i ett uppblåst tillstånd och anpassas till barn som är mellan åldrarna 5-10 år. Vid hållfasthetsberäkningar avgränsas arbetet från att ta hänsyn till kuddens materialdata och analysera spänningskoncentrationerna som uppstår. Genom att samla in kundbehov med hjälp av intervjuer och analys av befintlig produkt, har en produktspecifikation upp-rättas som sedan är grunden till en konceptgenerering. Konceptgenereringen utförs både internt i form av en workshop och externt genom benchmarking. Med hjälp av systema-tisk utforskning och konceptpoängsättning struktureras och elimineras lösningsförslag för att slutligen erhålla det mest lämpliga konceptet. Det utvalda konceptet består av en stabil rektangulär kudde med remmar som fästmekanism för bältet. Kudden blåses upp med hjälp av lungkraft och förpackas i en extern påse. Konceptet anses uppfylla syftet då modellen ger en låg förpackningsvolym och samtidigt anses vara säker. För att garante-ra säkerheten krävs ytterligare hållfasthetsberäkningar och ett säkerhetstest utifrån den europeiska standarden.

Abstract

As a parent of children these days, it is problematic to bring the booster seat with you due to inconvenience because of the generic shaping of the seats. Our intention with the study is to make it easier for parents to bring their kids when travelling without challenging their kids’ safty. Our objective is to develope a concept of an inflatable booster seat by illustrating a CAD-model in inflated condition. The booster seat is appropriate for children of an age between 5 and 10 years. When calculating the strength, the study is limited to consider the material data of the seat and only analyzing the stress concentrations that occurs. By gathering customer needs, a product specification has been established, which there after has been utilised as the foundation for the concept generation. The concept generation was made internally in the form of a workshop and externally through benchmarking. By performing systematic research as well as a concept scoring, solutions were gathered and the most appropriate concept were found. The chosen concept consists of a stable rectangular booster seat with straps as a mounting mechanism for the seatbelt. The booster seat are inflated via pulmonary force and can be stored in an extern pouch. The concept is considered to fulfill its purpose due to its small volume when stored while still being considered as safe. To ensure safety levels and meet european standards, further strength calculations and safety-tests are necessary.

Förord

Denna rapport är ett examensarbete som beskriver arbetsgången för att utveckla ett kon-cept till en uppblåsbar bälteskudde. Studenterna som utfört examensarbetet studerar pro-grammet ”Högskoleingenjör - produktutveckling och design” vid Malmö universitet. Arbe-tet har genomförts under vårterminen 2019 och omfattar 15 högskolepoäng.

Författarna vill rikta ett stort tack till handledarna Håkan Wernersson på Malmö Univer-sitet och Marcus Engqvist på ÅF för ert stöd och vägledning genom projektet. Även ett stort tack till textilingenjör Anders Kärrman för viljan att dela med sig av sina erfarenhe-ter och kunskaper inom textil och vävning.

Tack ÅF - Industry Mekanik Malmö för ett bra samarbete och tack till er tillmötesgå-ende personal som funnits vid vår sida genom stöd och hjälp under arbetets gång. Vi vill också tacka Enebro tapetserarverkstad, Stanly plåt AB och 3D-printstudion på Lunds tekniska högskola för ert engagemang vid prototyp-tillverkningen.

Johan Nilsson och Sanna Thiel

Innehållsförteckning

1 Inledning 1

2 Förstudie 2

2.1 Bältetskuddens funktion vid bilfärd . . . 2

2.2 Säkerhetskrav . . . 2

2.3 Antropometri . . . 2

2.4 Material för uppblåsbara produkter . . . 3

3 Konceptutveckling 4 3.1 Identifiering av kundbehov . . . 4 3.2 Upprättande av produktspecifikation . . . 4 3.3 Konceptgenerering . . . 5 3.3.1 Problemformulering . . . 5 3.3.2 Intern sökning . . . 5 3.3.3 Extern sökning . . . 6 3.3.4 Systematisk utforskning . . . 6 3.4 Konceptval . . . 6 3.5 Visualisering . . . 7 3.6 Materialval . . . 7 3.7 Beräkningar . . . 8 3.7.1 Hållfasthet . . . 8 3.7.2 Volym . . . 8 4 Resultat 9 4.1 Identifiering av kundbehov . . . 9 4.2 Produktspecifikation . . . 9 4.3 Konceptgenerering . . . 11 4.3.1 Problemformulering . . . 11 4.3.2 Intern sökning . . . 11 4.3.3 Extern sökning . . . 13 4.3.4 Utforska systematiskt . . . 14 4.4 Konceptval . . . 16 4.5 Visualisering av bälteskudde . . . 19 4.5.1 Konkretisering av funktion . . . 20 4.6 Materialval . . . 22 4.7 Beräkningar . . . 24 4.7.1 Hållfasthet . . . 24 4.7.2 Volym . . . 27 5 Diskussion 28 6 Slutsats 32 Referenser 33

A Intervjusvar och tolkade kundbehov A1

C Skisser som kommunicerar konceptförslag till fästen, förvaring och

utform-ning av bälteskudden. C1

1

Inledning

Att resa med sin familj är i dagens samhälle en allt vanligare del i vardagen. Tillgängligheten att ta sig till olika destinationer ökar och en stor del av resandet utförs med hjälp av bil som färdmedel. Med barn i bilen krävs också en större säkerhet i form av särskild skyddsanordning för just barnet. "En häftig inbromsning, en krock i 40 km/tim. Det behövs inte mycket för att ett barn ska skadas under en bilfärd. Varje år dödas och skadas barn för att bilbältet eller bilbarnstolen inte används på rätt sätt" [1]. Alla barn som är kortare än 135 centimeter ska enligt lag använda en särskild skyddsanordning i bilen, det vill säga babyskydd, bilbarnstol, bältesstol eller bälteskudde, där valet av skyddsanordning bestäms utifrån barnets längd. Läkare och forskare rekommenderar att barn ska använda bältesstol eller bälteskudde tills de är 10–12 år.

På dagens marknad finns välutvecklade bälteskuddar som är till för att ge barnen bättre komfort när de färdas i bilen men framför allt för att öka säkerheten. Det finns en del proble-matik kring bälteskudden. De tar upp mycket plats vid förvaring i bilen när de inte används och är svåra att packa med sig vid resor. Att hyra en bälteskudde är oftast dyrt och svår-tillgängligt [2]. På dagens marknad finns ett fåtal uppblåsbara bälteskuddar. En av dem är BubbleBum som är en uppblåsbar bälteskudde och som blåses upp med hjälp av egen kraft genom ett munstycke [3]. Kudden upplevs sakna komfort och är svår för barn att sitta på [4].

Syftet med projektet är att underlätta och öka möjligheterna att transportera och resa med barn i bil utan att tumma på säkerheten. Målet är att ta fram ett koncept för en uppblåsbar bälteskudde. Konceptet visualiseras i en CAD-modell som avgränsas till att endast modelleras i ett uppblåst tillstånd. Projektet avgränsas till att utveckla en bälteskudde som går att bruka mer än en gång och är anpassad till barn mellan åldrarna 5-10 år. Konceptet ska utvecklas med hänsyn till tillverkningsmöjligheter för att i slutändan bli en så prisvärd produkt som möjligt, däremot ska inte någon tillverkningskostnadskalkyl eller val av specifika tillverkningsmetoder genomföras. Projektet avgränsas också ifrån att ta hänsyn till miljöaspekter som till exempel tillverkningsmetoder och materialval. En undersökning av vilka säkerhetsföreskrifter och lagar som avses för barns säkerhet i trafik kommer att utföras för att förstå begränsningar, emellertid tar inte projektet hänsyn till specifika punkter för ett säkerhetsgodkännande. Beräkningar av hållhållfastheten för bälteskudden kommer göras approximativt då kunskapen för att beräkna textiliers hållfasthet på uppblåsbara produkter inte anses tillräcklig. En beräkning kommer att genomföras men endast användas för att se kritiska områden.

Bälteskudden utvecklas tillsammans med ingenjörs- och designföretaget ÅF [5]. ÅF är verksam inom fyra olika divisioner: energi, industri, digitala lösningar och infrastruktur. Före-taget skapades 1895 i Malmö som Sveriges första industriförening vars uppgift var att utföra besiktningar av ångpannor och tryckkärl. Idag jobbar de aktivt för att skapa hållbara lösningar för kommande generationer genom att förena människor och teknik. Deras bas är i Europa och de har kunder över hela världen.

2

Förstudie

I detta avsnitt presenteras tidigare studier och fakta med anknytning till bälteskuddar. Först behandlas bälteskuddens funktion vid användning därefter olika säkerhetskrav, antropometri och slutligen en översikt för material som används till uppblåsbara produkter.

2.1

Bältetskuddens funktion vid bilfärd

Bälteskuddens syfte är att hjälpa till att anpassa bilbältet till barnets kropp [6]. Då barnen inte är tillräckligt långa för att bilbältet ska fylla sin funktion och fånga upp barnet vid en olycka, krävs en bälteskudde som lyfter upp barnet till korrekt position. Bilbältet ska vara placerat nära halsen, över bröstbenet och över låret. Det är viktigt att bältet hålls på plats och inte hamnar i magen vid en kollision då skadorna på barnet kan bli mer allvarliga jämfört med om bältet fångas upp av höftbenet.

Befintliga bälteskuddar kompletteras med en funktion där bältet förhindras att dras upp ovanför höftbenet. Vanligaste lösningen att hålla kvar bältet med är ett så kallat horn [7]. Bältet placeras under hornen för att hålla nere bältet, det är huvudsakligen inte hornen som fångar upp barnet vid en kollision utan endast hjälper till att placera bältet i korrekt position.

2.2

Säkerhetskrav

Barn som är kortare än 135 cm ska enligt lag använda en särskild skyddsanordning vid bilfärd [6]. Bälteskudden är ett framåtvänt bilbarnskydd som är sista steget av skyddsanordningar. Enligt rekommendationer ska barn övergå till bälteskudde så fort de har vuxit ur bältesstolen, rekommenderad ålder är fyra till tolv år. Det finns inget krav på att bälteskudden måste monteras fast i sätet.

För att använda bälteskudden lagligt måste kudden vara E-godkänd [8]. Godkännandet är europeiskt och styrs av ECE-reglemente 44 (ECE R44). Sedan 2014 är certifieringen i-siez en del av ett nytt regelverk (Reglemente UN R129). Den nya certifieringen av bilbarnstolar kommer göra det enklare att välja rätt skyddsanordning och även att installera bilbarnstolen korrekt. Nyheten kring reglementet gäller designen som baseras på barnets längd, att stolarna kommer passa bättre i bilen och även ett prov för att klara sidokollison men omfattar för närvarande endast stolar som monteras med ISOFIX. Bilbarnstolar som är godkända enligt ECE R44 är fortfarande tillåtna att användas och kommer finnas kvar parallellt i flera år till.

2.3

Antropometri

Antropometri är den del av ergonomin som behandlar människans kroppsmått gällande storlek, form, styrka och arbetsförmåga [9]. Genom att använda antropometri i en utvecklingsprocess utformas en produkt kontrollerat och systematiskt så att produkten fysiskt passar till de po-tentiella användarna. Strukturella mått, är mått mellan anatomiska kännemärken, det vill säga definierade punkter på kroppen i standardiserade kroppsställningar. Exempel på strukturella mått är kroppslängd, axelbredd och sitthöjd. Det har utförts olika undersökningar kring hur just antropometri och konsumentprodukter påverkas av varanda och hur de olika värdena för-håller sig till olika målgrupper [10]. Forskningen betonar hur viktig den antropometriska datan

längdökningen stabiliserats och sedan 1960 är det en ungefärlig förändringshastighet med 15 mm i längd och 0,5 kg i vikt per årtionde för barn mellan 5-7år.

Begreppet percentil är ett statistiskt mått och används i samband med analys av antro-pometrisk data. Det anger hur många procent av observationerna som avviker från percentilen i fråga [9].

I detta arbete kommer antropometriska mått användas som ett hjälpmedel för att granska om produktens mått är acceptabla för ändamålet. Utifrån målgruppen, barn som är mellan åldrarna 5 och 10 år hämtas antropometrisk data från medelvärdet för respektive ålder [12]. Måtten som tillämpas utgår från tabell 1.

Tabell 1: Antropometriska mått som tillämpas. Måtten utgår från åldrarna 5 till 10 år då målgruppen befinner sig inom området.

2.4

Material för uppblåsbara produkter

Ett av kriterierna för en uppblåsbar produkt är att lufttätheten i materialet ska vara mycket god så att produkten inte riskerar att förlora luft under tid. Det finns olika typer av material som uppfyller kriteriet och olika tekniker som framställer dessa material.

För gummibåtar är det viktigt att varken vatten eller luft tränger in i materialet. Hypalon är ett gummimaterial som vanligtvis används för att konstruera båtens tuber [13]. Det kan också tillverkas i polyvinylklorid(PVC) som är ett plastmaterial och vanligt förekommande i mindre RIB- och gummibåtar. Större luftmadrasser tillverkas också utifrån vinylgruppen PVC och täcks oftast med velour på ovansidan för att ge en skönare känsla och se till att lakanet ligger på rätt plats [14]. Velour är ett textilmaterial som liknar sammet men som istället är stickat och förekommer i materialet polyester eller bomull.

Syntetfibrer är en form av plast som framställs på kemisk väg [15]. Syntetfibern produceras genom nedbrytning av råmaterialet som sedan sammanförs med hjälp av högt tryck och bildar en lösning av petroleum, kol, vatten och syre. Denna lösning pressas genom ett munstycke som i sin tur genererar långa strängar av syntetfiber. Det som utmärker syntetfiber är dess höga hållfasthet, formbarhet och elasticitet. De vanligaste syntetfibrerna är polyamid(nylon), akryl och polyester. En utvecklad form av polyamid är aramidfibern, även kallad kevlar som är ett av världens starkaste material.

Genom att väva de tunna fibrerna i olika riktningar skapas ett relativt lufttätt material som är vanligt inom bilindustrin och tillverkningen av airbags. De vanligaste typerna av väv-bindningar är tvåskaft, kypert och satin. Till tvåskaft hör bindningstyperna rips, panama och engelsk tvåskaft. Tvåskaft är en bindning som liknar ett rutmönster och är okomplicierad att tillverka vilket håller nere kostnaderna för materialet. Den vävda strukturen ger en skönare känsla och ”andas” mer jämfört mot ett ovävt plastmaterial.

Beroende på hur fina fibrerna är och hur tätt de vävs blir materialet mer eller mindre lufttätt. Vävda syntetmaterial kan därför beläggas med polyuretan(PUR), som är ett material som har en mycket god förmåga att kapsla in luft, är elastiskt och samtidigt enkelt att fästa på andra material [16].

3

Konceptutveckling

I kapitlet presenteras de metoder och verktyg som används vid konceptutvecklingen av bäl-teskudden. Metoderna som används är: identifiering av kundbehov, upprättande av produkt-specifikation, konceptgenerering och konceptval. Vidare presenteras de verktyg som är till för att färdigställa konceptet. Verktygen som tillämpas för visualisering är: skissprototyper, fysis-ka prototyper och Computer Aided Design(CAD). Dataprogrammet EduPack tillämpas för att tillhandahålla de materialdata som krävs för ett materialval och till beräkningar används Finita elementmetoden(FEM).

3.1

Identifiering av kundbehov

Identifiering av kundbehov har en betydande roll i en konceptutvecklingsprocess [17]. Meto-den innebär en vägledning för att skapa produktspecifikationer och generera produktkoncept som har efterfrågan på marknaden. I det här arbetet tillämpas kvalitativa semistrukturerade intervjuer för att identifiera kundernas behov [18]. Fördelen med semistrukturerade intervjuer är att svaren från kandidaten ofta leder till följdfrågor som ger andra synsätt på problemet och som förhoppningsvis kan bidra till utveckling av produkten. En annan fördel är också att alla intervjuer som utförs har samma uppbyggnad och kan där med användas för att bedöma kundbehovets betydelse och relevans.

Innan intervjun börjar sammanställs ett frågeformulär som intervjun utgår ifrån. Vidare ordnas frågorna i en bestämd ordningsföljd av intervjuledaren för att få en struktur på inter-vjun som intervjuledaren sedan följer under varje enskild intervju. Intervjuerna utförs genom förbestämda telefonmöten med personer som anses vara potentiella kunder till produkten.

En annan metod som också används i arbetet för att identifiera kundbehov är att analysera en befintlig produkt under användning [17]. Metoden är till för att identifiera svagheter och styrkor med liknande produkter på marknaden. När testanvändaren har testat produkten under en viss förbestämd tid sker en återkoppling genom en kortare intervju med utvecklingsteamet. Intervjuledaren och kandidaten går igenom de nya erfarenheterna som kandidaten har anamat vid undersökningstiden. Den insamlade rådatan uttrycks som skriftliga uttalanden och tolkas därför till kundbehov som uttrycker vad produkten ska uppfylla. Tolkningen hålls lika specifikt som rådatan och undviker ord som måste och ska.

För att underlätta hanteringen av de fastställda kundbehoven organiseras de in i en hi-erarkisk struktur. Strukturen består av primära och sekundära behov. De primära behoven är mer övergripande medan de sekundära behoven är underordnade och beskrivs mer i detalj. Den hierarkiska strukturen saknar således information om behovens relativa betydelse. Dess betydelse är avgörande för vilka avvägningar och prioriteringar projektet ska ta för vidare kon-ceptutveckling. Likartade behov samlas i en gemensam grupp som sammanfattas med ett namn som beskriver det primära behovet.

3.2

Upprättande av produktspecifikation

Den hierarkiska strukturen ger inte någon information om behovens relativa betydelse [17]. Betydelsen är viktig för att veta vilka behov som behöver prioriteras samt kan bortprioriteras för en så konkurrenskraftig produkt som möjligt.

För att förtydliga och göra behoven mer lätthanterliga, omvandlas alla behov till mätbara egenskaper. Varje egenskap tilldelas också en betydelsefaktor utifrån en graderad skala mellan 1-5, på detta sätt identifieras de viktigaste egenskaperna för produkten. Varje egenskap har en tillhörande mätbar enhet. De upprättade primära behoven och egenskaperna utgör tillsammans produktspecifikationen. I produktspecifikationen anges det tydligt vad projektet ska uppnå för att tillfredsställa kundbehoven och projektkraven. De används också som utgångspunkt för efterföljande metoder i konceptutvecklingen.

3.3

Konceptgenerering

I följande kapitel presenteras de metoder som används i detta arbete för att generera innovatiova lösningsförslag. Konceptgenereringen startar med att identifiera huvudproblemet som sedan delas upp i olika delproblem. Därefter genomförs en intern och extern informationssökning för att ta fram olika lösningsförslag till vardera delproblem. För att strukturera bland potentiella lösningsalternativ tillämpas systematisk utforskning.

3.3.1 Problemformulering

För att underlätta idégenereringsprocesen identifieras ett huvudproblem som med fördel kan brytas ner i mindre delproblem [17]. Det finns olika metoder för att bryta ner huvudproble-met. I det här arbetet används problemformulering som en metod för att göra ett komplext problem hanterbart. Arbetsgången börjar med att dela in huvudproblemet i olika kategorier som tillsammans skapar det fullständiga konceptet. Med avseende på arbetets krav och behov genomförs idégenereringar till respektive delproblem.

3.3.2 Intern sökning

Vid intern sökning utnyttjas den personliga kunskapen inom teamet som är en mycket kreativ process där nyskapande lösningar förväntas genereras [17]. I det här arbetet genomförs en workshop för att på ett effektivt sätt uppnå idégenereringens syfte [19]. För att utföra en så lyckad workshop som möjligt krävs planering och eftertanke. En facilator förbestäms, vars roll är att leda gruppen framåt. Workshopen består av olika metoder och omgångar samt startar med en kreativitetshöjande övning som kallas för ”flyga flygplan upp och ned”. Deltagarna ska genom en brainstormingsession komma på så många fördelar som möjligt med att flyga ett flygplan upp och ned. Detta används för att få igång kreativiteten, skapa en trevlig stämning och få teamet att känna sig bekväma med varandra inför resterande delen av workshopen.

Vidare används metoderna brainwritning och bikupan för att generera lösningar till del-problemen. Brainwriting är en metod som går ut på att varje deltagare får ta del av ett angivet problem som ska lösas genom att de skriver ned eller skissar alla sina lösningsförslag på post it-lappar under en förbestämd tid. I workshopen är tiden för idégenerering sju minuter. Me-toden bikupan går i sin tur ut på att diskutera och resonera kring sina nedskrivna idéer i ”bikupor” tillsammans med en annan deltagare. Detta ger utrymme till att utveckla sina ned-skriva idéer eller utveckla nya lösningsförslag tillsammans, sessionen pågår under tio minuter. Workshopen är utformad som en kombination av brainwriting tillsammans med en variant av bikupan. Deltagarna använder först brainwriting och sedan delas de in i mindre grupper om tre till fyra personer för att diskutera, kritisera och utveckla nya lösningar. Efter varje idége-nerering prioriteras och rangordnas idéerna och de lösningar som deltagarna gemensamt anser lämpa sig bäst till att lösa problemet och prioriteras högst. Varje delproblemssession avslutas

det med en öppen diskussion där deltagarna presenterar de bästa lösningsförslagen för facilita-torn.Kombinationen av brianwriting och bikupan genererar en stor bredd av lösningar som kan tänkas lösa problemet och de är dessutom framtagna på ett tidseffektivt sätt. För att hantera lösningsförslagen sorteras de likartade lösningarna in i färre sammanfattande grupper.

3.3.3 Extern sökning

Vid extern sökning är syftet att hitta redan befintliga lösningar som kan tillämpas för att lösa huvudproblemet eller något av delproblemen [17]. Sökningen är huvudsakligen en informations-insamlingsprocess som besparar projektet både tid och pengar. Det finns olika sätt att samla in informationen på. Arbetet använder sig av metoden benchmarking, som går ut på att granska produkter som finns på dagens marknad. Genom metoden erhålls kunskap om befintliga kon-cept som redan har genomförts för att lösa ett specifikt problem. För att få fram så anpassade lösningar som möjligt utgår sökning från arbetets produktspecifikation.

3.3.4 Systematisk utforskning

Efter konceptgenerering erhålls vanligtvis ett större antal potentiella lösningar och för att han-tera dessa på ett strukturerat sätt används systematisk utforskning [17]. I arbetet tillämpas ett konceptklassifikationsträd som används för att dela upp alla möjliga lösningar i olika klas-ser för att sedan jämföra och gallra bort de minst lovande lösningarna. En annan fördel med konceptklassifikationsträd är att arbetet identifierar vilka lösningar som är beroende respektive oberoende av varandra och kan delas upp ytterligare inom teamet. Elimineringen sker uti-från externa beslut samt utefter projektets produktspecifikation. Lösningar som inte kommer uppfylla kraven elimineras.

Genom att kombinera lösningarna för vardera delproblem utgör de tillsammans ett full-ständigt koncept. För att utforska de möjliga lösningskombinationerna tillämpas en koncept-kombinationstabell. Genom att gruppera möjliga lösningar i kolumner för varje delproblem skapas koncept genom att förbinda en dellösning från varje kolumn. Konceptkombinationsta-bellen är endast ett verktyg för att strukturera bland koncepten. Det innebär att teamet får en tydligare överblick av vad som är relevant för projektet och vad som kan elimineras. De mest relevanta och intressanta lösningsförslagen skissas upp på papper för att skapa förståelse för lösningarna.

3.4

Konceptval

Konceptval är en process där koncepten utvärderas i förhållande till de identifierade kundbeho-ven och övriga kriterier, där styrkor och svagheter jämförs och bedöms för att slutligen generera ett vinnande koncept [17]. För att få en så konkurrenskraftig produkt som möjligt är det viktigt att utföra konceptvalet på ett noggrant och strategiskt sätt. I detta arbete används besluts-matriser, som är en metod som utgår ifrån en konceptpoängssättning. Första steget i metoden innebär förberedelse av en konceptpoängssättningsmatris där ett identifierat referenskoncept finns som grund till poängsättningen. Därefter formuleras ett antal relevanta urvalskriterier utifrån produktspecifikationen. Urvalskriterierna viktas för att avgöra betydelsen för varje kri-terium, tillsammans ska kriteriernas värde bli 100%. Referenskonceptet bedöms sedan utifrån bedömningsskalan 1-5, där betyg 5 värderas högst. Slutligen bedöms varje koncept utefter

refe-För att säkerhetsställa att det slutliga konceptvalet inte blivit slumpmässigt utvalt ge-nomförs en känslighetsanalys. Analysen innebär att viktfaktorn på urvalskriterierna justeras, vilket leder till att slutpoängen för konceptet kan förändras och på så sätt avgörs det om det vinnande konceptet är den mest lämpade lösningen eller inte.

3.5

Visualisering

Att visaualisera olika koncept är en metod som syftar till att förstå lösningar, uppleva in-teraktionen mellan lösning och människan samt testa olika funktioner för de alternativ som utvecklingsteamet har tagit fram under idégenereringen [20].

För att förmedla och diskutera olika koncept och dess utformning används i arbetet skiss-prototyper och fysiska skiss-prototyper som metoder för att snabbt och enkelt visualisera de poten-tiella koncepten. Skisser och fysiska prototyper förenklar också hela konceptframtagningen och ger en bättre känsla för hur saker ska utformas och se ut. Enkla skisser med penna och papper är en effektiv och billig metod som ger utrymme för misstag utan att medföra några negativa konsekvenser. Arbetet använder sig av skisser som i första stadiet är tankeskisser som är till för att beskriva detaljer i koncepten. Skisserna vidareutvecklas sedan till mer detaljerade renderade skisser som är till för att ge en mer klar bild över konceptets funktion och sammansättning.

För att utveckla konceptet ytterligare skapas en fysisk prototyp. Modellen är till för att ge en verklig känsla av storlek och form och samtidigt ge möjlighet att kommunicera olika sammansättningar av koncepten. Modellens funktion behöver inte uppfylla samma krav som slutprodukten och kan därför inrikta sig på olika områden av produkten. Arbetets fysiska pro-totyp utformas först som en enkel modell utan specifika funktioner. Modellen utvecklas sedan till en mer komplett prototyp med fullskaliga men inte helt fungerande funktioner, även kallat mock-up [20].

För att visualisera och konstruera koncept mer detaljerat kan Computer Aided Design (CAD) tillämpas [21]. Verktyget används inom olika områden som stöd för till exempel olika ingenjörsyrken. I detta arbete används CAD för att utveckla 2D skisser till modeller i 3D. Genom visualisering i 3D identifieras begränsningar i det potentiella konceptet.

3.6

Materialval

Vid utveckling av en produkt är det viktigt att välja rätt material för att produkten ska upp-fylla sitt syfte. För att bestämma de bäst lämpade materialen för bälteskuddens komponenter används CES EduPack. Det är ett digitalt materialbibliotek där det är möjligt att ta fram materialkartor och plotta egenskaper mot varandra för att få fram vilken typ av material som är bäst lämpat för det tänkta användningsområdet [22]. För att få fram rätt material utses ett antal krav som materialet bör uppfylla. Därefter plottas materialindex mot varandra för att få ut en materialkarta som beskriver hur materialen förhåller sig till varandra utifrån de specificerade kraven. En utvärdering av resultatet genomförs avslutningsvis för att bestämma vilket material som är bäst lämpat för produkten.

En annan metod arbetet tillämpar för att välja material är att konsultera experter. Exper-ter med kunskap inom ett eller flera områden kan inte bara erbjuda lösningskoncept omedelbart utan också omdirigera sökningen till ett mer givande område [17]. I detta arbetet använder sig utvecklingsteamet av en expert för att diskutera marknadens utbud av material för produkter liknande bälteskudden.

3.7

Beräkningar

En produkts konstruktion är avgörande för att produkten ska undvika haveri vid angivna och i vissa fall oförutsägbara förhållanden. Beräkningar utförs för att minimera risken och öka säker-heten till omgivningen. I detta kapitel beskrivs finita elementmetoden (FEM) och volymberäk-ningar som används i arbetet för att säkerställa bälteskuddens hållfasthet och förvaringsvolym. 3.7.1 Hållfasthet

Hållfasthetslära beskriver förhållandet mellan mekaniska krafter och fysiska kroppars defor-mationer [23]. När en produkt utsätts för en kraft utsätts konstruktionen för spänningar i materialet. Om spänningen är högre än materialets sträckgräns plasticeras materialet och det går inte längre tillbaka till sin ursprungsform när konstruktionen sedan avlastas.

I arbetet analyseras spänningskoncentrationer och förskjutningar i olika komponenter med hjälp av FEM [24]. Metoden går ut på att placera de krafter som motsvarar den tänka belast-ningen och specificera materialdata till vardera komponent [25]. Därefter analyseras spänningar och deformationer i konstruktionen. Beräkningen illustreras i en färgplottning där den röda fär-gen beskriver de högsta och den mörkblå färfär-gen beskriver de lägsta spänningskoncentrationerna som uppstår. Målet med analysen är att säkerhetsställa var de största spänningskoncentartio-nerna uppstår för att se var materialet riskerar att haverera.

3.7.2 Volym

Volym är en tredimensionell längdenhet som beskriver hur stor del av rummet som uppfylls [26]. För att få en så realistisk volymberäkning som möjligt utgår volymberäkningen utifrån den fullständiga CAD-modellen i CAD-programmet. Genom att den totala materialmängden för varje komponent av modellen summeras värdena till den totala materialmängden för bäl-teskudden. Ihop-vikningen av bälteskudden utgår ifrån att det aldrig kommer att uppnå helt vakuum inuti kudden vilket betyder att en mängd luft kommer finnas och bygga förvaringsvo-lym. För att uppskatta mängden luft multipliceras materialmängden med en konstant som antas vara 50% av materialmängden.

V = v · 1.5 (1) där V är ihopvikningsvolymen och v är materialvolymen hämtad från CAD-modellen. För att se vilken vikt bälteskudden erhåller inhämtas ett värde för massan också utifrån den fullständiga CAD-modellen.

4

Resultat

Utifrån de beskrivna metoderna presenteras resultaten i detta kapitel. Kudden har bland an-nat som krav att vara säker och lätt att förvara. Genom intern sökning genereras lösningar till delproblemen: fäste, uppbyggnad och förvaring medan extern sökning genererar lösningar till delproblemet blåsmekanism. Genom en konceptpoängsättning bestäms det bäst lämpade konceptet för bälteskudden. Konceptet utvecklas med hjälp av olika visualiseringsmetoder som slutligen mynnar ut i en fullständig CAD-modell med konkretisering av konceptets funktioner. Vidare presenteras materialval, hållfasthetsberäkningar och slutligen en volymberäkning för de valda konceptet.

4.1

Identifiering av kundbehov

Intervjufrågeformuläret riktar sig till potentiella användare som i detta arbete är anhöriga till barn. Intervjuerna utförs med tre olika personer. Produkten som analyseras är BubbleBum och lämnas till två potentiella användare på ÅF i Malmö, dessutom tillhandahåller utvecklingstea-met en utvärdering från resebloggen ”let´s go explore” som tidigare använt produkten. Den insamlade rådatan sammanställs, tolkas och uttrycks i kundbehov, en sammanställning visas i bilaga A. Exempel på återkommande kundbehov är: lätt att förflytta, lätt att förvara och vara säker.

4.2

Produktspecifikation

Kundbehoven poängssätts utifrån teammedlemmarnas samstämmighet och visas i tabell 2. Ur kolumnen betydelsefaktor framgår information om att lätt att förvara, tillverkningskostnad och säkerhet är tre av de viktigaste behoven för produkten. Behov som kompletteras utav teamet utgörs under raden egna behov.

Behoven som redovisas i tabell 2 konverteras sedan till mätbara egenskaper. Konverte-ringen till mätbara egenskaper utgör projektets produktspecifikation och visas i tabell 3.

Tabell 2: Behov med tilldelad betydelsefaktor där betydelsefaktor fem innefattar de mest bety-dande behovet. Behoven kompletteras med egna behov av projektteamet.

Tabell 3: Behov konverteras till mätbara egenskaper som utges av en betydelsefaktor och en mätbar enhet. Egenskaper som inte går att mäta är subjektiva och förkortas med subj.

4.3

Konceptgenerering

I följande kapitel klargörs projektets huvudproblem som är portabel bälteskudde som delas in i fyra delproblem. Vidare genereras idéer internt och externt för att finna lösningar till respektive delproblem som slutligen struktureras genom systematisk utforskning.

4.3.1 Problemformulering

Huvudproblemet portabel bälteskudde identifieras och delas in i delproblemen: fästen, uppbygg-nad, förvaring och blåsmekanism, se figur 1. Med delproblemet fästen besvaras problematiken kring hur bälteskudden ska hålla kvar bilbältet i en korrekt position, som tidigare presenterats i kapitel 2.1. Genom att generera lösningsidér till delproblemet uppbyggnad besvaras frågan hur bälteskudden ska vara utformad för att vara så portabel och säker som möjligt. Genom att behandla delproblemet förvaring utforskas lösningar på hur produkten ska förvaras när den inte används. Slutligen behandlas delproblemet blåsmekanism, som berör mekanismen för att fylla bälteskudden med luft.

Figur 1: Huvudproblemet portabel bälteskudde delas in i fyra delproblem.

4.3.2 Intern sökning

Workshopen utgår från de tre delproblemen fäste, uppbyggnad och förvaring. Gruppen som involveras består av tio personer med varierande erfarenhet inom produktutveckling.

Workshopen genererar en stor mängd varierande men också likartade lösningsförslag. Lös-ningarna som genereras för delproblemet fäste resulterar i sex olika grupper, se figur 2. Genom lösningsförslaget plastfäste fästs bältet genom en plastdetalj som är format för att placera bältet på rätt plats. Lösningen rem innebär att bältet fästs genom en rem som sedan försluts i kudden. Lösningen horn är ett fäste som håller bältet på plats genom en 90 graders vinkel. Integrerat fäste är en annan lösning där fästet är integrerat i kudden och håller bältet på plats likt hornet. Lösningsförslaget knäppfunktion innebär att bältet hakas fast i kudden. Slutligen innefattar lösningen magnet en funktion där en magnet sitter fast på bälteskudden och en metallbricka på säkerhetsbältet som sluts samman och bältet hålls då kvar i korrekt position.

Lösningsförslagen till delproblemet uppbyggnad i sex olika grupper, se figur 3. Lösningen ryggsäcksfunktion innebär en bälteskudde som är uppbyggd som en ryggsäck och där med kan brukas till flera ändamål. Lösningsförslaget dragspel innefattar två hårda sidor som dras isär för att få fram sittytan av bälteskudden. Lösningen robust kudde innebär en förbättrad lösning av en befintlig uppblåsbar huvudkudde. Lösningsförslaget bälteskudde utan horn innebär en form utifrån befintliga bälteskuddar men utan hornfunktionen. Lösningsförslaget ribbor innebär en kudde endast uppbyggd av runda uppblåsbara ribbor med utseende liknande en luftmadrass.

Slutligen innebär lösningsförslaget kudde med kanter en kudde som har inramning i form av uppblåsbara kanter kring kudden för stöd och som tydligt visar var barnet ska sitta.

Slutligen sammanfattas lösningsförslagen för delproblemet förvaring sammanfattas i fem olika grupper, se figur 4. Lösningen stång innebär att en stång är inbyggd i bälteskudden, där kudden rullas runt för att packa ihop kudden. Funktionen kan på så sätt underlätta ihoprull-ningen och minimera förvaringsvolymen. Lösihoprull-ningen klaffar innefattar två hårda sidokanter som trycks ihop och bildar en låda där de textila materialet som bildar själva kudden ska förvaras emellan. Lösningen integrerad påse betyder att en påse är fastsydd i kudden där kudden sedan förpackas och förvaras. Lösningen paraplyfunktion innebär att bälteskudden förvaras likt ett paraply med rem. Det sista lösningsförslaget är extern påse som innebär en separat påse att förvara kudden i.

Figur 2: Sammanfattning av lösningsförslag från delproblemet fästen. Förslagen sammanställs i sex olika grupper.

Figur 3: Sammanfattning av lösningsförslagen från delproblemet uppbyggnad. Förslagen sam-manställs i sex olika grupper.

Figur 4: Sammanfattning av lösningsförslag från delproblemet förvaring. Förslagen samman-ställs fem olika grupper.

4.3.3 Extern sökning

Den externa sökningen utgår från delproblemet blåsmekanism. På dagens marknad finns ett flertal lösningar för att blåsa upp olika föremål med. Utbudet varierar mellan mekaniska och manuella lösningar. En mekanisk lösning som genererats är elektrisk pump som blåser luft med hjälp av elektricitet anslutet till ett vägguttag [28]. Produkten visas i figur 5. Ett annat lösningsförslag för att expandera bälteskudden är genom en handpump, se figur 6. Lösningen är montagekudden winbag som expanderas genom att trycka på en blåsa med handen [29]. Det sista lösningsförslaget är att blåsa upp föremålet med hjälp av egen lugnkraft [30]. Lösningen är hämtad från Bazaargadgets uppblåsbara banan, utformningen för mekanismen visas i figur 7.

Figur 5: Lösningsförslag av blåsme-kansim. Lösningen är en elektrisk pump i anslutning till ett vägguttag [28].

Figur 6: Lösningsförslag av blåsme-kansim. Lösningen är en pumpblåsa där pumpblåsan trycks ihop för att fö-ra in luft i påsen [29].

Figur 7: Lösningsförslag av blåsme-kansim. Lösningen är ett munstycke som blåser upp med hjälp av lung-kraft [30].

4.3.4 Utforska systematiskt

Lösningarna som genererats från workshopen struktureras in i olika grupper. Grupper som innehåller metallkonstruktioner och multifunktionella lösningar elimineras direkt utifrån ett externt beslut som teamet tillsammans med handledare för projektet tagit. Anledningen till detta är att metallkonstruktioner riskeras bli för tunga och multifunktionella lösningar anses redan finnas på marknaden.

Lösningar som fortfarande anses relevanta utifrån produktspecifikationen struktureras i olika konceptklassifikationsträd. Resultatet från delproblemet fästen omfattar fem primära lös-ningar och visas i figur 8. Till skillnad från figur 2 har knäppfunktion specificerats till karbinhake men erhåller samma funktion.

Delproblemet förvaring omfattar två primära lösningar i form av en allt-i-ett-lösning eller en extern påse. Utifrån allt-i-ett-lösningen erhålls fyra sekundära lösningsförslag, se figur 9.

Slutligen grupperas lösningsresultatet från delproblemet uppbyggnad, se figur 10. Resul-tatet består av de två primära lösningsalternativen dragspel och uppblåsbar bälteskudde. Till skillnad från figur 4 har lösningsförslaget ribbor utvecklats till två olika lösningar. Ribbor inne-bär endast en kudde uppbyggd av cylindrar medan ribbor med ram inneinne-bär cylindrar på toppen och raka ytor nedanför, likt en luftmadrass.

I lösningsträdet för uppbyggnad skiljer de två primära lösningarna sig åt. Dragspelslös-ningen saknar blåsmekanism och anses därför avvika från projektets riktlinjer. Trots det anses lösningen vara såpass intressant att ett externt beslut tas om att hålla kvar lösningen. Däremot delegeras konceptet över till en utomstående teammedlem inom företaget för vidare konceptut-veckling och arbetet kommer därmed inte längre ta hänsyn till lösningsförslaget.

De fortsatt möjliga lösningarna strukturers in i en konceptkombinationstabell. Lösningar-na till förvaringsproblemet anses kunLösningar-na kombineras med alla övriga lösningar och konceptkombi-nationstabellen fokuserar därför endast på möjliga lösningar mellan delproblemen uppbyggnad och fästen, se bilaga B. Utifrån de möjliga lösningskombinationerna från konceptkombinations-tabellen anses alla kombinationer fullt möjliga och vardera lösningsförslag visas med skisser i bilaga C.

Figur 9: Ordnade lösningsförslag av delproblemet förvaring, som innebär två primära lösningar med fyra sekundära lösningar.

Figur 10: Ordnade lösningsförslag av delproblemet uppbyggnad, som innebär två primära lös-ningar med två respektive fem sekundära löslös-ningar.

4.4

Konceptval

En konceptpoängsättning genomförs på vardera lösningsförslag till delproblemen fäste, för-varing, uppbyggnad respektive blåsmekanism. Referenskonceptet till beslutsmatrisen är den likvärdiga produkten BubbleBum. Alla lösningar anses uppfylla tillverknings- och säkerhets-kraven. Därför väljs de mest avgörande behoven som urvalskriterier.

Resultatet för poängsättningen av fästen visas i tabell 4. Lösningsförslaget rem får högst poäng utifrån kriteriet tillverkningskostnad men däremot inte lika högt utifrån kriteriet intuitiv. En känslighetsanalys för de olika lösningsförslagen genomförs där bland annat urvarlskriteriet tillverkningskostnad inte anses lika värdefullt och kriteriet säkerhet ökas istället, se tabell 5. Lösningsförslaget rem står återigen som vinnare och anses därför som det rätta konceptet att arbeta vidare med.

Tabell 4: Konceptpoängssättning av delproblemet fästen. Utifrån poängsättning får ”rem” högst poäng och ses därför som vinnare.

Tabell 5: Känslighetsanalys av fästen. Genom att ändra viktfaktorerna förändras poängställ-ningen och ”rem” erhåller högst igen och där med ses som vinnare.

För delproblemet förvaring utgår konceptpoängsättningen från fyra olika kriterier där tillverkningskostad och förpackningsvolym får högst viktfaktor, se tabell 6. Lösningsförslaget extern påse får högst poäng då lösningen betygssätts högst utifrån kriteriet enkel användning. En känslighetsanalys genomförs där kriteriet tillverkningskostnad får en ökande viktfaktor och kriteriet skydda produkten minskar. Resultatet av analysen ger lösningen extern påse som vinnare och där med de bästa lösningsförslaget, se tabell 7.

Tabell 6: Konceptpoängsättning av delproblemet förvaring. Utifrån poängsättning får ”Extern påse” högst poäng och ses därför som vinnare.

Tabell 7: Känslighetsanalys av förvaring. Genom att ändra viktfaktorerna förändas poängställ-ningen och ”Extern påse” erhåller högst poäng igen och där med ses som vinnare.

För delproblemet uppbyggnad skiljer sig urvalkriterierna jämfört med konceptpoängs-sättningen för fästen och förvaring. Exempelvis är kriteriet lätt att förvara ett betydelsefullt kriterium för uppbyggnaden. Poängsättningen av lösningsförslagen ger robust kudde mest po-äng och därmed det vinnande lösningsförslaget, se tabell 8. Resultatet för känslighetsanalysen visas i se tabell 9. Återigen står lösningsförslaget robust kudde som vinnare.

Tabell 8: Konceptpoängsättning av delproblemet uppbyggnad. Utifrån poängsättning får ”robust kudde” högst poäng och ses därför som vinnare.

Tabell 9: Känslighetsanalys av fästen. Genom att ändra viktfaktorerna förändas poängställ-ningen och ”robust kudde” erhåller högst poäng igen och ses därmed som vinnare.

Slutligen visas resultatet av poängsättningen för delproblemet blåsmekanism. Kriterier-na är tillverkningskostKriterier-nad, enkel användning och lätt att förvara. Lösningsförslaget manuell uppblåsning via mun är det vinnande lösningsförslaget, se tabell 10.

Tabell 10: Konceptpoängsättning av delproblemet uppblåsningsmeknism. Utifrån poängsätt-ning får ”manuellt uppblåsbar via mun” högst poäng och ses därför som vinnare.

Sammanfattningsvis består det vinnande konceptet av rem som fästmekanism för bältet, externpåse som förvaringsmöjlighet och robust kudde som uppbyggnad. Uppblåsning av kudden sker manuellt med hjälp av egen lungkraft.

4.5

Visualisering av bälteskudde

Det slutliga konceptet skissas upp på papper och visas i figur 11. Utifrån skissen tillverkas en fysisk prototyp i materialet frigolit och tillverkas som en massiv kropp och saknar därför den uppblåsbara funktionen, se figur 12.

Prototyperna utgör grunden till den slutliga CAD-modellen där bälteskuddens fäste och utformning preciseras ytterligare, se figur 13. En sammanställning av hela CAD-modellen visas i bilaga D. Måtten på modellen utgår ifrån antropometrisk data och måttdata från likvärdiga produkter på marknaden. Utvalda måttreferenser visas i figur 14 och 15.

Figur 11: En första skiss av de vinnande kon-ceptet, med en robust kudde-uppbyggnad och remmar som fästen för säkerhetsbältet

Figur 12: Fysisk prototyp av det vinnande kon-ceptet, en robust kudde-uppbyggnad och rem-mar som fästen för säkerhetsbältet

Figur 14: Visar mått för bälteskuddens sittyta samt bälteskuddens yttermått.

Figur 15: Visar mått för bälteskuddens höjd samt mått för remmen och remfästets position.

4.5.1 Konkretisering av funktion

När bälteskudden placeras i bilen krävs det att remmen på ena sidan öppnas för att bältet ska hamna emellan. På andra sidan kan bältet träs igenom utan att öppnas för att sedan förslutas i bältesfästet i bilen. En illustration över hur bältet sitter i förhållande till bälteskudden visas i figur 16.

I remmens ände fästs en metallbricka som trycks nedifrån och upp in i magnethuset. I magnethuset finns en magnet som drar metallbrickan mot sig och därmed fästs remmen mot bälteskudden. Huset består också av ett mekaniskt stopp i form av två kanter på ovansidan samt en halsöppning som är till för att metallbrickan inte ska kunna dras uppåt, se figur 17 och 18.

Eftersom kudden blåses upp med munnen finns det en strypbackventil som blåsmekanism. Ventilen gör så att luften kommer in i kudden men riskerar inte att åka ur vid ett nytt andetag. För att tömma kudden på luft vrids ventilen till ett annat läge och luften kan passera ut.

Kudden är uppbyggd med tre mellanväggar. Varje vägg har hål i sig för att kunna sprida luften genom hela kudden. Väggarna gör så att kudden håller sin tänkta geometri och visas i figur 19.

Figur 16: Illusion hur bältet i bilen sitter i förhållande till remmarna och bälteskudden. På ena sidan krävs att remmen öppnas och försluts medan remmen kan hållas försluten på andra sida och trä bältet igenom.

Figur 17: Brickan och magneten hålls separat. Figuren symboliserar hur fästet fungerar när bältet knäpps fast i bälteskudden.

Figur 18: Fysisk prototyp av det vinnande kon-ceptet, en robust kudde-uppbyggnad och rem-mar som fästen för säkerhetsbältet

Figur 19: Hur bälteskudden är uppbyggt för att hålla den tänka formen när den är uppblåst och redo för att användas.

4.6

Materialval

Komponenterna för bälteskudden som kräver ett specifikt materialval är magnethus, kudde, remmar, och bricka. Materialvalet för magnethuset plottas med hjälp av EduPack där olika plast- och gummimaterial jämförs utifrån pris och sträckgräns, se figur 20. De bäst lämpade materialet för komponenten är polyamid(PA6) då priset är relativt lågt och sträckgränsen är hög.

För komponenten bricka är ett krav att materialet är magnetiskt. Även här eftertraktas ett billigt material med hög sträckgräns men som dessutom ska vara korrosionsbeständigt. De material som uppfyller kraven är ferritiskt rostfritt stål och väljs därför till komponenten, se figur 21.

För att ta beslut om material till kudde och remmar genomförs detta i samråd med tex-tilingenjör Anders Kärrman. För kudden utgår materialvalet från kraven att vara lättrengörligt, mindre plast-känsla och ha hög nötningshållfasthet. Ett fint ripsvävt syntetmaterial i polyamid anses vara lämpligt och blir det slutliga materialvalet för kudden. För att få kudden helt lufttät beläggs insidan med polyuretan. För remmarna faller materialvalet också på vävd polyamid fast med en grövre trådstruktur. Ventilens material är beroende av vad som finns på marknaden. En sammanställning av hela bälteskuddens olika material visas i figur 22.

Figur 20: Materialkarta för komponenten magnethus visar 11 olika material som innefattar både plast och gummimaterial. Materialet till komponenten väljs till polyamid på grund av dess höga sträckgräns och relativt låga pris.

Figur 21: Materialkarta för komponenten bricka visar sex olika material som innefattar olika magnetiska metallmaterial. Materialet i komponenten utgörs av rostfritt stål på grund av att materialet behöver vara korrisionsbeständigt.

Figur 22: Sammanställning av materialvalet för bälteskuddens ingående komponenter. För kom-ponenterna bricka och magnethus utgår materialvalet från materialdata. I samråd med expert väljs material till bricka och magnethus.

4.7

Beräkningar

Genom att studera bälteskuddens spänningskoncentrationer analyseras hållfastheten för rem-fästets komponenter och kudden. Volymen för det valda konceptet beräknas för att ta fram en förpackningsvolym.

4.7.1 Hållfasthet

För att beräkna spänningen i metallbrickan så appliceras en dragkraft som symbolicerar att någon drar i remmen uppåt. Brickan utsätts alltså för en dragkraft och påverkas samtidigt av magnetkraften nedåt och inåt. Den resulterande kraften uppåt antas vara 100 N utbredd över hela remfästet och symboliserar att ett barn drar i remmen. Den högsta spänningen som uppstår i komponenten är 125 MPa och uppnår inte materialets sträckgräns som är 172 MPa, vilket betyder att materialet inte plasticeras, se figur 23. Spänningar i magnethuset simuleras i samband med att magnethuset påverkas av dragkraften från metallbrickan. Den utbredda tryckkraften som då uppstår på magnethuset utsätter det mekaniska stoppets inre kanter med en kraft på 50 N vardera och uppnår en maximal spänning på 10 MPa, se figur 24. Magnethuset utsätts också för en utbredd tryckkraft som symboliserar att metallbrickan trycker underifrån vinkelrätt mot magnethusets mekaniska stopp och tas upp av de överliggande kanterna. Kraften tilldelas storleken 100 N som fördelas jämt och komponenten uppnår en maximal spänning på 20 MPa, se figur 25. I båda fallen är den maximala spänningen under materialets sträckgräns,

Figur 23: Brickan utsätts för kraften 100 N. Den maximala spänningen uppnår inte materialets sträckgräns vilket resulterar i att materialet inte plasticeras.

Figur 24: Magnethuset utsätts för tryckande kraft mot dess kanter. Maximala spänningen uppnår inte materialets sträckgräns och där med kommer ingen plasticering ske.

Figur 25: Magnethuset utsätts för tryckande kraft mot de överliggande kanterna. Den maximala spänningen uppnår inte materialets sträckgräns och där med kommer ingen plasticering ske.

Vid beräkning av kudden approximeras modellen till ett rätblock med samma ytterdi-mentioner som CAD-modellen. Rätblocket tilldelas materialet polyamid(PA type 6) i ren form och inte som vävd syntetfiber. Genom att blåsa upp kudden med luft skapas ett övertryck inuti kudden. Trycket sätts till 1,3 MPa och de maximala spänningarna som uppstår är 214 MPa. De största spänningarna sker i kanter och hörn, som i detta fall symboliserar sömmarna på bälteskudden, se figur 26. Vidare placeras en utbredd last på kudden med storleken 400 N som ska symbolisera ett barn med en vikt på 40 kg som sitter på bälteskudden, se figur 27. Spänningskoncentrationerna är fortfarande störst i kanter och hörn men avtar i jämförelse med beräkningen i figur 26. Den maximala spänningen som uppstår är 211 MPa.

Figur 27: Kudden utsätts för spänningar som motsvarar kudden i ett uppblåst läge med en nedåtgående utbredd kraft som motsvarar ett sittande barn. Spänningskoncentrationerna är störst i kanter och hörn.

4.7.2 Volym

Materialmängdsvolymen för bälteskudden uppgår till 651 cm3.

V = 651 · 1.5 = 976cm3 (2) Förvaringsvolymen uppgår till 0,976 liter. Den totala massan för bälteskudden uppgår till 0,388 kg.

5

Diskussion

Dagens befintliga bälteskuddar är svåra att packa med sig och dyra att hyra vid resor. Det finns ett fåtal uppblåsbara bälteskuddar på marknaden idag. Dessa anses inte vara tillräckligt utvecklade. Vid användandet upplevs det att barnen lätt glider av och får därmed försämrad komfort och säkerhet. Syftet med arbetet är därför att underlätta och öka möjligheterna att transportera och resa med barn i bil på ett säkert sätt där målet är att ta fram ett koncept för en uppblåsbar bälteskudde som slutligen resulterar i en fullständig CAD-modell. Med avseen-de på projektets avgränsningar skapas en bälteskudavseen-de som anses uppfylla avseen-de krav potentiella kunder ställer på produkten. Projektet utförs tillsammans med designföretaget ÅF på mekani-kavdelningen i Malmö.

Genom att granska de olika säkerhetskrav som finns för bälteskuddar ges en inblick i vad som krävs för att utveckla en så fullständig produkt som möjligt. Det uppges även att produkten ska anpassas till barnets längd vilket leder in på hur viktigt det är med antropometriska mått. Emellertid är det betydligt svårare att finna antropometriska mått för barn i Skandinavien men måtten som används anses ändå vara rimliga att tillgodose i arbetet då de överensstämmer med befintliga produkters måttsättningar.

Konceptutvecklingen följer strategiska metoder som börjar med att samla in kundbehov. Genom att intervjua sex personer, inkluderat analys av produkt i användning, resulterar det i ett resultat som genererar likartade behov och antalet intervjuade personer behövs därför inte utökas, till skillnad från om intervjusvaren hade varit mer varierande. Behoven behövs däremot kompletteras utifrån projektets egna krav men anses ändå vara en väl utvald metod. Behoven utgör sedan projektets produktspecifikation som har följt hela projektets gång.

Genom att utnyttja ÅF’s egna resurser genomförs en workshop som genererar en stor mängd kvalitativa lösningar. Den interna sökningen utgår ifrån delproblemen fäste, förvaring och uppbyggnad då de anses kunna generera nya innovativa lösningar som inte redan finns på marknaden. Däremot utgår den externa sökningen från delproblemet blåsmekanism då kompo-nenten redan existerar, frågan är bara vilken av marknadens lösningarna som uppfyller kraven bäst. Delproblemen till den interna sökningen kan också genomföras som extern sökning, men då lösningsalternativen utifrån workshopen anses vara tillräckliga så genomförs inte ytterliga-re sökningar. Vid den interna sökningen geneytterliga-reras lösningar som är anses vara unika för sitt sammanhang, det vill säga att vissa av lösningarna och dess funktioner finns redan men utform-ningen och funktionen är unik som genereras till bälteskudden. Risken med att inte generera fullständigt nya idéer är att produkten kan lätt efterlikna befintliga produkter och inte bli tillräckligt innovativ eller differentierad. Risken med att tillämpa externsökning är nya unika lösningar kan missas att genereras och på så sätt minskas risken att skapa en ny unik produkt. Utifrån ÅF´s hanledning och riktlinjer har projektteamet tillsammans beslutat vilka delar som ska genomgå vilken sökning.

Vid d missaen systematiska utforskningen av lösningsförslagen hålls en tät kommunika-tion med projektets handledare vid ÅF som utifrån egna intuikommunika-tioner och erfarenheter eliminerar olika grenar. Metoden gör också så att arbetet struktureras och förenklas vilket har bidragit till att projektet effektiviserats. Exempel på omdelegering är dragspelslösningen, som innefat-tar två hårda sidor som dras isär för att få fram sittytan och delegeras vidare till en extern medarbetare på ÅF. Därmed behöver projektteamet inte längre avsätta någon ytterligare tid på det lösningsförslaget. Resultatet för konceptet har dessvärre visat sig inte vara tillräckligt

Valet av metod uppfyller därför inte sitt syfte, å andra sidan leder metoden till en förenklad konceptpoängsättning vid konceptvalet. Konceptpoängsättningen utgår i detta fall från vardera lösningsförslag istället för vardera konceptkombination.

Konceptvalet utgår också ifrån kriterier som följer produktspecifikationen vilket ger en mer kvalitetssäker och efterfrågad produkt. Referenskonceptet är den likvärdiga produkten Bubble-Bum som är uppbyggd med hjälp av en mindre uppblåsbar kudde med ett täckande fodral [3]. Bältesfästena är mindre formade plastdetaljer där bältet kilas in och hålls på så sätt kvar. Kud-den förvaras i en extern påse och har förpackningsvolymen ca 1.2 liter. KudKud-dens massa är ca 700 gram och har ett invändigt skum som både tar förvaringsvikt och förvaringsutrymme. De invändiga skummet sägs ha betydelse för produktens säkerhet om en punktering skulle inträffa, å andra sidan blir det betydligt svårare att få ut all luft då skummet är till viss del självex-panderande. Kudden blåses upp med hjälp av lungkraft genom en två-vägsventil. Efter vardera poängsättning i konceptvalet genomförs en känslighetsanalys. Varje känslighetsanalys genererar samma vinnare vilket tyder på att metoden tillför pålitliga vinnare. Vid poängsättning av blås-mekanismen anses vara såpass överlägsen att ingen känslighetsanalys behöver utföras. Kriteriet enkel användning står för 50% av viktfaktorn och anses tillsammans med handledare att det är de absolut viktigaste kriteriet för den delen av produkten. En känslighetanalys känns därför inte relevant och lösningsförslaget ”manuellt uppblåsbar via mun” står kvar som det vinnande konceptet. Med hänsyn till projektets krav ”att vara brukbar fler än en gång” elimineras blås-mekanismer som sker kemiskt. Det vill säga att med hjälp av gas kan kudden blåsa upp sig själv men kan då inte blåsas upp igen och syftet med produkten kan därför inte uppfyllas.

Vid visualisering skapas skisser och en skissmodell i första skedet som ger perspektiv på dimensioner och former samt är nödvändigt för att säkerhetsställa att produkten anpassas till användargruppen. Det gör det problematiskt att visualisera konceptet när alla modeller som tillverkas är stela kroppar och därmed kan inte den slutliga funktionen testas. Det försvårar även arbetet med att utveckla dess former då det är svårt att förutse hur produkten kommer bete sig i uppblåst tillstånd. En liten förändring kan medföra en stor skillnad för produktens helhetsuttryck. Samtidigt har teamet inte tillräcklig kunskap kring just mjuka modeller och därför avgränsas projektet. För att få en ännumer verklig och trogen känsla av konceptet är en fullständig prototyp med fungerande funktioner nästa steg i utvecklingen för produkten.

Fästfunktionen till remmarna utformas i syfte att försvåra för barnen att själva kunna lossa remmen och därmed riskera att bältet inte hålls i korrekt position. Genom en magnetkraft som kompletteras med ett mekaniskt stopp utökas säkerheten ytterligare. Magnetens kraft är i projektet odefinierat då det finns en stor mängd varianter att välja på och den storlek som lämpar sig bäst bör testas på en mjuk modell för att se vilken maximal kraft modellen klarar av.

För materialvalet krävs först en förstudie för att analysera vad som finns för lufttäta produkter och vad som kännetecknar materialet. I samråd med en expert stärks motiveringen till ett vävt syntetmaterial. Materialet är slitstarkt vilket är en viktig faktor för att vara så säker som möjligt. Genom att välja ett vävt material förminskas också känslan av plastighet vilket också medför att inget extra fodral eller beläggning på sittytan behöver tillkomma. Vid val av material till magnethuset väljs ett plastmaterial då materialet har en hög sträckgräns men samtidigt är relativt billigt. Valet av material till brickan faller på ferritiskt rostfritt stål. Med hänsyn till att brickan måste vara magnetisk begränsas alternativen för valet av material avsevärt. Produkten kan också utsättas för fukt vilket betyder att stålet bör vara rostfritt för att vara så hållbart som möjligt.

De krafter som verkar mot magnet, bricka och magnethus är svårbestämda. Det är svårt att förutse vilken storlek på dragkraften som är lämplig för magneten och vilken kraft ett barn

kan dra med i remmen som i sin tur påverkar brickan och magnethuset. Kraften i remmen som antas till 100 N och anses vara en god approximation. Kraften från magneten ska vara tillräcklig för att brickan ska sitta på rätt plats i magnethuset och verka på brickan. Det ska emellertid beaktas att magnetkraften inte heller får vara för stor då det ska gå smidigt att lossa brickan från magneten och magnethuset.

Vid analys av spänningskoncentrationerna avgränsas projektet till att inte ta hänsyn till textilers hållfasthet. Kudden antas ha ett inre tryck på 1,3 MPa, vilket skapar ett övertryck inuti kudden. Med hänsyn till att materialdata för vävt syntetmaterial inte finns att tillhandahålla samt hur mycket belastning sömmarna klarar av att bli belastade med, kan beräkningen inte heller avgöra om kudden kommer gå sönder eller inte. Däremot visar analysen att sömmarna är det mest kritiska området vilket måste beaktas vid tillverkning av en verklig produkt. När ett barn sedan placeras på kudden ökar trycket i kudden och spänningarna omfördelas eftersom att kudden utsätts för en kraft nedåt, spänningskoncentrationerna minskar och det kan förklaras med att sömmarna inte längre är lika kritiskt belastade eftersom att spänningarna fördelars sig ut på bälteskuddens väggar.

Förvaringsvolymen som beräknas utgår från CAD-modellen. Materialmängden som häm-tas utgår från ett fullt idealt tillstånd där all luft inuti kudden är tömd, vilket är svårt att uppnå. För att ge en mer realistisk beräkning multipliceras materialmängden med en luftkon-tant som antas vara 50 % av den totala materialmängden. Det är även en osäkerhet i att beräkna sömsmån och materialets tjocklek då tillverkningsmetoden inte är fastställd, därför anses den valda metoden som den mest optimala för projektet. Förvaringsvolymen är dessutom betydligt mindre än den liknande produkten BubbleBum vilket gör arbetets produkt till mer konkurrenskraftig på marknaden. Beräkningen av massan för bälteskudden är osäker. Det är svårt att uppskatta hur mycket densiteten för vävd polyamid skiljer sig jämfört med material-datan i CAD-programmet. Det är också en svårighet att uppskatta hur mycket varje enskild komponent väger. Resultatet anses ändå rimligt med hänsyn till referensproduktens volym och massa. Massan för den utvecklade bälteskudden anses rimlig för att uppfylla syftet då mas-san inte överstiger vad som redan finns på marknaden och bidrar därför till att underlätta för familjer att packa med sig kudden vid resa.

Beräkningen av massan för bälteskudden är osäker. Det är svårt att uppskatta hur mycket densiteten för vävd polyamid skiljer sig jämfört med materialdatan i CAD-programmet. Det är också en svårighet att uppskatta hur mycket varje enskild komponent väger. Resultatet anses ändå rimligt med hänsyn till referensproduktens volym och massa. Massan för den utvecklade bälteskudden anses rimlig för att uppfylla syftet då massan inte överstiger vad som redan finns på marknaden och bidrar därför till att underlätta för familjer att packa med sig kudden vid resa.

Eftersom att bälteskuddar används inom ett relativt begränsat område som styrs av hur ett bilsäte är utformat och vilka komponenter som måste finnas på bälteskudden för att upp-fylla säkerhetskraven, så är ramen för ett helt nytänkande koncept också begränsat. Produk-ten anses lik referensprodukProduk-ten vilket kan ses som en styrka då konsumenter känner igen och förstår dess användningsområde. Den framtagna produkten differentierar sig i förhållande till referensprodukten i estetisk synpunkt tillsammans med förbättrade egenskaper i form av för-varningsmöjligheter och kan därför bli konkurenskraftig på marknaden.

Kudden avgränsas till att endast anpassas till barn som är mellan åldrarna 5-10 år. Enligt den antropometriska datan täcker spannet in de längdkrav som finns. Genom att inte avgränsa

tatet av det kan då leda till att förpackningsvolymen ökar och att produkten är svår att rikta till en specifik målmarknad vid försäljning, vilket i sin tur kan skapa osäkra kunder. Däremot kan bälteskudden användas inom flera användningsområden än enbart det primära. Exempel-vis vid biobesök då barnet behöver lyftas upp. Bälteskuddens mått utgår ifrån målgruppens medellängd och referensprodukter, i arbetet visas endast referensmått för modellen. Ytterliga-re mått bestäms då tillverkningsmetoder är fastställda. Arbetet har avgränsat bälteskuddens tillverkningsmetoder men utgår ändå från att alla komponenter är fullt möjliga att tillverka.

Vid olika konceptval har kravet tillverkningskostnad värderats till en hög betydelsefaktor för att produkten ska bli så prisvärd som möjligt. För att garantera kriteriet uppfylls krävs nog-grannare undersökningar och beräkningar. Det krävs också att tillverkningsmetoder fastställs vilket i sin tur leder till att konceptet behöver tillverkningsritningar och tydligare dimensio-ner på materialet som används. Konceptet erhåller de komponenter som antas behövas för att uppfylla säkerhetskraven från produktspecifikationen, det vill säga mekanism för att hålla ne-re bältet på ett korne-rekt avstånd till barnet samt funktion för att lyfta upp barnet i korne-rekt position. För att garantera att kudden är helt säker krävs noggrannare tester för ett säkerhets-godkännande.

För vidare utveckling av konceptet bör miljöaspekter tas i beaktande. Genom att göra materialval där återvinningsmöjligtheter och energiåtgång vid tillverkning har stor betydelse kan en hållbar och mer konkurrenskraftig produkt utvecklas som dessutom kan bidra till en hållbar framtid. I dagsläget är allt material som bälteskudden är gjort av tillverkat i plast, vilket kan återvinnas om källhantering sker på ett korrekt sätt. Däremot kan inga slutaster dras om det är energieffektiva material att återanvända utan bör studeras närmare på.

6

Slutsats

Detta examensarbete har i samarbete med ÅF tagit fram ett koncept för en uppblåsbar bäl-teskudde. Syftet med arbetet är att underlätta för familjer och inte tumma på säkerheten vid resa med barn som kräver bälteskudde.

Med hjälp av strategiska metoder för produktutveckling och verktyg har arbetet mynnat ut i ett koncept som visualiseras i en CAD-modell och en enklare prototyp. Konceptet innebär en robust kudde med remmar som hjälper till att hålla bältet på rätt plats. Remmarna fästs med hjälp av en metallbricka som fästs samman med en magnet som i sin tur sitter i ett magnethus försluten till kudden.

Syftet anses vara uppnått då produkten är enkel att förpacka, håller en låg förpacknings-volym jämfört vad som finns på dagens marknad och är därmed enklare för familjer att packa med sig vid resa. Produkten är också anpassad till målgruppen samt erhåller de funktioner som krävs för att vara en så säker produkt som möjligt. För att göra produkten ännu mer säker krävs noggrannare hållfasthetsberäkningar på kudden vilket betyder att materialdata för kud-dens material behöver fastställas. Produkten behöver dessutom testas för att säkerhetsställa att den uppfyller de krav som krävs för att vara säkerhetsgodkänd och produkten behöver också uppfylla de europeiska säkerhetskrav som finns.

Referenser

[1] Trafikverket. Barn i bil [Internet]. Borlänge: Trafikverket [uppdaterad 17-03-2017; citerad 01-02-2019]. Hämtad från:

https://www.trafikverket.se/resa-och-trafik/Trafiksakerhet/Din-sakerhet-pa-vagen/Sakerhet-i-bil/Barn-i-bil/ [2] Hertz. Bansäkerhet i trafiken [Internet]. [okänt datum; citerad 01-02-2019]. Hämtad från:

https://www.hertz.se/rentacar/productservice/index.jsp?targetPage=svSE_ childseats.jsp

[3] BubbleBum. BubbelBum [Internet]. Londonderry: Northern Ireland Science Park 2011 [okänt år; citerad 01-02-2019]. Hämtad från: https://www.bubblebum.com

[4] Let´s go explore [Blogg på internet]. Nacka: Lisa Fahlåker; 2011. [uppdaterad 28-03-2017; citerad 26-03-2019]. Hämtad från:

https://letsgoexplore.se/2017/03/28/bilstol-pa-resa/

[5] ÅF Pöyry. Kort om ÅF [Internet]. Mölnlycke: ÅF 2018 [okänt datum; citerad 01-02-2019]. Hämtad från: http://www.afconsult.com/sv/om-af/i-korthet/

[6] Resa med barn. Bältets position [Internet]. 2010 [okänkt datum; citerad 01-03-2019]. Hämtad från: http://www.resamedbarn.eu/bilbarnstol-alder-regler-sakerhet/ [7] Horn på bälteskudden [Internet] [citerad 22-03-2019]. Hämtad från:

http://dyrbarlast.se/balteskudde/baltesstol-eller-kudde-det-ar-fragan/ [8] Nationalföreningen för trafiksäkerhetens främjande. Godkännanden för bilbarnskydd [Internet]. Stockholm:NTF;okänt år [okänt datum; citerad 01-03-2019]. Hämtad från: https://ntf.se/konsumentupplysning/barn-i-bil/godkannanden/

[9] Lueder R, Berg Rice V.J. Ergonomics for children, Designing products and places for toddlers and teens. Upplaga 1. New York: Taylor and Francis Group; 2013.

[10] Dianat I, Molenbroek J, Ignacio-Castellucci H. A review of the methodology and applications of anthropometry in ergonomics and product design. Ergonomics, 2018 Nov;61(12):1696-1720.

[11] Andersson E. Utveckling av vippgunga för barn i åldrarna 1-3 år [examensarbete på internet]. Skövde:Högskolan i Skövde;2013 [citerad 20-03-2019]. Hämtad från:

https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:630849/FULLTEXT01.pdf

[12] Arbor A. Anthropometry of infants, children and youth to age 18, for product safty design [Internet]. Upplaga 1. Michigan:By the highway research institute;1977. [citerad 27-03-2019]. Hämtad från:

https://www.scribd.com/doc/45252116/Child-Anthropometry-Data.

[13] Ekens naval AB, PVC eller hypalon [internet]. [citerad 09-05-2019]. Hämtad från: https://www.ekensnaval.com/pvc-eller-hypalon

[14] Wikipedia, velour [internet]. [citerad 09-05-2019]. Hämtad från: https://sv.wikipedia.org/wiki/Velour