rbete Examensa OMKONSTRUKTION AV 1
SNABBKOPPLINGSSERIE
REDESIGN OF QUICK COUPLING SERIES
Examensarbete inom huvudområdet Integrerad Produktutveckling
Grundnivå, G2E 30 Högskolepoäng Vårtermin 2021
Felicia Samuelsson David Frenger
Huvudhandledare: Nathanaël Kuipers
Biträdande handledare: Johanna Höög
Examinator: Peter Thorvald
Försäkran om eget arbete
Denna uppsats har 2021-06-01 lämnats in av Felicia Samuelsson och David Frenger till Högskolan i Skövde som uppsats för erhållande av betyg på̊ grundnivå, G2E inom huvudområdet Integrerad Produktutveckling.
Vi intygar att vi för allt material i denna uppsats som inte är vårt eget arbete har redovisat källan och att vi inte - för erhållande av poäng - har innefattat något material som vi redan tidigare har fått tillgodoräknat inom våra akademiska studier.
Felicia Samuelsson David Frenger
Sammanfattning
Arbetet har utförts vid Högskolan i Skövde i samarbete med Parker Hannifin AB.
Arbetets fokus har kretsat kring de frågeställningar som initialt sattes upp. Den inledande förstudien omfattar informationsinsamling angående Design for Manufacturing and Assembly vilket var essentiellt att utforska innan arbetet fortsatte.
Litteraturstudien undersöker även hur hållbarhetsaspekter, användbarhet och Reversed
Engineering kan inkluderas i arbetet. Ett stort fokus har även lagts på att analysera den
nuvarande produkten för att få klarhet i problemet, vad produkten är, vad den används
till, hur den används och vem som använder den. Analyseringen av produkten i
kombination med litteraturstudien la sedan grunden för kravspecifikationen som i sin
tur används vid konceptutveckling. Resultatet är konceptförslag på en omkonstruktion
av snabbkopplingen som tillåter att likadan adapter kan användas på båda sidor om
kopplingen, konceptförslaget kan även kombineras med olika omkonstruktioner som
gjorts utifrån Design for Assembly på några av de ingående komponenterna.
Abstract
The work has been carried out at the University of Skövde in collaboration with Parker
Hannifin AB. The focus of the work has revolved around the research questions that
were raised in the beginning of the project. The initial literature study includes
information gathering regarding Design for Manufacturing and Assembly, which was
essential to explore before future work was carried out. The literature study also
examines how sustainability aspects, usability and Reverse Engineering can be
included through the work. A great deal of focus has also been placed on analyzing the
current product to get clarity on the problem, what the product is, what it is used for,
how it is used and who uses it. The analysis of the product and the literature study then
laid the foundation for the requirements specification, which in turn is used during the
concept development. The result is a concept proposal for a redesign of the quick
coupling that allows the same adapter to be used on both sides of the product, the
concept proposal can also be combined with various redesigns made on some of the
included components based on aspects of Design for Assembly.
Innehållsförteckning
FÖRSÄKRAN OM EGET ARBETE I
SAMMANFATTNING II
ABSTRACT III
FIGURLISTA VI
TABELLISTA VII
1 INLEDNING 1
1.1 BAKGRUND 1
1.2 SYFTE OCH MÅL 2
1.3 STRATEGI FÖR GENOMFÖRANDE 2
2. LITTERATURSTUDIE 3
2.1DESIGN FOR MANUFACTURING AND ASSEMBLY 3
2.2DESIGN FOR MANUFACTURING 4
2.2.1DFM:S FYRA PRODUKTNIVÅER 4
2.3DESIGN FOR ASSEMBLY 5
2.3.1RIKTLINJER FÖR DFA 5
2.3.2ANALYS AV KOMPONENTER MED HJÄLP AV DFA 7
2.4HÅLLBAR UTVECKLING 9
2.4.1DESIGN FOR ENVIRONMENT 9
2.5ANVÄNDBARHET 10
2.5.1UTVÄRDERING AV ANVÄNDBARHET 10
2.6REVERSE ENGINEERING 11
3 AVGRÄNSNINGAR 12
3.1DFMA 12
3.2DFE 12
3.3ANVÄNDBARHET OCH ANVÄNDARE 12
4 ANALYS AV NUVARANDE PRODUKT 14
4.1INTRODUKTION TILL FLAT FACE SNABBKOPPLINGSSERIEN 14
4.2ANVÄNDAREN 14
4.3FUNKTIONSANALYS 15
4.3.1RESULTAT AV FUNKTIONSANALYS 15
4.4DFA-FUNKTIONSANALYS OCH REVERSED ENGINEERING 17 4.4.1RESULTAT AV DFA-FUNKTIONSANALYS OCH REVERSED ENGINEERING 18
4.5RIKTLINJER OCH STANDARDER 19
5 KRAVSPECIFIKATION 20
6 KONCEPTGENERERING 22
6.1BRAINSTORMING 22
6.1.1RESULTAT AV BRAINSTORMING 22
6.2PRESCRIPTIVE SKETCH 24
6.2.1RESULTAT AV PRESCRIPTIVE SKETCH 24
6.3CAD 26
6.3.1RESULTAT AV CAD 27
6.4.1RESULTAT AV ADDITIV TILLVERKNING 30
6.5IDÉUTVÄRDERING 31
6.6.1RESULTAT AV IDÉUTVÄRDERING 32
6.6ITERATION EFTER IDÉUTVÄRDERING 33
7 KONCEPTVAL 34
7.1PUGHS MATRIS 34
7.1.1RESULTAT AV PUGHS MATRIS 34
7.2KONCEPTVIKTNINGSMATRIS 39
7.2.1RESULTAT AV KONCEPTVIKTNINGSMATRIS 39
8 RESULTAT OCH DISKUSSION 42
8.1SLUTKONCEPT 42
8.1.1RISKANALYS PÅ SLUTLIGT KONCEPT 48
8.2DFA RIKTLINJER 49
8.3DFE OCH HÅLLBAR UTVECKLING 52
8.4SYFTE OCH MÅL 54
8.5ARBETSPROCESS OCH METODER 55
8.6REKOMMENDATIONER 56
REFERENSLISTA 57
APPENDIX 1 – IDÉUTVÄRDERING 59
APPENDIX 2 – HÅLLFASTHETSBERÄKNINGAR PÅ NY STYRNING 64
Figurlista
Figur 1: Originaluppsättning av snabbkopplingen. ... 1
Figur 2: Illustration över den planerade designprocessen... 2
Figur 3: Illustration över DFMA processen ... 3
Figur 4: Flödesschema för DFA ... 8
Figur 5: Snabbkopplingsserien FF50. ... 14
Figur 6: Funktionsanalys... 16
Figur 7:Ritning över koppling. ... 17
Figur 8:Ritning över nippel. ... 17
Figur 9: Prescriptive sketch förminskad kulhållare ... 25
Figur 10: Prescriptive sketch extra adapter ... 25
Figur 11: Prescriptive sketch förstorad adapter och förstorat nippelhus ... 25
Figur 12: Prescriptive sketch integrering mellan styrning och ventilhållare. ... 26
Figur 13: Prescriptive sketch ventil fästs med snäppfunktion ... 26
Figur 14: Cad-modell extra adapter ... 27
Figur 15: Cad-modell förstorade adapter ... 27
Figur 16: Cad-modell kulhållare integrerad med adaptern.. ... 28
Figur 17: Cad-modell adapter med integrerad ventilhållare ... 28
Figur 18: Cad-modell omgjord ventil med halvmåneformad ventilhållare ... 28
Figur 19: Cad-modell styrning integrerad med ventilhållare ... 29
Figur 20: Cad-modell styrning anpassad för ny tätningsgeometri ... 29
Figur 21: Cad-modell ventilhållare för bättre flöde ... 29
Figur 22: 3D-utskriven modell av adapter med integrerad ventilhållare ... 30
Figur 23: 3D-utskriven modell av koncept med halverad ventilhållare ... 30
Figur 24: 3D-utskriven modell av koncept med gemensam ventilhållare ... 31
Figur 25: Cad-modell förstorad adapter ... 33
Figur 26: Cad-modell förstorad adapter med förändringar efter idéutvärdering ... 33
Figur 27: Cad-modell i genomskärning påkoncept 1 - Extra adapter ... 35
Figur 28: Cad-modell koncept 1 - Extra adapter. ... 35
Figur 29: Cad-modell i genomskärning på koncept 2 – förstorad adapter ... 36
Figur 30: Cad-modeller på koncept 2 - Förstorad adapter. ... 36
Figur 31: Cad-modell i genomskärning på koncept 3 – Ny tätningsgeometri ... 37
Figur 32: Komplett Cad-modell över koncept 3. ... 38
Figur 33: Ny gemensam adapter för hona och hane. ... 42
Figur 34: Cad-modell över ny styrning efter genomförda hållfasthetsberäkningar. .... 43
Figur 35: Cad-modeller på snäppventil samt ny gemensam ventilhållare. ... 43
Figur 36: Cad-modell över hanens omkonstruerade nippelhus. ... 44
Figur 37: Cad-modell på koncept 3 - 1 (hanen) i genomskärning. ... 46
Figur 38: Cad-modell på koncept 3 - 1 (honan) i genomskärning. ... 47
Figur 39: Cad-modeller på koncept 3–1 ... 47
Figur 40: Monteringsordning för honan ... 51
Figur 41: Monteringsordning för hanen ... 51
Tabellista
Tabell 1: Identifierade A- respektive B-komponenter ... 18
Tabell 2: Riktlinjer angående färgval och logotyp ... 19
Tabell 3: Specifikation för snabbkopplingen ... 19
Tabell 4: Upprättad kravspecifikation ... 21
Tabell 5: Samling av genererade idéer från första Brainstorming sessionen ... 23
Tabell 6: Pughs matris. ... 38
Tabell 7: DFA-index och förbättringspotential... 40
Tabell 8: Resultat av viktningsmatris. ... 41
Tabell 9: Slutliga konceptet i relation till kravspecifikation. ... 45
Tabell 10: FMEA ... 48
1
1 Inledning
Följande Kapitel kommer ge en sammanfattande beskrivning om projektets bakgrund, syfte och mål samt de problemformuleringar vilka undersöks under arbetets gång.
1.1 Bakgrund
Parker Hannifin Corporation är ett globalt företag med över 55 000 anställda över hela världen. Med stor bredd och ett komplett utbud av komponenter, system och tjänster inom allt som rör rörelsekontroll i olika former gör Parker till en helhetsleverantör. Med en omsättning på drygt 100 miljarder SEK, fördelad på nio högteknologiska affärsområden, blir Parker en egen, internationell arbetsmarknad med efterfrågan på en lång rad kvalificerade yrkesgrupper, så som produktutvecklare, produktionstekniker, maskinoperatörer, ekonomer, marknadsförare, säljare och inköpare.
Parkers Flat Face snabbkopplingsserie är ett kopplingssystem där fem olika storlekar ingår.
Dessa används inom en mängd olika områden, till exempel inom lastbilar, traktorer, militärfordon, hydrauliska verktyg med mera. I dagsläget används två olika adaptrar på respektive sida om kopplingen vilket illustreras i figur 1. Detta innebär bland annat att två olika monteringsverktyg krävs. Kopplingens adapter är även enligt Parker dyrare att tillverka än nippelns samt har visat sig vara svag i konstruktionen och därmed har brott förekommit. Med detta önskar Parker att en omkonstruktion görs där koppling och nippel kan använda likadana adaptrar.
Den övergripande frågeställningen som ska utforskas under examensarbetet är:
Frågeställning 1: Hur kan en gemensam design på adaptrar i Flat Face serien uppnås?
Till den övergripande frågeställningen kommer även följande undersökas:
Frågeställning 2: Kan delar av Design for Manufacturing and Assembly användas för att utveckla dessa designförslag?
Figur 1: Snabbkopplingens originaluppsättning där de två olika typerna av adaptrar kan ses på varsin sida om kopplingen. Den undre bilden visar kopplingen i ett sammankopplat läge.
2 1.2 Syfte och mål
Syftet med projektet innebär att utifrån nuvarande design, redesigna och optimera komponenter för kopplingen och nippeln inom Flat Face snabbkopplingsserien, för att möjliggöra att likadana adaptrar kan användas på bägge sidor om kopplingen. Likadana adaptrar innebär att flertalet komponenter behöver omkonstrueras och anpassas till varandra. Detta på grund av att nippeln är mindre än kopplingen och adaptrarna har därför två olika storlekar (se figur 1). En mindre justering av någon komponent påverkar därför flertalet andra komponenter i produkten då koppling och nippel sammankopplas och samtliga komponenter i både nippel och koppling följer varandras geometrier för att erbjuda ett flöde genom kopplingen. Således behöver ritningar studeras och jämföras noggrant vid varje justering genom hela projektet.
Det primära målet innebär att den bakre adaptern som är monterad på kopplingen, hädan efter benämnt honan, ska ersättas med en likadan adapter som är monterad på nippeln, hädanefter benämnt hanen (se figur 1). Utifrån huvudmålet kommer även designförslagen undersökas med hänsyn till Design for Manufacturing and Assembly, hädanefter benämnt DFMA och hållbarhetsaspekter då optimering av komponenter är det sekundära målet. Arbetet kommer primärt genomföras på ½-tums storlek där ett slutligt designförslag presenteras i form av en 3D-modell i CAD-programmet Autodesk Inventor.
1.3 Strategi för genomförande
Med hjälp av befintlig design och funktion som en grund för vidare arbete ska DFMA användas för att underlätta montering och tillverkning samt med hjälp av CAD designa och optimera komponenter i Flat Face snabbkopplingsserien. Genom Cross (2008) fyrstegsmodell skapades en strategi och ett tillvägagångssätt som erbjuder en stabil grund att utgå ifrån men som tillåter anpassning och flexibilitet under arbetets gång. Cross (2008) utvecklade en enkel beskrivande modell av designprocessen, baserad på de mest väsentliga aktiviteter som designern utför.
Cross (2008) ser slutstadiet för processen som kommunikation av en design, i examensarbetets process är kommunikationen i stället fördelad över hela processen då designförslag förmedlas och kommuniceras löpande, slutstadiet för kommunikationen resulterar då i stället i muntlig presentation. En överblick av den planerade designprocessen för projektet illustreras i figur 2.
Figur 2: Illustration över den planerade designprocessen
3
2. Litteraturstudie
Under litteraturstudien studerades information om ämnen som ansågs vara av betydande del att förstå inför kommande arbete. I följande Kapitel undersöks först DFMA då det initialt var ett önskemål från Parker att arbetet skulle utgå ifrån. För att bredda förståelsen för de ingående delarna av DFMA studeras DFM och DFA separat. Under litteraturstudien undersöktes även hur DFM, DFA, hållbarhetsaspekter och användbarhet kan implementeras i arbetsprocessen.
Litteraturen kartlade även hur riktlinjer och metoder kan användas för att skapa förståelse för- och utvärdera komplexa komponenter.
2.1 Design for Manufacturing and Assembly
DFMA är en kombination av Design for Assembly, hädanefter benämnt DFA och Design for Manufacture, hädanefter benämnt DFM, som enligt Boothroyd et al. (2011) används för tre primära syften:
1. Som en grund för Concurrent engineering vilket innebär dialog och samarbete mellan designers och tillverkningsansvariga samt alla andra som är en del av att påverka kostnader för produkten under de tidiga stadierna av designen.
Detta för att vägleda designutvecklarna i att förenkla och förstå produkten för att minska tillverkning och monteringskostnader.
2. Ett verktyg för att jämföra konkurrenternas produkter och kvantifiera tillverkning och monteringssvårigheter.
3. Som ett kostnadsverktyg för att kontrollera utgifter samt att hjälpa till med att förhandla avtal med leverantörer. Användningen av DFMA-principer ger enligt Dejene och Nemomsa (2020) betydande besparingar i produkten eftersom 70–80% av produktens kostnad bestäms redan i designfasen.
DFMA bidrar med att systematiskt analysera koncept utifrån monterings och tillverkningsaspekter. Processen (se figur 3) resulterar i enklare och mer tillförlitliga produkter som är billigare att montera och tillverka (Boothroyd et al., 2011).
Figur 3: Illustration över DFMA processen under produktutveckling (Boothroyd et al., 2011)
4
Första steget innebär enligt Boothroyd et al. (2011) att först genomföra DFA-analysen där resultatet leder till en förenkling av produktstrukturen. Därefter, med hjälp av DFM, erhålls tidiga kostnadsberäkningar på komponenter för både den ursprungliga samt den nya designen vilka kan användas för att fatta kommande beslut. Under de tidiga stegen i DFMA processen beaktas material samt tillverkningsaspekter som ska användas för de olika komponenterna (Boothroyd et al., 2011). Efter implementeringen av DFMA-riktlinjer utvecklas nya designer, där målet är att produkterna innehåller färre delar och lättare montering uppnåtts (Dejene &Nemomsa, 2020).
2.2 Design for Manufacturing
DFM syftar till att förbättra företagets tillverkningsproduktivitet genom att bemöta tillverkningsaspekter redan under konceptutvecklingen (Fabricius, 2003). DFM kan beskrivas som ett systematiskt arbetssätt som bland annat ger en inblick i samspelet mellan produktdesign och möjliga konsekvenser i tillverkningen (Fabricius, 2003). Tillverkningsdata används i de tidigare stadierna i en designprocess för att enklare producera komponenter och produkter (Poli, 2001) där målet innebär lägre tillverkningskostnader utan att produktkvaliteten offras (Ulrich et al. 2020). DFM är enligt Anderson (2014) en beprövad och erkänd teori som fungerar och används av företag i alla olika storlekar. Att implementeringen startar med införskaffande av DFM både i designteamet och på ledningsnivå menar Fabricius (2003) beror på att verktygen inte kan implementeras korrekt om inte synsättet införts i företaget först. Designverktygen inom DFM kan ses som en steg för steg process för konceptuell design samt som en checklista, vilket även kan erbjuda projektledare och ledning möjligheten att kartlägga designens framsteg (Fabricius, 2003). I Parkers interna produktutvecklingsprocess som utvecklats tillsammans med Barlas och Buerba (2017) ingår checklistor för bland annat DFM som låter designern generera koncept med fokus på tillverkningsaspekter.
2.2.1 DFM:s fyra produktnivåer
Sambanden mellan tillverkning och företagets produktdesign kan skådas på flera olika nivåer.
I sökandet efter DFM förslag och idéer förklarar Fabricius (2003) att det är användbart att ta sig an dessa förbindelser genom att undersöka produkten på fyra olika nivåer. På företagsnivå kan interaktionen mellan produkten och övriga företagsprodukter studeras. Genom att fokusera på de högre produktnivåerna kan såväl strukturella som komponent relaterade problem elimineras (Fabricius, 2003). Nästa nivå är familjenivån. Här studeras sambandet mellan olika varianter i samma produktfamilj. Övervägningar sker över hur olika produktvarianter bör relateras och hur nya och olika varianter på ett noggrant och planerat sätt kan introduceras på marknaden (Fabricius, 2003). På strukturnivån undersöks förhållandet mellan olika delsystem/komponenter, idéerna på denna nivå baseras på en förståelse för samspelet mellan produktstrukturer och layout på tillverkningssystem (Fabricius, 2003). Utformning av varje enskild komponent sker på den sista nivån, komponentnivån, för att effektivisera tiden på denna nivå kan fokus läggas på kritiska komponenter med avseende på hög kostnad och defekter (Fabricius, 2003). Nya tillverkningsprocesser som har blivit tillgängliga sedan den rådande produkten tillverkats kan även kopplas till designidéer på denna nivå (Fabricius, 2003).
5 2.3 Design for Assembly
DFA är enligt Ulrich et al. (2020) en välkänd beståndsdel av DFM som bland annat innebär minimering av monteringskostnader. DFM fokuserar på tillverkning av komponenter, medan DFA fokuserar på att sätta ihop dem (Ullman, 2016). Eftersom nästan alla produkter är sammansatta av flera komponenter där montering både är tidskrävande och en kostsam aktivitet, finns starka anledningar för att göra produkten så enkel som möjlig att montera (Ullman, 2016).
DFA syftar till att produkten designas för att uppnå en så enkel och kostnadseffektiv montering som möjligt (Boothroyd et al., 2011). Monteringen bidrar enligt Ulrich et al. (2020) till en relativt liten del av den totala kostnaden, men resultatet av implementering av DFA ger fördelar i helhet så som att komplexiteten vid tillverkning minskar samt support och monteringskostnader sänks. Kostnadseffektiviteten uppnås bäst genom att reducera antalet komponenter i en enhet, antingen kan delar reduceras helt, alternativt kombinera komponenter till en gemensam enhet med hjälp av att ändra tillverkningsmetoden (Poli, 2001).
Enkelheten kan uppnås genom att de återstående komponenterna designas för att erbjuda lätt hantering och montering (Poli, 2001). Boothroyd et al. (2011) menar att enkelheten delvis avgörs på om produkten är lätt att förstå och hantera med en hand samt att delar utformas med symmetri i åtanke.
2.3.1 Riktlinjer för DFA
Ullman (2016) förklarar att genom 1980-talet utvecklades många metoder för att mäta hur monteringseffektiv en design är. Dessa metoder kräver att designen är grundläggande i form av ritningar där centrala komponenter finns eller i form av fysisk produkt innan de kan appliceras.
Metoderna är organiserade runt 13 olika DFA riktlinjer (Ullman, 2016; Boothroyd et al., 2011).
Riktlinje 1: Totalt antal komponenter bör reduceras då ett av de första stegen för att mäta monteringseffektivitet är baserat på antal komponenter eller delmonteringar för en produkt.
Antalet komponenter utvärderas genom att uppskatta lägst antal komponenter som krävs för produkten och sedan jämförs designen mot detta. Riktlinjen uppskattas på följande sätt:
a) Uppskatta minst möjliga antal komponenter. Detta beskrivs mer ingående i kap (2.3.2).
b) Uppskatta förbättringspotential. Vilket beräknas genom följande formel:
𝐹ö𝑟𝑏ä𝑡𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑡𝑖𝑎𝑙 = 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑖𝑠𝑘𝑡 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟 − 𝑚𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎 𝑚ö𝑗𝑙𝑖𝑔𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑖𝑠𝑘𝑡 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟
c) Betygsätt produkten löpande genom processen för att mäta förbättringspotentialen av designen. Detta genomförs med hjälp av samma formel som beskrivs i b) och uppskattas utifrån följande punkter:
● Om förbättringspotentialen är mindre än 10%, är nuvarande design fenomenal.
● Om förbättringspotentialen är 11 till 20%, är nuvarande design väldigt bra.
● Om förbättringspotentialen är 20 till 40%, är nuvarande design bra.
● Om förbättringspotentialen är 40 till 60%, är nuvarande design hyfsad.
● Om förbättringspotentialen är mer än 60%, är nuvarande design dålig.
6
För att få ett så bra betyg som möjligt utifrån riktlinjen belönas kombinationer av komponenter då detta reducerar totala antalet komponenter för produkten (Ullman, 2016). Dock kan denna designprincip ha sina nackdelar då vissa kombinationer kan leda till betydligt mer komplexa geometrier vilket i sin tur medför högre tillverkningskostnader (Ullman, 2016).Riktlinje 2: Undvik fästelement då detta bidrar till fler komponenter, exempelvis en bult har medföljande mutter, bricka samt låsbricka. Varje komponent tar tid att hantera, uppskattningsvis cirka 10 sekunder per fästelement. Förutom att totala kostnaden ökar och ger en längre monteringstid bidrar de även till potentiella svagheter i designen där brott ofta förekommer.
Riktlinje 3: Designa produkten utifrån en baskomponent på vilket alla andra komponenter är monterade. Basen utgör en grund för konsekvent komponentplacering, fixturering, transport, orientering samt styrka. En idealisk design byggs som en lagertårta, där varje komponent eller underenhet är staplad ovanpå varandra.
Riktlinje 4: Undvik att baskomponenten behöver omplaceras under montering.
Om automatisk monteringsutrustning såsom robotar används under montering är det viktigt att basen är exakt placerad. På större produkter kan omplacering vara tidskrävande och kostsamt.
En exceptionell design kräver ingen omplacering av basen, en produkt som kräver mer än två omplaceringar anses dålig.
Riktlinje 5: Gör monteringssekvensen effektiv. Om det finns X antal komponenter
som ska monteras, finns det potentiellt en mängd olika möjliga sekvenser för att montera dem.
En effektiv monteringssekvens är en som
● Erbjuder montering med så få steg som möjligt.
● Undviker att komponenter skadas.
● Undviker obekväma, ostabila positioner för produkten, personal samt verktyg under montering.
● Undviker att skapa många frånkopplade underenheter (delmonteringar) som ansluts senare.
Steg 1: Lista alla komponenter och processer involverade i monteringsprocessen.
Steg 2: Lista alla kopplingar mellan komponenter och generera ett kopplingsdiagram.
Steg 3: Välj en baskomponent. Baskomponenten ska vara på en ände av kopplingsdiagrammet.
Det skall vara den komponent som kräver minst delmoment samt tillåter montering från ytterst få håll.
Steg 4: Rekursivt lägg till nästa komponent. Lägg till komponenter i basen med kopplingsdiagramet som vägledning. Det är viktigt att vara medveten om vilka komponenter som kräver företräde. Exempelvis i en kulspetspenna, bör röret vara på huvudet innan bläcket installeras.
Steg 5: Identifiera underenheter. Underenheter kan skapas av komponenter som har en tydlig koppling till varandra, kan manövreras utan att falla isär samt har en enkel koppling till andra monterade komponenter. Första sekvensen listar alla sammankopplingar, den andra sekvensen listar komponenterna i en specifik monteringsordning för produkten. Denna process är väldigt användbar då det kommer till att utvärdera monteringsprocessen och bestämma effekter av designval på processen. Om alla kopplingar görs i logisk ordning, skapas inga underenheter samt inga opraktiska sammankopplingar, då klassas effektiviteten som hög. Om kopplingssekvensen inte kan genomföras, underenheter skapas eller opraktiska sammankopplingar behövs anses effektiviteten som låg.
7
Riktlinje 6: Designa komponenter så att de är lätta att plocka upp och hantera från sitt förvaringsutrymme vid monteringen. Egenskaper hos komponenter som kan försvåra plockning är trassel, utrymmen som gör att komponenter fastnar i varandra samt flexibla delar.Riktlinje 7: Designa komponenter för en specifik upplockning, hantering samt sammansättning.
Tänk på monteringsprocessen för varje komponent under designprocessen. Det finns tre typer av monteringssystem: manuell montering, robotmontering samt specialanpassade maskinmonteringar. I allmänhet, om volymen av produkten är mindre än 250,000 per år, är den mest ekonomiska metoden manuell montering. Till exempel, komponenter för manuell montering kan vara maskinmatade och måste ha egenskaper som gör dem lätta att greppa. Till skillnad från robotar vilket kan bli matade automatiskt samt kan greppa svåra ytor såsom helt platta med hjälp av sugkoppar.
Riktlinje 8: Designa komponenter symmetriskt från början till slut. Om en komponent endast kan monteras åt ett visst håll, måste komponenten orienteras och placeras på just det sättet.
Processen från att orientera samt placera komponenter tar tid och kräver fingerfärdighet från montören.
Riktlinje 9: Designa komponenter med symmetri kring deras monteringsaxel. Tidigare riktlinje kräver symmetri från början till slut, men något som också är viktigt att sträva mot är rotationssymmetri då detta underlättar montering.
Riktlinje 10: Komponenter som inte designas symmetrisk ska ha tydlig asymmetrisk geometri.
Riktlinje 11: Designa komponenter för montering utifrån en rak linje, alla från samma håll. Om detta uppnås kommer monteringen genomföras ovanifrån vilket leder till att monteringsprocessen aldrig behöver omplacera basen eller några andra monteringsmoment annat än rakt ner- ovanifrån.
Riktlinje 12: Designa komponenter att självguida varandra på plats i monteringssekvensen vilket både underlättar och sparar tid för montering. Detta kan genomföras genom att tillexempel använda sig av fasningar samt rundade hörn.
Riktlinje 13: Maximera åtkomst för komponenter. Denna riktlinje är inriktad mot att maximera position och integrering av komponenter. Montering kan bli besvärlig om komponenter inte kan låsa i varandra samt om komponenter måste positioneras på obekväma vis.
2.3.2 Analys av komponenter med hjälp av DFA
För att en analys ska kunna genomföras måste en fysisk produkt eller en ritning över produkten finnas tillgänglig, eftersom analysen kan genomföras under tiden som produkten monteras (Eskilander, 2001). Varje del analyseras i två olika steg, dessa är:
1. Möjligheten att utesluta delen.
2. Möjligheten att utforma delen för att underlätta montering.
För att avgöra om komponenten är en kandidat för uteslutning, så kallad A-komponent eller utformning för integration, så kallad B-komponent används tre följande frågor (Boothroyd et al., 2011; Eskilander, 2001):
8
1. Rör sig delen i förhållande till redan monterade delar när produkten fungerar normalt?2. Måste delen vara av annat material eller vara isolerad från övriga monterade delar på grund av fysiska orsaker?
3. Måste delen vara skild från övriga monterade delar för att inte störa montering eller demontering av andra delar?
Om svaret på dessa frågeställningar är nej, anses komponenten vara kandidat för uteslutning, alternativt utformas för integration. I figur 4 ses funktionsanalysen som kan användas för att identifiera komponenter. När identifieringen av de sekundära B-komponenterna har skett kan designens monteringseffektivitet beräknas genom DFA-Index (Ulrich et al. 2012):
𝐷𝐹𝐴 − 𝐼𝑛𝑑𝑒𝑥 =𝑀𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑘𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙𝑒𝑡 𝑑𝑒𝑙𝑎𝑟 ∗ 3 𝑠𝑒𝑘𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟 𝑈𝑝𝑝𝑠𝑘𝑎𝑡𝑡𝑎𝑑 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑡𝑖𝑑
De tre sekunderna som ses i täljaren i DFA-indexet menar Ulrich et al. (2012) är den lägsta teoretiska tiden som krävs för hanteringen av en optimalt anpassad komponent till monteringen.
DFA-indexet kan sedan användas för att jämföra genererade koncept mot ursprungs designen.
Figur 4: Flödesschema (Stienstra, u.å) som kan användas för att identifiera kandidater för uteslutning eller omformning. Från Stienstra, D. (u.å). Introduction to Design for (Cost
Effective) Assembly and Manufacturing [Digital illustration]. http://me.gatech.e
9
2.4 Hållbar utvecklingHållbar utveckling inom produktutveckling innebär att designa innovativa lösningar som är långsiktigt användbara och tillfredsställande för användaren. De ekologiska aspekterna innebär exempelvis användning av material med minimal påverkan på naturresurser. Sociala aspekter innebär exempelvis långsiktigt accepterade lösningar inom given målgrupp. De ekonomiska aspekterna innebär exempelvis att minimera antalet delar och utforma lösningar som kräver få tillverkningssteg och få efterbearbetningar (Wikberg-Nilsson et al. 2015).
Ammenberg (2004) menar att miljöanpassad produktutveckling ofta bedrivs genom separata aktiviteter där syftet är att skapa miljöanpassade konkurrenskraftiga produkter. Miljöarbetet har historiskt sett inriktats mot olika punktkällor men med dagens kunskap finns vetskapen om att en produkts material- och energiflöden följer genom hela produktens livscykel (Ammenberg, 2004) vilket innebär att miljöanpassad produktutveckling bör genomsyra varje steg i produktutvecklingsprocessen.
2.4.1 Design for Environment
Alla produkter har på ett eller annat sätt en miljöpåverkan och produktens prestanda kan alltid övervägas med avseende på miljö, -hälsa- och säkerhetsmål. Design for Environment hädanefter benämnt DFE är en praktisk och systematisk metod som i ett tidigt stadie implementeras i organisationer (Fitzgerald et al. 2007) i ett försök att skapa ett mer hållbart samhälle. Precis som effektiv DFM har visat sig bibehålla eller förbättra produktkvalitet samtidigt som kostnaderna minskar, har utövare av DFE också funnit att effektiv DFE användning kan upprätthålla eller förbättra produktkvalitet och kostnad samtidigt som miljöpåverkan minskas (Ulrich et al. 2020).
Beslut under produktutvecklingsfasen kan delas in i två olika delar, desginbeslut och ledningsbeslut (Fitzgerald et al., 2007) där designbesluten är det område som är av relevans för arbetet då det behandlar frågor som rör form, storlek, materialprocess och komponenter medan ledningsbeslut behandlar frågor som styr utvecklingen (Fitzgerald et al. 2007).
Följande riktlinjer kan användas för att säkerställa att samtliga miljödesignsfrågor har diskuterats, riktlinjerna kan även användas för att utvärdera hur “grön” en produkt är (Ullman 2016).
1. Var medveten om de material som används i produkten och deras miljöeffekter. Ullman (2016) menar dock att det inte är realistiskt att designingenjören känner till varje materials miljöpåverkan som används i en produkt men att det är viktigt att känna till det eller de material som kan ha en hög miljöpåverkan.
2. Utforma produkten för att möjliggöra separering. Ullman (2016) beskriver att de riktlinjer som finns för DFA är liknande de riktlinjer som finns för Design for Disassembly exempelvis genom att minimera antalet komponenter och olika typer av fästanordningar görs en produkt lättare att ta isär och lättare att hantera. För att utforma designen med hänsyn på demontering kan man även tänka på att göra fästen lättillgängliga och lätta att lossa samt undvika att laminera och limma ihop olika material.
3. Designa komponenter för återanvändning eller återvinning. Vid design för återvinning finns det fem steg att tänka på: hämtning, separering, identifiering, bearbetning och försäljning. Separering och identifiering behandlas i ovanstående punkter och är enligt Ullman (2016) de steg som en designingenjör kan påverka mest.
10
4. Var medveten om miljöpåverkan av de material som inte återanvänds eller återvinns.Om en produkt inte är gjord för vare sig återvinning eller återanvändning bör man se till att den är nedbrytbar. Designingenjörer bör då enligt Ullman (2016) vara medveten om hur stor andel av materialet som är nedbrytbart och hur lång tid det tar innan materialet brutits ned.
2.
5 Användbarhet
Användbarhet är enligt Ottersten och Berndtsson (2002) inte en naturlig produktegenskap som exempelvis en funktion eller en färg utan en egenskap som uppstår i samband med produktens användning. Den definition av användbarhet som anses vara den mest accepterade enligt Dorrestijn et al. (2012) är den som formulerats i standarden utgiven av International Organisation for Standardization (ISO, 2018): “Den utsträckning i vilken specificerade användare kan använda ett system, en produkt eller en tjänst för att uppnå specificerade mål.
med ändamålsenlighet, effektivitet och tillfredsställelse, i ett specificerat användningssammanhang”.
Wikberg-Nilsson et al. (2016) förklarar det som, att anpassning bör ske efter människors olika behov och förutsättningar i stället för att tvinga människor till anpassning. Designen ska fokusera på att komplettera människors styrkor och förmågor, det vill säga att exempelvis arbetsuppgifter, utrustning och processer utformas utifrån människan.
Att eftersträva en hög användbarhet leder inte enbart till en ökad produktivitet, ökad säkerhet och minskad ansträngning vid användande utan har även setts vara kopplad till konsumenternas tillfredsställelse och nöjdhet över användningen av produkten (Dorrestijn et al., 2012).
Wikberg-Nilsson et al. (2016) påpekar att en god design är något som inte märks av i vardagen, det vill säga, den varken stör, stressar eller kräver uppmärksamhet på samma sätt som en dålig design. En produkt som erbjuder en önskvärd tillfredsställelse ger enligt Ottersten och Berndtsson (2002) användaren en större motivation till att nyttja just den produkten och att rekommendera produkten vidare till andra. Produkten bör därför även anpassas till den situation och omgivning som den skall användas i, exempelvis, finns störande ljud, är belysningen inte gynnsam eller skapar arbetsuppgiften stress (Ottersten & Berndtsson, 2002).
2.5.1 Utvärdering av användbarhet
Att integrera användbarhet under utvecklingsprocesser leder enligt Ottersten och Berndtsson (2002) till en effektiviserad process där kostnader för underhåll minskas och effektivare användning kan ske. Arbetet med användbarhet kan implementeras under samtliga faser i ett projekt, även i ett där tidigare faser inte har implementerat aktiviteter med fokus på användbarhet (Ottersten & Berndtsson, 2002). Om insatsen ska göras i ett redan startat projekt rekommenderar Ottersten och Berndtsson (2002) expertutvärdering och användartester som lämpliga aktiviteter.
Wikberg-Nilsson et al. (2016) beskriver att all interaktion mellan människa och produkt bör utformas med omtanke då interaktionen bidrar till användarens upplevelse. Att utgå från hur en produkt ska användas, vilken upplevelse användandet ska ge och vilka kedjereaktioner en interaktion initierar skapar en förståelse och en möjlighet att utveckla och förbättra produkten (Wikberg-Nilsson et al., 2016). För att få större kunskap om hur den slutliga produkten ska utformas för att generera värdefulla och tillfredsställande lösningar kan prototyper inkluderas under bland annat observationer och intervjuer (Wikberg-Nilsson et al., 2016). För att utvärdera användbarhet kan observationer ske av användare under användning av de lösningar som utvecklats. Ett utgångsläge för att mäta aktiviteters användbarhet är enligt Wikberg-Nilsson et al. (2016) följande:
11
Lärbarhet - Hur enkelt är det första gången uppgiften utförs?Effektivitet - Hur snabbt kan uppgiften utföras efter att användaren lärt sig produkten?
Minnesvärdhet - Efter uppehåll av användande, hur lätt är det då att använda produkten?
Fel - Hur många fel gör användaren? hur allvarliga är dem? går det backa och göra om vid fel?
Tillfredsställelse - hur tillfredsställande är det att använda produkten?
2.6 Reverse Engineering
Att demontera en produkt för att förstå dess uppbyggnad och hur den fungerar kan vara givande.
Men för att förstå delarna ytterligare, med ett fokus på dess funktioner kan Reverse Engineering användas (Ullman, 2016). För att säkerställa att förståelse finns för hur produkten fungerar och vilka funktioner den har föreslår Ullman (2016) att följande steg används. Dessa kan implementeras under tiden som demontering av den fysiska produkten pågår eller agera uppföljande metod när demonteringen redan är gjord. Om inget annat anges är följande tre steg refererade från Ullman (2016).
Steg 1: Undersök gränssnitt för hela enheten.
En enhets funktion definieras genom dess effekt på flödet av energi, information och material som går genom enheten. En utgångspunkt är därför att undersöka dessa. För att förtydliga vad som menas med energi, information och material för enheten beskrivs ett exempel med en klämma där energin till klämman fås genom användarens hand genom greppet på huvudkroppen. Informationsflödet blir tillbaka till användaren när klämman indikerar på att man kan sluta klämma, dessa indikationer kan vara i form av ljud eller av eventuella ändringar i form. Att betrakta hur materialet flyter genom enheten beskrivs som att även om det inte ser ut eller är något material som “flyter” så kan synsättet på delarna som kläms fast ses som material som strömmar in till klämman och sedan tillbaka ut igen.
Steg 2: Ta bort en komponent för att genomföra mer detaljerad studie.
När komponenten tas bort från enheten ska noggrann observering ske över hur komponenten fäster på resten av enheten. Notera eventuella relationer till övriga delar som den inte kan komma i kontakt med. Exempelvis kan spelrum mellan vissa delar vara väsentliga för att produkten i helhet ska fungera, så som att skydda andra enheter från exempelvis ljus.
Komponenter kan eventuellt även vägleda vätska och i ett sådant fall kan vattnet i sig vara den del som tas bort för att då undersöka ventilens funktion på vattnet.
Steg 3: Undersök varje gränssnitt för att hitta flödet av energi, information eller material Målet med detta steg är att verkligen förstå hur de funktioner som har identifierats i steg ett omvandlas av enheten. Utöver det så används detta steg till att förstå hur delarna är anslutna till varandra, hur krafter omvandlas och rör sig från en komponent till en annan samt identifiera vad syftet är med varje komponents funktion.
12
3 Avgränsningar
Kapitlet redogör för de avgränsningar som gjorts gällande både omfattning och genomförande kring arbetet.
3.1 DFMA
DFMA är som beskrivet i kapitel 2.1 en kombination mellan DFM och DFA. DFM kräver, som beskrivits i kapitel 2.2 att ett tätt samarbete sker med tillverkningsavdelningar och att DFM som ideologi bör vara implementerat på samtliga avdelningar och ledningsnivåer för att vinsten av både implementeringen och resultatet ska bli så lönsamt och korrekt som möjligt.
Parker i Skövde har i dagsläget påbörjat implementering av DFMA i deras interna produktutvecklingsprocess. Processen är delvis utvecklad med och inspirerad av ett tidigare genomfört examensarbete där konkreta riktlinjer och checklistor för DFMA bland annat finns tillgängliga (Barlas & Buerba, 2016). Under litteraturstudien konstaterades faktum att DFM är det område som kräver störst avgränsning. Parker har idag ingen egen tillverkningsavdelning utan komponenter framställs i stället av olika underleverantörer. På grund av bristen till egen tillverkning samt att möjligheten till samarbete med underleverantörer inte är realiserbart under tidsramen för projektet anses genomförandet av DFM i helhet inte möjligt. Dock finns möjligheten att använda checklistorna framtagna av Barlas och Buerba (2016) för att generera mätbara krav ur DFM synpunkt.
3.2 DFE
Vid diskussioner med handledare på Parker har det framkommit att arbete görs för att ändra material och ytbehandling på samtliga komponenter. Parker vill genom att använda automatstål med zink-nickellegering uppnå enhetlighet samt erhålla ett högre korrosionsmotstånd än vad som är idag. Val av material till något annat än det Parker själva utforskar och önskar anses därför inte vara av relevans för examensarbetet då typen av frågeställning sträcker sig utanför arbetets ramar. Däremot kan Parkers val av material undersökas för att se till att vi som designingenjörer, som påpekat av Ullman (2016), känner till materialets eller ytbehandlingens miljöpåverkan.
Vidare anses steg tre i Ullmans (2016) riktlinjer, beskrivet i kapitel 2.4.1, inte vara möjliga att genomföra fullt ut då flertalet olika leverantörer används vilket gör att frågeställning om hämtning och bearbetning hamnar utanför ramarna. Bearbetning kan ej undersökas då tillverkning inte heller sker på plats. Avgränsning bör därför göras till separering och identifiering.
3.3 Användbarhet och användare
Användbarhet och användaren är som beskrivet i kapitel 2.5, 2.5.1 en central del i produktutvecklingsprocessen. Examensarbetets syfte är att möjliggöra en gemensam adapter för hona och hane där målet är att leverera konceptförslag i form av CAD-filer. Initialt antogs det att vi skulle ha möjlighet att utvärdera koncept mot användare och kunder genom prototyper men efter diskussion med handledare på Parker insågs det att funktionella prototyper förmodligen inte skulle hinna produceras då ritningsunderlag behöver skickas till tillverkare tre till fyra veckor innan leverans. 3D-printade prototyper har diskuterats, vilket eventuellt är genomförbart om tid finns då dessa går att få levererade på två till tre dagar. Alternativt kan egna prototyper skrivas ut via högskolan.
13
Eftersom arbetet håller riktning mot DFMA har användaren begränsats till målgruppen montörer. Användartester mot montörer blir dessvärre även begränsat på grund av rådande pandemi. Parker har undanbett att utomstående interagerar eller vistas ute i produktion mer än nödvändigt vilket medför att endast bilder och monteringsanvisningar erhålls för användning till fortsatt arbete. Instruktionsmaterialet över monteringen möjliggör teoretisk utvärdera genererade konceptförslag.Under vårterminen 2020 genomfördes ett examensarbete på Parker där Krusell (2020) undersökte och utvecklade produktidentitet och användbarhet på Flat Face snabbkopplingsserien. Krusell (2020) konstaterade under observationer att slutanvändaren inte interagerar särskilt ofta med kopplingen och ansåg den primära användaren vara montörer.
Eftersom Krusell (2020) genomförde tester mot målgruppen kan även delar av det som identifierats användas för utvärdering av koncept i nuvarande examensarbete.
14
4 Analys av nuvarande produkt
För att förstå problemet och klargöra vad produkten är, vad den används till, hur den används och vem som använder den genomfördes flertalet analyser som bland annat la grunden för upprättande av kravspecifikationen och vidare arbete med konceptgenerering. Kapitlet ger bland annat en introduktion till Flat Face snabbkopplingar, användaren samt beskrivningar av de resultat som erhållits via genomförda analyser.
4.1 Introduktion till Flat Face snabbkopplingsserien
Snabbkopplingar används för att på ett enkelt och smidigt sätt möjliggöra sammanlänkning mellan olika typer av ledningar eller ledningar tillsammans med olika verktyg. Parkers Flat Face snabbkopplingsserie (se figur 5) är ett kopplingssystem som används inom en mängd olika instanser, till exempel lastbilar, traktorer, militärfordon och hydrauliska verktyg.
Snabbkopplingen är uppdelad i två enheter (se figur 5) en hona och en hane där hanen är försedd med en ventil som automatiskt försluter vid frånkoppling. Konstruktionen erbjuder en total avstängning, det vill säga att ingen olja spills och ingen luft kommer in i systemet vid anslutningen. För att förhindra att oavsiktlig frånkoppling sker har en extra säkerhetslåsring applicerats.
Figur 5: Den aktuella Flat Face-serien från Parker som omkonstruktionen görs på. På bilden ses två av de fem storlekarna som finns i serien.
4.2 Användaren
Att förstå designproblemet är en väsentlig grundsten i att designa en kvalitetsprodukt enligt Ullman, (2016). Att förstå designproblemet innebär bland annat att översätta krav från kunderna till tekniska och mätbara beskrivningar (Ullman, 2016). I de flesta fall finns fler än en kund av en produkt, vanligtvis i en designsituation anses det vara konsumenten som är kunden. Men att ta hänsyn till samtliga kunder, både i organisationen exempelvis, säljare, servicepersonal och ledning, samt de kunder utanför organisationen exempelvis, tillverkare och distributörer är väsentligt då även dessa ställer krav på produkten (Ullman, 2016). För att se till att samtliga kunder identifieras kan man enligt Ullman (2016) tänka utifrån produktens hela livscykel genom att se sig själv som produkten och visualisera alla mänskliga möten som sker under de interna och externa faserna i livscykeln.
15
Parker har själva gjort ett grundläggande arbete med att identifierat olika användare exempelvis användare av hydrauliska verktyg, lastbilschaufförer, traktorförare och diverse användare inom flygindustrin. Väsentliga krav som finns på produkten idag är bland annat ett resultat utav flera års feedback från användarna. Dessa krav utgör därför en grund för upprättandet av kravspecifikationen. Då examensarbetet bland annat undersöker hur DFMA kan bidra till utveckling av designförslag har användarna som studerats begränsats till montörer.4.3 Funktionsanalys
En funktionsanalys genomfördes dels för att agera underlag till upprättande av krav, dels som metod för att skapa förståelse för produkten, de ingående komponenterna och produktens funktion i helhet. Att beskriva funktioner innebär att tänka över huvudsyftet, vad lösningen ska klara av och hur det uppnås (Österlin, 2016). Begreppet funktion beskriver en aktivitet hos en lösning, det vill säga vad produkten ska göra (Wikberg-Nilsson et al. 2015). Behov och funktioner kan beskrivas och definieras med hjälp av ett verb och ett substantiv för att tydliggöra vad lösningen ska klara av utan att beskriva lösningar (Wikberg-Nilsson et al. 2015).
Formen eller strukturen på objektet förmedlar i sin tur hur produkten kommer göra det (Ullman, 2016).
Hur funktionerna beskrivs menar Österlin (2016) ligger till grund för analysen då syftet med metoden är att både förstå och se produkten med nya ögon samt agera underlag för fortsatta designarbetet. Huvudfunktionen definieras med hjälp av identifiering av andra funktioner och delfunktioner, det vill säga huvudfunktionen åstadkoms inte ensam utan sker i symbios med andra funktioner och delfunktioner, stödfunktioner är en typ av funktion vars syfte inte är nödvändig men stödjer exempelvis olika standarder eller underlättar användandet och är på så sätt av intresse att inkludera i produkten (Wikberg-Nilsson et al. 2015). En hierarki över funktionerna kan illustreras med en trädstruktur (se figur 6), i nedåtgående riktning från huvudfunktionen fås svar på frågan hur och i motgående riktning fås svar på frågan varför (Österlin, 2016).
4.3.1 Resultat av funktionsanalys
I genomförd funktionsanalys (se figur 6) beskrivs funktioner på de två olika enheterna som utgör snabbkopplingen, dessa är honan och hanen. Funktioner definierades även i komplett sammankopplat läge, därav kan upprepningar ses av vissa funktioner. Utifrån funktionsanalysen erhölls större förståelse för produkterna och identifiering av vissa krav kunde fastställas. Högst upp i trädet definierades huvudfunktionen till transport av vätskor och luft vid sammankopplat läge. Därefter i nedåtgående riktning delas funktionsanalysen in i två nya delfunktioner som kan ses i rutorna “erbjuda koppling” samt “erbjuda nippel”. Detta visar hur nippeln och koppling tydligt fungerar i symbios med varandra där själva huvudfunktionen uppnås enbart genom en sammankoppling. Utifrån stödfunktionen “förhindra läckage” som är sammankopplad med “erbjuda frånkoppling” kunde ventilfunktion identifieras. Vidare kunde krav såsom låsfunktion samt ett önskemål om säkrare frånkoppling, genom att kontrollera tryck identifieras från att analysera hur funktionen ”erbjuda sammankoppling” uppnås.
17 4.4 DFA-funktionsanalys och Reversed Engineering
Design for Assembly är som tidigare nämnts i kapitel 2.3 en integrerad del genom hela produktutvecklingsprocessen där designoptimeringar görs för att uppnå kostnadseffektiv och enkel montering. Med hjälp av checklistor och riktlinjer vägleder DFA arbetet mot minimering av onödiga och komplexa komponenter genom konceputvecklingsfasen. Det första steget i processen innebär att identifiera samtliga komponenter och systematiskt ifrågasätta funktionens väsentlighet (Boothroyd et al., 2011; Dalgleish et al., 2000; Ullman, 2016). Varje komponent ställs mot frågorna i flödesschemat som beskrivs i kapitel 2.3.2, beroende av utfall på ställd fråga mottas till sist ett svar på om komponenten är av central funktion eller oväsentlig och därmed kandidat för uteslutning eller integrering.
Under analyseringen av nuvarande produkt skedde demontering av huvudkomponenterna (se figur 7 och figur 8), för att skapa en större förståelse för sammanhangen mellan ingående komponenter. Demonteringen av kopplingen utifrån de beskrivna stegen från Reversed Engineering (se kapitel 2.6) i samband med utförandet av DFA-analysen anses ge möjligheten att säkerställa förståelsen för samtliga komponenters förhållande till varandra och att dess funktioner har förståtts. Exempelvis, ventilhållaren (se figur 7) vars funktion innebär att ventilen hålls i korrekt position samt möjliggör rätt flöde genom kopplingen. Ventilerna i sin tur möjliggör att flödet genom honan och hanen kan strömma fritt. Vid sammankoppling trycks skjutluckan och täckluckan bakåt vilket möjliggör att flödet kan strömma igenom komponenterna, förbi ventilerna. Därefter vid frånkoppling återgår skjutluckan samt täckluckan till ursprungsposition och ventilerna försluter flödet. Hanens ventil (se figur 8) trycks bakåt av honas ventil vilket möjliggör flödet genom hanen. Riktlinjerna från Reversed Engineering ansågs även agera likt en kontroll av frågeställningarna i från DFA- funktionsanalysen, vilket kan leda till minimerade risker för att möjlig felbedömning och felkategorisering av komponenter sker.
Figur 7:Ritning över honan där originalkomponenter markerats och specificeras i kompletterande tabell.
Figur 8:Ritning över hanen där originalkomponenter markerats och specificerats i kompletterande tabell.
18
4.4.1 Resultat av DFA-funktionsanalys och Reversed EngineeringFrågeställningarna från Reversed Engineering resulterade i svar angående komponenters funktion och förhållande till varandra. Metoden inbringade insikter om varför specifik utformning, fasningar och rundningar finns på komponenter. Syftet leder bland annat till att säkerställa att ett nominellt flöde av hydrauloljan hålls genom kopplingen. Informationen och den bredare förståelsen underlättar sedan kommande idégenering då komponenter möjligtvis behöver förändras men samtidigt bibehålla samma funktion.
DFA-funktionsanalysen av hanens komponenter resulterade i att tre komponenter inte var essentiella det vill säga B-komponenter. I honan identifierades sex komponenter vars funktioner inte är centrala för huvudfunktionen och med det faller i kategorin B-komponenter.
Resultatet av identifieringen kan ses i tabell 1. I vidare idégenereingsarbete kan dessa komponenter undersökas för möjlighet till olika kombinationer, alternativt utforska om vissa komponenter kan uteslutas helt.
Tabell 1: Identifierade A- respektive B-komponenter
Utifrån identifieringen erhålls även ett resultat på Ullmans (2016) första riktlinje (se kapitel 2.3.1) det vill säga, uppskattning av lägst antal komponenter. För honan resulterade det i elva komponenter samt för hanen sex komponenter. Med uppskattningen kan förbättringspotentialen beräknas enligt:
𝐹ö𝑟𝑏ä𝑡𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑡𝑖𝑎𝑙 = 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑖𝑠𝑘𝑡 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟 − 𝑢𝑝𝑝𝑠𝑘𝑎𝑡𝑡𝑎𝑡 𝑚𝑖𝑛𝑠𝑡 𝑚ö𝑗𝑙𝑖𝑔𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑖𝑠𝑘𝑡 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟
vilket gav följande resultat för hane respektive hona:
Hane = 33% (33,33333) Hona = 35% (35,29412)
Med de identifierade resultaten över förbättringspotentialen kunde en första betygsättning ske.
Enligt Ullmans (2016) skala (se kapitel 2.3.1), ansågs ursprungs designen vara bra då resultaten på 33- respektive 35% håller sig inom intervallet 20 till 40%. I vidare arbete kan resultatet agera mätvärde för framtagna koncept.
19 4.5 Riktlinjer och standarder
Riktlinjer och standarder angående Parkers olika produkter finns samlade på https://www.parker.com. Riktlinjer angående produktdesign innebär att designen ska hållas avskalad med ett enkelt användargränssnitt. Parker menar att form följer funktion och produkter ska förmedla den teknik de gestaltar. Designelement ska ha ett syfte och får ej användas enbart ur estetiska perspektiv. Kanter och hörn ska vara fasade samt radier skall vara minimerade så att de interagerar med fasningarna. Vidare finns tydliga riktlinjer angående användning av logga, typsnitt samt material och färg (se tabell 2).
Arbetets fokusområde är omkonstruktion för att förverkliga att likadan adapter kan användas på bägge sidor om kopplingen och mindre på estetiska aspekter. Vilket innebär att en stor del av produktens estetik redan är bestämd och riktlinjerna redan implementerats. Riktlinjerna i tabell 2 kan anses eventuellt vara användbara vid generering av slutkoncept då eventuella presentationsrenderingar genereras. För att förverkliga projektets mer tekniska problem riktades fokus på Parkers tekniska specifikationer avseende snabbkopplingsserien (se tabell 3), vilket kan användas som grund i senare upprättning av kravspecifikation.
Tabell 2: Riktlinjer angående färgval och logotyp
Tabell 3: Specifikation för den aktuella snabbkopplingen från storlek 1/4" till 1"
20
5 Kravspecifikation
Utifrån analysen av nuvarande produkt (kapitel 4), var målet att upprätta de tekniska specifikationerna. Ullman (2016) beskriver att specifikationen är en omformulering av designproblemet i termer av mätbara- och målriktade parametrar. Kravspecifikationen blir ett sätt att kontrollera om utvecklingen går åt önskvärt håll. Ullman (2016) menar även att en noggrann utveckling av krav är en viktig grundsten för designprocessen och ett tecken på att problemet har förståtts ses bland annat genom förmågan att upprätta dessa tekniska specifikationer.
För att veta att krav uppfylls behöver parametrar utvecklas till något mätbart. Ullman (2016) exemplifierar kravet “lätt att fästa”, vilket kan mätas i fyra steg med tillhörande enhet till varje.
Ett exempel på ett av dessa steg är tiden det tar att fästa, vilket då mäts med enheten sekunder.
Varje parameter måste vara mätbar och måste därför ha tillhörande enhet, Ullman (2016) menar att tiden det tar att fästa inte är ett tillförlitligt mått då variation kan ses beroendes på exempelvis erfarenhetsskillnader. Då är det i stället skicklighetsnivån som i sin tur måste definieras. Går inte det att definiera så behöver parametern tas bort.
I tabell 4 ses kravspecifikationen som upprättats för omkonstruktionen av snabbkopplingsserien. Då arbetet genomförts på en utav fem storlekar i serien, återfinns specificeringar för ½”, de krav och önskemål som återfinns i kategorin ”storlek ½” är primärt för snabbkopplingen i ett ihopkopplat läge, det vill säga krav och önskemål som inte ses specifika för vare sig honan eller hanen. Således återföljs specificeringen av två kategorier där krav och önskemål identifierats karakteristiska för honan respektive hanen. Efterföljande kategorier, det vill säga, miljö, montering, material och tillverkning är krav och önskemål som identifierats via DFE, DFA och DFM. Till hjälp att identifiera krav och önskemål från DFE, DFA och DFM har inspiration även hämtats från checklistor i Parkers interna produktutvecklingsprocess som utvecklats tillsammans med Barlas och Buerba (2017).
21
22
6 Konceptgenerering
När problemen analyserats och funktioner har förståtts kan olika typer av metoder användas för att generera koncept. Ullman (2016) beskriver att koncept är sättet att tillhandahålla funktion och koncept kan framföras i allt från verbala- och textbeskrivningar till skisser och olika typer av diagram eller egentligen på vilket sätt som helst så länge det ger indikationer för hur funktionerna ska åstadkommas. I följande kapitel beskrivs metoder som använts under konceptgenereringen, dessa kommer direkt följas av en presentation av genomförandets resultat.
6.1 Brainstorming
Brainstorming är en metod som ofta används tidigt i idégeneringsprocessen för att generera ett stort antal idéer. Metoden kan användas på ett antal olika sätt där själva begreppet beskriver en situation där traditionella möten frångås och agendan byts ut mot att låta deltagarna prata och tänka fritt (Wikberg-Nilsson et al., 2016). Metoden bygger enligt Wikberg-Nilsson et al. (2016) på att deltagarnas kreativa potential bland annat stimuleras av att höra och se andras idéer. Genomförandet går ut på att generera idéer baserade på den tidigare analysfasen, inte kritisera sig själv eller andra, undvika att tänka på användbarhet, realiserbarhet eller kostnad. Under sessionen handlar det om att satsa på kvantitet, framför kvalitet då chansen är större att få kvalitativt bra idéer, desto fler idéer det finns att välja ifrån (Wikberg-Nilsson et al., 2016).
Utgångsläget för sessionen skapas av en frågeställning där idéer kring frågan skrivs ner på post-it-lappar eller skissas på papper. När idéerna börjar sina anses det vara dags att avsluta sessionen (Wikberg-Nilsson et al., 2016). Det anses bättre att hellre ha korta, kreativa sessioner i stället för långa, sega. Oftast tar en session cirka 15–30 minuter. En ny session kring en ny frågeställning kan sedan startas, alternativt sorteras ideérna från den avslutade sessionen där de som anses varken genomförbara eller innovativa sparas undan i en idébank (Wikberg-Nilsson et al., 2016).
6.1.1 Resultat av Brainstorming
Under fasen för analys av nuvarande produkt, beskrivet i kapitel 4, uppstod vid flera tillfällen spontana och oplanerade brainstorming sessioner. Vid tillfällena noterades samtliga idéer ned i form av både enkla skisser och i textformat. Dessa spontana sessioner ansågs väsentliga att dokumentera, dels för att frigöra tanken från idéer då initiala idéer som uppkommer kan ha tendenser till att fastna, dels för att inga idéer skulle glömmas bort under arbetets gång.
Genomförandet bestod i sin tur av två sessioner där två frågeställningar utforskades.
Frågeställningar var “Hur kan gemensam adapter uppnås” och “hur kan komponenter kombineras/omkonstrueras”. Det vill säga fokus var initialt på huvudmålet, att lösa en
gemensam adapter för att sedan separat utforska hur de identifierade B-komponenterna kunde kombineras. Efter genomförda sessioner utvärderades alla ideér, samtliga diskuterades noggrant och placerades sedan i en av de fyra kategorierna (se tabell 5). De idéer som placerades i kategorierna “gilla”, “undersök” och “darkhorse”, var primärt de som ansågs lämpliga att arbeta vidare med och precis som den fjärde kategorin syftar på, sparades de idéerna som varken anses genomförbara eller innovativa i en idébank som kan komma till användning i senare skeden. Tanken med darkhorse är att tvinga till utveckling av lösningar som är utanför boxen genom att utveckla idéer som ligger utanför ramarna. En darkhorse är en idé som verkar riskabel, radikal eller helt tokig (Wikberg-Nilsson et al., 2016). Den ligger inte alltid i linje med målen för arbetet, utan leder arbetet i ny riktning. Idéen kräver också utveckling och testande för att bli framgångsrik. Dock har darkhorsen möjlighet till att revolutionera området om den lyckas utvecklas till sin fulla potential (Wikberg-Nilsson et al., 2016).
23
24 6.2 Prescriptive sketch
Prescriptive sketch syftar till att utforska tekniska aspekter såsom mekanismer,
tillverkningsaspekter och dimensionering av ideér (Evans & Pei, 2010). Eftersom större delar av idégenereringen bestod av att justera och utveckla CAD-ritningar ansågs prescriptive sketch vara en givande metod för att snabbt få ner tankar om lösningar och dess dimensioner utan att behöva ändra direkt i cad filerna. Brun et al. (2016) påpekar att skissen som verktyg ger en direkt återkoppling och att det snabba sättet för informationsbehandling gynnar designprocessen, bland annat genom att öka hur processen driver framåt.
Prescriptive sketch anses generellt vara en skiss som används i ett senare stadie av
konceptutvecklingsfasen, bland annat som ett hjälpmedel för att övertyga andra involverade i projektet som inte är direkt kopplade till designprocessen (Brun et al., 2016). Även om Prescriptive sketch oftast används i senare stadier menar Brun et al. (2016) att
idégenereringen och de olika typer av skisser som kan användas inte enbart ska klassificeras och associeras till deras specifika kategorier, utan kan användas mer generellt och
gränsöverskridande under processens gång. Det vill säga att exempelvis Prescriptive sketch även kan användas i de tidigare stadierna för de något mer tänkande och utforskande skisserna (Brun et al., 2016).
6.2.1 Resultat av Prescriptive sketch
Efter den genomförda brainstormingen togs idéerna ur kategorierna “gilla”, “undersök” och
“darkhorse” (se tabell 5), vidare för ytterligare utveckling. Främst undersöktes idéerna där problemet var att lösa den gemensamma adaptern, med en inriktning mot att identifiera hur adaptern behövde anpassas för att kunna bibehålla så många original komponenter som möjligt. Prescriptive Sketch valdes som metod, dels då CAD var ett av de verktygen som användes kontinuerligt genom hela processen, dels då de två metoder ansågs komplettera och bidra till varandra. Med hjälp av Prescriptive Sketch kunde idéerna från brainstormingen snabbt undersökas och utvärderas därefter. Värderingarna kring lösningarna fokuserade på hur komplexiteten förändrades och hur stor omkonstruktion konceptet bidrog till. Skisserna från Prescriptive Sketch användes sedan som ett utgångsläge och ett hjälpande underlag för CAD arbetet.
Vid en av de första brainstorming sessionerna uppkom idén om att kulhållarens diameter vid gängan skulle förminskas (se figur 9) för att på så sätt möjliggöra att hanens adapter skulle passa på honan. Vid undersökningar med hjälp av Prescriptive Sketch mottogs insikter om att samtliga komponenter skulle behöva omkonstrueras i honan, samt att monteringen skulle behöva ske åt motsatt håll. Konceptet skulle alltså leda till en total förändring av
konstruktionen och en helt ny monteringsordning. Om komponenterna förändrades och förminskades enligt vad som krävdes för att möjliggöra lösningen, uppstod i stället glapp och dåliga passformer inuti honans kulhållare. Konceptet ansågs utifrån undersökningarna med Prescriptive sketch kräva för omfattande omkonstruktioner, därav sparades konceptet som en Darkhorse, vilket eventuellt kunde användas och undersökas vidare i senare stadier.
