Honeycomb
Produktutveckling av LED-baserad parkarmatur
Honeycomb
Product development of LED-based urban lighting fixture
Cecilia Edlund
Fakulteten för teknik- och naturvetenskap
Högskoleingengörsprogrammet i innovationsteknik och design 22,5 hp
Lennart Wihk Fredrik Thuvander 2012-06-15 1
Sammanfattning
Examensarbetet utfördes självständigt av Cecilia Edlund som studerar på Högskoleingenjörsprogrammet i innovationsteknik och design vid fakulteten för teknik- och naturvetenskap på Karlstads universitet. Arbetet utfördes under vårterminen 2012 och omfattade 22,5hp.
Uppdragsgivaren har varit Nokalux AB som utvecklar och producerar inomhus- samt utomhusbelysning för den professionella marknaden i Norden. Företaget har ett behov av att utöka sitt produktsortiment på utomhusmarknaden. Vilket har resulterat i uppdraget att utveckla en parkarmatur med LED-teknik som ljuskälla.
Fokus i examensarbetet har varit förstudien. Detta för att grundligt ta reda på information kring LED och belysningsteknik som anses betydande vid utformning av utomhusarmaturer. Vidare fokuserades förstudien på vad som önskas på marknaden samt vad som är viktigt för brukarna för att översätta dessa attribut till en produkt.
Genom idégenereringsprocessen togs olika koncept fram vilket presenterades för handledaren Erik Kihlgren på Nokalux AB. Tillsammans med företagets önskemål, krav samt elimineringsverktyg återstod två koncept. Dessa koncept utvecklades och utvärderades genom CAD-modellering och verkstadsmodeller för att slutligen resultera i en produkt. Produkten som har tagits fram består av en uppåtriktad ljuskälla som med hjälp av en reflektor riktar ner ljuset till marken. Reflektorn består av tio vinklade hexagonmönster som sprider ljuset på ett mjukt och behagligt sätt för brukaren. Det är en produkt som löser viktiga problem kring utomhusbelysning samtidigt som den är unik på marknaden. Vid konceptutveckling visualiserades produkten genom CAD-modellering, prototyper och grafiska illustrationer. Konceptvalet innefattar således ett förslag på utformning och montering av teknikens olika komponenter.
Abstract
The thesis was conducted independently by Cecilia Edlund, a student at the Bachelor program in Innovation and Design Engineering within the Faculty of Technology and Science at Karlstad University. The thesis was conducted during the spring term of 2012 and contained work corresponding to 22,5hp.
The initiator of the project was Nokalux AB, which develop and manufacture indoor and outdoor lighting products for professional use in the Nordic market. The company has a need to expand their product line for outdoor use. Which resulted in the assignment to develop a new urban lighting fixture with LED as light source.
The focus of the project was in the feasibility study. For the purpose to thoroughly find information about LED and lighting technologies required in the design of outdoor lighting products. Further focus was made to investigate the market demands and attributes that are important for the user and translate these into a product.
Through the process of concept compilation different ideas were presented to the mentor Erik Kihlgren at Nokalux AB. Along with the company’s point of view and elimination tools, two concepts remain at the end of the project. These concepts were developed and evaluated using CAD modeling, mockups and another elimination tool to finally result in one final product. The developed product consists of an upwardly directed light source that by the means of a reflector is directed to the ground. The reflector consists of ten angled hexagon patterns that distribute the light in a gentle and relaxing way for the users. It is a product that solves important problems concerning urban lighting as well as being unique in the market. Thru the concept development the product was visualised using CAD modelling, prototypes and graphic illustrations. The concept choice thus consisted of a proposal for the design and installation of technical components.
Innehållsförteckning
SAMMANFATTNING 2
ABSTRACT 3
1. INLEDNING 7
BAKGRUND 7
1.1 PROBLEMFORMULERING 7
1.2 SYFTE 7
1.3 MÅL 7
1.4 AVGRÄNSNING 8
1.5
2. METOD 9
BRIEF 9
2.1 PLANERING 9
2.2 FÖRSTUDIE 10
2.3
2.3.1 FAKTAINSAMLING 10
2.3.2 MARKNADSUNDERSÖKNING 10
2.3.3 EXPERIMENT 11
ANALYS 12
2.4
2.4.1 FUNKTIONSANALYS 12
2.4.2 KRAVSPECIFIKATION 12
IDÉPROCESSEN 13
2.5
2.5.1 IDÉGENERERING 13
2.5.2 KONKRETISERING 14
KONCEPTARBETE 15
2.6
2.6.1 KONCEPTUTVÄRDERING 15
2.6.2 KONCEPTVAL 15
2.6.3 KONCEPTUTVECKLING 16
AVSLUTANDE FAS 16
2.7
2.7.1 DOKUMENTATION 16
2.7.2 PRESENTATION 16
2.7.3 EXAMENSUTSTÄLLNING 17
3. RESULTAT 18
BRIEF 18
3.1 PLANERING 18
3.2 FÖRSTUDIE 19
3.3
3.3.1 FAKTAINSAMLING 19
3.3.2 MARKNADSUNDERSÖKNING 23
3.3.3 EXPERIMENT 24
ANALYS 25
3.4
3.4.1 FUNKTIONSANALYS 25
3.4.2 KRAVSPECIFIKATION 25
IDÉPROCESSEN 27
3.5
3.5.1 IDÉGENERERING 27
3.5.2 KONKRETISERING 28
KONCEPTARBETE 30
3.6
3.6.1 KONCEPTUTVÄRDERING 30
3.6.2 KONCEPTVAL 35
3.6.3 KONCEPTUTVECKLING 35
AVSLUTANDE FAS 40 3.7
3.7.1 DOKUMENTATION 40
3.7.2 PRESENTATION 40
3.7.3 EXAMENSUTSTÄLLNING 40
4. DISKUSSION 41
5. SLUTSATS 43
TACKORD 44
REFERENSER 45
Bilagor
Bilaga 1 – Projektplan Bilaga 2 – Brief
Bilaga 3 - Översiktligt Gantt Bilaga 4 – WBS
Bilaga 5 – Gantt Bilaga 6 – Riskanalys
Bilaga 7.1 - Intervju med Håkan Jordansson Bilaga 7.2 - Intervju med Magnus Orrby Bilaga 7.3 - Intervju med Ola Malmström Bilaga 8 – Experiment med värmekamera Bilaga 9 – Funktionsanalys
Bilaga 10 – Idégenerering Bilaga 11 – Konkretisering
Bilaga 12 - Monteringshänvisningar av monteringsinsats
1. Inledning
I kursen MSGC12, Examensarbete för högskoleingenjörsexamen i innovationsteknik och design på Karlstads universitet utförs ett examensarbete på 22,5hp vid fakulteten för teknik- och naturvetenskap.
Detta examensarbete utförs med uppdrag från Nokalux AB att utveckla en parkarmatur med LED som ljuskälla. Handledare för projektet är universitetsadjunkt Lennart Wihk och examinator för kursen är professor Fredrik Thuvander.
Bakgrund
1.1Nokalux AB är ett kundorienterat företag som tillverkar och utvecklar sina egna belysningsarmaturer med fokus på energieffektiva lösningar. Deras breda produktsortiment består av både inomhus och utomhusarmaturer för den professionella marknaden i Norden.
Tillverkningen av armaturer sker på fabriken i Töcksfors, Värmland där stora delar av plåt och plastbearbetning hanteras. Vilket bidrar till kontroll över hela tillverkningskedjan. Försäljning av armaturer sker genom egna kontor lokaliserade runt om i Sverige.
Armaturen VG9/10 är företagets mest framgångsrika produkt för utomhusbelysning och har funnits på marknaden i snart 30 år. Då produkten funnits så länge på marknaden börjar kunderna efterfråga en ny armatur på utomhussidan. Nokalux vill därmed nu utöka sitt sortiment och hitta en ny framgångsrik produkt.
Företaget tilldelade därför två högskoleingenjörer i innovationsteknik och design vid Karlstads universitet uppdraget att ta fram en ny belysningsarmatur. Med kravet att implementera LED- teknik som ljuskälla då företaget vill möta den växande efterfrågan. Uppdraget delades upp i två olika fokusområden, park- samt cykel-/vägsbelysning. Varvid detta projekt handlar om utformning av en ny parkarmatur.
Problemformulering 1.2
Hur kan en parkarmatur, baserad på LED utformas för att attrahera företaget och deras kunder samt ge brukaren en trygg och behaglig utomhusmiljö?
Syfte 1.3
Syftet är att självständigt genomföra ett skarpt produktutvecklingsprojekt mot ett företag med designprocessen som utgångspunkt. Syftet med uppdraget är att skapa en ny generation av parkbelysning med LED-teknik som företaget kan tillämpa i deras produktsortiment.
Mål 1.4
Målet med projektet är att utveckla en LED-baserad parkarmatur som tilltalar Nokalux och är konkurrenskraftig på marknaden med en god estetik och funktionalitet. Produkten skall även attrahera företagets kunder samt ge brukarna bra upplysta utomhusmiljöer under kvällstid.
Projektet skall generera i utvecklingsunderlag för Nokalux att använda vid fortsatt utveckling, en prototyp samt konstruktionsunderlag. Resultatet skall presenteras i en akademisk rapport, samt på examensutställning den 24/5 och slutredovisas under vecka 22.
Avgränsning 1.5
De avgränsningar som definierats är att fokusera på armaturen, själva ljusbehållarens utformning.
Vid val av moduler kommer enbart standardkomponenter behandlas, detta involverar både LED- teknik och dess kylningsmoduler.
2. Metod
Metodiken i detta examensarbete bygger på designprocessen samt produktutvecklingsprocessen beskrivet i boken Produktutveckling (Johannesson et al. 2004).
Brief
2.1En brief är ett dokument som skrivs i inledningsfasen av ett projekt för att definiera de mål och förutsättningar som finns. Dokumentet är till för att eliminera eventuella missförstånd mellan uppdragsgivare och uppdragstagare. Samt ge en klarare bild av vad som förväntas komma ut ur projektet och inom vilken tidsram det förväntas vara klart (Österlin 2007).
Planering
2.2Planering är ett strukturerat sätt att definiera projektets tidsomfattning och dess innehållande moment. Det görs för att få en överblick av projektet och fungerar som ett stöd för att nå det bästa möjliga resultatet på det mest effektiva sättet. Detta projekt innefattar de planeringsmetoder som redovisas nedan.
Gantt
För att grovt uppskatta projekts tidsomfång och moment gjordes en översiktlig planering i form av ett Gantt schema. Metod används för att definiera varje arbetsmoment och dess tidsåtgång.
Schemat konstrueras som ett enkelt diagram där y-axeln representerar momenten och x-axeln tiden. Varje moment utgör en horisontell linje där längden motsvarar aktivitetens varaktighet (Johannesson et al. 2004). Detta planeringsverktyg ger en tydlig grafisk bild över hur momenten sammanhänger och när de planeras att avslutas.
WBS
För att strukturerat bryta ner och definiera projektets arbetsmoment används metoden WBS (work breakdown strukture), ett hierarkiskt träddiagram (Lillesköld & Eriksson 2005). Det är ett planeringsverktyg som enbart ger en överblick av projektets arbetsmoment och definierar inte i vilken ordning arbetsmomenten skall genomföras.
Detaljerat Gantt
För att detaljerat beskriva arbetsmomentens omfattning, tidslängd och när de ska utföras gjordes ett detaljerat Gantt schema. Det konstruerades som ett vanligt Gantt schema (se ovan för beskrivning) nedbrutet i fler arbetsmoment med en tidsomfattning definierat i arbetsdagar. Detta schema uppdaterades med projektets genomförande för att hållas aktuellt.
Riskbedömning
Alla projekt har vissa risker och det är viktigt att definiera dessa i början av projektet för att förstå samt undvika dem. Metoden FMEA (felmods- och -effektanalys) är en systematisk genomgång av projekt för att definiera de risker som kan uppstå och utformas i tabellformat. För att bedöma allvarlighetsgraden av riskerna används en viktning mellan 1-5 med hänseende till sannolikhet och konsekvens. Viktningen multipliceras med varandra för att få fram ett RPN (risk priority number).
Högt RPN innebär att risken för det specifika momentet kommer inträffa är hög samt att konsekvensen för felet är allvarligt (Johannesson et al. 2004). Efter att risktalen tagits fram beskrivs försiktighetsåtgärder för varje moment. En modifierad FMEA-riskanalys har används för att definiera projektets riskmoment. Modifieringen består av en större betygsskala och färre moment för att bättre passa till detta projektarbete.
Förstudie 2.3
En förstudie genomförs i inledningen av ett projekt med avsikten att samla relevant information från olika ämnesområden så som marknad, design och teknik. Förstudie görs för att bilda en bred utgångspunkt inför den kommande produktspecifikationen (Johannesson et al. 2004). Objektivitet är viktig att ha genom hela förstudien för att inte bilda felaktiga slutsatser kring den samlade informationen.
2.3.1 Faktainsamling Litteraturstudie
Litteraturstudie används för att samla relevant bakgrundsinformation från skrivna material (Björklund & Paulsson 2007). Litteraturstudien genomfördes i två olika stadier varav den första bestod av att skapa en bred och översiktlig inblick i belysningsteknik och Lighting emitting diods (LED) som ljuskälla. Andra stadiet bestod av djupgående faktainsamling kring specifika problem som framkom från första stadiet. Sökningen gjordes främst genom databaser och internet efter vetenskapliga artiklar, böcker, riktlinjer och standarder kring olika ämnesområden.
Intervjuer
Kvalitativa forskningsintervjuer ett bra tillvägagångssätt för att samla information kring personers kunskap eller erfarenheter. Det kan utföras på olika sätt, strukturerat, halvstrukturerat eller ostrukturerat. Intervjutillfällena av personer i branschen baserades på en halvstrukturerad intervjuform där ett ämnesområde och ordningsföljd sammanställdes till en så kallad intervjuguide. Frågorna formuleras och ställs efterhand med hänsyn till respondentens svar och reaktioner på tidigare ställda frågor. Det är därför viktigt att vid användning av denna metod lyssna på respondenten samt ställa korta och begripliga frågor för att få flyt i intervjun (Kvale 2009). Intervjuerna genomfördes över både telefon och via personlig kontakt.
Vid sammanställning av intervjuresultatet användes metoden meningskoncentrering vilket är en förkortad formulering utifrån en gemensam röd tråd i intervjun (Kvale 2009).
Studiebesök
Studiebesök är en form av informationssamling där relevanta platser kring projektet besöks för att skapa djupare kunskap kring t.ex. tillverkning, personalens kunskap och erfarenheter. Under studiebesöket samlas information in genom t.ex. intervjuer och observationer. En observation är en form av datainsamling som använder människans förmåga att redogöra vad som händer vid en specifik tidpunkt, samt se samband mellan händelser och beteenden (Kylén 2004). Observatören kan själv välja att använda det som anses relevant utifrån personliga åsikter. En observation kan göras planerad eller oplanerad, strukturerad eller ostrukturerad. Vid observationstillfällena användes framförallt ostrukturerade observationer vilket är en beskrivning av vad som händer utifrån egna personliga referenser.
2.3.2 Marknadsundersökning
Marknadsundersökning används för att ta reda på vad som finns, vad som kommer finnas och vad som efterfrågas (Johannesson et al. 2004).
Konkurrentundersökning
En undersökning av konkurrenters sortiment på marknaden, görs för att ta reda på vad som finns att tillgå. Ett viktigt moment inom produktutveckling för att minimera risken att efterlikna redan befintliga produkter. Konkurrentundersökning gjordes genom internetsökning och observationer.
Teknikundersökning
Vid utveckling av tekniska produkter är kunskap ett måste. Det är viktigt att veta vad som finns att tillgå på marknaden för att anpassa utformningen efter det. Den tekniska undersökningen genomfördes via internetsökning.
Stockholm Furniture and Light fair
Stockholm Furniture and Light fair är en mässa där företag från belysning och möbelindustrin ställer ut det senaste inom teknik och formgivning. Genom intervjuer och observationer av de marknadsledande företagen samt en föreläsning inom belysningsbranschen delgavs information kring LED och möjligheter kring utformningen av LED belysning.
2.3.3 Experiment
Experiment gjordes i syfte att undersöka hur kraftig temperaturökningen blir på en LED-modul utan kylning. Detta då resultatet från förstudien visar att LED-teknikens största problematik för livslängden är hög värmeutveckling (se resultat i kapitel 3.3.1). Värmekamera FLIR i5 användes för att mäta strålningsintensiteten på objektet, i detta fall en Philips Linear Light Module (LLM).
Värmekameran översätter strålningsintensiteten till temperatur. Då strålningsintensiteten varierar beroende på material måste emissiviteten på den mätta ytan matas in i kameran för att ge en korrekt mätning. Emissivitet är ett mått på hur mycket elektromagnetisk strålning ett objekt utstrålar. Då LED-modulen består av olika material monterades svart eltejp, med emissivitet 0.95 på tre olika ytorna av modulen för att enklare
kontrollera ett korrekt värde (Stefan Frodeson1). Vid uppsättningen av miljön användes metallstänger som monteringsanordning, varvid LED-modulen placerades ovanpå. Ytan där den största värmeutvecklingen förväntades riktades uppåt för att underlätta mätningarna. Värmekameran placerades på 1,5 meters avstånd från modulen där tre olika mätpunkter användes. Mätningarna genomfördes med en minuts mellanrum i samma ordningsföljd tills den maximala värmeutvecklingen uppnåtts.
Simulering med kylning
Med syfte att undersöka hur värmeutvecklingen i en LED-modul förändrades med användning av en
kylfläns gjordes en analys i programmet Comsol MultiPhysics vilket är ett simuleringsprogram. En CAD- modell av LLM- modulen hämtades från Philips hemsida och en kylfläns konstruerades utifrån måttangivelser på en standardkomponent anpassad till LLM-modulen. Då programmet är uppbyggt på ett sådant sätt att materialegenskaper appliceras till alla delar i en modell för att mäta värmeflödet och värmeutvecklingen (Kamal Rezk2). Konstruerades luft i form av solida parter.
Luftcirkulationen kunde därmed appliceras som en naturlig kylningsmekanism i analysen. Med syfte att göra en verklighetstrogen analys konstruerades även en översiktlig modell på en befintlig armaturs där LED-tekniken monterades. Detta då tekniken i verkligheten är instängd i en miljö med väldigt lite naturlig luftcirkulation vilket påverkar värmeutvecklingen. När modellen var färdigkonstruerad gjordes ett mesh-mönster, ett mönster bestående av trianglar. Ett viktigt moment för att programmet ska ge korrekta mätvärden.
1 Stefan Frodeson, prefekt och universitetsadjunkt, Avdelningen för energy-, miljö-, och byggteknik Karlstads universitet, mars 2012
2 Kamal Rezk, doktorand, avdelningen för energi-, miljö- och byggteknik, Karlstads universitet, april 2012
Bild 2.1 Uppsättning av experimentet med den förväntade varmaste ytan uppåtriktad.
Analys 2.4
Används som ett underlag för problemlösning.
2.4.1 Funktionsanalys
Vid utveckling av produkter är det viktigt att ta reda på varför produkten finns d.v.s. huvudsyftet med produkten (Österlin 2007). Ett sätt att göra detta är genom en funktionsanalys som är ett systematiskt tillvägagångssätt för att värdera och motivera en produkts egenskaper. Dessa egenskaper ställs upp i en tabell och beskrivs genom ett verb och ett substantiv som delas upp i olika klassificeringar; huvudfunktion, bifunktion, nödvändig, önskvärd och onödig. Huvudfunktionen, (HF) definieras genom anledningen till varför en specifik produkt utvecklas, t.ex. en cykel utvecklas för att medge personförflyttning (Landqvist 2001). Bifunktionerna, (BF) är funktioner som antas behövas för att uppfylla huvudfunktionen. Dessa bifunktioner anses därför vara nödvändiga, (N) för produkten, medan de önskvärda, (Ö) är funktioner som enbart underlättar produktens syfte. Klassificeringen onödig, (O) används för funktioner som inte bidrar till produktens syfte och kan i efterhand tas bort från funktionsanalysen.
2.4.2 Kravspecifikation
För att definiera produktens ställda krav och önskemål i olika faser av produktens livscykel görs en kravspecifikation. Det är ett levande dokument som utvecklas och uppdateras under projektets gång. För att genomarbeta de olika kraven och önskemålen användes Olssons Kriteriematris (se tabell 2.1) där raderna utgör livscykelfaser och kolumnerna beskriver aspekterna som skall uppmärksammas (Johannesson et.al 2004 sid. 115). De definierade kriterierna delas in i krav och önskemål där önskemålen viktas på en skala från 1-5, där 1 är mycket lågt och 5 är mycket högt önskemål. Kriterierna definieras även utifrån om de är en funktion eller en begränsning.
Den färdiga kravspecifikationen används både som mål för idéprocessen och som underlag för utvärdering (Österlin 2007).
Tabell 2.1 Olssons kriteriematris
Aspekter
Process Miljö Människa Ekonomi Livscykelfas
Alstring
(Utveckling, konstruktion) 1.1 1.2 1.3 1.4 Framställning
(Tillverkning, montering, kontroll mm.)
2.1 2.2 2.3 2.4
Avyttring (Försäljning, distribution)
3.1 3.2 3.3 3.4
Brukning (installation,
användning, underhåll) 4.1 4.2 4.3 4.4
Eliminering
(Borttransport, återvinning)
5.1 5.2 5.3 5.4
Idéprocessen 2.5
Idéprocessen genomförs med anledning av att skapa idéer kring problemställningar. Denna process valdes att delades upp i tre olika grupper, grupp A, B, C, där deltagarnas varierade kompetens var i fokus. Grupp A bestod av flera deltagare med kreativa personligheter, grupp B av konstruktionskunniga personer och grupp C, av projektinsatta personer. Idégenerering med dessa grupper genomfördes vid olika tillfällen där grupp A och B genomförde en halvdag av generering.
Grupp C upprepade processen under tre olika dagar. Konkretisering av de framtagna idéerna gjordes efter avslutad idéprocess.
2.5.1 Idégenerering
Vid kreativa processer kan idégenereringsmetoder användas som ett hjälpverktyg för att simulera kreativitet. Metoderna är huvudsakligen tagna ur "Idéagenten - En handbok i att leda kreativa processer" (Michanek & Breiler 2012) men en del egengjorda metoder användes också.
Komigång tävling
Vid kreativa processer är det viktigt att vara på plats både fysiskt och mentalt (Michanek & Breiler 2012). Därför användes en komigång tävling för att aktivera deltagarna och få dem att tänka kreativt. Deltagarna delas upp i mindre grupper där alla grupper tävlade mot varandra. Uppgiften som tilldelades deltagarna var att utifrån ett objekt, som placerades synligt för alla, att under tidspress skriva ner alternativa användningsområden för detta objekt. Proceduren gjorde två gånger där första omgången omfattade 90 sekunder och andra omgången 60 sekunder. Efter avslutad tid sammanräknades alla användningsområden och det lag med flest vann. Användes på grupp A och B.
Slumpordsassociation
Denna metod bygger på en grupp av deltagare där en deltagare säger ett valfritt ord och nästa på tur associerar fritt till detta ord. Ordningsföljden repeteras tills en kedja av ord har skapats samtidigt som ledaren antecknar orden. Därefter tilldelas deltagarna en problemformulering varpå lösningar ska tas fram utifrån ett av de slumpade orden (Michanek & Breiler 2012).
Problemformuleringen som tilldelades var: hur kan man med hjälp av ordet sprida ljus? Användes på grupp A.
Din kreativa idol
Vid användning av metoden Din kreativa idol ombeds deltagarna inta rollen av kreativa personer som man ser upp till (Michanek & Breiler 2012). Dessa personer väljer idéagenten själv ut och kan vara allt från kända personer till någon från målgruppen. Personligheter som deltagarna ombads att inta var Steve Jobs, Lady Gaga, en småbarnsmamma, Skalman och en utomjording. Efter att deltagarna intagit rollen av idolerna ska de beskriva denna persons egenskaper. Utifrån detta lösa ett tilldelat problem, i detta fall, hur skulle denna person belysa en mörk plats? Allt skrivs ner på ett papper för dokumentation. För att ge deltagarna omväxling placerades bilderna på olika platser i rummet. Metoden användes på grupp A.
Negativ idégenerering
Metoden bygger på en grupp av 6-8 deltagare där alla arbetar tillsammans för att omformulera en tilldelad positiv problemformulering till en negativ (Michanek & Breiler 2012). Den positiva problemformuleringen som tilldelades var; hur skulle en lampa som är väl avbländande se ut?
Formuleringen översattes därefter till en negativ motsvarighet; hur ska en lampa utformas som ska blända användaren överdrivet mycket? varvid idéer genererades. Dessa negativa idéer översätts tillbaka till positiva motsvarigheter och metoden var därefter avslutad. Under metodens gång antecknar deltagarna själva allt på ett papper. Användes på grupp A och B.
Designassociation
Deltagarna ombeds att tänka på ett valfritt designobjekt och sätta sig in i formen och strukturen av detta objekt. Därefter skall deltagarna omvandla detta objekt till ett annat användningsområde t.ex. en armatur. Idéerna skissas ner eller beskrivs på post-it lappar som sedan ges till idéagenten.
Detta är en egenkomponerad metod som genom erfarenheter har utformats enligt denna struktur.
Användes på grupp B.
Hjärnpoolen
Vid användning av Hjärnpoolen jobbar varje deltagare individuellt med att generera idéer kring ett tilldelat fokusområde. Dessa idéer skrivs ner på post-it lappar som läggs i en hög mitt på bordet.
När en deltagare har slut på kreativitet plockas en valfri lapp upp ur högen för att vidareutvecklas (Michanek & Breiler 2012). Fokusområdena som tilldelades deltagarna var hur man kan få uppåtriktat ljus att kastas nedåt och vice versa. Användes på grupp B och C.
2.5.2 Konkretisering
Konkretisering görs dels för att sammanställa spridda tankar och idéer som framkommit under idéprocessen men även för att utomstående ska förstå idéerna (Michanek & Breiler 2012). Vid första delen av konkretiseringen sorterades orealistiska idéer bort t.ex. självlysande tandkräm. För att sortera de återstående idéer användes metoden idé där fokus ligger på specifika idéers styrkor.
Överblick skapades genom kluster där likartade idéer genom utformnig eller funktion placeras tillsammans och ur klustren väljs favoriter ut som sedan går vidare till visualiseringen.
Visualisering
För att ge en klarare bild av olika idéer och för att förtydliga grundtankarna bakom dem görs en visualisering. Metoden som valdes för detta ändamål var konkretiseringsverktyg #1 i boken ”Idéagenten - en handbok i att leda kreativa processer”. Det är en grafisk idémall där en visualisering av idén görs genom skisser, samt ges en kort beskrivning av idén, varför den är nyskapande och vilka behov den uppfyller. Varje idé konkretiserades var för sig där första steget var att visualisera utformningen. Olika utformningar av samma grundidé genomfördes och i kombination med detta växte nya idéer fram.
Idéutvärdering
Utvärdering handlar om att systematiskt välja ut de idéer som bäst uppfyller krav eller andra förutsättningar som är viktiga i projektet eller för produktens framgång (Johannesson et.al 2004).
Genom att sätta upp en matris med dessa förutsättningar och krav även kallat bedömningskriterier, tas ens egna åsikter ut ur bilden och beslutet av idéerna kan baseras på fakta.
Utvärderingsmetoden som användes var ett spindelvävsdiagram. En lättförståelig grafisk matris med sifferkolumn utformad som ett spindelnät (Michanek & Breiler 2012). Bedömningskriterierna sattes upp delvis efter kravspecifikationen men även utifrån kriterier som anses viktiga vid bedömning så som marknadskiljedom, hur unik idén är och om den kan realiseras snabbt.
Utvärderingen är ett underlag för fortsatt konceptarbete.
Idéval
En kort presentation av idéerna och dess bakomliggande funktioner genomfördes inför uppdragsgivaren. Efter presentationen åkte uppdragsgivaren ner till Frankfurt på light + building mässan. Den största mässan inom belysningsbranchen (Messe Frankfurt 2012) för att undersöka nyhetsgraden av idéerna. Idévalet baserades därefter på resultat från ideútvärderingen (se kapitel 3.5.2) tillsammans med uppdragsgivarens åsikter och nyhetsgranskning från Frankfurtmässan.
Konceptarbete 2.6
Konceptarbete är en process för att vidareutveckla de idéer som gått vidare från idéurvalet, för att slutligen resultera i ett välgrundat koncept. I processen behandlas konceptutvärdering, konceptval och konceptutveckling.
2.6.1 Konceptutvärdering Användes som underlag för konceptvalet.
Komponenter
I syfte att definiera storlek samt innehållande komponenter i koncepten gjordes ett val av LED- moduler med hjälp av Elimineringsmatris efter Pahl och Beitz. Det är en matris som undersöker hur de olika alternativ av idéer eller produkter uppfyller definierade krav (Johannesson et.al 2004). Varje LED-modul bedöms tillsammans med rekommenderade standardkylflänsar utifrån tre bedömningskriterier. Uppfyller kraven (+), uppfyller inte kraven (-) samt är nära att uppfylla kraven (0). Vid användning av denna matris definierades fyra krav från resultatet i förstudien, dessa krav tillämpades därefter på respektive koncept. När bedömningen av LED-modulerna gjorts, sammanställdes resultatet för att slutligen återstå en modul till respektive koncept.
Modeller
Modellbygge är ett enkelt sätt att fysiskt utvärdera form, funktion och uppbyggnadsstruktur (Österlin 2007). För att utvärdera koncepten med hänsyn till verklighetsuppfattning byggdes översiktliga modeller i fullskala. Papp, snöre, kartong och lim användes som material för att göra olika utformningar och storlekar på koncepten. En grundmall klipptes ut för att sedan montera ihop ytorna med lim. När modellerna ansågs färdiga, hissades dessa upp på olika höjder mellan 3- 4,5 meter för att bilda en storleksuppfattning och se perspektiv. Mindre modeller utfördes även av konceptet Honeycomb för att definiera en vinkling anpassad efter ljusets spridning.
Layoutkonstruktion
Som visualiseringshjälp samt för att få en bättre uppfattning av konceptens konstruktion gjordes en layoutkonstruktion i CAD programmet ProEngineering (ProE). En produkts layout är samspelet mellan olika delar och hur dessa arrangeras tillsammans (Johannesson et.al 2004). Då det enbart var tänkt att använda resultatet som stödunderlag för utvärderingen löstes inga komplicerade konstruktionsfrågor. För att enkelt strukturera upp modelleringen användes top- down metodik, en hierarkisk trädstruktur och komplicerade friformningsytor utformades genom användning av ProE modulen Style, (ISDX).
Kesselring
Metoden Kesslering är ett viktat urvalsverktyg från 1950-talet bestående av en tabell med bedömningskriterier på x-axeln och koncepten på y-axeln (Michanek & Breiler 2012).
Bedömningskriterierna viktas inbördes med procentsats och en poängskala mellan 1-5 sätts upp för att bedöma hur väl koncepten uppfyller kriterierna. Därefter bedöms de olika koncepten individuellt efter kriterierna genom att använda bedömningsskalan. När bedömningen är färdig räknas poängen ut genom att multiplicera viktningen med poängen givna vid varje kriterie.
Konceptet med högst totalpoäng efter viktningen går vidare till utvecklingsstadiet.
Bedömningskriterierna sattes upp efter kravspecifikationen.
2.6.2 Konceptval
Konceptvalet är baserat på resultatet i konceptutvärderingen (se kapitel 3.6.1)
2.6.3 Konceptutveckling
Målet med denna fas är att ta fram ett underlag som beskriver en användarriktig produkt (Johannesson et.al 2004).
Detaljkonstruktion
En detaljkonstruktion är en form av produktgestaltning där uppbyggnaden av produkten bestäms.
Förhållanden mellan komponenter och konstruktionsproblem reds ut (Johannesson et.al 2004).
Vid uppbyggnaden av produkten testades olika utformningslösningar och samspelet mellan tillverkning och montering.
Sheetmetal, programvara som tillåter formning och bockning av plåt användes. I programmet utformades plåten till den slutliga formen av monteringsinsats (se resultat kapitel 3.6.3) först för att därefter plattas ut genom ett flatpattern. Detta i syfte att testa passformen med de tillhörande komponenterna. Efter färdig konstruktion gjordes ett ritningsunderlag för tillverkning.
Prototyp
En prototyp är en modell av den riktiga utformningen, där tillverkningsmetod kan avvika men där utformningen är densamma (Österlin 2007). En prototyp av konceptet valdes att göras i skala 1:5 för att enkelt transportera och hålla kostnader nere. Delar av konceptet skrevs ut i universitetets 3D skrivare där förberedande modifikationer, så som överdimensionering av tjockleken gjordes i CAD programmet. Resterande delar byggdes i trä och stål samt en improviserad lösning av lysdioder gjordes för att monteras in i armaturen. I syfte att ge ett helhetsintryck av en verklig miljö skapades ett minilandskap runt om prototypen. Grus, grön filt representerande gräs samt siluetter av människor skars ut i papp.
En prototyp gjordes i verklig storlek av den konstruerade monteringsinsatsen (se resultat i kapitel 3.6.3) för att visa hur tekniken är tänkt att monteras.
Avslutande fas 2.7
Den avslutande fasen i projektet består av de obligatoriska momenten för godkännande i kursen Examenarbete för högskoleingenjörsexamen i innovationsteknik och design (MSGC12). De består av presentationer av arbetet, utställning och dokumentation i form av en rapport.
2.7.1 Dokumentation
Dokumentationen av projektet har pågått löpande under projektets gång i två olika format, en examensrapport och en tidsrapportering. Examensrapporten har skrivits utifrån Karlstads universitets officiella rapportmall och referenserna har gjorts utifrån Harvardsystemet.
Tidsrapporteringen upprättades i början av projektet för att ge överblick av antalet timmar nedlagda i projektet och vilka moment som utförts. Dokumentet upprättades i Google dokuments för att vara lättillgängligt via internet.
2.7.2 Presentation
Under kursen har två presentationer ägt rum, delpresentation och slutpresentation. Båda presentationerna genomfördes med hjälp av Microsoft Power Point. Delpresentationen ägde rum i mitten av projektet med syfte att presentera vad som gjorts samt en plan för fortsatt arbete.
Slutpresentationen gjordes efter avslutat examenarbete för att presentera resultatet inför uppdragsgivare och examinator.
2.7.3 Examensutställning
Vid utställningen på stora torget i Karlstad ställde alla högskoleingenjörer i innovationsteknik och design ut sina examensarbeten. Det var en eftermiddag där det gällde att fånga åskådarnas intresse genom intressanta och spännande montrar. Inför utställningen förbereddes en monter samt presentationsmaterial i form av prototyp och renderade CAD-modeller.
3. Resultat
Brief 3.1
Detta dokument sattes upp i två olika upplagor varav den ena definierade projektet och den andra uppdragets förutsättningar. Det första dokumentet publicerades på itslearning, för godkännande av handledaren och reviderades under projektets utförande (se bilaga 1). Itslearning är en databas som används på Karlstads universitet. Det andra dokumentet (se bilaga 2) skickades till uppdragsgivaren för godkännande. Båda dokumenten skrevs utifrån en mall där bakgrund, mål, problemformulering, förutsättningar, genomförande, förväntat resultat samt tidsram definierades. Efter godkännande mottagits fortsatte produktutvecklingsprojektets nästa fas, planering.
Planering 3.2
GANTT
Gantt-schema strukturerades på ett översiktligt sätt med sex arbetsmoment som förväntades genomföras i projektet. Dessa var planering, förstudie, analys, idégenerering, konceptarbete samt en avslutande fas (se bilaga 3). Tidsenheten bestämdes till veckor för att på ett enkelt sätt överskåda arbetsmomentens längd. Det moment som planerats ta längst tid i projektet var förstudien på sju veckor, då en grundligt genomförd förstudie bidrar till ett kvalitativt slutresultat.
WBS
Ett WBS upprättades i programmet Adobe InDesign med fem huvudkolumner, Planering, förstudie, idégenerering/konceptarbete och avslutande fas för att lättare överskåda arbetsmomenten.
Analysen placerades som en förgrening av förstudien och konceptarbetet ansågs vara en del av idégenereringsfasen. Dessa bröts därefter ner i mindre delmoment för att ytterligare definiera projektets ingående moment (se bilaga 4). Resultatet av detta schema låg som grund för det detaljerade Gantt-schemat.
Detaljerat Gantt
För att konstruera ett detaljerade Gantt-schemat användes programmet Microsoft Project 2007 där aktiviteterna från WBS strukturen placerades på y-axeln med förväntad tidsåtgång på x-axeln (se bilaga 5). Schemat har uppdaterades löpande under projektets gång på grund av förändringar och omprioriteringar.
Riskbedömning
När samtliga risker hade förts in i en tabell och bedömts utifrån sannolikhet och konsekvens tolkades fem av dem som högriskmoment (se bilaga 6). Momenten som ansågs mest riskabla för projektet var:
Planeringsbrister
Fel koncept väljs för utveckling Företaget accepterar inte koncepten Dataförlust
Tidsbrist
Av dessa rankades tidsbrist högst då både sannolikheten för inträffande och konsekvensen av tidsbrist var hög. Som åtgärd för detta ansågs en bra planering och verkställande av den vara högt prioriterad. Förändring av tidsplaneringen är näst intill oundviklig i projekt, vilket gör att en konstant uppföljning av planeringen har utförts för att undvika tidsbrist.
Förstudie 3.3
3.3.1 Faktainsamling
Litteraturstudie
Första stadiet
Boken Lärobok i belysningsteknik har varit betydande för att få övergripande kunskap kring belysningsteknik och dess innefattande begrepp som reflektion och tekniska beteckningar.
Luminans, lumen cd/m2 är ett kombinerat mått på hur mycket ljus som tillförs från ljuskällan och hur ljuset reflekteras. Trots att luminansen tar hänsyn till reflekterande ljus tar synsinnet hänsyn till fler aspekter. Vilket medför att mätning av den verkliga upplevelsen av ljus är väldigt svår. Saker som påverkar luminansens effekt är t.ex. bakgrundsfärger och ytegenskaper. I bild 3.1 illustreras detta. Färgerna på cirklarna upplevs vara olika men är i själva fallet densamma. Ögats förmåga att lura sinnet gör att en ljuskälla med samma belysningsstyrka kan uppfattas som bländande eller icke bländande beroende på omgivande miljöer, en så kallad kontrastbländning (Bohgard 2008). Beaktas lågan från stearinljus i ett mörkt rum upplevs det som bländande. Görs däremot samma sak i ett ljust rum upplevs det som behagligare ljus. Denna synvilla är viktig att ta hänsyn till vid utveckling av belysningslösningar. Definitionen av bländning är försämring av syn eller irritation av ögat orsakat av ljus (Bohgard 2008). Att bli bländad kan förekomma på flera olika sätt, genom direktbländning, där ljus träffar med en flack vinkel rakt in i ögats ljusreceptorer. Indirekt bländning är studsandet av ljus via en annan yta än ljuspunkten. Sista formen av bländning enligt boken Arbete och teknik på människans villkor är adaptionsbländning vilket förekommer när övergången mellan ljus och mörker sker hastigt. För att undvika bländning av förbipasserande gäller det därför att succesivt öka luminansen på marken och på så sätt lura sinnet att uppleva ljuset som mindre starkt och därmed mindre bländande. Den indirekta och direkta bländningen bör undvikas vid utformning av en armatur. Samtidigt som hänsyn till vinklar som träffar ögat är viktigt för att undvika den direkta eller indirekta bländningen.
Bländning upplevs inte bara obehagligt för människan utan är även en bidragande faktor till ljusförorening (Institute of lighting professionells, ILP 2011). Ljusförorening är ett samlat namn för onödigt spill av ljus. Det kan förekomma i olika former men några av de största bidragande faktorerna är skyglow, light trespass, eller glare. Light trespass är ljus som sprider sig utanför det område som önskas belysas. Skyglow är benämningen på en lysande natthimmel och glare är bländande ljus (ILP 2011). Vid rätt utformning av armaturer kan ljusförorening undvikas. Light tresspass kan förekomma från ljus som försvinner direkt upp i himlen men även för ljus som reflekteras indirekt från marken. Armaturer som använder mer ljus än nödvändigt är en av de ledande orsakerna till detta. Då det överflödiga ljuset reflekteras tillbaka upp i himlen. Det mest fundamentala i reflektions lära är att ljuset studsar ut med samma vinkel den studsade in (Wall 2004). Skillnader uppkommer dock vid variation av yta. Som illustreras i bild 3.2, sprids ljuset i flera olika vinklar när ljuset studsar mot en matt yta jämfört med en blank. Då vägunderlaget väldigt sällan är av blank karaktär studsar ljuset i olika vinklar och kan uppfattas som störande för personer i omgivningen.
Bild 3.2 Illustration av reflektion mot en blank och matt yta.
Bild 3.1. Illustration av hur två cirklar med samma kulör kan uppfattas olika p.g.a. förändring i bakgrundsfärgen.
Ljusförorening är onödigt spill av ljus och därmed också onödigt spill av energi. I artikeln light pollution and its energy loss undersöks den förlorade energin som en direkt orsak av skyglow. Enligt artikeln förlorar London 29x106kWh på grund av ljusförorening. För att undvika detta rekommenderas armaturer där spillet av ljus uppåt minimeras.
Det är inte bara ljusets övergång från mörkt till ljust som är viktigt vid belysningslösningar utan även övergången mellan två utplacerade armaturer. Ljuspunktens höjd vid cykel och gångbanor bör ligga mellan 3-6 meter, eller minimum det dubbla avståndet av gångbanans bredd (Trafikverket 2004). Ljuspunktens höjd beror på ett antal parametrar så som belysningsklass, armaturens ljusstyrkefördelning, banans reflektionsegenskaper samt ljuskällornas ljusflöde (Vägverket och svenska kommunförbundet 1992). Kan en annan höjd rekommenderas utifrån dessa parametrar anses det validerat. Vid avståndsplanering rekommenderas en maximal längd mellan armaturerna där hela gångbanan anses upplyst (se bild 3.3). Det som vill uppnås är att minimera de mörka partierna längs gångbanan för att bidra till en säkrare och tryggare miljö. Detta då hinder som kan existera i mörka partier blir synliga. Som beskrivet innan är människor känsliga för kontraster, vid för lite kontrast blir objekt på vägbanan svårupptäckta, vid kraftiga kontraster uppstår bländning (Bohgard 2008).
LED
LED är en liten, dimbar och energieffektiv lysdiod som genom elektricitet alstrar synligt ljus i en halvledare (Ljuskultur 2009). Dioden har ett täckande hölje för att skydda från yttre påverkan och detta bidrar till att ljuset sprids 180 grader. Denna spridning gör det enklare att styra ljuset till önskad plats jämfört med konventionella ljuskällor som sprider ljus 360 grader (Ljuskultur 2009).
Då LED sprider ljus via direktljus (starkt spotlightliknande ljus) är kunskap kring reflektion viktigt för att förstå och lyckas sprida ut ljuset med mjukare och mildare övergång från ljust till mörkt.
Det som gör LED speciellt är dess minimala storlek som alstrar mycket ljus vilket medför att utformning av armaturer underlättas. Samtidigt som tekniken tillåter steglös dimning av ljuset.
Samt är stöt- och vibrationstålig och drar lite energi jämfört med äldre ljuskällor så som kvicksilverlampor (Ljuskultur 2011). Utomhusarmaturer med kvicksilverlampor drar 125 W medan nya metallhalogenlampor och LED-teknik ligger mellan 50-70 W (Belysningsbranschen 2009). Vandalism är ett problem vid utomhusarmaturer, då trasig belysning ger omgivningen en
Bild 3.3 Den övre bilden är visualisering av bra belysning. Nedre bild är visualisering av sämre belysning. Båda bilderna visualiserar hur stolplacering kan vara avgörande för visualisering av gångbanan.
känsla av otrygghet (Gidlund 2009). Eftersom LED-teknik är stöt och vibrationstålig underlättas säkerheten vid vandalism. Tekniken slutar inte fungera när stolpen skakas eller sparkas på.
Däremot finns fortfarande risken av stenkastning mot ömtåliga partier i en armatur.
Det viktigaste med LED och dess livslängd är att kylning fungerar. När 80% av det ursprungliga ljuskapaciteten återstår på en ljuskälla anses livslängden vara nådd. Vid korrekt användning av en LED-modul beräknas livslängden vara runt 50000 timmar (Ljuskultur 2009) jämfört med metallhalogen urladdningslampa på 8000- 15000 timmar (Energimyndigheten 2012). Då värmeutvecklingen av LED sker i motsatt riktning av ljuset utsätts kretskortet för mycket höga temperaturer. Detta är en ledande orsak till varför kylningen anses vara den viktigaste aspekten att ta hänsyn till vid utveckling av armaturer. Kyls tekniken inte rätt kan dessa 50000 timmar förvandlas till 100 timmars brinntid (Ljuskultur 2011). För att transportera bort värme från tekniken används kylflänsar av olika utformningar med eller utan fläktar. Kylflänsarna kan antingen vara en del av utformningen som ofta tillverkas genom gjutning och bearbetas med hjälp av fräsning (Kihlgren3). Alternativt är det standardkomponenter som monteras på LED-modulens undersida.
Färgåtergivningen av LED är missvisande, allmänheten förknippar gärna LED med blått ljus.
Men faktum är att LED kan skapa de flesta ljusfärger genom RGB teknik. Vid utomhusmiljöer föredras ljus av vit karaktär, vilket anses vara en neutral ljusfärg. Detta då färgåtergivningen av miljön återspeglas på ett mer naturligt sätt samtidigt som det är lättare att upptäcka hinder på vägbanan. Det vita ljuset uppnås vid höga färgtemperaturer. I Sverige och Norden anses 3000- 4000 Kelvin (Kelvin är ett mått på färgtemperaturen i LED) vara en bra färgåtergivning för utomhusmiljöer. I sydligare breddgrader, t.ex. Frankrike är det inte ovanligt att använda mellan 5000-6000 Kelvin vilket tendera att upplevas som ett blåaktigt ljus. (Jordansson4).
Andra stadiet
Inför andra stadiet i förstudien gjordes djupgående informationssökning kring trygghet, hur människor känner sig trygga och vad som krävs för att ge en trygg miljö. Detta gjordes då förstudiens första stadie påvisade att trygghet är något som bör eftersträvas vid utveckling av nya belysningslösningar och att det är av betydelse för att människor ska vistas utomhus. Det eftersträvas att utforma efter människans behov och känslor enligt (Haijin 2009).
Enligt undersökningen (Novus 2011) upplever 29 % av svarande att de alltid eller ofta känner sig osäkra utomhus efter skymning. Undersökningen gjordes på boende i Örebro. Av dessa ansåg 84% att mer eller bättre belysning i området skulle öka känslan av säkerhet. Belysningen har påvisad effekt för känslan av säkerhet och att man vistas mer utomhus (Painter 1996). Genom att belysa en gångbana med vitare ljus och med ett luxtal mellan 5-10 lux (hur mycket ljus som träffar en yta (Wall 2004)) kunde de påvisas att antalet brott minskades samtidigt som fler människor använde gångbanan efter utbytt belysning.
Enligt miljöpsykologen Torbjörn Laike5 har ljusets färg stor betydelse på hur man mår och hur man känner sig. Ett spektralt ljusfördelningsdiagram visar färgåtergivning vid olika våglängder.
Vid 555nm har ljuset en blåaktig karaktär och ögat är då som mest känsligt för ljus (Boghard 2008). När ljuset upplevs vid en våglängd mellan 460-480nm, utsöndras hormonen melatonin som är sömndrivande. LED alstrar mest ljus vid dessa våglängder och medför till att ögat är mer känslig för LED jämfört med andra ljuskällor. Genom att bryta ljuset mot en annan yta kan andra våglängder uppkomma och känsligheten för ljuset förändras Laike3.
3 Erik Kihlgren, Konstruktör Nokalux AB, intervjuades den 22/2 2012
4 Håkan Jordansson, Teknisk support Nokalux AB, intervjuades den 22/2 2012
5 Torbjörn Laike, Miljöpsykolog, LTH, Föreläsning 7/2-2012
