Examensarbete
Omkonstruktion av komponenter i en desinfektionsdiskmaskin med syfte att reducera monteringstiden
Författare: Fang Chen, Hampus Eriksson
Handledare: Samir Khoshaba Examinator: Izudin Dugic Termin: VT 15
Ämne: Maskinteknik Nivå: Grundnivå
Kurskod: 2MT10E, 22,5 hp Datum: 2015-09-01
Institutionen för maskinteknik
II
Sammanfattning
I dagens globaliserad värld är företag utsatta för hård konkurrens och den som slutar förbättra sin produkt kommer att konkurreras ut från marknaden. För att få lönsamhet på en produkt måste den ha en bra produktmarginal, och detta kan uppnås genom kostnadseffektivisering. En minskad monteringstid kan öka effektivitet vid montering som i sin tur kan bidra till en sänkt produktkostnad. Fokus i detta arbete ligger därför i att konstruera om komponenter av produkten för lättare och snabbare montering.
Produkten är en desinfektionsdiskmaskin som får plats under bänken.
I metodologin presenteras olika vetenskapliga metoder och relevanta teorier som kommer att appliceras i arbetet beskrivs i teoridelen. Utförandet av arbetet berskivs i kapitlet genomförande där
nulägesbeskrivning, nulägesanalys samt förbättringsförslag till de tre upptäckta problemen genomförs.
Flesta teorierna handlar om monteringsanpassad konstruktionen (DFA), utvecklingsprocesser och tidsstudie från Boothroyd och Dewhurst. Problemen förklaras i nulägesanalysen och sedan genomförs tidsstudier på alla problem. Huvudproblemen som upptäcks i detta arbete handlar om skymd sikt samt bristande utrymme vid insättningen av komponenter vid monteringen. Tidsstudier genomförs för att sedan beräkna konstruktionseffektiviteten som är ett underlag för att visa vilka delar är krångliga att montera och kan resultera en extra lång monteringstid. Målet är att sänka monteringstiden genom att förbättra sikten och utrymmet och att minska antalet delar. Förbättringsförslagen till alla problem baseras huvudsakligen på tillämpningen av konceptundersökningen samt konceptpoängsättningen för att finna det bästa förslaget för förbättringen till varje problem. På grund av att ingen egen tillverkning sker på företaget har författarna valt att utföra beräkningar istället för att verifiera att lösningarna till problem håller. Resultatet i detta arbete blir att antalet delar och skruvar har minskats samt att sikten och tillgängligheten vid insättning av komponenter har förbättrats, vilket i sin tur kan bidra till en minskad monteringstid.
III
Summary
Companies are facing strong competitions in today’s globalized world and those who end improving their products will inevitably be driven out from the market. The product must have a good marginal to gain profitability and the cost efficiency will be a good solution. By decreasing the assembly time the efficiency for assembly can be improved and this in return will contribute to a reduced product cost.
Therefore, the focus in this work lies in reconstructing parts of the product in order to facilitate assembly and reduce the assembly time. The product is a special model of washer-disinfector which stands under the bench.
Various scientific methods are presented in the methodology and relevant theories which are going to be applied in this work are described in the theory part. The implementation part, which consist of the description and analysis of the present situation for the company and the product, assembly process, assembly time at all stations and suggestions for the 3 discovered problems, will be went through. Most theories are about design for assembly (DFA), product development process and the time study from Boothroyd Dewhurst. The problems are explained in the analysis for the present situation and later time studies are carried out on all problems. The main problems that are detected in this work concern the bad visibility and lack of space for installations of some components in the assembly. Time studies are execute to calculate the design efficiency, which is a groundwork to show which parts are difficult to be mounted and can result in an extra-long assembly time. The goal is to reduce the assembly time by improving the visibility, extending the space and reducing the number of parts. The suggestions for improvements to all problems are mostly based on the application of the concept screening and concept scoring to find the best suggestion for improvement to every problem. Since the company does not have their own manufacuturing, the authors have chosen to make calculations instead to verify certain problems.Result in this work turns to be that the number of parts as well as screws has been reduced, visibility and access to the insertion of components have been improved, which kan contribute to a reduced assembly time.
IV
Abstract
Fokus i detta arbete ligger i att konstruera om vissa delar av produkten för lättare och snabbare montering. Huvudproblemen som upptäcks i detta arbete handlar om skymd sikten vid monteringen samt bristande utrymme för installation av komponenter. Arbetet börjar med att formulera
undersökningsproblemet och sedan presenteras olika vetenskapliga metoder, relevanta teorier samt genomförandet av arbetet. Nulägesbeskrivning, nulägesanalys samt förbättringsförslag till problemen utförs i genomförandet. På grund av att ingen egen tillverkning sker på företaget har författarna valt att utföra beräkningar istället för att verifiera att lösningarna till problem håller. Resultatet i detta arbete blir att antalet delar och skruvar har minskats samt att sikten och tillgängligheten vid insättning av
komponenter har förbättrats, vilket kommer att minska monteringstiden till en viss del.
Nyckel ord: Monteringstid, monteringsanpassad konstruktion(DFA), regler för monteringsanpassad konstruktion, utvärderingsmetod från Boothroyd Dewhurst, tidsstudie, konceptgenering, konceptval
V
Förord
Arbetet omfattar 22,5 högskolepoänger och är det sista momentet i studier för högskoleingenjör vid Linnéuniversitetet i Växjö. Författare för detta examensarbete är två studenter som studerar maskinteknik med inriktning produktutveckling.
Examensarbetet är skrivet hos ett medicintekniskt företag i södra Sverige och den undersökta produkt är en speciell model av desinfektionsdiskmaskiner. Vi vill tacka företaget för att erbjuda möjligheten för genomförandet av vårt examensarbete. Under processens gång har vi kommit i kontakt med personal från olika avdelningar och alla har varit trevliga och hjälpsamma. Vi vill tillägna ett stort tack till Cecilia Nillroth som har varit vår handledare från företaget för allt hjälp och stöd, vi är oerhört tacksamma för hennes engagemang, vägledning och tid för vårt arbete. Vi vill också tacka Kristina Södergren, Bolethe Klemensen och Thomas Idermark, som arbetar på monterings linjen där produkten undersöks i arbetet, för deras engagemang och hjälp. Ett tack från oss även till Erik Engeldal från konstruktionsavdelningen för hjälpen med de tekniska stöden. Sist men inte minst vill vi uttrycka våra tacksamhet till Samir Khoshaba, vår handledare från universitet och Izudin Dugic, examinatorn för examensarbetet, för deras hjälp och råd.
VI
Innehållsförteckning
Sammanfattning ... II Summary ... III Abstract ... IV Förord ... V Innehållsförteckning ... VI
1. Introduktion ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Problemformulering ... 2
1.3 Syfte ... 4
1.4 Mål ... 4
1.5 Avgränsningar ... 4
2 Metodologi ... 5
2.1 Vetenskapligt synsätt ... 5
2.1.1 Positivism ... 5
2.1.2 Hermeneutik ... 5
2.1.3 Rapportens vetenskapliga synsätt ... 5
2.2 Vetenskapligt angreppsätt ... 6
2.2.1 Deduktion ... 6
2.2.2 Induktion ... 6
2.2.3 Abduktion ... 6
2.2.4 Rapportens vetenskapliga angreppssätt ... 7
2.3 Forskningsmetod ... 7
2.3.1 Kvantitativ forskningsmetod ... 7
2.3.2 Kvalitativ forskningsmetod ... 7
VII
2.3.3 Rapportens forskningsmetod ... 8
2.4 Datainsamling ... 8
2.4.1 Primärdata ... 8
2.4.2 Sekundärdata ... 8
2.4.3 Intervju ... 8
2.4.4 Observationer ... 9
2.4.5 Rapportens datainsamlingsmetod ... 9
2.5 Undersökningsmetod ... 9
2.5.1 Surveyundersökning ... 9
2.5.2 Fallstudie ... 9
2.5.3 Experimentell undersökning ... 10
2.5.4 Rapportens undersökningsmetod ... 10
2.6 Sanningskriterier ... 10
2.6.1 Validitet ... 10
2.6.2 Tillförlitlighet ... 11
2.6.3 Rapportens sanningskriterier ... 11
2.7 Sammanställning av rapportens metoder ... 11
3. Teori ... 13
3.1 Produktutvecklings process ... 13
3.1.1 Konceptgenerering ... 14
3.1.2 konceptval ... 19
3.2 Tillverkningsanpassad konstruktion ... 21
3.3 Montering ... 21
3.4 Monteringsanpassad konstruktion ... 24
3.5 Regler för monteringsanpassad konstruktion ... 26
3.5.1 Minska antalet delar och typer av delar i en produkt ... 26
VIII
3.5.2 Sträva efter att eliminera justeringar ... 27
3.5.3 Utforma själv-lokaliserade och justerbara delar ... 29
3.5.4 Beakta åtkomst och synlighet för varje operation ... 31
3.5.5 Beakta enkel hantering av delar från bulk ... 32
3.5.6 Utforma delar som inte kan installeras felaktigt ... 33
3.5.7 Eliminera behovet av omorientering vid monteringen ... 33
3.5.8 Maximera symmetrin på delarna ... 33
3.6 Utvärderingsmetod ... 33
3.7 Plastmaterial ... 44
3.8 Limning ... 44
3.9 Miljöanpassad konstruktion ... 45
3.10 Beräkningsteorier för skruvdimensionering ... 45
Glidande krafter och friktion ... 45
Tillämpning av glidande krafter i skruv situation ... 46
Separerande krafter vid skruv ... 47
Åtdragningsmoment på skruv ... 48
Val av säkerhetsfaktor ... 50
4. Genomförande ... 51
4.1 Nulägesbeskrivning ... 51
4.1.1 Produktpresentation ... 51
4.1.2 Monteringsprocess ... 51
4.1.3 Monteringstid vid alla stationer ... 55
4.2 Nulägesanalys ... 57
4.2.1 Problemområde 1 ... 58
4.2.2 Problemområde 2 ... 62
4.2.3 Problemområde 3 ... 66
IX
4.3 Förbättringsförslag ... 69
4.3.1 Förbättringsförslag till problem 1 ... 70
4.3.2 Förbättringsförslag till problem 2 ... 86
4.3.3 Förbättringsförslag till problem 3 ... 98
5. Resultat och analys ... 105
5.1 Resultat och analys på problem 1 ... 105
5.2 Resultat och analys på problem 2 ... 106
5.3 Resultat och analys på problem 3 ... 109
6. Diskussion ... 111
7. Slutsats ... 114
8. Referens ... 115
9. Bilagor ... 1
1
1. Introduktion
I introduktionen kommer bakgrund, problemformulering, syfte, mål samt avgränsningar till arbetet att presenteras.
1.1 Bakgrund
I dagens globaliserad värld är företag utsatta för hård konkurrens. Nya aktörer strömmar in på
marknaden hela tiden och detta tvingar företag att ständigt arbeta med förbättringar på sina produkter.
Den som slutar förbättra sin produkt kommer oundvikligt att konkurreras ut från marknaden.
Enligt Mallick et al [1] är det en stor utmaning att utveckla produkter som kan glädja kunder och skapa konkurrensfördelar, men att kunna upprätthålla de fördelar efter produktlanseringen kan vara lika utmanande. För att klara av de utmaningar som ökade kundtillfredsställande och konkurrenskraften kan produkt-centrerad kontinuerliga förbättringar vara en bra lösning. Produkt-centrerad kontinuerliga förbättringar är åtgärder som företag använder för att ändrar utformningen av en produkt efter produktionsstart och produktsinsläpp på marknaden. Genom att eliminera vissa befintliga funktioner, tillämpa teknik eller material av en lägre kostnad, eller göra ändringar på produkten så att den är lättare och snabbare att tillverka kan kostnaden på produkten minskas.
För att nå lönsamhet på en produkt måste den ha en bra produktmarginal, och detta kan uppnås genom kostnadseffektivisering. King [2] hävdar att kostnadseffektivisering är och kommer att fortsätta att vara det utmärkande draget för företag som har möjlighet att möta utmaningar med stigande kostnader och snävare vinstmarginaler. Som svar på vinst- och produktivitetspress har nästan alla företag inriktat sig på kostnadsreduktion i viss utsträckning. För att en produkt med lite produktmarginal ska vara lönsam är kostnadssänkning en effektiv lösning.
Vid all typ av produktutveckling måste hänsyn tas till människors förutsättningar och behov. Att integrera ergonomi både i produktionsprocessen och i produkten kan gynna människors hälsa, Guimaraes et al [3]
2
har påvisat att integrationen av makroergonomi och principer för produktionsstyrning kan öka både medarbetarnas välbefinnande och produktivitet, vilket leder till ett mer hållbart system. Produkter bör konstrueras på sådant sätt att samhällets mål för ekonomiskt, socialt och ekologiskt hållbar utveckling kan uppnås. Vid framtagning av produkten måste även stor hänsyn tas till miljön. Kara et al [4] har påpekat att en förbättrad miljöprestanda hos produkter och tjänster har på senaste åren blivit en av de viktigaste strategiska och operativa mål för tillverkarna. Detta är på grund av påverkan och krav från olika intressenter som regeringen, konsumenter, samhällen och affärspartner.
Företaget tillverkar desinfektionsutrustningar avsedda för sjukhus, vården och tandkliniker och är beläget i södra Sverige. Företaget ingår i en stor koncern som utvecklar och tillverkar utrustning och tjänster för rengöring, desinfektion och sterilisation av instrument. Deras produkter säljs på den globala marknaden och företaget har cirka 30 % av världsmarknadsandelarna för desinfektionsdiskmaskiner.
Idag har företaget cirka 200 anställda. Företaget har ingen egen tillverkning i fabriken och alla produkter monteras ihop och sedan skickas till kunderna.
1.2 Problemformulering
Produkten som undersöks i detta projektarbete är en specifik modell av desinfektionsdiskmaskiner som är tillverkade i ett företag i södra Sverige. Modellen är en så kallad underbänk-diskmaskin och är ofta installerad under en diskbänk för att spara bänkutrymme. Den används inom vårdavdelningar, kliniker och tandläkarmottagningar. Utöver att fylla de funktioner som en diskmaskin har, måste
desinfektionsdiskmaskinen kunna komma upp till en temperatur av 90°C för att desinfektera olika föremål [5].
Figur 1 visar hur försäljningen på produkten har utvecklas de senast åren. Från 2013 till 2014 har
försäljningen sjunkit med 34 % och prognosen från 2015 tyder på att produkten kommer att sjunka med 8 % 2014. Företaget är utsatt för hård konkurrens med produkten på den globala marknaden. Den största konkurrent som företaget har är en tysk tillverkare av avancerade hushållsapparater, kommersiell utrustningar och kök. Genom att tillägga funktioner för desinfektion och att modifiera viss konstruktion på sina vanliga diskmaskiner, kan konkurrenten lätt sälja sina produkter i en snabbare takt och till ett lägre pris. Företaget konkurrerar också med låglöneländer där liknande produkt tillverkas mycket
3
billigare. Detta tvingar företaget att sänka produktkostnaden för att behålla sina marknadsandelar.
Eftersom produkten säljs via försäljningsbolag eller distributörer, varierar slutpriset på marknaden beroende på vilken marknad den säljs. Produktens pris består av tillverkningskostnad, påläggkostnader och transportkostnader från försäljningsprocessen. Företaget själv styr inte det pris som läggs till av försäljningsbolagen och distributörer, och det möjliga sättet för att sänka produktpriset är att sänka internt kostnaden på produkten.
Figur 1: Antal sålda enheter per år
Den största kostnaden på desinfektionsdiskmaskiner är materialkostnad. Monteringskostnaden täcker 13,6% av den totala kostnaden. En del i den vikande försäljningsutvecklingen beror det relativt stora antal timmar i montering. Selvaraj et al [6] har påpekat att det framgångsrika slutförandet av en produkt i form av schema och kostnad beror på att förkorta ledtiden som krävs för att utveckla produkten.
Eftersom statisktiken från företaget har visat att efterkalkylerad monteringstid per produkt är högre än den förkalkylerade monteringstiden per produkt ligger fokus i detta arbete på den lägre kostnadsandelen som montering. Företaget får bara betalt för den förkalkylerade tiden och detta leder till att
vinstmarginalen blir mindre än vad företaget har beräknat. Minskad monteringstiden kommer att öka effektivitet vid montering som i sin tur bidrar till en sänkt produktkostnad.
4
Författarna kommer att konstruera vissa delar av produkten för lättare och snabbare montering.
Undersökningsfrågan i detta arbete definieras som:
Kan monteringstiden på en desinfektionsdiskmaskin sänkas genom att konstruera om delar av produkten?
1.3 Syfte
Syftet med projektet är att sänka monteringstiden genom att förbättra sikten och utrymmet och att minska antalet delar som leder till sänkta tillverkningskostnader.
1.4 Mål
Målet med projektet är att hitta konstruktions lösningar för att minska monteringstid på en specifik modell av desinfektionsdiskmaskiner.
Målet är även att lösningar sedan ska kunna appliceras på andra modeller av desinfektionsdiskmaskiner som tillverkas i företaget.
1.5 Avgränsningar
Projektet är avgränsat till en specifik modell av desinfektionsdiskmaskiner som tillverkas på företaget.
Undersökningsområdet ska avgränsas till monteringen. Maskinen delas upp på komponent nivå och konstruktionsändringar görs på enskilda komponenter som i nuläget försvårar montering. Produktens funktioner ska behållas, arbetet avser endast att korta tiden för montering och inte ändrar produktens avsedda användningsområde.
Tiden för projektet är begränsad till 4 och en halv månader.
5
2 Metodologi
I kapitalet nedan presenteras olika vetenskapliga metoder samt studiens egna metoder, synsätt och genomförande.
2.1 Vetenskapligt synsätt
Positivism och hermeneutik är två olika vetenskapsteoretiska traditioner. Positivism fokuserar på den kvantitativa metodteorin medan hermeneutik inriktar sig mer i den kvalitativa metodteorin. Andra skillnader mellan de två traditionerna handlar om att undersöka olika objekt och olika områden [7].
2.1.1 Positivism
Teorier inom den positivistiska traditionen består av satser vars beskrivning avser samband mellan olika observerbara eller mätbara företeelser i den verkliga världen. Det som är omätbart kan enligt denna tradition inte undersökas på ett vetenskapligt sätt och det omätbara sambandet kan vara omöjligt att uttala sig vetenskapligt [7].
2.1.2 Hermeneutik
Hermeneutik är en tolkningsfilosofi. Teorier inom den hermeneutiska traditionen innehåller beskrivande satser, men domänen som beskrivs är omöjligt att mäta. Kunskap som söks i den typen av
undersökningar är inte direkt observerbart, det rör sig däremot om att studera människors uppfattning om verkligheten. Istället för att formulera hypoteser där mätbara egenskaper anges, strävs det efter en teoriformulering som kan förmedla en förståelse om hur människor från en viss grupp uppfattar verkligheten [7].
2.1.3 Rapportens vetenskapliga synsätt
I studiens vetenskapliga synssätt är det en kombination av positivism och hermeneutik. Den
hermeneutiska synen på världen kommer att används i nulägesanalysen av diskdesinfektören. Detta är för att öka förståelsen för en diskdesinfektör där kunskap om dessa funktioner, ändamål och process
6
tillhandahållas. Under processens gång kommer gruppen att genomföra intervju med montörer, konstruktörer, och produktionsansvariga.
Det positivistiska synsättet används när gruppen tittar på ritningar och statistik inom produktion för att kunna identifiera problem eller hitta områden med problem. Det betyder att forskarnas förståelse kring produkten och nuläget förstärkas med hjälp av insamlad data och information enligt det positivistiska synsättet.
2.2 Vetenskapligt angreppsätt
Det vetenskapliga angreppsättet består av deduktion, induktion och abduktion.
2.2.1 Deduktion
Från det positivistiska synsättet är idag den deduktiva metoden etablerad. Deduktiva metoden handlar om att formulera en hypotes och grunden till hypotesen förklaras först. Därefter samlas data in för att bekräfta eller falsifiera den angivna hypotesen. För att arbetet ska vara vetenskapligt ställs det ett krav att hypotesen ska vara falsifierbar, det vill säga den ska vara så specifik att det går att avfärda hypotesen som falsk [7].
2.2.2 Induktion
Den induktiva metoden används ofta inom hermeneutiska undersökningar och skiljer sig från den deduktiva metoden genom att ha en annan ordningsföljd. Den induktiva metoden börjar med en datainsamling som är relevant till frågeformulering. Om de insamlade data är stor nog används den till att skapa en bild av situationen och för att skapa en generell hypotes. Detta sätt gör att materialet blir teorineutralt och formar vilken hypotes som skapas [7].
2.2.3 Abduktion
Abduktion handlar om att försöka hitta och ansluta sig till en teori som förklarar en viss angiven mängd data på bästa möjliga sätt. Metoden är ibland en osäker källa till kunskap med anledning att teorier i sig kan vara felaktiga, trots att de kan förklara data på bäst sätt. När ytterligare observationer genomförs, kan det dyka upp en annan ny teori som betraktas den bästa för tillfället. Termen ”abduktion” används
7
för att beskriva en process att få fram en ny hypotes eller för processen att ansluta sig till den bästa hypotes [8].
2.2.4 Rapportens vetenskapliga angreppssätt
I projektet används endast det beskrivna induktiva angreppssättet eftersom projektet i början använder sig av en frågeställning. Efter frågan samlas data som är relevant för att lösa och förstå den givna frågan.
Därefter skiljer sig författarnas arbetssätt eftersom en lösning ska skapas. Lösningen ska försöka lösa frågan men även kunna vara en generell lösning som kan användas i andra sammanhang.
Det induktiva angreppssättet beskrivs ha mest influenser från det hermeneutiska synsättet. Dock i detta projekt kommer det induktiva angreppsättet att influeras av det positivistiska samt hermeneutiska synsättet.
2.3 Forskningsmetod
I forskningsmetoden finns det kvantitativ metod och kvalitativ metod.
2.3.1 Kvantitativ forskningsmetod
Den kvantitativa forskningsmetoden utgår ifrån att det som studeras ska vara mätbart och att resultaten på undersökningen ska presenteras numeriskt [9]. Frågorna som hur mycket eller hur många det är av något ska besvaras och användning av statistik förekommer ofta i denna metod [8].
2.3.2 Kvalitativ forskningsmetod
Den kvalitativa forskningsmetoden utgår ifrån att varje fenomen ska innehålla en unik kombination av kvaliteter eller egenskaper som inte kan mätas eller vägas [9]. Intresset i denna metod ligger i att söka förståelse istället för att försöka förklara eller förutsäga på första hand. Tolkning är en grundläggande del i kvalitativ metod och i den här punken skiljs kvantitativ och kvalitativ forskning åt [8].
8
2.3.3 Rapportens forskningsmetod
Genom att mäta monteringstid och att genomgå olika statistik från företaget kommer den kvantitativa forskningsmetoden in i studien. Intervjun med personalen från produktion och konstruktion
avdelningarna kommer att genomföras och därefter ska åsikter och feedback från personalen bearbetas i syftet att öka förståelsen kring produkten från alla möjliga aspekter. I den här processen kommer den kvalitativa forskningsmetoden till användning.
2.4 Datainsamling
2.4.1 Primärdata
Primärdata är direkta data och den behöver samlas in. Källorna för primärdata kan komma ifrån
respondenter, observationer och mätningar. Fördelen med primärdata är att det finns anpassning mellan fråga och data, medan nackdelarna är att den kan vara tidskrävande och svårtillgänglig som även kan ha en hög kostnad [10].
2.4.2 Sekundärdata
Sekundärdata kallas för indirekta data och den finns redan insamlad. Register, databaser, arkiv och dokument är lämpliga källor för inhämtning av denna typ av data. Omfattningen av sekundärdata är stor och lättillgänglig, eftersom det ofta är sparad i register och databaser. Detta leder till att sekundärdata minskar sökningstid och kostnad för en forskare. Däremot kan det finnas en dålig anpassning mellan fråga och data [10].
2.4.3 Intervju
Intervjuer är en teknik som används för att samla information som baserar på frågor. En intervju kan ske när intervjuaren träffar intervjupersonen på platsen eller genomförs via ett telefonsamtal. Det är
väsentligt viktigt att klargöra syftet med intervjun och på vilket sätt intervjupersonens bidrag kommer att används, konfidentiellt eller inte [11].
9
2.4.4 Observationer
Observationer är en vetenskaplig teknik för informationssamling. Den måste planeras systematiskt och den insamlade informationen måste också registreras systematiskt. Observationer används framförallt för informationssamling inom områden som handlar om beteenden och händelseförlopp i naturliga situationer. Observationer är också användbara i laborativa situationer dvs. vid olika slags tester och experiment. Ett sätt att genomföra observationer är att i förväg bestämma vilka beteende och
händelseförlopp som ska observeras och i förväg färdigställa ett observationsschema. Den här typen av observationer kallas för strukturerad observation. Det andra sättet är att använda observationer med syftet att få så mycket kunskap som möjligt utan att i förväg ha ett färdigställt schemat, detta kallas för ostrukturerad observation [11].
2.4.5 Rapportens datainsamlingsmetod
I studiens datainsamling används både primärdata och sekundärdata. En del av studien kommer att ägnas åt primärdata som monteringstid. Gruppen ska mäta och samla in monteringstid vid enskilda stationer för att kunna se över möjligheter för minskad monteringstid. I stor del av studien kommer sekundärdata från företagets databas och statistik att användas, eftersom sekundärdata är till stor nytta för att beskriva nuläget.
2.5 Undersökningsmetod
2.5.1 Surveyundersökning
Surveyundersökningen är en undersökning gjord av intervjuer eller enkäter med syftet att förklara eller beskriva något. Den genomförda intervjun eller enkäten måste baseras på ett representativt urval. Det vanligaste sättet med användning av en surveyundersökning är för att beskriva något, dock används det också för att förklara något [12].
2.5.2 Fallstudie
Fallstudier handlar om att samla mycket information om ett avgränsat fall. Den kännetecknas av att det finns en avgränsning mellan vad som ingår och vad som ligger utanför fallet. Dessutom ska det
definierade fallet också innehålla en detaljerad beskrivning. Fallstudier kan indelas i enkelfallstudier och
10
flerfallstudier, i enkelfallstudier studeras endast ett fall medan i flerfallstudier studeras fler fall samtidigt [13].
2.5.3 Experimentell undersökning
Syftet med en experimentell undersökning är inte bara att utföra massor av detaljerade observationer på händelseförlopp, utan att också kontrollera variabler och faktorer som förmodligen är betydelsefull för dessa händelseförlopp [14].
2.5.4 Rapportens undersökningsmetod
Undersökningsmetoden i denna studie bygger mycket på den generella fallstudien där mycket information om situationen hämtas in. Fallstudien används för att skapa en bred vy och förståelse av nuvarande situationen.
2.6 Sanningskriterier
2.6.1 Validitet
Arbetets validitet handlar om tillförlitlig data. De data som samlas in ska ha förmågan att svara på undersökningens problemformulering. Validitet kan delas in i intern och extern validitet.
2.6.1.1 Intern validitet
Intern validitet är att begreppet överensstämmer med de mätbara definitionerna av dessa begrepp. Den interna validiteten kan undersökas utan insamlingar av faktauppgifter [10]. Den har stor betydelse för forskarna, eftersom den involverar kärnan av experimenterande, nämligen demonstrationen av orsakssammanhanget [15].
2.6.1.2 Extern validitet
Extern validitet är förknippat med överrensstämmelsen som ligger mellan de mätvärden där en operationell definition används och verkligheten [10]. Den refererar till den grad i vilken forskarna har
11
möjlighet att generalisera resultatet av en studie till andra deltagande under olika förhållande, vid olika tid och på olika ställen [15].
2.6.2 Tillförlitlighet
Om resultatet i studien ska vara tillförlitligt måste det gå att få samma resultat om samma angreppssätt och metoder på övrigt urval samt vid annat tillfälle används. Det ska även gå att applicera på andra företag beroende på hur generaliserat studiens resultat är. För att ha en hög reliabilitet ska resultatet kunna återskapas oberoende av vem som utför undersökningen [10].
2.6.3 Rapportens sanningskriterier
Tillförlitlighet och extern validitet kan säkerställas genom att det utförs en utvärderingsmetod med insamling av data genom tidsstudier. Detta gör att det går att komma till samma slutsatser som författarna på samma produkt. Utvecklingsprocessen är alltid unik med tanke på att den baseras på utförande personers erfarenhet och kunskap. Validiteten på utvecklingsprocessen uppnås genom att det är väl beprövad teori och stegen utförs noggrant av författarna.
2.7 Sammanställning av rapportens metoder
Rapporten tillämpar positivism och hermeneutiks synsätt eftersom resultatet av den genomförda tidsstudien i arbetet använder bara siffror för att visa skillnader. Det hermeneutiska tillvägagångssättet används i nulägesbeskrivning och nulägesanalysen av rapporten eftersom problemen handlar om montering vid blockerad vy och tillgänglighet som inte går att mäta.
Ur ett vetenskapligt synsätt används induktion i rapporten eftersom insamling av information genomförs för att kunna förstå givna situationen. Därefter ska det gå att svara på den angivna frågan.
Forskningsmetoden i denna rapport består av kvalitativ samt kvantitativ metoderna. Den kvalitativa metoden består av att samla information av de personer som är djupt insatta i produktens produktion
12
och kan ge relevant information. Kvantitativa metoden används i tidsstudiens insamlande av mycket data.
Insamlingsmetoderna i rapporten består av sekundärdata vid nulägesbeskrivningen och primärdata i nulägesanalysen.
Rapportens undersökningsmetod är en fallstudie som representeras av tidsstudierna i nulägesanalysen, dessa är utformade för att ta reda på viktiga faktorer vid montering.
13
3. Teori
I detta kapital beskrivs relevanta teorier som kommer att appliceras i denna studie.
3.1 Produktutvecklings process
Teorier för konceptgenerering och konceptval hämtas mest från boken ”Product design and development” [16] och teorier tagna från andra böcker anges med referensnummer.
Produktutveckling består av flera uppdelade faser där olika metoder tillämpas. Metoder utförs normalt vid nyutveckling av en produkt och faserna innehåller följande steg:
1. Planering
2. Konceptutveckling 3. Systemutveckling 4. Detaljerad konstruktion 5. Testning och finjustering 6. Produktutvärdering
Faserna genomförs i en grupp där yrkesgrupper som ekonomer, konstruktörer och produktionsansvariga är representerade. I den andra fasen(konceptutveckling) används metoder för identifiering av
kundbehov, konceptgenerering, konceptval och koncepttestning. Faserna 4, 5 och 6 behandlas i många fall i tillverkningsanpassad konstruktion (Design For Manufacturing) som är en del av DFX(design for x). X står för tillverkning, montering eller miljö med mera. I DFX ingår monteringsanpassad
konstruktion(Design For Assembly). Figur 2 visar faserna i produktutveckling där vissa metoder används.
14
Figur 2: Produktutvecklings process [16]
3.1.1 Konceptgenerering
Konceptgenerering sker efter kundbehov och produktspecifikationer är fastställda. Steget används för att finna svar på frågorna, kan existerande lösningarna appliceras på konstruktionen samt om de nya koncepterna kan uppfylla de nuvarande kraven på konstruktionen.
Ett produktkoncept är en ungefärlig beskrivning på tekniken, arbetsprinciper och produktsformen. Det är kortfattade beskrivning på hur produkten kommer att tillfredsställa kunder. Konceptet uttrycks som en
15
sketch eller en grov tre-dimensionell modell med en kort textbeskrivning. Ett bra koncept kan
implementeras på ett dåligt sätt som medför minskad marknadsvinst, men ett dåligt koncept kan inte implementeras på ett bra sätt för att få kommersiell framgång. Konceptgenerering är en relativt kostnads- och tidseffektiv metod i produktutvecklingsprocessen, den täcker cirka 5 % av
budgetkostnaden och 15 % av den totala projektettiden.
Processen börjar med att generera så stort antal koncept som möjligt. Vid en nyutveckling kan
hundratals koncept genereras i början och sedan reduceras till 5-20 koncept efter genomgång av varje koncept. Dessa 5 till 20 koncepten kommer gå vidare till konceptvalsfasen. När steget för
konceptgenereringen är genomförd blir sannolikheten att det finnas ett bättre koncept senare i utvecklingsprocessen mindre. Även möjligheten att konkurrenterna kommer lansera en produkt med betydligt bättre lösning och prestanda under egna produktutvecklingen försvagas. Ett bra genomfört konceptgenereringssteg kommer även att öka utvecklingsgruppens förtroende i det valda konceptet, eftersom utforskning har utförts på många olika koncept.
Under konceptgenereringsfasen förekommer det en del fällor som måste undvikas för att nå bra resultat.
Fällorna kan vara:
Endast undersöka en eller två lösningar som vanligtvis ges av den mest erfarna gruppmedlemmen.
Att utvecklingsgruppen underskattar och inte undersöker koncept från andra företag.
Konceptgenereringen endast utförs av 1 eller 2 personer, detta kan skapa försämrade övertygelse och engagemang från resten av gruppen.
Ineffektiv integration av hoppfulla lösningar.
Misslyckas med att undersöka hela kategorier av lösningar.
För att undvika problem bör produktutveckling genomförs på ett strukturerat och noggrant sätt genom användning av bland annat femstegsmetoden. Metoden består av 5 steg som ska underlätta koncept
16
genereringen(se Figur 3). Metoden kan tillämpas på hela produkten eller en enskild komponent vid både ny produktutveckling och vidareproduktutveckling.
Steg 1: Förtydliga problemet
Förståelse
Problemuppdelning
Fokus på kritiska delproblem
JPr
Steg 2: Sök externt
Ledande användare
Experter
Patent
Litteraturer
Benchmarking
Steg 3: Sök internt
Individer
Grupper
Steg 5: Reflektera över lösningar och processen
Konstruktiva feedback
Figur 3: Femstegsmetoden [16]
Delproblem mm
Existerande koncepter
Steg 4: Utforska koncepter
Klassifikationsträd
Kombinationstabell
Nya koncepter
17
Det första steget består av att skapa en djupare förståelse av problemet. Vid komplexa system kan problemet förtydligas genom att bryta ner produkt eller komponent till enskilda funktioner eller delar.
Därefter kan koncept och lösningar tas fram separat till de olika delarna.
Nedbrytningen och förenklingen av system sker genom att representera produkten med en box. Denna box har inmatning och utmatning som representerar funktioner(se Figur 4). Genom att dela upp
inmatning och utmatning i egna boxar(delfunktioner) kan produktfunktioner förenklas(se Figur 5). Denna typ av förenkling genomförs med hjälp av figurer tills utvecklingsgruppen anser att delfunktionerna är tillräckligt enkla att arbeta med.
Dessa förenklingar kan genomföras för förtydliga användares integration med produkten eller för att förtydliga komplicerade funktioner som en produkt eller en komponent har. Figurerna är även ett hjälpmedel till att fokusera på de svåraste koncepten där lättare lösningar kan prioriteras till ett senare skede.
Produkt/komponent
Energi in Energi ut
Material in Material ut
Sparar energi
Energi in Energi ut
Material in Skär material Material ut
Figur 4: Funktionsnedbrytning [16]
Figur 5: Förenklade produktfunktion [16]
18
Steg 2 i femstegsmetoden handlar om att upptäcka redan existerande lösningar utanför företaget. Det finns stora fördelar i tid och kostnad genom att finna redan utvecklade lösningar. Om en lösning på problemet redan existerar och är beprövad behövs det inte lika mycket utveckling och tid för att verifiera att det är en godtagbar lösning. Den tid som frigörs kan ägnas åt att generera koncept på lösningar som är mer specifika till produkten/komponenten som ska utvecklas. För att hitta redan existerande lösningar kan intervjuer genomföras på ledande användare, ställa frågor till områdesexperter, söka efter patent och publicerad litteratur samt analysera konkurrenters produkter.
Ledande användare är personer som använder denna eller liknande produkter i stor omfattning och som har kunskapen i produktanvändning inom fler områden än vad den från början var konstruerad att klara av. Dessa användare kan ofta hittas i tekniska eller medicinska områden.
Nästa steg i femstegsmetoden är steg 3 där interna konceptlösningar skapas. I det här steg används brainstorming som en metod för att finna alla möjliga koncept. Det kallas för en intern sökning av den orsaken att all information som kommer fram i detta steg baseras på företagets egna resurser i form av gruppens medverkande personal.
För att utföra en brainstorming i grupp måste tydliga regler sättas upp, det är viktigt att framhäva att alla typer av förslag är välkomna i det inledande steget. I detta steg prioriteras kreativitet och inga förslag får kritiseras oavsett om de är realistiska eller inte. Lösningarna skrivs upp på en lista och behöver bara lösa en del av problemet för att kunna bli uppskrivna på listan. I brainstormings andra fas diskuteras de givna förslagen där fördelar och nackdelar tas upp [17].
Femstegsmetodens fjärde steg handlar om att utforska de genererade koncepten och undersöka vilka koncept som kan integreras med varandra, detta steg används främst när problemet är uppdelat i mindre koncept lösningar. Som hjälpmedel i detta steg används konceptträd och koncept
kombinationstabell.
19
Sista steget i femstegsmetoden är en utvärderingsfas där frågor ställs kring hur tillfredsställande konceptgenereringen var. Bland de frågor som bör tas upp är:
Finns det alternativa vägar att bryta ner problemet?
Har externa lösningarna undersökts tillräckligt?
Har idéer från gruppens alla individer bidragit till processen?
3.1.2 konceptval
Metoderna för konceptval kan användas på en hel produkt eller enskilda komponenter, där processen styrs av kriterier från kundkrav och komponenternas funktion. Vad som är gemensamt i denna fas är utvärderingen av befintliga konceptlösningar från konceptgenererings fasen.
Metoder som används vid val av icke strukturerade koncept är:
Externt val: Valet görs av en extern enhet som kan vara kunder, klienter eller andra aktörer.
Produktutvecklingsexpert: Valet av koncept görs av den som deltar i produktutvecklingsarbetet och är utvald på grund av erfarenhet och personlig preferens.
Instinkt: Valet baseras på instinkt och inte på tillgänglig fakta.
Röstning: konceptvalet baseras på röstning inom utvecklingsgruppen.
Fördelar och nackdelar: Valet baseras på en lista där fördelar och nackdelar över varje koncept anges.
Tabeller: Använda tabeller där koncepter rankas och betygsätts för att sedan välja det koncept som har högst betyg.
Utöver dessa metoder finns det en mer strukturerad metod som används framförallt när det uppstår många olika koncept. Första steget i den strukturerade metoden är konceptundersökning vars mål är att snabbt minska antalet koncept. Nästa steg är konceptpoängsättning som utförs på kvarstående koncept
20
och går djupare in på detaljer än föregående steg. I konceptundersökning och konceptpoängsättning ingår de nedanstående sex stegen:
1. Förbereda val av tabell. Ett referenskoncept måste väljas ut noggrant. Figur 6 och Figur 7 visar tabellerna för konceptundersökning och konceptpoängsättning.
2. Betygsätta koncepter. I konceptundersökning används ”+”(bättre), ”-”(sämre) och ”0”(lika bra) som betygsättning, medan i konceptpoängsättning används kriterier som ”mycket sämre än referens”, ”sämre än referens”, ”samma som referens”, ”bättre än referens” och ”mycket bättre än referens”, Figur 6 och Figur 7 visar exempel på matrisen för konceptundersökningen och konceptpoängsättningen.
3. Ranka koncepten.
4. Kombinera och förbättra koncepten. I konceptundersökning bör de två frågor betraktas:
Kan det finnas något generellt bra koncept som blir degraderat på grund av en enskild egenskap? Kan en mindre modifiering förbättra det hela konceptet men ändå behålla en distinktion från de andra koncepten?
Finns det två koncept som kan kombineras för att uppnå en kvalitet som är bättre än referens konceptet så att det går att ta bort konceptet med sämre kvalitet?
5. Reflektera över resultatet och processen.
Figur 6: Konceptundersökning [16]
21
Figur 7: Konceptpoängsättning [16]
3.2 Tillverkningsanpassad konstruktion
Tillverkningsanpassad konstruktion fokuserar framförallt på reducering av produktens pris genom att dela upp och analyserar komponenter, tillverkningsmetoder samt kostnader som underleverantörer står för. Det kallas även för tillverkningsvänlig konstruktion och strävar också efter att reducera
tillverkningstiden och förenkla tillverkningen. Detta i sin tur kan leda till lägre kostnader och bättre arbetsmiljö för de anställda montörerna. Om resultatet inte visar sig tillfredsställande första gången upprepas processen enda fram tills att tillverkningskostnaden betraktas acceptabel. Vid undersökning av komponenter kan faktorer som materialval, tillverkningsprocess och valet av verktyg påverka priset.
Möjligheter för att förbättra arbetsprocessen och ergonomin kan finnas när större delar av
tillverkningsprocessen har bearbetas. Valet av hjälpmedel och verktyg vid montering kan också förbättra hela tillverkningsprocessen [15].
3.3 Montering
Flesta teorier i denna del hämtas från boken ” Karlebo Handbok” [18] och teorier från andra böcker anges med referensnummer.
22
Dagens mer komplexa produkter har en tillverkningsprocess som består bland annat av monterings moment där funktioner och delar sätts ihop till slutlig produkt. Monteringsprocessen är i de flesta fall den sista fasen i tillverkningskedjan och förädlingsvärdet i denna process är mycket högre än i tidigare bearbetningsfaser. Detta skapar en stor potential för kostnadsbesparingar inom monteringsprocessen.
Som sista steg i tillverkningsfasen kan många problem från tidigare faser som tillexempel kvalitetsbrister och dålig produktkonstruktion upptäckas vid montering.
Komponenter i montering kan definieras på många olika sätt, de kan bestå av basobjekt, detalj,
submontage eller produkt som visas i Figur 8. Den komponent som utgör stommen för monteringen och som externa delar monteras på heter basobjekt. I detta sammanhang betyder ordet ”detalj” en enskild del som ska monteras på submontage eller basobjekt. Om montering av detaljer sker på ett objekt innan det monteras på basobjektet kallas det för submontage. När monteringen är färdig blir resultatet en produkt förutsatt att alla komponenter är sammanfogade på rätt sätt och i rätt sekvens.
Figur 8: Komponenter i montering
Monteringsförfarandet delas upp i transport, hantering, inpassning och hopfogning. Transport avser den förflyttning som behövs för att flytta basobjektet och dess detaljer till monteringsstationen. Inom begreppet transport ingår även den förflyttning som görs av färdiga produkten från
monteringsstationen. För den plockning och förflyttning av detaljer från leveransposition till
monteringsutrustning används ordet hantering. Inpassning handlar om att orientera och vrida detaljer för att göra det möjligt att montera dessa på basobjektet. Hopfogning är momentet som utövas för att fixera delarna med varandra och hur detta går till kallas för hopfogningsmetod.
23
Utförandet av montering kan göras manuellt, maskinellt eller med en blandning av både metoder. I manuell montering utförs alla monteringsoperationer, en del av transport och tillförseln av material av människor. Processen kan genomföras seriellt (i linjeflöde) eller parallellt. Vid låga produktionsvolymer och komplicerade produkter används mest manuell montering. Automatisk montering tillämpas mest vid masstillverkning av en bestämd produkt, det vill säga vid Stel Automatisk Montering (SAM). Det är betydligt svårare att skapa system för Flexibel Automatisk Montering (FAM), eftersom produktens geometri och egenskaper är starkt förknippad med utformningen av fixturer, gripdon, tillförselutrustning med mera. Tillförseln av olika detaljer måste kunna ändras för att växling mellan olika produkter kan lätt ske, omställning på programmet måste också kunna gå snabbt för att montera extra små partier för kundanpassning.
Ding och Hon [19] har påpekat att de flesta monteringsarbete i dagsläget fortfarande kräver flexibilitet och intelligens från operatören, särskilt för monteringsarbete vid låg- och medelvolym. Därför måste ergonomiska aspekter vid monteringsplanering beaktas för att kunna säkerställa produktkvalitet, monteringseffektivitet samt operatörens välbefinnande. Falck och Rosenqvist [20] har påvisat att mer besparingar kan uppnås om tidig genomgång på helhetssynen för hela processen, förutsägelse på alla möjliga fel vid manuell montering och åtgärdskostnader genomförs. Enligt Yeow och Sen [21],
tillämningen av ergonomi i produktionen kan bidra till mängder förbättringar för företaget, bland annat den kan öka intäkter och vinster och att minska kostnaden för tillbakavisningar. Dessutom kan
yrkeshälsan och yrkessäkerheten hos medarbetarna förbättras.
Vid manuell montering är det oerhört viktigt att produkten konstrueras på sådant sätt att åtkomst vid monteringen underlättas. Figur 9 visar några exempel på olämpliga och lämpliga lösningar för manuell montering. Utformning av detaljer bör sträva efter enkla monteringsrörelser. Inpassning och infästning där tryckande monteringsrörelsen involveras är det mest fördelaktiga medan vridningsrörelser är långsammast. Detaljutformning ska dessutom sträva efter ett väldefinierat läge efter inpassning där risk att detaljen tappar orientering och läge efter inpassning undviks. Detaljer ska även utformas på sådant sätt att alla risker för felmontage elimineras. Slutändamålet vid manuell montering är att det ska vara omöjligt att göra fel [22].
24
Figur 9: Monterings alternativ [22]
3.4 Monteringsanpassad konstruktion
Monteringsanpassad konstruktion kallas Design for Assembly (DFA) på engelska som innefattar minimering av monteringskostnader och är en viktig del i DFM. Bogue [23] har framhållit att DFM och DFA har ett väldigt nära förband med varandra, eftersom DFM handlar huvudsakligen om att tillverka enskilda delar och DFA riktar sig mot att montera ihop delarna. Eftersom de flesta delar är inkorporerade i mer komplexa produkter är förmågan att kunna montera delarna effektivt lika kritisk och viktigt. Det har därför blivit vanligare att integrera och betänka de två metoder tillsammans och därmed bildas en metod som heter DFMA.
Monteringen utgör en relativt liten del av den totala kostnaden för de flesta produkter, dock finns det stora fördelar med att lägga uppmärksamhet på monteringskostnader. Genom användning av DFA kan antalet övergripande delar minskas, tillverkningssvårigheter och supportkostnader kan också sänkas.
Detta kommer att bidra till sänkta monteringskostnader [24].
25
För att en komponent ska vara lätt att hantera måste monteringen av komponenten uppfylla de tre grundläggande kriterier. Det första kriteriet är att komponenten ska vara enkel att greppa utan verktyg och med en hand. Det andra kriteriet är att komponenten ska vara symmetrisk från en ende till den andra. Tredje kriteriet är att komponenten ska vara i rätt storlek så att det inte behövs hjälpmedel att lyfta och montera komponenten [25].
För att minska kostanden för insättning oavsett om det gäller manuell eller automatisk montering kan komponenter för lättare insättning och enklare riktning konstrueras (se Figur 10). Det går även att konstruera så att komponenten sitter fast direkt utan behov av ytligare komponenter för att hålla den på plats. Ökad åtkomlighet och syn över den plats där insättning sker underlättar även monteringen [25].
Figur 10: Förenklad konstruktion [25]
Montering kan försvåras om insättning möter ett insättningsmotstånd, motståndet kan vara en fjäder som har en stor fjäderkraft eller om presspassning används. Snäva toleranser kan även orsaka problem i form av insättningsmotstånd [25].
26
3.5 Regler för monteringsanpassad konstruktion
Som ett resultat av att tillämpa monteringsanpassad konstruktion till en mängd av produkter har det varit möjligt att utveckla regler eller riktlinjer som är viktiga för DFA. Dessa listas nedan i fallande prioriteringsordning och teorier i denna del hämtas från boken ” Product design for assembly”[26].
3.5.1 Minska antalet delar och typer av delar i en produkt
Att eliminera antalet delar och minska olika typer av delar medför fördelarna som sänkt materialpris, sänkt kostnad för monteringen och fixturer samt förbättrad produktkvalitet. Dock den största fördelen är den dramatiska minskningen av omkostnader som uppstår på grund av mindre dokumentation, små lager, färre leverantörer, förenklade produktionskontroll, färre inspektioner, mindre omarbetningar och så vidare. Följande är de strategier som används för att minska antalet delar:
1. Test av behovet för varje delens existens som en separat del genom att tillämpa de tre grundläggande kriterier.
2. Eliminering av separata fästen genom att designa delar med integrerade låsningsfunktioner.
Separata fäste uppfyller sällan de tre kriterierna.
3. Eliminering av delar som fungerar som ledningar för anslutningar (kablar, slangar, förlängda kopplingar) genom att flytta de två funktionella komponenter till närhet av varandra (se Figur 11).
4. Konstruktion av multifunktionella delar genom att få ut det mesta av enskilda
tillverkningsprocesser. Utnyttja fullt ut av near-net shape formnings- och gjutningsprocesser, eftersom detta kommer att minska antalet delar samt den totala produktkostnaden.
5. Undvika vägledning av riktlinjer för måttet på delars relativa lätthet av tillverkningen i början av produktdesign. Detta kommer att leda till att fokusen ligger endast på delars individuella enkelhet som resulterar i onödigt stort antal delar med alla tillhörande problem, några exempel på konsekvenser är hög monteringskostnad, låg tillförlitlighet samt höga kostnader.
6. Eliminering av eventuella produkter egenskaper och funktioner som inte tillför värde för kunder.
27
Figur 11: Exempel på förenkling i flera steg [26]
3.5.2 Sträva efter att eliminera justeringar
Justeringar och liknande processer som kräver bedömning eller beslutfattande under monteringen är kostsamma och är en nackdel för tillförlitlighet. En eller flera av följande strategier kan bidra till att eliminera justeringar i särskilda fall:
1. Minskning av antalet delar och processteg mellan in- och utgångsfunktioner i designen, eller mellan kritiskt relaterade ytor. Inkorporera de funktioner eller kritiskt relaterade ytor till en enda tillverkad del om det är möjligt. Figur 12 visar ett exempel på eliminering av tre delar och en justering som en avvägning mot en eventuell ökning av materialkostnaden.
2. Förflyttning av in- och utgångsfunktioner, eller kritiskt relaterade ytor närmare varandra för att underlätta tolerans kontroll.
3. Ersättning av elektronisk korrigering med mekanisk justering.
4. Strävan efter lätt foglighet mellan funktionella ytor för att eliminera behovet av justering.
5. Tillämpning av kinematiska design principer så nära som möjligt. Detta kan tolkas som undvikande av överspänning och är illustrerad i Figur 12: Eliminering av justering [26]
Figur 13. Figur 14 visar kinematiska design principer som reducerar antalet delar.
28
Figur 12: Eliminering av justering [26] Figur 13: Referens till kinematisk design principer [26]
Figur 14: Kinematisk design principer för produktförenkling [26]
29
3.5.3 Utforma själv-lokaliserade och justerbara delar
Delar bör utformas så att passytorna kan lätt falla på plats. Funktioner för att åstadkomma detta bör alltid finnas med när near-net shape formnings processer såsom gjutning och formning används. För maskinbearbetade delar bör extra kostnader för anpassningsfunktioner betraktas som en del av den totala kostnadens avvägningar för produkten. Följande förslag rekommenderas för att utforma själv- lokaliserade och justerbara delar:
1. Kontrollera att delar som inte är självsäkrande kan placeras omedelbart på ytan vid
monteringen. Detta undviker behovet av att hålla delen ner med fingrar, vilket i sin tur kommer att förhindra efterföljande operationer att utföras med bara en hand.
2. Förse delar med konor, avfasningar och så vidare så att anpassningen är redan inbyggd i konstruktionen (se Figur 15 och Figur 16).
Figur 15: Konstruktion med konor [26]
30
Figur 16: Konstruktion med avfasning [26]
3. Tillåta generösa spelrum om det är tillåtet i designen, men undvika situationen som kan leda till en tendens där delar fastnar eller hänger upp i luften under insättningen.
4. Säkerställa att delarna kan lokaliseras på rätt ställe innan de måste släppas (se Figur 17).
Figur 17: Lätt lokalisering för delen [26]
5. Använda pilot punkt skruvarna för att undvika korsgängnings problem. Det är en viktig kvalitetsfråga när skruv fästelement måste användas. Undersökningar har visat att felaktigt insatta skruvar kan orsaka så mycket som 50 procent av garanti reparationer för vissa produkter.
31
3.5.4 Beakta åtkomst och synlighet för varje operation
Otillräcklig åtkomlighet eller begränsad syn kan göra en enkel operation både tidskrävande och
frustrerande. Dessa aspekter av en design är ofta omärkta och sällan korrigerade när designen har börjat används i produktionen. De två följande reglarna måste alltid betraktas:
1. Se till att det finns tillräckligt utrymme för händer, verktyg, provning och eventuella efterföljande processer som svetsning eller nitning. Situationen som illustreras i Figur 18 bör undvikas.
2. Se till att montörers vision av varje operation inte är begränsad. Montörer ska kunna se de ytor som skall sättas ihop. Operationer som måste utföras inom kapslingar eller genom delar skall undvikas.
Figur 18: Tillräcklig åtkomst för insättningen av delen[26]
När den tänkta designen ska användas som sub-montage, bör öppen tillgång och klar sikt vara tillgängliga på nästa nivå av monteringen. Figur 19 visar effekter av skymd sikt och fördelen med pilotpunkt skruvar eller försänkta hål är att de kan effektivt eliminera problem med korsgängning.
32
Figur 19: Skymd sikt och fördelen med pilot punkt skruv [26]
3.5.5 Beakta enkel hantering av delar från bulk
Att montera vissa delar kan vara enkelt, dock kan det finnas svårigheter i att hantera dem eller separera dem från bulk. Dessa hanteringssvårigheter som möjligtvis kan undvikas i designprocessen beror på följande faktorer:
1. Kapsling av delar som är utformad med sammanlåsande konor. Detta kan åtgärdas genom att inkludera vissa funktioner för att förhindra kapslingen.
2. Trassel av delar som har kombinationer av utkastningar och öppningar, hål eller utskärningar.
För att säkerställa icke-trassel ska öppningar stängas och utkastningar förstoras. Specificera alltid ändslutna kompressions spiralfjädrar för att undvika allvarliga trassel i bulk.
3. Användning av flexible material. Utforma helst stela delar, men om böjning är nödvändigt försöka sedan se till att delarna kommer att behålla sin form när de ska hanteras.
4. Delarna som är ömtåliga eller vassa. Undvika skarpa kanter om de inte är funktionellt nödvändiga. Inkludera alltid säkra hållytor för vassa eller ömtåliga delar.
5. Delarna som kräver användning av gripverktyg. Undvika sådana delar som gör att montörer plockar upp ett speciellt verktyg innan delar ska tas upp.
33
3.5.6 Utforma delar som inte kan installeras felaktigt
Det är viktigt att eliminera situationer där komponenten installeras i en orientering som inte tillåter korrekt operationen av produkten. Nedanstående åtgärdar kan vidtas för att eliminera sådana situationer:
1. Förse hinder som inte tillåter felaktig montering.
2. Göra delar symmetriska så att monterings orientering är oviktigt.
3. Om två delar kan monteras felaktigt måste det vara garanterad att montering av efterföljande delar inte kan fortsätta.
4. Om det har misslyckats med åtgärden 3 måste en korrekt orientering på delen markeras med färg eller riktnings pil.
5. Eliminera de flexibla delarna som nästan alltid kan installeras felaktigt.
3.5.7 Eliminera behovet av omorientering vid monteringen
Trots att omorienteringar inte är lika kostsam i manuell montering som i automatiserade
monteringssystem, bör de ändå undvikas. Varje omorientering eller manipulation av redan monterade delar är en operation som inte tillför värde till monteringsprocessen. Om det är möjligt måste progressiv montering kring en referensaxel skaffas, användning av vertikala insättningar är också ideal. Delarna kan insättas även i sidled vid manuell montering med hög effektivitet, det viktigaste kravet för detta är att undvika behovet av manipulering av montering eller av tidigare ihopsatta delarna i submontage.
3.5.8 Maximera symmetrin på delarna
Ju mer symmetriska delarna är, desto snabbare är det att orientera dem vid hanteringsfasen av monteringen. Den sänkta tiden genom ökad symmetrin på delarna vid manuell monteringen är dock ganska liten i de flesta fall.
3.6 Utvärderingsmetod
Flesta teorier i denna del hämtas från boken Product design for assembly” [26] och teorier från andra böcker anges med referensnummer.
34
Det finns flera olika metoder för att analysera och utvärdera den nuvarande konstruktionen för att anpassa till montering, några av dessa är Hitachis utvärderingsmetod, Lucas DFA metod, Fujitsu produktions utvärderingssystem och Boothroyd Dewhurst metod [27]. I detta arbete kommer endast Boothroyd Dewhurst metod att tillämpas.
Enligt Bogue [23] används idag ett dataprogram för att analysera tiderna i metoden från Boothroyd och Dewhurst men de baserar sig på de gamla tidstudierna som appliceras för hand. Boothroys DFA metod använder idag en kvantitativ bedömning av konstruktionen. Varje del av konstruktionen uppskattas med ett numeriskt värde beroende på monteringsanpassningen. Siffrorna summeras för hela konstruktionen och det resulterande värde används som en vägledning för hela konstruktionskvaliteten. Produkten kommer att sedan konstrueras om med hjälp av de numeriska värdena. Genom att koncentrera sig på de områden av konstruktionen som har bidragit mest till den totala poängen kan effekter av att
konstruktionen om produkten maximeras, dock krävs det goda insikt och kunskaper om delar från konstruktör.
Boothroyd Dewhurst metoden består av en tabell(Tabell 1) som innehåller insättningsvärden,
hanteringsvärden, teoretiskt minskade antal komponenter och varje komponentkostnad i monteringen.
Syftet med metoden är att analysera hur monteringen sker, vad tiden blir, kostnaden för varje utfört moment och om det finns onödiga delar i konstruktionen [27].
35 Tabell 1: Boothroyd-Dewhurst metod[27]
Namn på monteri ngsdel
I Är kompone nten väsentlig? Nm=
H Operations kostnad Cm=
G Operationsti d (BD +F) [sek] Tm=
F Tid för manuell insättning[ sek] Totalt:
E 2 siffrig insättning skod
D Tid för manuell hantering av komponent[ sek]
C 2 siffrig hanterin gskod
B Antal utövade gånger
A Kompon ent nr.
36
Manuel hantering består av grepp, förflyttning och orientering av objekt eller sub-montering innan fixering på basobjektet. Hanteringsvärdena består av en tvåsiffrig kod samt tidskolumn i tabell 1. Andra siffran i koden representerar den vridning i form av vinkel α och vinkel β som behövs för att kunna sätta in komponenten.
Vinkel α (Figur 20) är vridningen runt axel som är vinkelrätt mot komponentens rotations axel.
α
insättningsaxel
Symbolen β (Figur 21) står för den vinkel som komponenten måste vridas runt sin egen axel för att kunna sättas in i konstruktionen.
β
insättningsaxel Figur 20: Vridning av insättningskomponent(vinkel α)
Figur 21: Vridning av insättningskomponent(vinkel β)
37
Första siffran i hanteringskoden består av komponentens tjocklek och storlek (Se Figur 22). Tjockleken är längden av den minsta sidan av den smalaste rektangulära formen, om det är cylindrisk och diametern är mindre än längden definieras tjockleken som radien av den minsta cylindriska diametern. Storleken definieras som längden av den längsta sidan av den smalaste rektangulära formen.
Figur 22: Illustration för tjocklek och storlek [26]
Siffrorna i parantes i tabell 6-8 förtydligas i nedanstående listan:
1. Delen i detta fall syftar på komponent eller sub-montage som monteras på basobjektet, samfogningsmetoder som lim eller silikon är inte inräknade.
2. Blockerade åtkomst betyder att utrymme för komponentmonteringen är begränsad till den grad, då komponentmonteringen utförs långsammare än under vanliga omständigheter. Begränsad syn är en situation där monteringsplatsen är svårtillgänglig och känslan måste förlitas för att hitta platsen.
3. Att delen behöver hållas ned betyder att komponenten som monteras är ostadig efter insättning eller placering på monteringsplatsen. Innan komponenten kan säkras på platsen behöver den greppas, omjusteras eller att den hålls på plats manuellt. En komponent räknas som säkrad när den inte behöver hanteras av montör innan nästa steg i monteringen.
4. En komponent är enkelt att rikta och placera under montering om dess riktning kan bestämmas med belägna detaljer på komponenten eller på den plats där komponenten ska monteras.
Liten tolerans, fastkilning och insättning som kräver stor kraft för montering som presspassning är alla orsaker till varför motstånd under montering kan uppstå.
38
Tabell 2, Tabell 3, Tabell 4 och Tabell 5 visar hanteringskoderna samt uppskattad tid för varje
hanteringskombination komponenterna utsätts för. Tabellerna är uppdelade i fallen, hantering med en hand, hantering med en hand eller griphjälp och hantering med två händer. Sista tabellen hanterar två händer krävs på grund av storleken. Dessa tabeller ger en mer studerad syn på hur montören hanterar och monterar submontage eller objekt.
Siffrorna i parantes i tabell 2-5 förtydligas i nedanstående listan:
1. Delar som presentera hanteringssvårigheter är de som behöver staplas, trasslas in eller hålls ihop på grund av magnetisk kraft eller fettbeläggning. Sådana delar är ofta glatta eller kräver
noggrann hantering.
2. Delar som behöver staplas eller trasslas in mycket är de som är sammankopplade och både händer behövs för att applicera en separationskraft eller uppnå en specifik orientering av sammankopplade delar för att utföra separation.
Siffrorna i parantes i tabell 6-8 förtydligas i nedanstående listan:
5. Delen i detta fall syftar på komponent eller sub-montage som monteras på basobjektet, samfogningsmetoder som lim eller silikon är inte inräknade.
6. Blockerade åtkomst betyder att utrymme för komponentmonteringen är begränsad till den grad, då komponentmonteringen utförs långsammare än under vanliga omständigheter. Begränsad syn är en situation där monteringsplatsen är svårtillgänglig och känslan måste förlitas för att hitta platsen.
7. Att delen behöver hållas ned betyder att komponenten som monteras är ostadig efter insättning eller placering på monteringsplatsen. Innan komponenten kan säkras på platsen behöver den greppas, omjusteras eller att den hålls på plats manuellt. En komponent räknas som säkrad när den inte behöver hanteras av montör innan nästa steg i monteringen.
8. En komponent är enkelt att rikta och placera under montering om dess riktning kan bestämmas med belägna detaljer på komponenten eller på den plats där komponenten ska monteras.
9. Liten tolerans, fastkilning och insättning som kräver stor kraft för montering som presspassning är alla orsaker till varför motstånd under montering kan uppstå.
