EXAMENSARBETE
Ledtidsreducering på LKAB Wassara
Möjligheten att utföra lego-processer i egen regi
Stefan Bäcklund Janna Olofsson
2013
Civilingenjörsexamen Teknisk design
Luleå tekniska universitet
Institutionen för ekonomi, teknik och samhälle
Förord
Denna rapport är ett examensarbete utfört hos företaget LKAB Wassara som syftar till att minska ledtider för Wassaras produkter. Det har varit en väldigt spännande resa för författarna, med nya miljöer och under en tid med stora omställningar i företaget.
Vi vill tacka alla på Wassara för ett bra samarbete, god stämning, vänligt bemötande och för att de inte utsatte oss för allt för många hyss. Främst av allt vill vi tacka Björn Andersson, handledare på Wassara, för möjligheten att utföra detta projekt. Även ett tack till LKAB för ekonomiskt stöd.
Slutligen vill vi tacka Kjell Rask, handledare från LTU, för vägledning under projektet.
Abstract
This paper is a thesis paper for the master program in industrial design engineering at Luleå University of Technology. The focus of the project was to reduce the lead times in LKAB Wassara’s production system through focusing on the processes that are currently made by contract manufacturers. The purpose was to evaluate if some of the processes could be beneficially made by Wassara themselves.
The types of processes that were analyzed were heat-treatments, such as nitro carburizing and hardening, and machining such as grinding and honing.
LKAB Wassara produces water driven DTH (down the hole) hammers for drilling in mining and construction industries. The longest total process time for a component in Wassara’s production was ten weeks, of which 30 workdays went to lead times at contract manufacturers and 14 workdays for transportation. If Wassara could perform some of the processes in their own facilities it could reduce lead times just by removing the need for transportation.
The utilization was calculated for the processes and the ones with low utilization were considered unnecessary. Calculations of the cost for producing in-house were compared to the cost of using contract manufacturers. Capital budgeting calculations were made for the two economically beneficial processes, which were grinding and deep hole drilling. These were then evaluated using the requirements specification where the grinding operation was the process to finally be recommended to the company as the most beneficial solution.
Sammanfattning
LKAB Wassara är ett företag som tillverkar sänkborrhammare till vattendrivna borrsystem för gruv- och anläggningsindustrin. Företaget går i nuläget igenom stora förändringar med mål att expandera.
En del av förändringarna innefattar ledtidsreducering vilket var grunden till detta examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Teknisk Design, Luleå tekniska universitet.
Examensarbetet inriktades på möjligheterna att förkorta ledtider i Wassaras produktion genom att undersöka de processer företaget har hos leverantörer. Syftet var att ta reda på om det finns någon process som med fördel kan utföras i egen regi. Processer som utretts är olika värmebehandlingsprocesser och skärande bearbetningar såsom slipning och hening. Totalt har 12 processer undersökts.
Arbetet har utförts med en iterativ metod. Datainsamling har skett genom intervjuer, enkäter och benchmarking. För analys har processflödesscheman, kravspecifikation och ekonomiska metoder använts. För att erhålla en grundförståelse för de olika processerna söktes teorier om dessa.
Från operationsscheman på två av Wassaras artiklar kunde utläsas att stor del av genomloppstiden går åt till lego-processer och transporter till och från leverantörer. För den artikeln med längst genomloppstid – tio veckor, går 30 arbetsdagar åt till processer hos leverantörer och 14 dagar i ren transporttid. Att utföra någon process själva skulle minska ledtiderna avsevärt bara genom att färre transporter krävs.
Utnyttjandegraden för de olika processerna beräknades och de processerna med för låg utnyttjandegrad (mindre än 100 dagar), räknat under ett års tillverkning, valdes bort. För de övriga sju processerna utfördes differenskalkyler där kostnaderna att utföra processerna själva jämfördes med kostnaden för nulägets lego-processer. Slutsatsen var att endast två processer innebär en lägre kontinuerlig kostnad än nuläget. Genom metoden Make-or-Buy utvärderades vid vilka volymer företaget kan tjäna ekonomiskt på att utföra de övriga processerna själva.
Investeringskalkyler gjordes för de två kvarvarande processerna. Dessa var långhålsborrning och slipning. Med kalkylen beräknades en återbetalningstid vilket visade att endast en process klarar att ekonomiskt bära en investering. Därefter utvärderades processerna genom en kravspecifikation och slipning rekommenderas som en slutlig lösning.
Innehållsförteckning
1 Inledning ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Syfte och mål ... 2
1.3 Avgränsningar ... 2
2 Metod och genomförande ... 3
2.1 Planering ... 3
2.2 Iterativa projektmetoder ... 3
2.3 Kvalitativ och kvantitativ data ... 4
2.4 Datainsamling ... 4
2.4.1 Observationer ... 5
2.4.2 Intervjuer ... 5
2.4.3 Enkätundersökning ... 6
2.4.4 Benchmarking ... 6
2.5 Processflödesschema ... 7
2.6 Ledtider och processtider ... 7
2.7 Utnyttjandegrad ... 8
2.8 Ekonomiska verktyg ... 8
2.8.1 Differenskalkyl ... 8
2.8.2 Make or Buy ... 9
2.8.3 Investeringskalkyl ... 11
2.9 Kravspecifikation ... 12
3 Teori ... 13
3.1 Kundorderpunkt... 13
3.2 Tillverkningsmetoder ... 13
3.2.1 Glödgning ... 13
3.2.2 Härdning ... 14
3.2.3 Nitrokarburering ... 16
3.2.4 Gasnitrering ... 16
3.2.5 Slipning ... 17
3.2.6 Långhålsborrning ... 17
3.2.7 Hening ... 17
3.2.8 Dragbrotschning ... 17
3.2.9 Splinesbearbetning ... 18
4 Nulägesbeskrivning ... 19
4.1 Wassarahammaren ... 19
4.1.1 Pump unit – pump ... 20
4.2 Referensprojekt ... 21
4.2.1 Niagara ... 21
4.2.2 Shinkansen... 21
4.2.3 Gruvborrning LKAB ... 21
4.3 Flöden för artiklar ... 21
4.3.1 Piston W120 ... 21
4.3.2 Valve W100 ... 22
4.4 Wassaras kundorderpunkt ... 23
4.5 Lego-processer ... 23
4.5.1 Värmebehandling ... 23
4.5.2 Skärande bearbetning ... 31
4.6 Kostnader och investeringar ... 36
5 Framtidsbeskrivning ... 37
5.1 Den framtida hammaren ... 37
5.2 Från verkstad till fabrik ... 37
5.3 Tillverkning mot lager och montering mot order ... 37
5.4 Framtidens processer ... 38
6 Analys och problembestämning ... 39
6.1 Wassara och framtiden ... 39
6.2 Möjlig ledtidsreducering ... 39
6.3 Utnyttjande av maskiner ... 40
6.4 Vad det kan innebära att implementera en ny process ... 41
6.4.1 Anställning ... 41
6.4.2 Miljökrav ... 41
6.4.3 Kompetenskrav ... 41
6.4.4 Svårigheter med implementering ... 41
6.4.5 Problem med att ha processen hos leverantör ... 42
6.4.6 Förbättringspotential hos leverantörerna angående ledtider ... 42
6.5 Ekonomiska aspekter vid investering ... 42
6.5.1 Differenskalkyl ... 42
6.5.2 Make or Buy ... 44
6.5.3 Investeringskalkyl med kalkylränta ... 48
7 Kravspecifikation ... 51
8 Lösningsförslag ... 53
8.1 Utökad kapacitet för slipning ... 53
8.2 Långhålsborrning i egen regi ... 53
9 Utvärdering och val av lösningsförslag ... 55
10 Utvärdering av slutlig lösning ... 57
11 Diskussion ... 59
12 Rekommendation... 63 Källförteckning
Bilagor
1
1 Inledning
Detta är ett examensarbete på civilingenjörsprogrammet Teknisk Design med inriktning Produktionsdesign, på Luleå tekniska universitet. Det är en förstudie inriktad på att utreda möjligheterna att förkorta ledtider, genom att se över lego-processer, på företaget LKAB Wassara (Wassara). Förstudien pågick under 20 veckor, vårterminen 2013. Arbetsfördelningen har delats lika mellan examensarbetarna, båda har deltagit i samtliga moment i projektet och utfört den skriftliga delen likvärdigt.
Kapitel 1 behandlar bakgrunden till projektet, projektbeskrivning, syfte och mål med arbetet och avgränsningar. Kapitel 2 innehåller metoder i projektet och hur de använts. Vidare presenteras de teorier som ligger till grund för resultatet i kapitel 3, vilka syftar till att ge en djupare förståelse för de enskilda lego-processerna i Wassaras produktion. Kapitel 4 är en nulägesbeskrivning av hur tillverkningsordningen ser ut, samt en presentation av Wassaras produkt och exempel på företagets tidigare projekt. Kapitel 5 behandlar företagets framtidsbeskrivning och visioner. Kapitel 6 är en analys och problembestämning formulerad utifrån nuläget och framtiden. Kravspecifikationen som ligger till grund för resultatet presenteras i kapitel 7. Lösningsförslagen behandlas i kapitel 8 och utvärderas i kapitel 9. Kapitel 10 innehåller en vidareutveckling av vald lösning och kapitel 11 är utvärdering av det vidareutvecklade förslaget. Arbetet diskuteras i kapitel 12 och en rekommendation till företaget ges i kapitel 13.
1.1 Bakgrund
1988 startade LKAB dotterbolaget G-Drill, numera LKAB Wassara, en verksamhet med tillverkning av borrsystem till gruv- och anläggningsindustrin. Företaget har ca 40 anställda, där ungefär hälften är stationerade i produktionslokalerna i Huddinge, ett tiotal i Wassara Borrtekniskt Centrum i Malmberget och ett tiotal på huvudkontoret i centrala Stockholm. (Andersson, 2013)
Borrsystemen består av hammare, borrkronor, rördrivningsutrustning, borrör, backventiler, svivlar och högtryckspump. Specialkompetensen ligger i en världspatenterad Wassara hammare för vattendriven borrning, vilken drivs med högtrycksvatten till skillnad från konkurrenternas tryckluftsdrivna. De olika borrsystemen kan användas på samma maskinpark. (Wassara Drilling Systems, 2013)
Wassarahammaren används i LKAB:s årliga produktion för borrning i underjordsgruvorna i Malmfälten. Hammaren har även använts i bl.a. damm- och gruvprojekt i Australien, Japan, Sydafrika och USA. (Referensprojekt, 2013)
Wassaras affärsidé lyder:
”Utveckla, tillverka och marknadsföra innovativa och miljövänliga borrsystem som är baserade på vår unika kompetens inom vattendriven borrning globalt till kundsegmenten: anläggning, gruv- och undersökningsborrning, dammar och geoenergi, genom att utveckla effektiva säljkanaler (distributörer och tillverkare av egna system (OEM))”
2012 hade Wassara en omsättning på ca 100 MSEK per år och målet är att öka detta till 117 MSEK år 2013 och till ca 300 MSEK till år 2016. Det är främst inom exportmarknaden en expandering kommer ske. Områden som berörs är gruvbrytning, bygg och anläggning, dammförstärkning och instrumentering samt transportborrning vid exploatering. I och med expanderingen har Wassara, under 2012, flyttat verksamheten till större lokaler samt centrerat all produktion, montering och orderhantering till Huddinge. Tidigare sköttes orderhantering och montering i Malmberget. Framöver
2
kommer främst forskning och utveckling ske i Malmberget, i samarbete med LKAB. För detta invigdes Wassara Borrtekniskt Centrum i februari 2013. (Andersson, 2013)
Under 2013 har Wassara även målen att få en leveranssäkerhet som överstiger 98 %, lansera minst två nya produkter och bli förberedda för certifiering enligt ISO9001, standard för kvalitetssäkring.
(Andersson, 2013)
1.2 Syfte och mål
För att arbeta mot målet med expansionen har Wassara bl.a. inriktat sig på att se över sina ledtider i produktionen samt se över nödvändigheten med externa operationer. Projektet syftar därmed till att utreda:
- möjligheterna att, med befintliga leverantörer och flöden, minska genomloppstiden för logistikflöden som innehåller operationslego.
- fördelar och konsekvenser med att utföra, en – eller flera av nuvarande lego-operationer i egen regi (kostnader, ledtider, kompetenskrav etc.).
Målet är att ta fram underlag för en lösning som innebär minskade ledtider samt är ekonomiskt försvarbar. Undersökningen innefattar endast produkter från prislistan, se bilaga 1.
1.3 Avgränsningar
Projektet avgränsas från
kundspecifika artiklar då dessa utgör ytterst liten del av den totala produktionen samt varierar i utförande
planering av detaljerade processteg i Wassaras produktion i och med att dess påverkan på nya processer är svår att förutse och skulle bli ett stort arbete i sig.
processer med antal batcher per år mindre än 10 stycken då de utgör för lite volym för att göra det rimligt med investering av nya maskiner
processer som beräknas utgå ur framtida tillverkning
3
2 Metod och genomförande
I detta kapitel beskrivs de tillvägagångssätt som använts i projektet. Kapitlet innefattar planeringsarbetet, iterativa metoder, skillnaden mellan kvalitativ och kvantitativ data, datainsamlingsmetoder, processflödesschema, ekonomiska verktyg och kravspecifikationer.
2.1 Planering
I projektets inledande stadie upprättades en projektplan, se bilaga 2, i samarbete med produktionschef Björn Andersson, Wassara, och handledare Kjell Rask, från LTU. I denna plan ingår en bakgrund som beskriver företaget, syfte och mål med projektet, projektbeskrivning, avgränsningar, projektorganisation samt Gantt-schema. Gantt-schemat har fungerat som ett dokument för jämförelse av hur projektet ligger till i förhållande till planeringen. De olika delarna i projektet har varit: upprätta projektplan, framtidsbeskrivning, kartlägga produktflöden, teori/metodinsamlingar, nulägesbeskrivning, info: transport- och ledtider1, info: processtider lego, processkrav lego, analys och problembestämning, teori tillverkningsmetoder, kravspecifikation, lösningsförslag, utvärdering och val av lösningsförslag, vidareutveckling av vald lösning, utvärdering av slutlig lösning, slutdatum rapport, slutdatum projekt och redovisning.
2.2 Iterativa projektmetoder
En iterativ metod syftar till att utföra olika steg i ett projekt flera gånger, t.ex. är inte informationsinsamlingen begränsad till projektets begynnande del utan kan återkomma flera gånger.
Att snabbt gå vidare i projektets olika steg, för att komma tillbaka senare vid behov, ger ett bättre flöde i processen och gör att felaktigheter eller behov kan upptäckas tidigare. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008) Se projektcirkeln i Figur 1.
Figur 1. Projektcirkelns olika steg (Ranhagen, 1995)
1Ledtid: Tiden från beställning till att produkten är färdig att användas. (Segerstedt, 2008, s. 17) Vid lego-processer räknas ledtiden från att produkten tas in hos leverantören till dess att produkten skickas från leverantören.
1. Planera för förändring!
2. Gör diagnos!
3. Formulera mål och krav
4. Sök alternativ!
5. Värdera och välj alternativ!
6. Utveckla och detaljbearbeta valt
förslag!
7. Genomför stegvis!
8. Följ upp och värdera effekter!
4
Arbetet har skett enligt en iterativ process. Information har samlats kontinuerligt mellan de olika bearbetningsstegen. Rapporten har strukturerats, fyllts på och omformulerats allt eftersom ytterligare information tillkommit eller förutsättningar ändrats. Lösningsförslagens utformning diskuterades redan i början av projektet och har, allt eftersom projektet fortskridit, utvecklats och formats till specifika lösningar. I enlighet med projektcirkeln har arbetet fortskridit på följande sätt:
1. Wassaras omsättningsökning innebär att de planerar för förändring, vilket blev starten för detta projekt.
2. Dagsläget analyserades genom att gå igenom vilka leveranstider företaget kan lova sina kunder i jämförelse med vad marknaden efterfrågar samt vilka ledtider lego-processerna2 tillförde.
3. Målet med projektet och kraven på resultatet formulerades utifrån projektdefinitionen.
4. Alternativ undersöktes, alltså processer som kan utföras i egen regi.
5. Den första urvalsprocessen ledde till att endast ett urval av processer valdes för vidare undersökning.
6. Övriga krav för processerna undersöktes.
Därefter utfördes stegen på nytt genom att lägga tyngden på krav för en möjlig lösning samt undersöka alternativen vidare. Det iterativa arbetet fortskred i tre till fyra varv. Denna metod användes för att inte missa relevant information samt för att genomarbeta varje del av projektet grundligt.
2.3 Kvalitativ och kvantitativ data
Resultat av metoder kan indelas i kvalitativa och kvantitativa. Ett kvalitativt resultat innehåller svar på frågor såsom vad, vem, hur, när och var. Svaren är inte exakta siffror eller generaliserade resultat utan mer en förklaring av det studerade området. Ett kvantitativt resultat består av statistisk data från mätningar eller observationer. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
I detta projekt har information till största del varit kvalitativ där data angående processtider, processkrav, lagkrav och dylikt, insamlats från benchmarkingbesök, intervjuer och enkäter.
Insamlingsmetoderna användes för att erhålla relevant data för Wassaras produkter och inte endast allmän information. Även kvantitativ data har erhållits genom Wassaras databaser angående led- och transporttider, prisuppgifter på processer, volymer osv. Dessa kan ses i bilaga 3 och 4.
2.4 Datainsamling
Under ett projekt är datainsamlingen en grund i utvecklingsprocessen. Datainsamlingen bör ske kontinuerligt under processens gång eftersom det i början av ett projekt är svårt att förutse vilken information som är nödvändig vid senare skeden. Olika metoder för datainsamlingar är t.ex. intervjuer, observationer, enkäter och fokusgrupper. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
Datainsamling har ägt rum i så gott som alla stadier av detta projekt genom observationer av Wassaras produktion, intervjuer med anställda och ledningen på Wassara, frågeformulär till lego-leverantörer samt benchmarkingbesök. Data från dessa insamlingar har använts till beräkningar som utförts i projektet för att utvärdera de olika processerna. Dessa beräkningar kan ses i avsnitten:
2.6 Ledtider och processtider
2.7 Utnyttjandegrad
2Lego-processer: Operationer som utförs av externa leverantörer.
5
2.8.1 Differenskalkyl
2.8.2 Make or Buy
2.8.3 Investeringskalkyl
Datainsamling har även skett via leverantörers hemsidor där information om processerna erhållits.
Denna information användes för att få en överblick av hur processerna genomförs.
2.4.1 Observationer
En observation är en datainsamlingsmetod vilken kan genomföras direkt eller indirekt. En direkt observation innebär att observatören är på plats och ser den aktiva processen. Vid en indirekt observation spelas processen in med t.ex. en dold kamera och kan observeras vid ett senare tillfälle.
Observationer kan även vara systematiska eller osystematiska. En systematisk observation behandlar en förutbestämd del av processen och är ofta utförd efter ett schema. En osystematisk observation är öppen och hela processen ses över, allt av intresse noteras. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
I detta projekt har observationerna varit direkta och skett på företaget. Observationerna hade till en början osystematisk karaktär för att gruppmedlemmarna skulle kunna bilda sig en uppfattning av verksamheten och dess behov.
2.4.2 Intervjuer
Intervju är en metod för datainsamling som ger subjektiv data, alltså personliga åsikter och erfarenheter (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008). Intervjuer kan enligt Osvalder et al (2008) delas in i tre kategorier:
1. Ostrukturerad intervju, för kvalitativ data.
Intervjuaren ställer öppna frågor och styr diskussionen mot de områden som anses viktiga.
Frågornas karaktär leder till en fri diskussion där den intervjuade kan tala öppet om sina erfarenheter. Denna form av intervju passar då intervjuaren inte är insatt i ämnet och endast har en vag idé om vilken information som eftersträvas. Resultatet kan däremot vara svårt att jämföra och utvärdera, därför bör denna typ av intervju endast genomföras på ett fåtal personer.
2. Strukturerad intervju, för kvantitativ data.
Intervjuaren bör vara väl insatt i ämnet och ställa genomtänkta frågor, entydigt formulerade.
Frågorna är formulerade så att intervjupersonen kan svara fritt eller efter en gradering. De förbestämda frågorna ger kvantitativ data, är därmed lätta att analysera, och lämpar sig för både större och mindre undersökningar.
3. Semistrukturerad intervju, en blandning av ostrukturerad och strukturerad intervju.
Strukturen för intervjun är förbestämd, såsom en del av frågorna, men intervjun innehåller även öppna frågor och följdfrågor. Det innebär att resultaten av intervjuerna kan vara både kvalitativa och kvantitativa, därmed ger intervjuformen möjlighet till mer systematisk analys i jämförelse med ostrukturerade intervjuer.
Intervjuns syfte bestämmer den bäst lämpade kategorin för intervjun. Det krävs noggranna överväganden om vilken data som efterfrågas då frågeställningen formuleras, allt för att erhålla användbar information. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
Fördelen med intervjuer är att det är en subjektiv metod där personliga åsikter kommer fram. Metoden är även flexibel då följdfrågor kan ställas och förklaringar begäras vid behov, det leder till att feltolkningar minimeras. Intervjuaren måste vara närvarande och kan omedvetet påverka den intervjuade genom bl.a. sin attityd, personlighet och yrke, detta är en nackdel med intervjuer. Så kallad
6
intervjueffekt kan uppstå, dvs. den intervjuade justerar svaren för att tillfredsställa intervjuaren.
Ytterligare en nackdel är att metoden inte kan användas för att få information om en större målgrupps åsikter, den ger endast en enskild persons uppfattningar. Bilden av en målgrupps ageranden och åsikter erhålla genom att intervjumetoden kompletteras med andra observationer och metoder. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
I detta projekt har intervjuer hållits med ledningen och anställda på Wassara samt med lego- leverantörer. Intervjuerna var till en början ostrukturerade för att samla allmän information och få ett grepp om verksamheten. Senare i projektet har semistrukturerade intervjuer hållits då gruppmedlemmarna visste vilken specifik information som söktes.
2.4.3 Enkätundersökning
I en enkät lämnas kommentarer och åsikter skriftligt. Enkät är, enligt Osvalder et al (2008), en form av strukturerad intervju utan fysisk kontakt mellan intervjuaren och respondenten. Syftet är att:
Samla in stor mängd data under kort tid
Samla in åsikter när personer är svåra att nå
Validera ett intervjuresultat
Att tänka på vid formulering av enkäter: använd enkla, tydliga och entydiga frågor; utnyttja med fördel skalor eller svarsalternativ, för lättare bearbetning av resultatet; öppna frågor kan användas men det kan vara svårt för respondenten att formulera svar. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
Enkäter utvärderas oftast kvantitativt, de kan analyseras statistiskt om undersökningen är väldigt omfattande. Är frågorna öppna, analyseras de kvalitativt. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
I detta arbete har enkäter används som frågeformulär till lego-leverantörerna, med syfte att samla kvalitativ data om processerna. Den sökta informationen var främst process- och ställtider samt svårigheter med processerna.
2.4.4 Benchmarking
När arbete med förbättring av en verksamhet utförs kan metoden benchmarking användas. Det innebär att den egna verksamheten jämförs med andra verksamheter och därigenom kan idéer eller tillvägagångssätt för förbättring uppkomma. (Tonnquist, 2012)
Tonnquist (2012) menar att benchmarkingen bör utföras i följande steg:
1. Bestäm vad som ska benchmarkas 2. Identifiera benchmarkingpartners 3. Informationsinsamling
4. Analys
5. Genomförande för resultat
I detta projekt har benchmarking använts som metod för att samla information angående ställ- och operationstider3, miljökrav, utrustningskrav och svårigheter med processerna.
Benchmarking har utförts på Duroc Special Steel AB i Luleå och Bodycote Värmebehandling AB i Älvsjö. Benchmarkingen utfördes på båda företagen för att få större förståelse för olika värmebehandlingsprocesser.
3 Operationstid/processtid: Tiden det tar att utföra en process i en maskin eller operation för en artikel
7
Syftet med benchmarkingen på Duroc Special Steel AB (Duroc) var att undersöka glödgningsprocessen. Besöket förbereddes med teoriinsamling av processen och analys av vilka frågor som behövde besvaras under benchmarkingen. De ställda frågorna var:
- Vad finns det för miljökrav som påverkar arbete med processen?
- Vad har processen för kompetenskrav/utbildningskrav/licenser?
- Vad är typiska ställ- och operationstider för processen?
- Vad finns det för utrustningskrav (t.ex. skyddsutrustning, avlopp osv.) kring processen?
- Vad finns det för svårigheter med processen, t.ex. vad brukar gå fel, vad tar längst tid?
Benchmarkingen på Bodycote Värmebehandling AB (Bodycote) utfördes för att erhålla information om de värmebehandlingsprocesser Bodycote utför åt Wassara, se bilaga 6. Innan besöket inlästes teorier om olika värmebehandlingsprocesser och frågor förbereddes. Till Bodycote ställdes samma frågor som till Duroc.
2.5 Processflödesschema
Ett processflödesschema, se Figur 2, kan användas för att analysera en process eller en operation. Vid processanalys markeras varje station materialet går igenom, inkluderat transporter och lager däremellan, till dess att en slutprodukt framställts. Vid operationsanalys markeras samtliga moment produkten går igenom vid en station. Detta schema är ett verktyg som kan hjälpa till vid identifieringen av onödiga operationer eller för att ge en uppfattning av hur flödet ser ut. (Bellgran &
Säfsten, 2005)
Figur 2. Processflödesschema (Bellgran & Säfsten, 2005)
I detta projekt ställdes ett processflödesschema upp för artiklarna med kortast respektive längst ledtid.
Detta gjordes för att ge exempel på hur det kan se ut i produktionen och hur många lego-processer som kan vara inblandade i produktionsflödet för en detalj. Transporter och lager uteslöts från schemat då arbetet avgränsats från detaljerade processteg i Wassaras produktion, istället analyserades transporttider genom en form av Gantt-schema.
2.6 Ledtider och processtider
Beräkningar av ledtider för de enskilda lego-processerna har utförts genom att först beräkna
Därefter uppskattades process- och ställtid per batch enligt
Kontroll
Hantering Transport Lagring Operation
8 Ledtid per batch erhålls då genom
[ ]
Där tillägget på åtta timmar är för slack i produktionen, väntetider och övriga tider. Denna tid lades till för att stämma bättre med den verkliga tiden för produktionen där Wassara sätter in extra tid för att underlätta planering.
2.7 Utnyttjandegrad
Utnyttjandegrad beskriver hur stor del av den teoretiska kapaciteten hos en maskin eller ett system som utnyttjas. Detta kan beskrivas med hjälp av ekvationen:
I ekvationen mäts både ankommandetakten och kapaciteten i antal enheter per tidsenhet. Att tänka på vid dimensionering av ett system är att inte försöka uppnå en utnyttjandegrad på 100 procent då detta skulle resultera i mycket höga cykel- och väntetider. Det är på grund av fluktuationer i processtider samt avvikelser i processer, t.ex. maskinfel, som gör det omöjligt att uppnå en utnyttjandegrad på 100 procent. Det är även på grund av dessa som cykel- och väntetider byggs upp i och med att inkommande material håller samma takt medan maskinen/processens kapacitet temporärt minskar på grund av komplikationer. Detta medför att vid en utnyttjandegrad nära maxkapacitet fortsätter processen att bygga längre köer. (Hopp, 2011)
Utnyttjandegraden räknades ut för att säkerställa att processen används tillräckligt mycket eftersom företaget inte vill investera i utrustning som inte utnyttjas större delen av året. Utnyttjandegraden bestämdes, tillsammans med Björn Andersson (2013), till minst 100 arbetsdagar per år. För beräkning av vilken årsvolym som krävs för att de olika processerna ska uppnå den uppsatta minsta gräns för utnyttjandegrad, har följande ekvation använts:
2.8 Ekonomiska verktyg
Detta avsnitt behandlar de ekonomiska metoder som använts i projektet. Dessa är: differenskalkyl – en ekonomisk jämförelse mellan lego- och egentillverkning, Make-or-Buy – en metod för att hitta en tillverkningsvolym som innebär samma kostnader vid lego- och egentillverkning, investeringskalkyl – en metod för beräkning av de finansiella konsekvenser en investering innebär, återbetalningsmetoden – en typ av investeringskalkyl.
De ekonomiska verktygen användes för att se om processerna är rimliga ur ett ekonomiskt perspektiv då företaget bör ta hänsyn till detta. Make-or-Buy metoden utnyttjades för de processer som inte var ekonomiska i dagsläget för att se vid vilka produktionsvolymer brytgränsen går för att bli lönsamma.
2.8.1 Differenskalkyl
För att jämföra en investering med gällande situation kan en differenskalkyl upprättas. Ett vanligt alternativ är att ställa upp ett investeringsdiagram där inbetalningsöverskottet byts ut mot differensen mellan de olika alternativens drift- och investeringskostnader. Det mest lönsamma alternativet kommer bero enbart på skillnader i utbetalningar för drift och investeringar. Ett exempel visas i Figur 3. (Kinnander, 1996)
9
Figur 3. Exempel på differenskalkyl där inbetalningsöverskott ersätts med besparing. (Kinnander, 1996)
En differenskalkyl upprättades för samtliga processer för att jämföra kostnaden för lego-tillverkning och driftskostnader vid egentillverkning. Alternativen som innebar en minskad kostnad vid egentillverkning valdes som lösningsförslag.
I differenskalkylen gick ekvationerna till enligt följande:
2.8.2 Make or Buy
För planering över längre tidsperioder kan ett företag behöva undersöka frågor om investeringsmöjligheter. Ett sådant beslut kan handla om att köpa eller tillverka komponenter själva, vilket kallas ”Make-or-Buy”. Jämförelsen går ut på att ta reda på när en investering blir lönsam genom att beräkna vid vilket antal enheter break-even uppnås, Figur 4. (Nahmias, 2009)
Utrustning Huvud- alternativ
Jämförelse- alternativ
Differens Utgifter och inkomster Differens (besparing) Ekonomisk
livslängd
8 år 8 år Direkt arbete löner -550
Projektering 200 50 150 skift och övertid -100
Verktyg 600 300 300 Indirekt arbete löner 20
Makin med tillbehör
5000 1500 3500 Servicearbete reparation, underhåll
-150
Installation 100 20 80 Övriga
driftkostnader
felkostnader -180
Utbildning 150 150 beredning,
programmering
-40
Idrifttagning 100 30 70 lokaler -20
Bundet kapital ränta på produkter i arbete
-30
Inkomster ökad produktion 0
legoarbeten -50
Investerings belopp
6150 1900 4250 Utgifter och inkomster -1100
10
Figur 4. Diagram över "make-or-buy decision" (Nahmias, 2009)
Företaget kan köpa komponenter, från en leverantör, för c1 kronor per enhet. Att tillverka själva innebär en kostnad på c2 kronor per enhet, där c2 < c1. För att kunna tillverka själva krävs en investering av maskiner och utrustning, vilket uppgår till en kostnad på K kronor. Totala kostnaden för att tillverka x antal enheter är således
, vilket ger
Denna metod är endast en grov uppskattning om huruvida en investering kan vara lönsam eller inte.
Aspekter såsom kapacitetsutnyttjande och problem tas inte i beaktning. (Nahmias, 2009)
Make-or-Buy beräkningar har gjorts för de processer som enligt differenskalkylerna inte skulle bli lönsamma för egentillverkning och för de som inte uppnådde kravet på utnyttjandegraden. Dessa beräkningar visar på när det lönar sig, rent ekonomiskt, att utföra de olika processerna i egen regi.
Detta utfördes genom att jämföra dagens lego-kostnad med driftkostnad vid egentillverkning för att se vid vilken volym processerna kan vara lönsamma att utföra själva. I modellen uteslöts investeringskostnaden, K, då syftet var att endast jämföra de löpande kostnaderna.
I modellen användes
Därefter undersöktes när ett jämläge (break-even) uppstår, enligt
I detta läge var det av intresse att veta vid vilken volym per år, x, jämläget uppstår.
Cost
Number of units (x)
Cost to make Cost to buy
Break-even
K
Cost to buy = c1x
Cost to make = K + c2x
11 2.8.3 Investeringskalkyl
”En investeringskalkyl är en sammanställning av in- och/eller utbetalningar för ett visst objekt för ett visst ändamål för en viss tidsperiod.” (Ax, Johansson, & Kullvén, 2009)
I en investeringskalkyl tas de finansiella konsekvenserna av investeringar upp. Investeringars utmärkande egenskap är att de från början har en större grundutbetalning och sedan löpande in- och/eller utbetalningar över en längre tidsperiod. Investeringskalkyler är förenklade modeller av verkligheten, främst på grund av osäkerheter gällande framtiden. Främst bidragande till osäkerheten är att framtida in- och utbetalningar kan vara svåra att uppskatta till storlek och tidpunkt. Det ligger även en osäkerhet vid bedömning av den ekonomiska livslängden och restvärdet när investeringen ska avvecklas. Delar av osäkerheten grundar sig i oförmågan att uppskatta framtida tekniker, marknadsutveckling och inflation. Beslutsfattande bör inte grundas enbart på en investeringskalkyl utan bör även ta hänsyn till följande faktorer: reaktioner från konkurrenter pga. satsningen, medarbetartillfredsställelsen, arbetsmiljö samt produktkvalitet. (Ax, Johansson, & Kullvén, 2009) En investeringskalkyl upprättades för lösningsförslagen, då detta är den modell Wassara använder för investeringar i nuläget. Återbetalningsmetoden med kalkylränta är den typ av investeringskalkyl som nyttjades i projektet.
Återbetalningsmetoden
Återbetalningsmetoden är en metod för investeringskalkylering. Fokus för metoden är att beräkna hur lång tid det tar att återbetala en grundinvestering genom årliga inbetalningsöverskott. Med inbetalningsöverskott menas skillnaden mellan in- och utbetalningar som den givna investeringen genererar. Inbetalningarna genereras från t.ex. ökad produktion och försäljning. Utbetalningar är utgifter som tillkommer med investeringen, t.ex. lön, reparationer, underhåll och transporter. Efter beräkningarna är det viktigt att kontrollera att återbetalningstiden inte är längre än företagets krav på återbetalningstid eller längre än den ekonomiska livslängden för investeringen. Med ekonomisk livslängd menas den tidsperiod då det anses ekonomiskt försvarbart att utnyttja tillgångarna. Den ekonomiska livslängden kan även ses som tiden det beräknas ta innan tillgången bör bytas ut, t.ex. på grund av beräknad hållbarhet för maskiner. (Ax, Johansson, & Kullvén, 2009)
Återbetalningsmetoden finns i två varianter, med eller utan kalkylränta. I detta projekt användes metoden med kalkylränta då detta är standard för Wassara vid maskininvesteringar.
Med kalkylränta
Kalkylräntan bestäms ofta i praktiken som ett vägt genomsnitt av eget kapital och kostnaden för lånat kapital. Med hjälp av kalkylräntan räknas sedan nuvärdet för kommande inbetalningsöverskott ut med ekvationen
Där
Ju längre fram i tiden ett inbetalningsöverskott befinner sig desto lägre värde kommer det att ha. Detta medför att återbetalningstiden, där hänsyn tas till kalkylräntan, kommer vara längre. För att beräkna återbetalningstiden måste varje inbetalningsöverskott beräknas var för sig och sedan summeras till
12
dess att de uppgår till grundinvesteringens värde. Genom att se hur många inbetalningsöverskott som krävs för att uppnå grundinvesteringen uppskattas återbetalningstiden. För att få ett mer precist värde tas den del av grundinvesteringen som är kvar innan sista årets inbetalningsöverskott (det värde som bidrar till att summan överstiger grundinvesteringen) och divideras med nuvärdet av det sista årets inbetalningsöverskott. Detta ger således hur stor del som går åt på det sista året innan grundinvesteringen är avbetalad. (Ax, Johansson, & Kullvén, 2009)
2.9 Kravspecifikation
En kravspecifikation är ett dokument där olika krav för lösningar ställs upp. Dessa krav har sin grund i en problemanalys vilket i sin tur grundar sig i problemformulering, datainsamlingar och behovsidentifiering. I problemanalysen arbetas problemformuleringen igenom och förutsättningar tas fram för att lösa problemet. Kravspecifikationen listar de förutsättningar systemet/produkten ska uppfylla. Förutsättningarna bör innehålla ergonomiska krav, funktionskrav, ekonomiska krav, kvalitetskrav, estetiska krav och produktionskrav. En kravspecifikation ska vara fri från specifika lösningskrav, dvs. kraven ska ställas på ett sådant vis att lösningsförslagens utformning blir fritt och endast syftar till att uppnå önskade effekter. (Osvalder, Rose, & Karlsson, 2008)
En väl utformad kravspecifikation kan vara uppdelad i absoluta- och uppfyllnadskrav. De absoluta kraven prioriteras inbördes för att lägga större vikt vid krav som har större betydelse.
Uppfyllnadskravens utformning ska vara av sådan karaktär att frågor om uppfyllande av kravet kan besvaras med ett Ja eller Nej. (Bellgran & Säfsten, 2005)
I detta projekt sattes en kravspecifikation upp för att kunna bedöma och jämföra lösningsförslagen mot uppsatta mål. Kravspecifikationen upprättades efter att projektdefinitionen fastslagits. Allt eftersom avgränsningar ändrats och ytterligare behov tillkommit, har kravspecifikationen redigerats.
Kravspecifikationens slutgiltiga utformning fastslogs innan utvärderingen av framtagna lösningsförslag utfördes och lösningsförslagen utvärderades efter denna.
13
3 Teori
I detta kapitel presenteras de teorier som ligger till grund för arbetet. Dessa är kundorderpunkt samt teorier om de tillverkningsmetoder projektet undersöker.
3.1 Kundorderpunkt
Hur stor del av produktionskedjan produkten går igenom innan en order är lagd, bestäms av kundorderpunkten. Kundorderpunkten bör därmed vara strategiskt placerad utefter vad företaget vill ha för konkurrensfördelar i form av leveranstider, produktvarianter mm. Kundorderpunkten kan placeras enligt Figur 5, där förkortningarna står för konstruktion mot kundorder (Engineer to order, ETO), tillverkning mot kundorder (Make to order, MTO), montering mot kundorder (Assembly to order, ATO) och slutligen tillverkning mot lager (Make to stock, MTS). (Bellgran & Säfsten, 2005)
Figur 5. Kundorderpunkten delar prognosbaserat flöde och kunddrivet flöde (Bellgran & Säfsten, 2005)
I Tabell 1 visas hur placeringen av kundorderpunkten bör påverkas av vilken produktionsvolym, produktvariation och leveranstid företaget vill åstadkomma. (Bellgran & Säfsten, 2005)
Tabell 1. Kundorderpunkt och möjlighet att uppfylla olika konkurrensfaktorer (Bellgran & Säfsten, 2005)
3.2 Tillverkningsmetoder
I detta avsnitt presenteras de tillverkningsmetoder Wassara använder genom lego-processer hos leverantörer. Det rör sig om värmebehandlingsprocesser och processer för skärande bearbetning.
Värmebehandlingsprocesserna innefattar mjukglödgning, avspänningsglödgning, sätthärdning, vakuumhärdning, seghärdning, nitrokarburering och gasnitrering. Skärande bearbetning består av slipning, långhålsborrning, hening, dragbrotschning och splinesbearbetning.
3.2.1 Glödgning
Glödgning är en process där materialet utsätts för hög temperatur under en längre tid och sedan kyls ned långsamt. Syftet med glödgning är att minska spänningar i materialet; öka mjukhet, duktilitet och seghet samt erhålla en specifik mikrostruktur.
Råmaterial Komponenter Halvfärdigt gods Färdiga produkter
Prognos Kund
Prognos Kund
Prognos Kund
Kund Försörjningsperspektiv Tillverkning
mot lager Montering
mot order Tillverkning
mot order Konstruktion
mot order Försörjningsperspektiv
ETO
MTO
ATO
MTS
Värdeadderande materialflöde
Egenskap ETO MTO ATO MTS
Leveranstid till kund lång medel kort mycket kort
Produktionsvolymer små små medel stora
Produktvariation mycket hög hög hög låg
14 Alla glödgningsprocesser består av tre steg:
1. uppvärmning till önskad temperatur 2. fasthållning av temperaturen 3. kylning, oftast till rumstemperatur
Vid glödning är tiden en viktig faktor, om temperaturen ändras för snabbt kan inre spänningar i materialet uppkomma vilket kan leda till sprickbildning. Det är viktigt att materialet glödgas under en tillräckligt lång tid för att erhålla önskade reaktioner och egenskaper. (Callister, 2003)
Mjukglödgning
Mjukglödning är en termisk värmebehandlingsmetod i vakuumugn eller i en ugn med skyddsgas, exempelvis kvävgas. Skyddsgasen används för att skydda materialets yta mot oxidation. Materialet glödgas i en temperatur på 700-900°C och ska därefter svalna väldigt långsamt. Total behandlingstid är 14-25 timmar. (Bodycote Sverige - Mjukglödgning, 2013)
Anledningen till att mjukglödning utförs är för att vissa material, t.ex. kolstål med hög kolhalt och legerade stål, kan vara för hårda att maskinbearbeta eller deformera efter varmbearbetning.
Mjukglödning underlättar maskinbearbetning av materialet, då det erhåller en sfärisk partikelstruktur vilket innebär ett mjukt och duktilt material. (Callister, 2003)
Avspänningsglödgning
Efter bearbetning, t.ex. skärande bearbetning eller svetsning, får materialet inre spänningar, vilket kan leda till att materialet vrids eller blir buktat. Avspänningsglödgning utförs för att lätta dessa spänningar. Vid avspänningsglödgning värms materialet upp till en relativt låg temperatur för att inte påverka materialets egenskaper för mycket eller påverka resultatet av den tidigare bearbetningen.
(Callister, 2003)
Avspänningsglödning kan bl.a. utföras innan härdning för att undvika deformationer i materialet och på detaljer med låga toleranser som ska nitrokarbureras efter bearbetning. Processen ger ingen förändring av strukturen i materialet och påverkar därför inte dess hårdhet. Vid avspänningsglödgning av seghärdade detaljer bör anlöpningstemperaturen innan avpänningsglödgningen vara ca 50°C.
Temperaturen under avspänningsglödning ligger omkring 550-650°, med en hålltid på ca 2 timmar, för stål. Svalning sker långsamt i ugnen. Total behandlingstid är ca 8 timmar. (Sweden - Avspänningsglödning, 2013)
3.2.2 Härdning
Härdning är en värmebehandlingsprocess för att öka hållfasthet, seghet eller hållbarhet hos ett material. För metaller ökar hållfastheten vid denna typ av värmebehandling, för keramer ökar segheten. Vid härdning av stål är syftet att minska risken för plastisk deformation. Vanligast sker detta vid 900-1000°C följt av kylning i vatten, olja eller luft. (Härdning | Nationalencyklopedin, 2013) Fördelen är att ståldetaljer kan tillverkas i tunna dimensioner och ändå erhålla hög hållfasthet genom härdning. Härdningsprocessen innehåller följande steg:
1. Uppvärmning 2. Förvärmning 3. Härdtemperatur
4. Hålltid vid härdtemperatur 5. Kylning
15
Härdningen efterföljs av anlöpning, där hårdheten justeras ytterligare. (Bodycote Sverige - Härdning, 2013)
Det finns olika typer av härdning, nedan presenteras tre härdningsprocesser som utförs av Bodycote Sverige (2013):
1. Härdning med direktkylning
Detta är den vanligaste härdmetoden. Detaljen värms upp till härdtemperatur och kyls därefter i vatten, olja eller gas, beroende på stålsort. Hårdaste kylningen sker i vatten och mildaste i gas.
2. Etapphärdning
Om detaljen har oregelbundna former kan etapphärdning vara ett alternativ för att undvika härdsprickor. Kylningen sker då i varmt saltbad tills yt- och kärntemperaturen jämnats ut.
Kylningstemperaturen beror av stålsort.
3. Bainithärdning
Denna metod används mestadels för låglegerat stål och formkänsliga detaljer. Kylningen sker i varmt saltbad, i en varmare temperatur än för etapphärdning, till materialets temperatur för bainitbildning. Bainitstrukturen är segare än martensit och oftast behöver ingen anlöpning utföras efteråt.
Verkstadsindustrier rekommenderar följande tillsynstips vid härdning:
”1. Ej slutna sköljsteg kan innehålla föroreningar som är olämpliga att utan avskiljning/rening avleda till spill- eller dagvattennät.
2. Det kan förekomma att kylning sker i annan olja än härdolja som inte är anpassad för processen vilket ökar risken för att den oljedimma som släpps ut innehåller okända föroreningar. Används olja för kylningen ska oljan vara anpassad för detta. Säkerhetsdatablad ska finnas på härdoljan och eventuellt andra kemikalier som ingår i processen.
3. Vid stora vakuumhärdningsanläggningar bör utsläpp av NOx beräknas/mätas.” (Samuelsson, o.a., 2012)
Sätthärdning
Sätthärdning är en typ av härdningsprocess för stål med syfte att få ett material med hård yta och mjuk kärna. Den hårda ytan ger hög beständighet mot slitage. Oftast sätthärdas artiklar med roterande axlar då ytan i dessa fall utsätts för stor nötning. Ett lågkolhaltigt stål (ca 0,1 % kol) värmebehandlas i en kolrik atmosfär för att erhålla en yta med högre kolhalt (till ca 1 % kol). Därefter kyls materialet enligt principer för härdning. (Sätthärdning | Nationalencyklopedin, 2013)
Processtemperaturen ligger på 900-950°C för uppkolning, därefter härdning på 800-850°C och anlöpning 160-200°C. Tiden för uppkolning är beroende av vilket sätthärdningsdjup som eftersträvas och vilken uppkolningstemperatur som kan användas. Den totala processtiden är 9-16 timmar.
(Bodycote Sverige - Sätthärdning, 2013) Vakuumhärdning
När detaljer inte har någon, eller endast liten, efterbearbetning kan vakuumhärdning användas. Denna härdmetod är även bra då man vill erhålla ett genomhärdat material med fin yta. (Vakuumhärdning, 2013)
16
Materialet värms till ca 800°C, sedan avlägsnas syret för att bilda vakuum och strålningsvärmen från materialet kan ge en temperatur på upp till ca 1200°C. Därefter kyls materialet med kvävgas för att sedan kylas ytterligare med värmeväxlare. (Samuelsson, o.a., 2012)
Seghärdning
Seghärdningsprocessen följer en vanlig härdprocess men anlöpning sker vid hög temperatur. Den höga temperaturen ger materialet seghet utöver hårdeheten som erhålls efter härdning. (Bodycote Sverige Seghärdning, 2013)
Anlöpning
Efter härdning erhåller materialet maximal hårdhet och därmed låg seghet, därför ska stålet anlöpas efter härdningen. Anlöpning är en värmebehandlingsmetod för att öka segheten i materialet och kan delas in i tre olika huvudgrupper:
1. Låganlöpning: 160-300°C
För sätthärdningsdetaljer och verktygsstål, detaljer som används för kallbearbetning.
2. Anlöpning för fjäderstål: 300-500°C
Används för bl.a. fjäderstål, med lägre hårdhetskrav än detaljer för låganlöpning.
3. Höganlöpning: minst 500 °C
Används för seghärdningsstål och verktygsstål, detaljer som används för varmbearbetning.
Verktygsstålen ska anlöpas minst två gånger med svalning till rumstemperatur mellan gångerna.
(Bodycote Sverige - Anlöpning, 2013) 3.2.3 Nitrokarburering
Nitrokarburering är en ytbehandling för stål som gör ytan mer beständig mot adhesiv nötning.
Processen innebär att stålet nitrerhärdas och uppkolas genom tillförande av ammoniakgas och en kolavgivande gas. (Nitrokarburering | Nationalencyklopedin, 2013)
Nitrokarbureringen ger materialet egenskaper såsom låg friktion, ökad slitstyrka, ökad utmattningshållfasthet och förbättrad korrosionsbeständighet. Temperaturen för processen är relativt låg och möjliga dimensionsförändringar blir därför väldigt små och obetydliga. Legeringshalten och stålsorten på materialet påverkar dess hårdhet efter nitrokarbureringen. Hårdheten förändras i det yttre skiktet av materialet, detta skikt kallas föreningszon. Zonen under föreningszonen kallas diffusionszon, denna zon får också en förhöjd hårdhet efter nitrokarburering. En högre hårdhet i diffusionszonen ökar utmattningshållfastheten hos materialet i jämförelse med ett obehandlat material.
(Bodycote Sverige - Nitrokarurering, 2013)
Vid processen förvärms materialet i 350°C i en timme, därefter nitrokarbureras materialet i 570°C i 0,5-3 timmar. Total processtid är 3-6 timmar. Kylning utförs i olja eller gasatmosfär, olja ger materialet högre utmattningshållfasthet. (Bodycote Sverige - Nitrokarurering, 2013)
3.2.4 Gasnitrering
Gasnitrering är en form av nitrerhärdning och ytbehandling för stål där ammoniak tillförs. Vid processen tar stålets yta upp kväve och ett skikt av nitrider bildas, dessa ökar ytans hårdhet.
(Nitrerhärdning | Nationalencyklopedin, 2013)
Vid gasnitrering erhåller materialet egenskaper såsom låg friktion, ökad slitstyrka och ökad utmattningshållfasthet. Processen utförs vid 500-530°C, en relativt låg temperatur där endast mindre,
17
obetydliga formförändringar kan ske. Processtiden beror på önskat härddjup och ligger mellan 12 och 60 timmar. (Bodycote Sverige - Gasnitrering, 2013)
Nitrering utförs oftast på legerade stål men gasnitrering är ej lämpat för höglegerat stål. Detaljer med roterande axlar nitreras med fördel då dessa kräver hög slitstyrka och utmattningshållfasthet. Nitrering lämpas sig även för plåtformningsverktyg för minskat slitage och friktion mellan verktyg och arbetsstycke. (Bodycote Sverige - Gasnitrering, 2013)
3.2.5 Slipning
Slipning är en skärande bearbetningsmetod som använder sig av ett stort antal skär, i form av slipkorn, som sitter bundna på ett roterande verktyg. Verktygets form och sammansättning kan variera oerhört och bestämmer även verktygets slipförmåga. Sammansättningen utgörs av kombinationer av olika kornstorlekar, slipmedel, hårdhetsgrader och bindmedel. Slipning förekommer i många verksamheter med olika metoder, maskiner och slipverktyg. I verkstadsindustrin används ofta begreppet precisionsslipning och syftar till en typ av slipning som utnyttjas som komplement eller alternativ till annan bearbetning. Syftet med slipning är att ge arbetsstycket snäva toleranser för ytjämnhet, geometri och måttolerans. Precisionsslipning används oftast som ett sista steg där materialet som skall avverkas har tjocklek mellan 0,3-0,8 mm. Metoden kan även utnyttjas för att avverka mer material istället för att använda sig av andra bearbetningsprocesser i tidigare skeden. (Tollstén & Ruding, 1989)
3.2.6 Långhålsborrning
Utmärkande för långhålsborrning, i jämförelse med andra borrtekniker, är att man kan borra långa hål i förhållande till hålens diameter. Många borrtekniker har ett längd/diameterförhållande på maximalt 10:1 medan långhålsborrning kan uppnå 150:1. Långhålsborrning kan utföras med roterande arbetsstycke, roterande verktyg eller med både och. Det vanligaste är att endast arbetsstycket roterar.
Det är viktigt att använda rätt skärhastighet och matning vid långhålsborrning samt att spånor transporteras bort kontinuerligt under processen, för att inte skada verktyget. (Långhålsborrning, 2013) 3.2.7 Hening
Heningsprocessen liknar slipning men utförs med så kallade brynen (även kallade henar) istället för slipkorn. Bryne är ett eggverktyg av natursten, lerskiffer eller konstgjord sten. Verktygen kan ha olika hårdhet och grovlek. (Bryne | Nationalencyklopedin, 2013) Under heningsprocessen fuktas brynen med olja och förs över arbetsstycket med oscillerande rörelser. Hening är vanligt vid finbearbetning av hål. (Hening | Nationalencyklopedin, 2013)
Brynen är mer porösa än vanliga slipstenar vilket innebär att de förbrukas snabbare. Beroende på detaljen som ska bearbetas bestäms materialet på brynen. Målet med hening är att erhålla en jämn yta och hög noggrannhet. Erhållen materialegenskap efter hening är minskad friktion vilket leder till lägre värmeutveckling, förlängd livslängd och mindre vibrationer. (Hening, 2013)
3.2.8 Dragbrotschning
Dragbrotschning är en metod där ett skärande verktyg används för att forma eller skapa fina ytor och toleranser på ett arbetsstycke. För detta dras det skärande verktyget på utsidan av eller genom arbetsstycket. För invändig bearbetning krävs att materialet är förborrat så att brotschen kan gå igenom. Med brotschning kan olika geometriska former uppnås – ojämna, cirkulära, kvadratiska, kuggade osv. Med denna bearbetningsmetod kan höga toleranskrav uppnås vad gäller ytfinhet och korrekta dimensioner. (Schneider, 2002)
18 3.2.9 Splinesbearbetning
För att erhålla räfflor (splines) på exempelvis axlar utförs splinesbearbetning. Räfflorna ska matchas med en annan axels, eller liknande komponents, profil. Splinesbearbetning kan utföras genom brotschning eller stickning. (Splinestillverkning, 2013) För stickning används ett skär, likt svarvning, som sticker ut spån från detaljen med flera stick. (Allmän spårsvarvning/svarvning, 2013)
19
4 Nulägesbeskrivning
Detta kapitel innehåller en nulägesbeskrivning av LKAB Wassara – hur en hammare är uppbyggd, exempel på projekt Wassarahammaren använts i, flödet för två av Wassaras artiklar, företagets kundorderpunkt, lego-processer samt kostnader och investeringar.
4.1 Wassarahammaren
Wassaras specifika produkt, den världspatenterade Wassarahammaren, tillverkas i flera utföranden beroende på användningsområde. Hammaren kan användas för konstruktionsborrning eller gruvborrning. Fördelarna med vattendriven borrning är att man kan borra raka hål med god precision.
Företaget har följande hammare i prislistan: W50, W70, W80, W100, W120 och W150, se Figur 6.
Namnet på produkterna baseras på maskinrörets diameter. (Andersson, 2013)
Exempel på ingående komponenter i en hammare, se Figur 7. Utöver prislistan erbjuder Wassara specialprodukter baserade på kundens önskemål. (Egerström, 2013)
Figur 6. Wassarahammaren. W50 högst upp i bilden, W150 längst ner. (Products - LKAB, 2013)
20
Nr Artikel
1 Backhead - kopplar samman hammaren med borrsträngen.
2 Filter Support - fungerar som ett stöd i vilken filtret kan monteras i.
3 Filter - ett extra filter för att fånga upp partiklar större än 1 mm. Vattnet filtreras innan det går in i hammaren men detta filterrör fungerar som en extra säkerhet mot att partiklar tar sig in i hammaren.
4 Guided Lid - fungerar som en stabilisator till komponenterna i hammaren för att förhindra att de skakar i sidled.
5 Sleeve Tungsten - styr bakkanten på sliden.
6 Valve - ändrar trycket på slagkolvens drivarea och därav kraften på denna.
7 Valve House - styr slagkolv och slid genom att trycksätta respektive kanaler för dränage i slidhuset. Slagkolven slår därmed på borrkronan med definierad hastighet.
8 Sliding Case - en fast komponent i slidhuset som styr upp slagkolvens bakkant.
9 Piston - agerar som en hammare och slår på borrkronans anslagsyta.
10 Inner Tube - används för att få komponenterna på rätt plats och ger en förspänning av de monterade detaljerna.
11 Piston Bushing - fungerar som en led. Styr slagkolvens främre del.
12 Hammer Case - bär konstruktionen och bildar det yttre höljet.
13 Guided Sleeve - styr upp borrkronans bakre del.
14 Bit Retainer Ring - bildar yttre ändläget för borrkronan vilket hindrar den från att fall ur.
15 Chuck - splinesen i chucken matchar splinesen i borrkronan vilket gör att borrkronan kan röras axiellt men inte radiellt, i förhållande till maskinröret.
16 Seal Kit - packningsset bestående av o-ringar , tätningar och Pur-bricka.
4.1.1 Pump unit – pump
Vatten, med ett tryck på 180 bar, används för att driva hammaren. För detta krävs vattenpumpar.
Dessa är speciellt konstruerade för borrhammare, de är högautomatiserade och dieseldrivna men kan beställas med elmotorer istället. (Wassara Drilling Systems, 2013)
Vattnet till pumpen bör vara färskvatten, antingen från dricksvattensystem eller också vattendrag. I nuläget används rent vatten vid borrning för att små mineralpartiklar i smutsigt vatten sliter på borrmaskinen. I många fall måste egna vattentankar tas med för att tillräckligt rent vatten inte finns tillgängligt. Partiklarna i vattnet bör ej vara större än 50 μm. Till pumparna finns ett filter som renar vattnet ifall det är lätt förorenat. Vattnet i sig blir inte förorenat under processen då inga smörjmedel behövs. Det går att använda saltvatten om noggrant underhåll utförs på hammaren, t.ex. att den
Figur 7. Ingående komponenter i en hammare (Egerström, 2013).
21
rengörs med färskvatten när den tas ur drift. Vattenförbrukningen för en W100 är mellan 3,3 l/s till 5,8 l/s vid full borrstyrka. (Wassara Drilling Systems, 2013)
När vattnet lämnar hammaren tar det med sig borrkax från borrhålet. Då har det låg hastighet, 0,5 till 2,5 m/s, och lågt tryck. Det hydrostatiska trycket medverkar till ett stabilare borrhål under drift, då vattnet stabiliserar väggarna i borrhålet. (Wassara Drilling Systems, 2013)
4.2 Referensprojekt
Nedan presenteras projekt Wassaras hammare använts till. Dessa projekt berörde utökning av vattenkraft i Niagara, tunnel till ett järnvägsnät i Japan samt årlig gruvborrning i LKAB i malmfälten.
4.2.1 Niagara
Wassaras hammare användes i ett projekt i Niagara, Nordamerika, där syftet var att öka effektuttaget av vattenkraft genom att bygga en tunnel till en extra turbin. År 2007 inleddes projektet och Wassaras hammare användes för jetinjektering vid in- och utlopp i en 11 meter lång tunnel, med 15 meters diameter. Jetinjektering är en grundförstärkning av jorden vid instabila markförhållanden och används vid tunnelbyggen för att stabilisera vid skörare delar av tunneln, såsom vid tunnelöppningen. Under projektet i Niagara borrades 400 st hål på 67 meters djup. Fördelen med Wassaras hammare under detta projekt var att den klarar de flesta markförhållanden och passar även för vattenrika områden.
Ytterligare en fördel var de raka och rena borrhålen denna borrteknik resulterar i. I detta projekt var detta särskilt kritiskt då det under förstärkningsarbetet behövdes tester på hur mycket injektering marken krävde. (Referensprojekt, 2013)
4.2.2 Shinkansen
I Japan finns ett järnvägsnät för höghastighetståg, kallat Shinkansen. På de snabbaste sträckorna kommer tågen upp i en hastighet på 300 km/h. Under ett uppdrag att bygga en 11,8 km lång tunnel till detta järnvägsnät, användes Wassaras utrustning för tre undersöknings- och dräneringshål på 200, 130 respektive 125 meter. Fördelen med att använda Wassaras produkter under detta projekt var att utrustningen kan hantera vatten utan att det påverkar produktiviteten, samt att borrningen kan ske snabbt och rakt. (Referensprojekt, 2013)
4.2.3 Gruvborrning LKAB
Varje år borrar LKAB ungefär 1 000 000 meter borrhål i järnmalmsgruvorna i Malmberget och Kiruna, till detta används Wassaras W100. Borrhålen används som spränghål för malmbrytning.
Eftersom vattenborrningen har en stabiliserande effekt och ger raka hål blir resultatet av sprängningen enligt plan. En fördel är också att borrdamm och oljedimma undviks med vattendriven borrning, vilket kan vara extra kritiskt vid borrning underjord. (Referensprojekt, 2013)
4.3 Flöden för artiklar
Flödet för artiklarna med den längsta och kortaste genomloppstiden4 presenteras i detta avsnitt. Dessa artiklar är Piston W120 och Valve W100. För information om processteg för samtliga artiklar, se bilaga 4. Samtliga lego-processer har en transporttid på två dagar till leverantören och två dagar från.
4.3.1 Piston W120
Piston W120 har den längsta genomloppstiden av samtliga artiklar. Artiklarna går igenom tio processteg, varav fyra är lego-processer, se ett förenklat processflödesschema för artikeln i Figur 8.
4 Genomloppstid: Tiden från att produkten börjar bearbetas i det första processteget till att det avslutats i det sista.
(Segerstedt, 2008, s. 17)
