UNDERSÖKNING AV
ALTERNATIVA ESD-SKYDD INOM PRODUKTION
EXAMINATION OF ALTERNATIVE ESD-
PROTECTION IN PRODUCTION
Examensarbete inom huvudområdet Produktionsteknik.
Grundnivå G2E, 30 Högskolepoäng Hösttermin 2020
Al-Hytham Dukhan Dastan Hassan
Handledare: Rikard Ed
Examinator: Stefan Ericson
Sammanfattning
Tillverkning av elektroniska produkter ökar och utvecklas vilket medför till att flera skyddsåtgärder behöver vidtas under tillverkningsprocessen. Elektroniska komponenter kan skadas av elektrostatisk urladdning (ESD). Elektronik tillverkande industrier vill minimera ESD-risken inom produktionsmiljön för att minimera skaderisken i samband med produkterna. Företag använder sig av skyddsåtgärd i form av olika ESD-skyddssystem vilket bidrar till en ESD-kontrollerad produktionsmiljö.
Ett projekt har utförts på företaget Veoneer, projektet bygger på en undersökning av det nuvarande ESD-systemet samt en undersökning av två alternativa ESD-skyddssystem. Vetenskapliga artiklar baserat på tre olika ESD-skyddssystem har undersökts för att evaluera kostnaderna och
implementationsmöjligheten i produktionen. Undersökningen användes för att utvärdera
neutraliseringseffektiviteten av den statiska uppladdningen. De undersökta ESD-skyddssystemen är följande ESD-emballagen som används i nuläget, ersättning av ESD-plast till enbart plast i samband med jonisatorer och slutligen justering av luftfuktigheten. Det nuvarande ESD-systemet skyddar produktionen från elektrostatiska urladdningar. Problemet med systemet är det höga priset för ESD- emballagen.
Projektstyrningen baseras på tillvägagångsättet projekt base, projektstyrningsmetoden består av följande fyra stadier förstudier, planering, genomförande och avslut. Den nuvarande ESD-systemet och jonisator systemet undersöktes genom forskningsstudier och experiment. Justering av
luftfuktigheten undersöktes enbart via litteraturstudier samt via företagsrapporter. För att
möjliggöra experimenten anordnades mätverktyg för att uppmäta den elektrostatiska uppladdningen av ESD-emballagen samt plastemballagen. Jonisatorer implementerades inför slutexperimentet för att uppmätta den elektrostatiska neutraliseringsförmågan. Ekonomiska kalkyler av ESD-
plastemballagen har utformats i samband med jonisatorer och plastemballage för att fastställa prisskillnaden mellan ESD-skyddssystemen.
Experimentet bidrog till säkra och godkända mätvärden vilket medför ur ett experimentperspektiv till att jonisator systemet och det nuvarande system inte utsätter produkterna för någon ESD-risk.
Införandet av jonisatorer leder till en stor ekonomisk besparing om lösningen skulle tillämpas som
ersättningsalternativ. Jonisatorn bör inte implementeras direkt, fler utförliga studier behöver
åstadkommas innan ett nytt ESD-system införskaffas. Företagets luftfuktighetsstudier påvisade
negativa resultat vilket medförde till att inga fysiska luftfuktighetsexperiment kunde verkställas på
företaget. Flera förbättringsförslag har åstadkommits i samband med nulägets ESD-skyddssystem och
jonisator systemet. Förbättringsförslagen innefattar materialbyte ur ett ekonomiskt och ekologiskt
hållbarhetsperspektiv samt har förslag på arbetsstandarden åstadkommits.
Abstract
As time goes on, the manufacturing of electronic products is increasing and evolving, which calls for the introduction of protective measures on electronic components. Electronic components can be problematic as they produce electrostatic discharge (ESD), something that the manufacturing industry aims to reduce. By implementing safety measures in various ESD-protective systems, which leads to a minimized risk of ESD damage.
A project has been carried out at the company Veoneer, the project is based on a study regarding the current ESD-system and a study on two other ESD-protection systems. Literature study and
experimentation have been accomplished in relation to the three ESD-protective systems to evaluate the costs and implementation possibilities of production and to further evaluate the effectiveness of neutralization of the static charge. The following ESD-protective systems examined are the currently using ESD-packaging, replacement of ESD-plastic to plastic trays only in combination with ionizers and finally adjustment of the relative humidity. The current ESD-system protects production from electrostatic discharges. The problem with the current system is the costly price ratio of the ESD- packaging.
Veoneer carried out a project based on a study regarding the current ESD-system and a study on two other ESD-protective systems. Through the study of relevant literature and experimentation, the three ESD-protective systems have been analyzed to evaluate the costs and implementation possibilities of production and further evaluate the static charge's effectiveness of neutralization. The following ESD- protective systems currently use ESD-packaging, replacement of ESD-plastic trays to plastic trays with ionizers, and finally, adjusting the relative humidity. On the one hand, the current ESD-system protects production from electrostatic discharges, but the current system's problem is the costly price ratio of the ESD-packaging.
Project management is centered around the project-based approach. The project-management method consists of four stages of feasibility: studies, planning, implementation, and closure. The control methodology has ensured that the project runs smoothly. The current ESD and ionizer systems were investigated through research studies and experiments, whereas adjustment of humidity was investigated solely through literature studies and company reports. To begin the experiments, measuring tools were arranged to calculate the electrostatic charge in regards to the ESD-packaging and the plastic packaging. Ionizers were utilized for the final experiment to measure the electrostatic neutralization capacity with plastic packaging. Economic calculations have been carried out by the ESD- plastic packaging in conjunction with ionizers and discovered that plastic packaging alone can determine the price difference between the ESD-systems.
The experiment resulted in safe and approved readings, meaning that from an experimental perspective, the ionizer system and the current system do not expose products to any ESD-risk. The introduction of ionizers could lead to huge savings if they were to be used as a replacement option.
The ionizer should not be implemented directly; more detailed studies need to be carried out before
a new ESD-system is acquired. The company's humidity studies showed negative results, implying that
the company could not carry out physical experiments concerning humidity. Several proposed
improvements have been suggested regarding the current ESD-protection and ionizer system. The
improvement proposals includes change of material from an economic and ecological sustainability
perspective, and several proposals have been made regarding the working standards.
Intyg
Denna uppsats har lämnats in av Dastan Hassan och Al-Hytham Dukhan till Högskolan i Skövde som uppsats för erhållande av betyg för grundnivå G2E inom huvudområdet Produktionsteknik.
Undertecknande intygar härmed att allt material i denna uppsats som inte är resultatet av eget arbete har redovisats med källangivelse. Uppsatsen innehåller inte heller material som undertecknande redan tidigare fått tillgodoräknat sig inom sina akademiska studier.
Dastan Hassan Al-Hytham Dukhan
Skövde 2021-04-19
Institutionen för Ingenjörsvetenskap
Förord
Detta examensarbete är det sista momentet som utförs under vår utbildning som
Produktionsingenjörer. Där med vill vi främst tacka Veoneer Ab som mottagit oss och låtit oss utföra vårt projekt på företaget under pandemin.
Vi vill särskilt tacka vår handledare på företaget, Pablo Tello som hjälpt oss att komma in på företaget under pandemin samtidigt som han kontinuerligt hjälpt oss under hela projektet. Vi vill även tacka vår handledare på Högskolan i Skövde, Rikard Ed som har hjälpt till med den teoretiska delen under examensarbetet.
Till sist vill vi även tacka Bean Hodza (Serviceteam) och Kristoffer Gerle (Maskiningenjör) som har
hjälpt oss under våra experiment och svarat på frågor gällande arbetsstationerna.
Innehållsförteckning
Sammanfattning i
Abstract ii
Intyg Fel! Bokmärket är inte definierat.
Förord iv
Figurförteckning viii
Tabellförteckning viii
1. Inledning 1
1.1 Bakgrund 1
1.2 Problembeskrivning 2
1.3 Syfte och mål 2
1.4 Frågeställning 3
1.5 Avgränsning 3
2. Teoretisk referensram 4
2.1 Lean riktlinjer 4
2.2 Genchi Genbutsu 4
2.3 Kvalitetssäkring 5
2.4 Standardiserat arbetssätt 5
2.5 Nulägesanalys 5
2.6 FMEA 5
2.7 Robotstudio 6
2.8 Kanbantåg 6
2.9 Hållbar utveckling 6
2.9.1 Fossila och bioplaster 7
2.9.2 Papper, laminat och ESD-wellpapp 7
2.9.3 Livscykelanalys 7
2.10 Projektstyrning 8
2.11 ESD-kontrollsystem 8
2.11.1 EPA-områden 9
2.11.2 Jonisatorfläktar 9
2.11.3 Relativ luftfuktighet 9
2.11.4 Luftfuktighetsmätare 10
2.11.5 Elektrisk fältmätare 10
2.11.6 Isolatorer & Ledare 10
2.11.7 Triboelektrisk uppladdning 11
2.11.8 ESD-standard 11
2.11.9 Från plast till ESD-plast 12
3.0 Litteraturstudie (ESD-relaterade studier) 13
3.1 Luftjonisatorer inom billackering 13
3.2 Relativ Luftfuktighet 14
3.3 Luftfuktighets undersökning 14
3.4 Effektivitetsmättning av ESD/EPA metod 15
3.5 Experiment av triboelektrisk laddning i samband med ESD kontrollmöjligheter inom
produktionen 15
3.6 Analys & sammanfattning av ESD litteraturstudie 16
4. Material & miljöstudier 16
4.1 Plaståtgärdsstrategier utifrån ett hållbarhetsperspektiv 17
4.2 Analys & sammanfattning av materiallitteraturstudie 18
5. Metod 19
5.1Nulägesanalys 19
5.1.2 Genchi Genbutsu 20
5.2 Experiment för ESD-emballage 20
5.2.1 Metod för nuläges experiment 20
5.3 Implementering av plastemballage och jonisatorer i produktionen 21
5.3.1 Införandet av plastemballage och jonisator modell 21
5.3.2 Teoretisk placering av jonisatorer 22
5.3.3 Pilottest för jonisator experimentet 23
5.3.4 Metod till jonisator experimentet 23
6.0 Resultat 25
6.1 Nulägesanalys resultat 25
6.1.1 Resultat av Genchi Genbutsu 25
6.1.2 Resultat av nulägesanalysen 26
6.1.3 Resultat av nulägets experiment 27
6.2 Resultat av jonisator införandet 28
6.2.1 Fastställning av placering för jonisatorerna 28
6.2.2 Resultat av pilottestet 28
6.2.3 Resultat av jonisator experiment 29
6.2.4 FMEA av jonisator alternativet 32
6.3 Hållbar utveckling 35
6.3.1 Hållbarhetsanalys av ESD-emballage samt plastemballage 35
6.3.2 Potentiella Hållbarhets förbättringar 36
6.4 Ekonomiska kostnader och besparingar 38
7.0 Standard 41
8.0 Diskussion & analys 41
8.1 Teknologi och miljö 42
9.0 Slutsats 43
Referenser 44
Bilagor 48
Bilaga 1-Formulär för nuläges experimentet. 48
Bilaga 2 – Formulär för pilotestet. 49
Bilaga 3-Formulär jonisator experimentet. 50
Bilaga 4-Formulär med uppmätta värden för experiment med ESD-emballage. 51
Bilaga 5-Formulär med uppmätta värden för pilottest 52
Bilaga 6-Formulär med uppmätta värden för jonisator experimentet 53
Bilaga 7-FMEA över jonisator alternativet. 54
Figurförteckning
Figur 1. Biståndsdelar av Project base. ... 8
Figur 2 Resistans nivåer. ... 11
Figur 3. Project base och dess innehåll ... 19
Figur 4 Illustration av uppmätnings metod. ... 21
Figur 5. Jonisator. ... 22
Figur 6. Transformatorenhet till jonisatorn. ... 22
Figur 7. Triboelektrisk uppladdnings instruktion. ... 23
Figur 8 Illustration av stationen CFA 004 ... 25
Figur 9. ESD-emballage ... 26
Figur 10. Materialingång ... 29
Figur 11. Transporthiss ... 30
Figur 12. Jonisator riktat mot roboten ... 31
Figur 13. Illustration av supermarket i nuläget. ... 32
Figur 14. isolering av supermarket med skjutdörrar av metall. ... 33
Figur 15. Materialingångar med isolering ... 34
Tabellförteckning Tabell 1. Vinkel & placering ... 31
Tabell 2. ESD-emballage kassering ... 38
Tabell 3. ESD-emballagekostnad för ett år. ... 38
Tabell 4. Fördelning av jonisatorer ... 39
Tabell 5. Kostnad för plastemballage och jonisatorer. ... 40
Tabell 6. Ekonomisk kalkyl under fem års period ... 40
1. Inledning
Elektrostatiska urladdningar (ESD) är en hastig elektronöverföring mellan två föremål med olika potentialskillnader. Elektrostatisk urladdning kan uppleveras i form av elektriska gnistor. Denna gnista kan ibland upplevas vid mänsklig beröring av ett dörrhandtag.
Inom högteknologiska företag är säkerhet och kvalitetsarbete två viktiga aspekter för att kunna tillfredsställa kunden och utveckla ett företag. Många teknologiska företag använder kretskort och andra teknologiska komponenter som hanteras varsamt för att hindra uppkomsten av elektrostatiska urladdningar som i sin tur kan leda till produktskador. Följaktligen investerar företag stora summor i syfte att skapa en ESD-säker produktionsmiljö.
Olika ESD-kontrollsystem existerar, systemen förhindrar uppkomsten av elektrostatisk urladdning.
Användning av ESD-säkra emballage eller ESD-säkra förpackningar kan avstyra den elektrostatiska uppladdningen. Emballagematerialet är av plast och kolfiber som bidrar till den avledande förmågan.
Ur ett ekonomiskt perspektiv har ESD-emballagen väldigt kostsamma prisförhållanden men utifrån säkerhet har produkterna en effektiv ledningsförmåga vilket medför till att företag inte behöver komplettera med ytterligare ESD-skyddsutrustning.
Det finns även andra typer av ESD-skydd som bidrar till en ESD-skyddad produktionsmiljö. De olika ESD-skydden kan möjligtvis ESD-säkra produktionen lika effektivt däremot kan det eventuellt bidra till lägre kostnader eller ett mer hållbart tillvägagångsätt.
1.1 Bakgrund
Företaget Veoneer grundades år 2018 och har idag ett flertal anläggningar runt om i världen.
Företaget Veoneer är en spinoff från bolaget Autolivs elektriskt-automatiserade anläggning. Veoneer är världsledande inom automatiserad bilteknik vars syfte är att utveckla samt skapa förtroende för rörlighet ur ett automatiserat perspektiv. Avancerade programvaror, hårdvaror och olika typer av system för passagerarskydd som körassistanssystem tillverkas med hjälp av avancerad
automationsteknik i syfte att åstadkomma säkerhet samt förtroende för rörlighet (Veoneer, 2015).
Produktionen i företaget riktar in sig på automation, vilket innebär att produkterna som tillverkas är
känsliga och kan skadas om produkten utsätts för elektrostatisk urladdning. Företaget tillverkar
väldigt dyrbara samt känsliga kretskort vilket vidare leder till enorma investeringar i syfte att
åstadkomma en ESD-säkrad produktion.
1.2 Problembeskrivning
Den nuvarande produktionen arbetar med ESDS (ESD-Sensitive) produkter, en noggrann hantering krävs för att undvika förekommande produktskador som förorsakas till följd av elektriska
urladdningar. Företaget hanterar ESD-problematiken genom EPA (ESD Protected Area) i syfte för att säkra produktionsmiljön. Området är ESD-säkrat bland annat genom införandet av ESD-mattor som täcker stora områden i produktionen, ESD-säkra bord, ESD-utrustning som skor och rockar som personalen kan utrusta sig med. Produkterna i produktionen befinner sig i ESD-säkra lådor samt emballage för att jorda den elektriska uppladdningen.
Företaget har i nuläget ett välskyddat ESD-kontrollsystem för att säkra samt skydda produkterna från ESD-skador. Det grundläggande problemet som projektet utformat sig efter är införande av
alternativa ESD-kontrollsystem ur ett ekonomiskt perspektiv. Den nuvarande produktionsstationen använder sig av ESD-emballage som lösning. Dessa emballage köps in från en leverantör i samband med produktdelarna. Det är kostsamt att frakta tillbaka ESD-emballagen tillbaka till leverantören för att de ska återanvändas med de nya produktdelarna. Returneringsfraktionen är kostsam eftersom leverantören befinner sig utanför EU. På grund av den kostsamma fraktionen återanvänds inte emballagen i nuläget. ESD-emballagen har ett marknadspris på cirka 25kr/st, om ett billigare
lösningsalternativ till ESD-problemet implementeras bidrar det till en storartad ekonomisk besparing.
Om ett alternativ till ESD-skyddet skulle implementeras måste ersättningslösningen skydda lika effektivt mot elektriska urladdningar som den nuvarande lösningen, samt ska lösningen vara hänsynstagande till omkonstruktion av stationen och produkterna.
Alternativa lösningar existera för att åtgärda ESD-problematiken. Genom en objektiv undersökning, analyser av litteraturstudier samt utförandet av experiment ska olika ESD-skyddsmetoder prövas och evalueras ur ett effektivitet- och lönsamhetsperspektiv. Evaluering av ESD-skyddssystemen innefattar företagets nuläges ESD-skyddssystem i jämförelse med de framförda lösningarna. De nuvarande ESD- emballagen ska undersökas ur ett hållbarhetsperspektiv till ett mer miljövänligt tillvägagångsätt alternativt utbyte av materialtyp
1.3 Syfte och mål
Huvudsyftet med projektet är att undersöka relevanta ESD-lösningar ur ett ekonomiskt samt produktions effektivitetsperspektiv.
Mål:
• Undersökning av ett billigare alternativ av ESD-emballage (plast/kartong).
• Hitta nya alternativ till det nuvarande ESD-skyddssystemet.
• Identifiera vilka risker som kan förekomma med den nya ESD-lösningen.
• Ta fram data på hur de nya behållarna förhåller sig till miljön ur ett hållbarhetsperspektiv.
• Lönsamhetskalkyler av den nya lösningen.
1.4 Frågeställning
Frågeställning:
• Hur ska den nya lösningen implementeras i stationen i syfte för att få ut optimal effekt samt på ett säkert tillvägagångsätt?
• Hur påverkar detta standardiseringen av stationen?
• Kostnader för arbetet och materialet (nya ESD-lösningen)?
• Hur pass miljövänligt är de nya ESD-emballagen
1.5 Avgränsning
• En jämförelse mellan företagets nuvarande ESD-lösning och den nya lösningen företaget föreslår.
Om ytterliga en relevant lösning förkommer under undersökningen kan den föreslås till företaget och jämföras med de andra två lösningarna.
• En implementering av lösningen kommer att genomföras till en viss gräns (exempelvis en prototyp av behållaren kan implementeras i syfte för att granska samt undersöka om möjligheten finns till att beställa in en prototyp finns via företaget). Resten av lösningen kommer ej vara fysiskt verkställt utan bara teoretiskt förklarat. (Utifrån företagets nya idé om ett ESD-skydd)
• Kalkylerna kommer endast utföras utifrån ett ekonomiskt perspektiv gällande arbetskraft samt material.
• Kalkylen ska också innehålla materialkostnad för de olika ESD-metoderna.
• Projektet kommer endast utföras på en station gällande placering av det nya ESD-kontrollsystemet.
• Identifiering av det mest optimala ESD-kontrollsystem av de ESD-kontrollsystemen som väljs ut utifrån litteraturstudien, kommer endast vara en jämförelse mellan hur produkterna inom produktionen påverkas inom defekter, risker samt tidsslöserier.
• Miljöhållbarhetsdata om emballagen ska färdigställas.
2. Teoretisk referensram 2.1 Lean riktlinjer
Lean filosofin har utvecklats till ett världsledande tillvägagångsätt för att eliminera icke
värdeskapande faktorer i produktionen. Lean tillämpades globalt efter att Toyota började utöva Leans tillvägagångsätt vilket bidrog till goda produktionsresultat. Lean konceptet förbättrade Toyotas produktkvalitet (Liker, 2009).
Toyotas produktionsutveckling möjliggjordes efter att företaget anpassa sig till Leans riktlinjer (Liker, 2009). Toyota utvecklade ett koncept 4: P (Processes, Philosophy, people & partners, problem solving). För att uppnå Lean i världsklass måste alla 4:P följas i företaget. Grundprincipen till Leans filosofi baseras på långsiktiga mål för att verkställa ett hållbart och konstant växande verksamhet.
Inom Lean är det grundläggande att verksamheter ska undersöka om nya implementationer är optimalt ur ett förbättrings- och framtidsperspektiv som inkluderar samhället, miljön samt företagets framtidsvision (Liker, 2009).
2.2 Genchi Genbutsu
Den japanska metodiken Genchi Genbutsu är ett lärosätt som företaget Toyota använder sig av.
Begreppet Genchi betyder en realistisk plats, och ordet Genbutsu betyder realistiska produkter.
Metodiken Genchi Genbutsu används för att skapa en helhetsbild av problemet för att vidare kunna utföra förbättringsarbeten som åtgärdar problematiken. För att skapa en helhetsbild behöver fysiska observationer utföras vilket innebär att observatören behöver fysiskt närvara på plats och iaktta processen för att visuelt kunna identifiera problemet. (Liker 2009).
Ledningen i företaget skapar sig en förbättrad kommunikation mellan ledningen och operatörerna.
Identifiering av problemet påbörjas genom att fysiskt närvara på platsen (Genchi) för att utvärdera situationen. (Liker 2009).
Genchi Genbutsu principen kan vara svår eller väldigt generell beroende på kunskapsbredden
individen har gällande själva produktionsflödet som ska analyseras. En mer djupgående analys av
principen är att kunna sätta upp olika sorters arbetsstandarder till företaget eller processen. En
generell metod kan vara att ledningen endast observerar anläggningen ett fåtal gånger varje kvartal
för att studera stationerna (Liker 2009).
2.3 Kvalitetssäkring
Lean konceptet fördjupar sig inom kvalitetssäkring. God kvalité är en grund till många företag samt förstärker det förtroendet mellan företag och deras kunder. Kvalitén kan alltid förbättras framför allt genom att minimera risken för kvalitetsbrister under tillverkningsprocessen detta kallas även för kvalitetssäkring. Ett flertal tillvägagångsätt kan tillämpas för att säkra kvalitén som exempelvis en kontrollstation. Kontrollstationer befinner sig vanligtvis i slutskedet av en produktionslina. Det finns flera tillvägagångssätt för att säkerställa kvalitén utan att införskaffa en kontrollstation i
produktionen (Liker, 2009).
2.4 Standardiserat arbetssätt
Syftet med standardiserat arbetssätt är att utveckla arbetet till ett mer lämpligt, effektivt samt kvalitetssäkert tillvägagångsätt. Detta för att undvika avvikelser samt för att säkerställa en god kvalité. Fördelen med standardisering inom produktionen är att variationen avtar vilket förbättrar kvalitén samt bidrar det till en snabbare identifiering av avvikelser (Liker, 2009).
För att kunna åstadkomma ett standardiserat arbetssätt krävs tydliga instruktioner. Syftet med instruktionerna är för att informera operatören om arbetet som ska utföras sekvensmässigt.
Standardiserat arbetsdokument samt elementära beskrivningar är verktyg som tillämpas för att skapa tydliga instruktioner. Genom användning av WES (Work Element Sheet) samt OIS (Operator Instruction Sheet) skapas det tydliga riktlinjer som instruerar om hur arbetet ska utföras. Arbetaren kan visuellt observera nödvändiga instruktioner samt viktiga utförande (Bicheno et al, 2013).
Arbetsinstruktionerna beskriver även anledningen till de viktiga stegen i processen (Bicheno et al, 2013).
2.5 Nulägesanalys
Nulägesanalys används för att skapa en helhetsbild av verksamheten. För att utföra en nulägesanalys är det viktigt att analysera vilka aspekter inom företaget som kan påverkas och även få en inblick av faktorer som påverkar företaget externt. Efter en analys kan företaget skapa sig en helhetsbild som redogör för om projektet ska genomföras eller inte (Tonnquist, 2016).
2.6 FMEA
Begreppet FMEA (Failure Mode Effect Analysis) är ett förbättringsverktyg som tillämpas i
produktionen för att identifiera potentiella risker i processen. Syftet med en FMEA är att lokalisera och därefter åtgärda problemet innan risken slutar upp i en olycka. Detta leder till förbättrad kvalité samt bidrar det till en förbättrad gemenskap mellan olika avdelningar i företaget. Feleffektsanalys är ett utmärkt verktyg i situationer där ett nytt koncept eller en ny maskin ska införskaffas i företaget.
FMEA skapar en god översikt över dem olika processlösningar (Brittsman, Lönnqvist & Ottosson,
1993).
2.7 Robotstudio
Robotstudio är ett virtuellt hjälpmedel framtaget av företaget ABB. Programmet används för att skapa ett robotsystem samt för att simulera produktionsflöden. Med programvaran Robotstudio kan företag utföra robotsimulering utan några produktionsstopp. Robotstudio bidrar till en minimerad risk i samband med inköp av ett nytt robotsystem. Risken minimeras genom att simulera en 3D robot innan implementering. Simuleringen bidrar med skapandet av en helhetsbild innan systemet och roboten införskaffas i verkligheten. Ytterligare en fördel med Robotstudio är att förbättringar kan virtuellt skapas i programvaran samt simuleras innan förbättringen införskaffas i
produktionsanläggningen. Detta bidrar till en identifiering av avvikelser innan problemen inträffar (ABB, 2020).
2.8 Kanbantåg
Kanban är ett system industrier använder sig av för att signalera materialbrist på en arbetsstation.
Det finns flera olika transportmetoder för materialtransport mellan lagret och produktionen, en metod är det som kallas för kanbantåg. Kanbantåget även kallat för materialtåg är en metod företag använder för att transportera material. Vid stora mängder material använder företag vagnar med dragtruck som transportmedel (Henricsson, 2015).
Orderinformationen skickas till lagret för att personalen ska samla och transportera det begärda materialet. Transportvagnar kopplas till dragtrucken för att vidare kunna transportera material till olika monteringsstationer och produktionsmaskiner (Henricsson, 2015).
2.9 Hållbar utveckling
De centrala delarna i hållbar utveckling är social hållbarhet, ekonomisk hållbarhet samt ekologisk hållbarhet. Dessa tre delar är beroende av varandra, för att uppnå hållbar utveckling är det grundläggande att arbeta med alla aspekter (Larsson, et al. 2011).
Enligt Söderqvist et al (2004) det finns flera olika definitioner av hållbarutveckling som följande:
• Välbefinnandet ska inte minskas med tiden.
• Naturresurser ska inte minskas med tiden.
• En hållbar avkastning av varor och tjänster.
• Uppehålla social samt ekologiskt system resiliens.
I vissa fall riktas definitionen av utvecklingen ur ett allmänt perspektiv. En utveckling kan vara att
världens länder lever efter social jämlikhet och införskaffar goda standarder för att inte negativt
påverka den nästkommande generationens behov. Genom teknologisk utveckling framkommer nya
metoder till energieffektivisering (ekologisk hållbarhet). Detta leder till utökad arbetskraft (social
hållbarhet) viket bidrar till en positiv förändring av den ekonomiska hållbarheten då allt fler personer
får en inkomst. (Larsson et al. 2011).
2.9.1 Fossila och bioplaster
På en molekylärnivå består plast av monomerer. Den övervägande mängden monomerer är inte av förnybar karakteristik eftersom tillverkningsprocessen utgörs av råvaran petroleum. Biomassa kan användas som ersättningsalternativ under skapandet av monomerer. Under framställningsprocessen tillsätts ett flertal additiv för att modifiera plastkarakteristiken. De vanligaste additiven i dagens plasttillverkning är brandskyddsmedel, värmereglerande och fyllmedel (Ambjörn et al, 2020).
Plasttypen polyeten (PE) nyttjas främst inom förpackningsindustrin, PE-plast kan tillverkas av biobaserade alternativt fossila råvaror. Olika förnyelsebara råvaror kan användas under
tillverkningen av bioproducerade polyeten, den vanligaste råvaran som tillämpas under skapandet av bio-PE är sockerrör. Framställning av bio-PE tillverkas mest i Brasilien (Ambjörn et al, 2020).
Bioplasten polylaktid (PLA) tillverkas endast av biobaserade råvaror och kan inte framställas av fossila råvaror. PLA monomerna är uppgjorda av polylaktid som framställs av mjölksyra. PLA-plast används vanligtvis för att tillverka förpackningar (Ambjörn et al, 2020).
Plasten polystyren (PS) är en billig plast som har en formlös struktur i dess uppbyggnad vilket bidrar till materialets snabba nedsmältning då materialet kommer i kontakt med varm temperatur.
Polystyren används främst i skapandet av engångsartiklar som förpackningar (Hilding & Högberg, 2016).
2.9.2 Papper, laminat och ESD-wellpapp
Papper tillverkas av råmaterialet cellulosa, papper har en otätstruktur vilket bidrar till att material är känsligt i samband med vattenkontakt. Papperssubstratet brukar användas i skapandet av
engångsartiklar som pappersmuggar eller soppskålar. För att tillsätta den vattentäta karaktäristiken lamineras pappersytan. Beläggning och laminering av pappersmaterialet förekommer väldigt mycket inom livsmedelsindustrin eftersom produkterna kan tillverkas billigt och formas enkelt. Vanligtvis ändvänds polyetenplast (PE) samt polylaktidplast (PLA) som papperslaminat. (Lee, Ryu och Yoon, 2017)
Antistatiskt material existera i form av Kartongmaterial som har förmågan att leda bort elektrisk uppladdning. ESD-wellpapp är ett billigare alternativ än ESD-plast. Kartongen beläggs med ett miljövänligt medel som bidrar till kartongens förmåga att avleda statisk elektricitet. Förpackningarna är miljövänliga och biologiskt nedbrytbara samt kan materialet återvinnas helt vilket bidrar till minimerade avfallskostnader (GWP Group, 2018). ESD-kartong är belagd med kolsvart och kan även lamineras med andra typer av ESD-material. Nackdelen med ESD-kartong är att materialet avger fibrer, damm och frätande svavelföroreningar som vidare kan leda till produktskador (Gerbig, 2016).
2.9.3 Livscykelanalys
Livscykelanalys (LCA) är en analys och utvärdering av en produkt. För en komplett livscykelanalys undersöks produktens resa från råmaterial till produkt och vidare till resthantering.
Sammanställningen av det cirkulära flödet ska också inkludera utsläpp samt vilka naturresurser eller
kemikalier som används under tillverkningsprocessen. Under LCA-processen är det essentiellt att
undersöka alla processer och alla transporter mellan processerna samt är det viktigt att notera
flödeshanteringen i samband med resthanteringen (Ambjörn et al, 2020).
2.10 Projektstyrning
Projektstyrningsmodellen Project base är väldigt generell och kan användas till mindre och större projekt. Projektmodellen bidrar till en tydligare helhetsbild av projektet (Projektens Guldgruva, 2020).
Modellen består av fyra delar, förstudie, planering, genomförande och avslut. Se Figur 1. Förstudien är en analysfas där förutsättningar för projektet analyseras och avgränsningar. Planeringsfasen skapar riktlinjer till genomförandefasen. Under planeringsfasen skapas planeringen för hur och när genomförandet ska utföras. Under genomförandefasen utförs de metoder som har planerats att användas under projektet. Avslutningsfasen utvärderar resultaten som framtagits under
genomförandet. Efter avslut finns det en fas som kallas för effekthemtagning som är till för att stämma av projektmålen (Projektens Guldgruva, 2020).
Figur 1. Biståndsdelar av Project base.
2.11 ESD-kontrollsystem
Elektrostatisk urladdning (ESD) är elektricitet som uppkommer mellan olika föremål som har olika laddningar. Laddningsskillnaden är ett överskott eller underskott av elektroner. När dessa
obalanserade partiklar kommer i kontakt skapas en spänningsskillnad vilket motsvarar en
elektrostatisk urladdning. Spänningsskillnaden uppstår vid tre olika händelser som friktion, induktion och separation (Fundamentals of Electrostatic Discharge, 2010).
Kretskort är elektriskt känsliga komponenter som kan skadas i samband med ESD. Teknologin utvecklas konstant och blir alltmer avancerad vilket medför till ökad ESD-produkt känslighet.
Känsligheten ökar för att komponenter på kretskorten har blivit mindre vilket bidrar till tunnare ledare. (Gigant, 2016).
ESD-skador av kretskorten uppkommer i form av permanenta skador eller latenta skador. Under en permanent skada upphör kretskortets funktionalitet omedelbart. Permanent skada orsakas då ledare i kretsen bryts eller smällts. Latenta skador är svårupptäckta skador och komponentens funktionalitet upphör inte omedelbart. Komponenten kan vara helt fungerande under en längre tid däremot minimeras produktens livslängd drastiskt. Ett kretskort kan i dagsläget vara känsligt för cirka 20 volt, överskrider komponenten den rekommenderade spänningen kan det leda till produkten skadas genom permanenta eller latenta skador (Gigant, 2016).
Människan kan fysiskt känna av elektrisk urladdning när spänningsnivån överskrider 3000 volt. En elektrostatisk gnista kan höras vid en spänningsnivå på ungefär 5000 volt. Över 8000 volt blir gnistan
förstudie planering genomförande avslut
visuellt synlig för det mänskliga ögat (Gigant, 2016). Den elektrostatiska urladdningen skadar inte individen, men känslan av obehag kan förekomma. Det finns en stor energiskillnad mellan den elektrostatiska urladdningen och elen som förekommer ur ett el-uttag. Ström är elektroner i rörelse, för att mäta ström används enheten ampere. En ampere är en ladd enhet per sekund. För att Elektronerna ska flöda krävs en spänningskälla. Nätaggregatet i ett hushåll kan skada en individ till skillnad från ESD-kontakt då individen enbart känner en gnista vid 3000 volt. Skillnaden mellan ESD och ett nätaggregat är strömnivån under tid. Under en elektrisk urladdning kan strömmen vara kraftig men enbart under en kort tidsperiod. Faktumet att strömmen inte varar under utsträckt tid innebär att mänsklig kontakt med ESD inte är skadligt i jämförelse med ett nätaggregat med konstant ström under en längre tid. Den energimängd som finns i ett nätaggregat är kraftigt och skadlig till skillnad ifrån en elektrisk urladdning där energin är väldigt låg. (Calles, 2012).
2.11.1 EPA-områden
Ett område i anläggningen som är ESD-skyddat kallas för EPA (ESD-protected area). EPA områden är skyddade med de verktyg och material som krävs för att motverka ESD-skador. Inom industrier förekommer EPA-områden vid monteringsanläggningar och testanläggningar på grund av att det förekommer elektriska urladdningar mellan människan och produkten (Gigant, 2016).
2.11.2 Jonisatorfläktar
För att reducera ESD-risken i produktionen tillämpas olika ESD-skydd för att minimera produktskador.
Jonisatorer är ett effektivt ESD-skydd som används i olika produktionsanläggningar. Jonisatorns uppgift är att neutralisera negativa samt positiva laddningar genom ut distribuera joniserad luft på det förbestämda området som ska neutraliseras. Luften som sprids består av negativt och positivt laddade joner som neutraliserar statiskt uppladdade materialytor (Statisk Elektricitet, 2020).
Jonisatorer är ett effektivt verktyg för att reducera partiklar som dammpartiklar samt fiberpartiklar.
Den joniserade luften repellerar dessa partiklar ifrån materialytan. Den mest vanliga jonisator modellen är en stav jonisator, dessa används mycket i industrier där renrum är ett krav som måleri, livsmedelsindustrin samt inom hantering av förpackningar (Cading, 2017).
2.11.3 Relativ luftfuktighet
En av de ledande faktorerna som påverkar den elektrostatiska urladdningen är den relativa luftfuktigheten. Luftfuktigheten är ett bra verktyg för att minimera uppladdning inom olika produktionsmiljöer. Den relativa luftfuktigheten regleras för att minska uppladdningen av statisk elektricitet. Relativ luftfuktighet mellan 40-60% kan åtgärda vanliga ESD-problem som exempelvis elektrostatisk uppladdning som uppkommer via friktion mellan mattan och människan. När
fuktighetshalten stiger uppkommer ett flertal våta partiklar i luften som lägger sig och formas till ett tunt lager på ytan av materialet vilket bidrar till en förbättrad ledningsförmåga (Höckne, 2020).
Statisk uppladdning via friktion kan inträffa vid en relativ luftfuktighet under 40% RH. Risken till uppkomsten av statisk elektricitet minskar drastiskt om fuktighets nivån förhåller sig mellan 40–60%.
Ökad luftfuktighet är ett utmärkt hjälpmedel i kombination med antistatisk utrustning för att
begränsa den statiska elektriciteten. För att avgränsa uppkomsten av statisk elektricitet enligt
rekommendationerna krävs en luftfuktighet på cirka 60% (Höckne, 2020). En luftfuktighetsnivå på
100% leder till flyttande vatten. För höga luftfuktighetsnivåer kan leda till produktskador i form av oxidering (Illustrerad vetenskap, 2009).
2.11.4 Luftfuktighetsmätare
Testo 174-H är ett verktyg som mäter fuktighet och temperaturförhållanden. Fuktighetssensorn har en noggrannhet på ungefär ± 3% RH samt en temperatur noggrannhet på ±0,5 °C. Verktyget tillämpas i användningsområden där klimatkänsliga produkter förekommer som exempelvis matvaror.
Verktyget används också inom tillverkningsindustrin av elektroniska produkter (Nordtec, 2020).
2.11.5 Elektrisk fältmätare
En elektrisk fältmätare är ett instrument som mäter den elektrostatiska fältuppladdningen.
Instrument rekommendationerna hänvisar till att verktyget ska kunna ha egenskapen att uppmäta elektriska fält mellan ± 2MV/m (Rutks, 2013).
Det finns viktiga riktlinjer som måste tas i beaktning när ett utförande av en mätning sker. För att uppnå rimliga resultatvärden är det grundläggande att jorda mätinstrumentet. Problematiken som uppstår är att individen som utför mätningen istället mäter uppladdnings skillnaden mellan individen och mätobjektet. Därför är det essentiellt att personen som utför mätningen och att instrumenten är jordade. Detta gäller fältmätare som kräver en strömkälla (Rutks, 2013).
Modellen EFM51 är en handhållen elektisk fältmätare och används för att uppmäta elektroniska produktionsmiljöer. Fältmätaren klarar av att mäta upp till ± 20kV samt är apparaten utrustad med en funktion som mäter fältstyrkan utryckt i V/m. (Transforming technology, 2020).
2.11.6 Isolatorer & Ledare
Hastigheten elektronerna förflyttar sig på i samband med materialet avgör om materialet är ledande eller isolerande. Ett ledande material är när elektroner har enkelt för att förflytta sig, tillskillnad ifrån isolatoriskt material där elektronerna förflyttar sig långsamt (Blomquist & Frid, 2012).
Ämnet metall är en god ledare eftersom elektronerna förflyttas lätt och frirörligt. Detta innebär att elektronerna förflyttar sig väldigt snabbt i materialet. Plast, gummi och glas är ämnen som är goda isolatorer vilket bidrar till att elektronerna inte förflyttar sig lika fritt. Vilket betyder att svårledande material har en god elektronisk isoleringsförmåga (Blomquist & Frid, 2012).
Hur pass snabbt ett material leder bort ström beror på materialets resistans. Resistansnivån delas in i tre olika kategorier, konduktivt, dissipativt och insulativ, resistansen mäts med enheten ohm.
Metaller är material som är konduktiva då metall leder ström väldigt snabbt. Plast och gummi är material som har en dålig ledningsförmåga vilket innebär att materialen är insulativa. Disspativt material befinner sig mellan den konduktiva nivån och insulativa nivån (Transforming technology, 2012). Se Figur 2.
För känsliga komponenter inom industrin som kretskort är det riskabelt att använda konduktivt
komponentskyddsmaterial. Konduktivt material leder ström snabbt och okontrollerat, detta kan
skada känsliga elektroniska komponenter. Rekommendationen föreslår en resistansyta mellan
10
6𝞨 − 10
12𝞨 (disspativ) för att den statiska elektriciteten ska ledas bort på ett kontrollerat sätt
(Transforming technology, 2012).
Figur 2 Resistans nivåer.
2.11.7 Triboelektrisk uppladdning
Triboelektriska laddningar uppstår under separation mellan två neutralt laddade ytor. Det uppkommer en förflyttning av laddningar som resulterar i en positivt laddad yta och en negativt laddad motsatt sida. För att förflyttningen mellan laddningar ska åstadkommas är det essentiellt att en av materialytorna har isolerande materialegenskaper eller ett samspel mellan två halvledare med varierande densitet. Triboelektriska uppmätningar fastställer den elektriskt genererande
karaktäristiken bakom de varierande materialen (Mehrani, Murtomaa och J. Lacks, 2017).
2.11.8 ESD-standard
ANSI/ESD-S.20.20-2014 är en standard som tillämpas för att skydda ESDS-komponenter, material eller ESD-utrustning. Standarden förklarar utförligt vilka säkerhetsåtgärder som ska utföras och hur en produkt kvalitetssäkras för att uppnå det godkända kravet enligt standarden (Gibson, Kinnear, 2015).
I sektion 7.3 förklarar standarden hur olika material och produkter inom EPA områden ska mätas och vilka krav som måste genomgås för att produkten ska godkännas. En produktkvalificerings plan måste upprättas för att säkerställa att produkten eller materialet som används i produktionsytan uppfyller de försatta kraven. För att studera och utvärdera ESD-produkten eller ESD-skyddsmaterialet finns det särskilda testmetoder och regler kring vilka nivåer som produkten eller materialet behöver uppfylla (Gibson, Kinnear, 2015).
Vid användning av isolatorer i samband med ESDS-produkter finns det ett flertal krav som måste följas. Enligt standarden ANSI/ESD-S20.20–2014 får det elektriska fältet i samband med en isolator inte överskrida 5000 V/m. Detta krav gäller endast om isolatorn har ett avstånd på 2,5cm ifrån en ESDS-komponent. Enligt standarden kan användaren bortse från kravet om en jonisator finns i närheten av ESDS-produkten. Vid uppmätning av det elektriska fältet med hjälp av en elektrisk fältmätare finns det ett par riktlinjer som ska efterföljas (Gibson, Kinnear, 2015).
Gibson & Kinnear (2015) rekommenderade riktlinjer:
• Den elektriska fältmätaren som används ska kunna mäta upp till 5000V/m
• Den elektriska fältmätaren ska jordas och distanseras från objektet enligt tillverkarens instruktioner.
• Avlägsna överflödiga isolatorer som inte tillför något till processen.
• Uppmätning av samtliga delmoment som hanterar isolatorer.
Det finns flera kontrollmetoder beträffande jonisatorns effektivitet i samband med olika typer av material. Ett tillvägagångssätt är att beräkna hur lång tid det tar för jonisatorn att neutralisera olika material. Enligt ANSI/ESD-S20.20 avgör användaren tidsgränsen för neutralisering av ett föremål.
Detta innebär att företag bestämmer en lämplig tid för neutralisering av materialet (SCS, 2019).
The International Electrotechnical Commission (IEC) är den internationella standarden som följs när ESDS-produkter framställs. Standarden är internationell och följs i stora drag över hela världen förutom i Nord Amerika. Standarden är prestationsbaserad och samtidigt väldig flexibel då den kan tillämpas över hela världen. Detta utgör en stor fördel för standarden då metoder och lokala miljölagar skiljer sig åt mellan olika länder (Rollins, 2018).
IEC 61340-5-1 är standarden till ESD-skyddssystem, standarden förklara systematiskt under vilka förhållande komponenterna behöver skyddas i produktionen. Beroende på hur situationen är i produktionsanläggningen samt vilket material som används kommer olika säkerhetsåtgärder krävas.
Enligt standarden ska produktionsmaterial med insulativa egenskaper neutraliseras med jonisatorer, detta eftersom en isolator inte kan jordas (IEC, 2016).
2.11.9 Från plast till ESD-plast
Dagens industrier har en stor användning av polymerer (plast), anledningen till den höga efterfrågan baseras på materialets formbara egenskaper i samband med det billiga priset. Sparavigna (2018) undersöker hur materialet plast förhåller sig till ESD. Isolatorn plast är inte antistatiskt till sin grund det innebär att materialet inte leder eller avleder ström. För att skydda produkterna från den elektrostatiska laddningen måste plasten omkonstrueras för att tillföra den elektrostatiska avledningsförmågan. Detta innebär att materialet måste göras om för att kunna leda bort statisk elektricitet till en medelmåttig nivå. För att verkställa den ledande förmågan tillsätts kemiska ämnen under tillverkningen av plasten alternativt behandlas plasten med medel. Konduktivitetsgraden avgörs i slutskedet beroende på vad plasten ska användas till. För att ändra plastkarakteristiken från lågdensitetspolyeten till antistatiskplast verkställs detta genom att tillsätta kol som fyllmedel (Sparavigna, 2018).
Alternativa fyllmedel som kan användas är kolfibrer, metallfibrer, kolsvart samt kolpulver.
Förbrännande av kolväten i närvaron av syre skapar det som kallas för kolsvart. Antistatiska
förpackningar brukar förekomma som plast i kombination med kolsvart (Sparavigna, 2018).
3.0 Litteraturstudie (ESD-relaterade studier) 3.1 Luftjonisatorer inom billackering
M H Yosri et al (2018) beskriver hur jonisatorer åtgärdar produkt defekter som förorsakas av damm samt fiberpartiklar. Damm och fiberpartiklar påverkar den synliga kvalitén av färgade bildörrar samt försämras funktionaliteten. Användning av jonisatorer introducerades inledningsvis som en
kvalitetssäkring för att förbättra renrummen. Genom att metodiskt tillämpa jonisatorer i avsikt för att rensa partiklar bidrar det samtidigt till ett ESD-kontrollsystem vilket optimerar målerilinans effektivitet (M H Yosri et al, 2018).
Luftjonisatorn sprider ut negativa och positiva joner som bidrar till att smutspartiklarna repellerar och samtidigt neutraliserar det elektrostatiska fältet. M H Yosri et al (2018) beskriver att en effektiv installation av luftjonisatorer åstadkoms genom takmontering alternativt stolpmontering.
Experimentet innefattade en installationsprocess av fläktar mellan två stationer, rengöring av produkterna samt lackeringsprocessen. Anledningen till fläktinstallationen är för att minimera destruktiva partiklar och samtidigt ESD-säkra råmaterialet innan produkterna färgas. För att jonisator fläktarna ska funktionera effektivt ska fläktarna vinklas 45 grader mot produktytan. Detta leder till att fläkten täcker 98% av produktytan med joner. Resultatet av experimentet tydliggör skillnaden mellan råmaterialet i nuläget samt efter införandet av jonisatorer. Resultatet framhäver att användning av jonisatorer är ett effektivt ESD-skydd. Produkterna är noll laddade vilket innebär att materialet har neutraliserats (M H Yosri et al, 2018).
Jonisatorer är ett idealt verktyg för att motverka elektrostatisk urladdning men samtidigt finns det
också nackdelar med jonisatorn. Jonisator använder sig av en högspänningskälla vilket kan leda till ett
elektorstatist fält som skapar ännu en ESD-risk för ESDS-komponenter (Bae et al, 2019).
3.2 Relativ Luftfuktighet
Luftfuktighet har en stor inverkan på ESD-skyddskapaciteten beroende på vilket skyddsmaterial som tillämpas. Företag som inför ESD-skydd måste beakta materialets resistanstolerans av fuktigheten.
Studien undersöker hur resistent kartong och plaster är under intervallet av 5 % -70 % luftfuktighet (Passi et al 2001).
Under experimentet beräknades tidsintervallet för neutralisering av laddningar i samband med olika material vid varierande luftfuktighets nivåer. Passi et al (2001) hävdar att materialytan ska ha en resistans under 1*10
12Ω enligt IEC standarden.
Artikeln redovisar ett resultat som förmedlar att material överlag med undantag av plastmaterial är resistanståliga vid en luftfuktighet på 50 %. Resultatet framhäver att endast ett fåtal materialtyper klarar av låga luftfuktigheter. Vid en luftfuktighet under 30% kan materialförpackning och personlig utrustning inte bibehålla sin skyddsfunktion (Passi et al 2001).
3.3 Luftfuktighetsundersökning
Företaget Veoneer använder befuktningsanläggningar som inmonteras i taket. Luftfuktigheten regleras för att förstärka förmågan att jorda statisk elektricitet. Befuktningsanläggningarna befinner sig där ESDS-produkter hanteras. Kvalitetskontrollen på företaget upptäckte ett problem i samband med trasiga kretskort. En undersökning utfördes i samband med trasiga kretskort för att identifiera orsaken till problemet. Undersökningen visade att oxidering av kretskorten orsakade kretsskadan.
Rotorsaken till oxidering av kretskorten förekom delvis i samband med höga luftfuktighetsnivåer inom produktionen. Ett flertal orsaksfaktorer till oxidering av kretskorten kunde identifieras (Tello, 2019).
Orsaker till oxidering:
• Fuktighetsnivån.
• Mineralstenar som beblandas med vatten.
• Positionering av kretskortskorten.
• För hög fuktighet leder till flytande form istället för ånga.
Ytterligare en faktor som bidrog till att Veoneer sänkte luftfuktighetsnivån var på grund av vitt pulver som förekom i produktionen. Fukten som infann sig inom produktionsmiljön kunde innehålla
smutspartiklar i samband med mineralstenar som utvecklade ett vitt pulver, pulvret upptäcktes på ytan av kretskorten. Det vita pulvret är en biprodukt av höga luftfuktighetsnivåer vilket utgörs av mineraler och salter som tillförs under luftfuktighetsprocessen (Tello, 2019).
Tello (2019) beskriver att smutspartiklar kunde undvikas genom att använda kolsyra istället för
mineralstenar i vattnet. Fuktighetsnivån sänktes till cirka 39% för att åtgärda problemet. Dessa
skyddsåtgärder bidrog till att oxidering kunde undvikas (Tello, 2019).
3.4 Effektivitetsmätning av ESD/EPA metod
ESDS-komponenter kan utsättas i risk för det elektriska fältet alternativt elektrostatiska urladdningar.
Införandet av ESD-kontrollprogram är essentiellt i samband med hantering av ESDS-produkter. ESD- kontrollprogram tillämpas för att begränsa och kontrollera den statiska elektriciteten. Företag använder sig av ESD-kontrollprogrammet EPA (ESD Protected Area) för att begränsa uppkomsten av elektrostatisk urladdning (Vermason, 2018).
Vermason (2018) klargör att ett flertal metoder måste tas i beaktning bortsett från EPA metodiken för att säkerställa en god produktkvalitet. Det är mycket vanligt att nytt material kan förekomma i produktionsanläggningen när företag utvecklas och prövar nya arbetsmetoder. Det är då viktigt att veta materialets uppbyggnad för att kunna undvika att materialet påverkar ESDS-produkter. Det nya materialet kan ha en negativ påverkan för EPA-området eftersom det kan förorsaka ett elektriskt fält med höga uppladdningsvärden beroende på materialtyp. För att säkerställa att det enbart
förekommer låga uppladdnings värden bör det utföras regelbundna mätningar av det nya materialet.
Innan mätningen påbörjas är det viktigt att avgränsa produktionsområdet och ESDS-produkter (Vermason, 2018).
Mätningar av det elektrostatiska fältet utförs genom att mäta spänningsnivån en produkt utgör under en process. En elektrostatisk fältmätare används för att mäta det elektrostatiska fältet (Vermason, 2018).
Beroende på vilken standard som används av företag krävs det olika åtgärder för olika sorters
material inom EPA. För kvalitetssäkra produktionsytan är det rekommenderat att utföra regelbundna kontroller inom EPA området och mäta olika känsliga komponenter. Regelbundna kontroller utförs för att vara i framkant med de potentiella riskerna som kan uppstå. Det rekommenderas att kontrollen ska utföras varje kvartal om inte stora förändringar sker i produktionsanläggningen (Vermason, 2018).
3.5 Experiment av triboelektrisk laddning i samband med ESD kontrollmöjligheter inom produktionen
Triboelektriska uppladdning är en gnidnings process mellan två materialytor, friktionen som uppkommer bidrar till det som kallas för statisk elektricitet. Hur stor uppladdning som uppkommer under ett triboelektriskt scenario avgörs av materialet, friktionshastigheten samt av luftfuktigheten.
Börjesson (1995) konstaterar att ESD-känslig elektronik kan vara i kontakt med olika typer av material utan att skadas om materialet är disipativt eller konduktivt. Triboelektriska uppladdade föremål kan orsaka induktiva skador till följt av följande faktorer:
- skapa obehag eller skada människor
- uppkomst av explosion inom en explosiv atmosfär
- skada ESD-känslig elektronik genom direkta eller latenta skador.
Det är rekommenderat att jorda omgivningen under uppmätning av det triboelektriska samspelet.
Ingen global accepterad mättningsstandard existerar. Studien åskådliggör för vilka delar som är bra
att inkludera under skapandet av metodiken. Testet ska kunna tillämpas till flera materialytor samt
ska metodiken försöka återspegla verkligheten (Börjesson, 1995).
Under testet förekom planerade triboelektriska simuleringar under förutbestämda fuktighetsvärden.
Fuktigheten regleras mellan 30 % och 70 % i syfte att åstadkomma goda mätresultat (Bargan et al, 2013). Under uppmätning av elektrostatisk uppladdning är det grundläggande att utföra konstanta uppmätningar av den statiska elektriciteten. Uppmätningarna sker med en elektrostatisk voltmeter (Börjesson, 1995). Materialen som undersöktes är följande texttolit, bomullstyg, plast och polystyren.
Inledningsvis skapades en tabell som förberedelse inför det triboelektriska experimentet. Den utformade tabellen illustrerar de grundläggande förberedelserna som inplaneras och som måste vidtas under experimentfasen. Tabellen innehar den totala uppmätningstiden samt spänningsnivån för de olika materialen (Bargan et al, 2013).
Under ett triboelektriskt test av en isolator är det essentiellt att tänka på säkerheten. För att
säkerställa en effektiv neutralisering av den genererade statiska elektriciteten tillämpas en jonisator.
Jonisatorn kopplades upp till en tryckluftkälla och en spänningskälla för att funktionera (Börjesson, 1995).
3.6 Analys & sammanfattning av ESD litteraturstudie
Litteraturstudierna tydliggör vad ESD är, studien klargör också hur spänningsskillnaden genereras.
Studierna förmedlar den bakomliggande orsaken till hur den elektriska laddningen förorsakar defekter av ESDS-produkter. Studien framhäver hur essentiellt det är för företag att skydda sina känsliga produkter för att minimera produktdefekter.
Skyddsåtgärden som undersöktes i syfte för att lösa ESD problematiken är följande, anpassad luftfuktighet, implementering av jonisatorer med isolatorer. För att åstadkomma bra effekt utifrån lösningsalternativen är det grundläggande att implementera ESD-skydd som är anpassat till den specifika produktionsmiljön.
Litteraturstudien framhäver metoder som används för att mäta hur effektivt EPA-området begränsar uppkomsten av ESD i produktionen. Olika metoder används också för att undersöka nya ESD-
kontrollsystem. En elektrisk fältmätare är ett effektivt verktyg som mäter elektriska fält, verktyget används för att kontrollmäta statisk elektricitet.
Triboelektriska laddningar bidrar till farliga risker inom EPA områden. Triboelektrisk uppladdning ska undvikas inom produktionsmiljön i samband med ESDS-komponenter. Det är bra att utföra
triboelektriska tester av det ESD-plastmaterial som förekommer i anläggningen. Testerna kan framföra data på storleken av det elektriska fältet, vilket är en effektivitetsmättning av företagets ESD-skydd.
4. Material & miljöstudier
Plastförpackningsindustrin har länge varit ett debatterad ämne på grund av stora mängder avfall trots de strikta miljöregler som företagen måste förhålla sig till. Ur ett miljöperspektiv är
förpackningar en av de största avfallsfaktorerna som existerar och cirka 20 % av alla förpackningar består av plast. Intresset för att minimera förpackningsavfallet växer globalt. Stora resurser
spenderas på forskning inom strukturmaterial för att minimera den negativa miljöeffekten som finns
inom förpackningsavfall. Förpackningsindustrin behöver tänka på förpackningssystemet när det
handlar om elektroniska produkter som ska transporteras på grund av den elektrostatiska
urladdningen (Mojzes et al, 2014).
Under tillverkning av förpackningar till ESD känsliga produkter ska industrin tänka på att
förpackningen ska vara miljö och logistiktålig. Detta innebär att förpackningen ska kunna klara av miljö- och mekaniskbelastning. Det är viktigt att använda sig av ESD-förpackningar vid hantering av ESDS-produkter. Nackdelen med dessa ESD-förpackningar är att de har en negativ miljöpåverkan.
Den negativa miljöpåverkan uppkommer i form av tillverkning samt avfall (Mojzes et al, 2014).
Mojzes et al (2014) påpekar i artikeln att nya lösningar i form av nytt material som är mer miljövänligt måste introduceras för att kunna reducera det polutanta materialet.
Ett ersättningsalternativ till materialet är termoplastiskt stärkelse (TPS) vilket är biologiskt
nedbrytbart. TPS behöver genomgå en undersökning för att certifieras som godkänt material under transport av ESDS-produkter. Kraven är att materialet ska klara av en vis belastning samt ska materialet vara ESD-säkrat. Mojzes et al, (2014) undersöker materialet TPS-skum under olika fukt samt temperaturförhållanden för att avgöra om materialet kan användas som ESD-förpackning. Efter undersökningen av TPS-skum som ESD-förpackning framgick det att förpackningen kan tillämpas i en omgivning där materialet inte exponeras för extrem luftfuktighet samt extrema temperaturer. TPS rekommenderas ur ett miljöperspektiv eftersom materialet kan återvinnas samt återbrukas.
Materialet är inte lika miljöskadligt i jämförelse med de ledande materialen som används i dagens industri (Mojzes et al, 2014).
Under återvinningsprocessen kan svårigheter dyka upp i förhållande till fyllmedel som förekommer i plaster. Fyllmedlets tillsätts i plasten för att förbättra plasten tekniska förmågor däremot orsakar fyllmedlet avvikelser i form av plastvariation vilket medför till ett stort sorteringsarbete. Under förbränningsprocessen av plast genereras ett högt värmevärde, detta innebär att plasten utger höga energihalter. Ett kilo plast har ungefär lika mycket energi som ett kilo råolja. Plastens värmevärde kan minimeras beroende på fyllmedelhalten i plasten (Stockholm Regionen, 2007).
4.1 Plaståtgärdsstrategier utifrån ett hållbarhetsperspektiv
Vissa plasttyper ska inte återvinnas enligt flera rekommendationer, den bakomliggande anledningen är av miljöskäl. Studien använder sig av livscykelanalys (LCA) som bidrar till en samling relevant ut och in flödesdata. Den framställda LCA-modellen är av en översikt över raffinerade polymerer av fossilplast och bioplast, översikten inkluderar inte fyllnadsmedel. Den framställda modellöversikten bidrog till en procentuell översikt gällande växthuseffekten ur ett klimatperspektiv. Studien bidrog till en ungefärlig miljöbesparing på cirka 20 % om bioplast används som ersättningsalternativ för
fossilplast. Biobaserade plaster som kan användas som ersättningsalternativ är bio-PE samt PLA- plast. Ytterligare miljöbesparingar kan åstadkommas genom att återvinna plast, en besparing på cirka 13–23% kan åstadkommas beroende på återvinningsalternativet. Återvinningsalternativen innefattar kemisk och mekanisk återvinning. En faktor som påverkar det varierande resultaten är mängden spill som kan förekomma under återvinningsprocessen (Ambjörn et al, 2020).
Den stora delen av plasttyper som förekommer i dagens industrier kan ersättas av bioplast ur ett kvalitéperspektiv (Hilding & Högberg, 2016). Plasterna har motsvarande kvalitativa egenskaper eftersom plasten består av samma kemiska uppbyggnad. Tillverkningsprocessen av bioplast är mer kostsamt vilket vidare leder till att marknadspriset av bioplast är mer kostsamt än fossila plaster.
Bioplast priserna kan leda till att företag använder mindre bioplast till produkterna vilket kan leda till
kvalitetsbrist. För att implementera bioplast kan inledningsvis den fossila plasten blandas ut med
bioplasten för att göra det billigt och samtidigt förbättra kvalitén (Hilding & Högberg, 2016).
4.2 Analys & sammanfattning av materiallitteraturstudie
Litteraturstudien påvisar att förpackningsindustrin har en negativ påverkan på miljön ur ett
ekologiskt och ekonomiskt hållbarhetsperspektiv. För att förbättra miljön och dra ner på kostnaderna är det essentiellt att introducera miljövänligare material. Nackdelen är att stora undersökningar behöver utföras för att försäkra sig om att materialet är ESD säkert samt att materialet klarar av utsättas för belastning.
Plast är ett material som förekommer frekvent inom industrin, miljövänlighetsgraden baseras på vad
plasten innehåller. Återvinnig av plast är oftast rekommenderat men det finns olika plasttyper som
kräver särskilda återvinningsmetoder. Det är viktigt att veta vilka plasttyper ett företag använder sig
av för att kunna hantera plasten på rätt sätt. Livscykelanalys (LCA) är en metodik som används för att
analysera en produkts resa från råvara till produkt och vidare till nedbrytning. För att identifiera
vilken plasttyp som passar företaget bäst kan en metod som LCA användas.
5. Metod
Användning av projektstyrning tydliggjorde hur arbetet strukturerades upp under projektutförandet.
Projektstyrningsmodellen som användes är inspirerad av Project base där fyra stadier presenteras för att styra upp projektet, dessa stadier är följande:
1. Förstudie 2. Planering 3. Genomförande 4. Avslut
Under uppstart av projektet utfördes en förstudie av vetenskapliga artiklar och av själva projektproblemet.
Nästa stadie är planeringsstadiet, vilket åstadkoms i form av en nulägesanalys för att skapa en tydligare bild av problemkomplexet. Nulägesanalys inkluderar användning av metoder som Genchi Genbutsu för att skapa en klarare bild av dagsläget. Nulägesanalysen bidrar också till en planering inför genomförandestadiet.
Under genomförandestadiet prövades olika förbestämda ESD-lösningar i form av experiment. Efter utförandet av experimenten redovisas resultatet av de olika ESD-lösningarna.
I avslutningsstadiet ingår det analyser av resultatet samt en diskussionsdel där det framkommer vilka svårigheter som förekommer under projektet. Analysen av resultatet består av ekonomiska
beräkningar, kvalitetssäkring och en riskanalys. En jämförelse mellan de olika lösningarna har åstadkommits för att identifiera den mest lönsamma åtgärdat. Lönsamheten evalueras ur ett ekonomiskt och ekologiskt hållbarhetsperspektiv samt ur ett produktionsperspektiv. Se Figur 3.
Figur 3. Project base och dess innehåll
