Virtual Matching
Från fysisk till virtuell sampassning
Johan Skog
Charlie Holm Bergstedt
SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT INSTITUTIONEN FÖR HÅLLBAR PRODUKTIONSUTVECKLING
Virtual Matching
av
Johan Skog
Charlie Holm Bergstedt
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2018:51 KTH Industriell teknik och management
Hållbar produktionsutveckling Kvarnbergagatan 12, 151 81 Södertälje
Från fysisk till virtuell sampassning
Johan Skog Charlie Holm Bergstedt
Godkänt
2018-06-14
Examinator KTH
Mark W. Lange
Handledare KTH
Salam Suberu
Uppdragsgivare
Scania CV AB
Företagskontakt/handledare
Mona Öqvist
Sammanfattning
I takt mot en digitaliserad värld går de allra flesta arbetsmetoderna mot datorbaserade verktyg. I dagsläget tillämpar Scania arbetsmetoden fysisk sampassning som utförs för sampassning och utvärdering av artiklars avvikelser. Detta görs för att utvärdera det estetiska utseendet på lastbilens chassi med målet att uppnå högsta kvalitet. I detta arbete använder Scania RD&T (Robust Design & Tolerancing), ett simuleringsprogram utvecklat av företaget RD&T Technology i Göteborg som används till att förutse avvikelser i
sammanställningar av artiklar. RD&T erbjuder modulen Virtual Matching som beräknar variationerna på och mellan artiklar.
Syftet med detta examensarbete är att undersöka om modulen Virtual Matching kan komplettera eller ersätta den fysiska sampassningsprocessen.
En Virtual Matching-analys har utförts mellan två artiklar med mätdata på artiklarna för utvärdering av arbetsprocessen med modulen Virtual Matching. Denna arbetsprocess har jämförts med den fysiska sampassningsprocessen på Scania. Som grund till underlaget har intervjuer och deltagande i övningar genomförts.
Modulen Virtual Matching kan bidras som ett komplement i ett tidigt stadie av fysisk sampassning som resulterar i resursbesparingar. En utvärdering av en
implementationsprocess har beskrivits tillsammans med förslag till vidare studier på liknande arbetsprocesser.
Nyckelord
RD&T, Virtuell Matchning, monteringssäkring, sampassning, konstruktion, simuleringsprogram, tolerans, Scania, PE Geometry
From physical to virtual matching
Johan Skog Charlie Holm Bergstedt
Approved
2018-06-14
Examiner KTH
Mark W. Lange
Supervisor KTH
Salam Suberu
Commissioner
Scania CV AB
Contact person at company
Mona Öqvist
Abstract
Click her Towards a digitized world, the vast majority of working processes strive for computer-based tools. Scania applies the working process physical matching that is performed for matching and evaluating article's deviations. The purpose with the
evaluation is to gain the highest visual quality of the trucks chassis. In this process, Scania uses RD&T (Robust Design & Tolerancing), a simulation program used to predict variations in compilations of articles. RD&T offers the Virtual Matching module that analyzes the variations between articles with real measurement data.
The purpose of this thesis is to investigate whether the Virtual Matching module can supplement or replace the physical matching process.
A Virtual Matching-analysis has been performed between two articles with measure data on both articles. The working process with the Virtual Matching module has been evaluated and compared with the physical matching process at Scania.
In conclusion, the Virtual Matching module can contribute as a complement in an early stage of physical matching processes which results in resource savings. An evaluation of an implementation process has been described together with proposals for further studies on similar work processes.e to insert text
Key-words
Click here to ins RD&T, Virtual Matching, geometrical robust design, matching, construction, simulation software, tolerance, Scania, PE Geometry ert text
1.1 Bakgrund ... Error! Bookmark not defined.
1.2 Syfte ... Error! Bookmark not defined.
1.3 Problembeskrivning ... Error! Bookmark not defined.
1.4 Mål ... Error! Bookmark not defined.
1.5 Kravspecifikation ... Error! Bookmark not defined.
1.6 Avgränsningar ... Error! Bookmark not defined.
2 Lösningsmetod ... Error! Bookmark not defined.
2.1 Fas 1 – Uppstart ... Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Work Breakdown Structure ... Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Sambandsanalys ... Error! Bookmark not defined.
2.2 Fas 2 – Förstudie ... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Utbildning ... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Litteratur ... Error! Bookmark not defined.
2.3 Fas 3 – Genomförande ... Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Intervjuer ... Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Virtuella analyser ... Error! Bookmark not defined.
2.4 Fas 4 – Utvärdering och slutsats ... Error! Bookmark not defined.
2.5 Fas 5 – Rapportering... Error! Bookmark not defined.
3 Faktainsamling ... Error! Bookmark not defined.
3.1 Geometrisk variation ... Error! Bookmark not defined.
3.2 Variation ... Error! Bookmark not defined.
3.3 Geometriska toleranser ... Error! Bookmark not defined.
3.4 Monteringssäkring ... Error! Bookmark not defined.
3.5 Referenspunktsystemet (RPS) ... Error! Bookmark not defined.
3.6 Geometrisk robusthet ... Error! Bookmark not defined.
3.7 DTS (Dimensional Technical Specifikation) ... Error! Bookmark not defined.
3.8 Fysisk sampassning ... Error! Bookmark not defined.
3.9 MTA (Measuring Test Assembley) ... Error! Bookmark not defined.
3.10 RD&T (Robust design & tolerancing) ... Error! Bookmark not defined.
3.10.1 Stabilitetsanalys ... Error! Bookmark not defined.
3.10.2 Statistisk variationssimulering ... Error! Bookmark not defined.
3.10.3 Bidragsanalys ... Error! Bookmark not defined.
3.11 Virtual Matching ... Error! Bookmark not defined.
3.12 Import av mätdata ... Error! Bookmark not defined.
3.13 Optimering av beräknade resultat i RD&T ... Error! Bookmark not defined.
4 Genomförande ... Error! Bookmark not defined.
4.1.1 Utbildning ... Error! Bookmark not defined.
4.2 Intervjuer på Scania ... Error! Bookmark not defined.
4.2.1 Referensbesök ... Error! Bookmark not defined.
4.3 Analys i modulen Virtual Matching (Use Case Study) ... Error! Bookmark not defined.
5.1.1 För- och nackdelar med fysisk sampassning ... Error! Bookmark not defined.
5.1.2 För- och nackdelar med Virtual Matching ... Error! Bookmark not defined.
5.2 Modulen Virtual Matching ... Error! Bookmark not defined.
6 Slutsats ... Error! Bookmark not defined.
6.1 Implementation av Virtaul Matching ... Error! Bookmark not defined.
6.2 Fortsättningsstudier ... Error! Bookmark not defined.
6.2.1 Implementationsprocess ... Error! Bookmark not defined.
6.2.2 Measuring Test Assembley (MTA) ... Error! Bookmark not defined.
6.2.3 Kontroll med Virtual Matching ... Error! Bookmark not defined.
7 Källförteckning ... Error! Bookmark not defined.
Bilagor ... Error! Bookmark not defined.
1
1 Inledning
Detta kapitel kommer presentera den inledande projektanalysen på Scania RTMI – Dimensional Engineering. Projektanalysen ska representera grunden i detta
examensarbete och ska fungera som ett hjälpmedel mot att förstå varför detta uppdrag utförs.
1.1 Bakgrund
Scania CV AB är ett av det världsledande företagen inom lastbil- och busstillverkning med försäljnings- och serviceenheter i över 100 länder världen över. Förutom lastbilar och bussar tillverkar Scania industri- och marinmotorer och tillhandahåller ett antal olika servicetjänster för samtliga av sina produkter. Scania har som huvudmål att
erbjuda det absolut bästa inom prestanda, driftsäkerhet och ekonomi. Detta bidrar till att en kund inte enbart får en fysisk produkt utan också ett anpassat helhetspaket.
Grundvärderingarna i Scanias kultur omfattar bland annat att eliminera slöseri och gå mot ett allt mer hållbart transportsystem, detta kräver en ständig utveckling inom hela organisationen. Denna ständiga utveckling har bidragit till ett allt mer säkrare, pålitligare och energieffektiva produktsortiment.
Scania jobbar inom områden där stor fokus läggs mot utvecklings- och
produktframtagningsprocesserna inom samtliga produkter, detta för att uppnå den bästa möjliga kvalitetskänsla. Ett av dessa områden är fysisk sampassning, en process där artiklar monteras med nominell bakomliggande struktur och specifika mätpunkter mäts och utvärderas. Fysisk sampassning tar resurser vilket bidrar till högre kostnader vid utvecklingen av produkter. Med hjälp av modulen Virtual Matching i RD&T vill Scania utvärdera om dessa kostnader går att minska.
1.2 Syfte
Scania vill effektivisera produktutveckling genom att minska kostnaderna med bibehållen kvalitet. Programvaran RD&T är implementerad och utövas som en standardiserad arbetsprocess på Scania, dock är modulen Virtual Matching inte inkluderat i denna process. Scania vill utvärdera om modulen Virtual Matching kan komplettera fysisk sampassning eller effektivisera arbetsprocessen.
1.3 Problembeskrivning
I nuläget använder sig Scania CV AB av en simuleringsmjukvara vid namn RD&T (Robust Design & Tolerancing). Mjukvaran gör det möjligt att simulera komplexa konstruktioner och kan förutse de geometriska variationerna från toleransutfallen i tillverknings- och
2
monteringsprocesserna. I dagens utvecklingsprocess tillämpas en fysisk
sampassningsmetod där det visuella artiklarnas estetiska utseende utvärderas på den sammanställda konstruktionen m.m. Mycket fokus riktas mot att estetiken i de visuella artiklarna ska uppnå de specificerade kraven av Gap (spel/avstånd) och Offset (flush), (se Fig 1). Dessa krav kommer ursprungligen från RCDD (Technical Design Quality).
Uppdraget i detta examensarbete består av att analysera om den fysiska
sampassningsprocessen går att ersättas eller kompletteras med modulen Virtual Matching i mjukvaran RD&T.
Figur 1: Principerna bakom begreppen gap och offset. (Geometrical Variation, PE Geometry, 2018)
1.4 Mål
Målen för detta examensarbete har definierats enligt följande:
• Beskriva fördelar och nackdelar med implementering av ”Virtual Matching”- modul samt göra en studie på om det är värt för Scania CV AB att implementera denna modul.
• Utföra virtuell sampassning på en sammanställning och komma fram med en eventuell vinstfaktor jämfört med om samma process skulle utföras inom fysisk sampassning.
• Beskriva eventuella problem vid implementering av modulen Virtual Matching.
• Utvärdera hur andra företag tillämpar Virtual Matching eller liknande arbetsprocesser.
1.5 Kravspecifikation
• Aktivt delta i en sampassningsövning på Scania, detta för att förstå hur sampassningsprocessen fungerar.
3
• Utföra minst ett simuleringsprov med Virtual Matching som arbetsmetod.
• Genomföra ett referensbesök i syfte till att utvärdera användningen av Virtual Matching inom andra företag.
1.6 Avgränsningar
• Mätdata kommer ej framställas inom ramen för detta examensarbete, denna kommer att tillhandahållas från Scania.
• Den givna mätdata innefattar inte hela konstruktionskedjan utan endast två synliga artiklar, se Fig 2.
Figur 2: Artiklarna för den genomförda Virtual Matchinganalysen.
4
5
2 Lösningsmetod
Lösningsmetoden för detta examensarbete har indelats i fem stycken olika faser, dessa faser har valts i syfte till att kontinuerligt driva fram arbetet med grund från tidigare faser. Arbetets olika faser är:
Fas 1 – Uppstart Fas 2 – Förstudie
Fas 3 – Genomförande och resultat Fas 4 – Utvärdering och slutsats Fas 5 – Rapportering
Tabell 1: Flödesschema för lösningsmetoden.
2.1 Fas 1 – Uppstart
Första delen i detta examensarbete innefattar en djupare projektanalys där varje moment i projektformalian definieras. Detta moment innefattar en formulering och definiering av arbetets inledande delar för att i sin tur ge arbetet en så bra grund som möjligt. Målet med detta är också att säkerhetsställa att alla berörda parter i
examensarbete (examensarbetarna, examinatorn, handledaren, uppdragsgivaren) har samma förståelse över syftet och målet med examensarbetet.
Uppstart
-Planering -Beskrivining -Bakgrund -Syfte -Mål -Krav
-Avgränsningar -Lösningsmetod
Förstudie
-Litteratur -Utbildning -Kurser -Intervjuer
Genomförande
-Processen -Metodik -Analys
Resultat
-Utvärdering -Slutsats
-Sammanställning
Rapportering
-Projektrapport -Presentation -Opponering
6
• Bakgrundsbeskrivning
• Syfte
• Problembeskrivning
• Målformulering
• Kravspecifikation
• Avgränsningar
• Lösningsmetod
Ett viktigt och tillhörande moment inom uppstarten är ett fastställande av
projektplaneringen. Målet för detta steg är att planera arbetet i detalj där varje aktivitet, tidsestimering och milstolpar fastställs utefter den tidsbudget det givna projektet har.
Planeringen ska vara som ett underlag för samtliga inblandade, ett underlag som ska säkerställa att arbetet är i fas och att resultatet kommer kunna presenteras i enlighet med planen. Aktiviteterna som inkluderas i planeringsmomentet är
aktivitetsnedbrytning (Work Breakdown Structure), sambandsanalys och tidsplan.
2.1.1 Work Breakdown Structure
Denna arbetsmetod syftar på en systematisk nedbrytning av arbetsprocessen, där varje aktivitet bryts ner i mindre delar. På detta sätt är det möjligt att få en bättre överblick över varje enskild aktivitet vilket leder till en ökad kunskap inom vad som krävs för att uppnå målen. Det primära syftet är alltså att identifiera de aktiviteter som behövs för att kunna utföra, skapa och redovisa varje enskild del.
Resultatet av WBS:en presenteras som ett träddiagram, där varje aktivitet sammanställs hierarkiskt från huvudmål till enskilda delaktiviteter. I detta examensarbete valdes uppdelningen efter de fem tidigare nämnda faserna. Utifrån dessa huvudmål
identifierades varje delaktivitet utefter den projektanalys som gjordes. Det
sammanställda WBS-diagrammet för detta examensarbete presenteras i Bilaga A.
2.1.2 Sambandsanalys
För att förstå vilket samband samtliga aktiviteter i WBS:en innefattar genomfördes en sambandsanalys. Syftet med denna analys är att utgå från samtliga identifierade aktiviteter för att i sin tur undersöka vilken ordning och vilket samband dessa har i relation med varandra. I detta moment togs inte tidsestimering till hänsyn, utan endast ordningen och sambanden mellan samtliga aktiviteter. Sambandsanalysen för detta arbete presenteras i ett flödesschema, se Bilaga B.
7
2.2 Fas 2 – Förstudie
En förstudie inom arbetsområdet är en ytterst värdefull process som kommer bidra med en bredare helhetsuppfattning och utgångspunkt i kunskapsbildningen. Nulägesanalysen omfattas av en studie där syftet är att samla på sig så mycket information och kunskaper inom området som möjligt. Detta medför själva grunden i den vetenskapliga metodiken i utförandet av examensarbetet och stödjer principerna kring att bygga vidare från redan befintliga kunskaper.
Detta examensarbete krävde inget större sökande inom området förstudie. Detta då förstudien inkluderades inom kategorin utbildning inför examensarbetet, vilket gjorde att all det använda kursmaterialet var tillgängligt som referensmaterial. Ytterligare källor som var tillgängliggjorda under arbetets gång var Scanias egna företagsmaterial
innehållande beskrivningar kring Scanias egna processer.
Tabell 2: Källor som använts under detta examensarbete.
2.2.1 Utbildning
Examensarbetet inledes med en utbildningsperiod som fokuserade mot att skapa en övergripande kunskapsgrund inom problemområdet. Fokusområdena för dessa
utbildningar var bakomliggande teorin bakom toleransarbetet, monteringssäkring och RD&T-mjukvaran. Dessa utbildningar är utgivna och ledda av företaget PE Geometry som med sin expertis och specialistområde inom monteringssäkring har en bredd kompetens inom området.
Utbildningsprocessen var specialanpassad inom riktlinjerna för detta examensarbete.
Detta innebar att längden på utbildningens delar kortades ner ganska drastiskt i och med den tajta tidsbudgeten. Detta kompenserades i en ständig närvaro av handledare som alltid var tillgängliga vid eventuella frågor eller oklarheter. Denna process tillät en utbildningsform som till stor del var självständig men som i stundtals varvades med gemensamma frågestunder och genomgångar.
Utbildning (PE Geometry)
• Kurser
• Kursmaterial
• Handledning
Läroböcker
• Vetenskapligt
Företagsmaterial (Scania)
• Beskrivningar
• Faktabaserad texter
• Vetenskapligt
• Utbildningsmodul
8
2.2.2 Litteratur
Källorna i Tabell 3 härledes till respektive företag (PE Geometry och Scania) vilket gjorde att dess information värderades som trovärdig och vetenskaplig. En större
granskningsprocess rörande trovärdigheten i de använda källorna gjordes därmed inte, dock togs den källkritiska aspekten i åtanke.
Tabell 3: Huvudområden för respektive källa.
2.3 Fas 3 – Genomförande
Med grund från projektanalysen och lösningsmetoden började själva genomförandet av examensarbetet. Syftet är definierat och alla aktörer rörande examensarbetet är i samförstånd över vad arbetet ska leverera. Nästa moment är alltså att planera
genomförandet av arbetet med grunder från metodbeskrivningen, dock med detaljerade beskrivningar över vilka moment som ska genomföras. Likt projektplaneringen är detta moment baserat på uppskattningar vilket i sin tur ställer krav på att genomförandet kontinuerligt uppdateras utefter den situation som befinns inom rent arbetsmässigt.
2.3.1 Intervjuer
För att få en bättre övergripande bild inom området monteringssäkring och RD&T valdes flera olika verktyg för att samla in faktamaterialen. Förutom att genomföra den
traditionella förstudien som i ett tidigt stadium tillät en snabb och effektiv nulägesanalys på Scania, valdes även tillämpning av verktyget intervjuer.
Intervjuer på Scania utfördes för en utvärdering av nulägesanalysen, förutsättningar för fysisk sampassning samt liknande arbetsprocesser.
Ett referensbesök genomfördes till Göteborg där intervjuer utfördes med RD&T Technology och PE Geometry.
PE Geometry (kursbuntar)
• Geometrisäkring
(monteringssäkring på Scania)
• RD&T-mjukvaran
• Virtual Matching
Scania intranät
• Monteringssäkring
• Arbetsmetoder
• Standarder
• Variationsprinciper
• Processer
9
Just tillämpningen av intervjuer med en rad olika kontaktpersoner inom flera olika områden möjliggjorde en bredd faktainsamling i hur fysisk sampassning fungerar på Scania och hur modulen Virtual Matching används i praktiken. Upplägget i intervjuerna var även strukturerade på ett sådant sätt att den intervjuade hade möjlighet att uttrycka sina synpunkter i området och även ge förslag till lösningar.
2.3.2 Virtuella analyser
Syftet med detta examensarbete är att undersöka och utvärdera om det går att
implementera Virtual Matching i dagens arbetsprocess på Scania. Detta arbete riktades mot två olika områden, dels att undersöka för- och nackdelar med modulen Virtual Matching men också de funktionella faktorerna i mjukvaran RD&T. För en tillräckligt bra och tillförlitlig utvärdering inom området genomfördes en Virtual Matching-analys i RD&T.
Det undersökande arbetet satte direkt fokus mot att identifiera för- och nackdelar och eventuella problem med modulen Virtual Matching. Processen baserades på ett iterativt arbete där mjukvaran testades kontinuerligt, se Fig 3.
Figur 3: Arbetsprocessen för de virtuella analyserna karaktäriserar sig som en iterativ process.
2.4 Fas 4 – Utvärdering och slutsats
Den absolut viktigaste delen i en examensrapport är utvärderingen och valideringen av möjligheterna kring implementeringen av modulen Virtual Matching. Momentet syftar
Genomföra analys
Utvärdera Dokumentera
10
till att utvärdera och bedöma för- och nackdelar och implementation av modulen på Scania. Andra utvärderingar har även utförts så som kontinuerlig kontroll med modulen Virtual Matching samt rekommenderade fortsättningsstudier vid komplement av
liknande arbetsprocesser.
2.5 Fas 5 – Rapportering
Examensarbetet ska leverera utvärderingar och slutsatser inom området Virtual Matching på Scania. Syftet är alltså att presentera vad som har genomförts och hur respektive moment har genomförts. Det slutliga målet är att presentera vilka slutsatser som dragits längst med arbetets gång.
11
3 Faktainsamling
Detta avsnitt redogör för den genomförda faktainsamlingen för ämnet i examensarbetet.
Tanken är att detta avsnitt ska vara som en grund i förståelsen av de teoretiska bitarna i ämnet, förklara orsakerna till toleranser och dess påverkan samt beskriva hur dessa kan hanteras i en produktframtagningsprocess.
3.1 Geometrisk variation
Vid tillverkning av en artikel kommer den enskildes dimension aldrig vara exakt lika de övriga i den specifika serien. Detta innebär att två artiklar aldrig kommer få exakt samma geometriska form eller storlek. Geometrisk variation på artiklar kan påverka det
estetiska utseendet på en produkt och bidra med en lägre kvalité. Vilket är anledningen till att krav ställs på leverantören att innehållande tillåtna toleranserna för de
geometriska utfallet på artikeln uppfylls.
Vid mätning av en individuell artikel inom en serie krävs det att alla artiklar har samma referenspunktsystem, alltså att alla artiklar ska mätas med samma mätuppriktning och att samma punkter skall mätas på artiklarna. I Fig 4 illustreras mätning av pennor, då alla artiklar har samma referenspunkt samt gemensam mätpunkt (pennspets). Detta bidrar till att variationer av artiklarna kan mätas (intervall av variation i Fig 4).
Figur 4: Geometrisk variation för en penna. (Geometrical Calculation Introduction, PE Geometry, 2018)
3.2 Variation
Tillverkningsprocessen av artikel kan innefatta flera olika bearbetningssteg. Vid varje steg kan väldigt små skillnader i form, storlek eller karaktär uppstå vilket gör den
12
specifika artikeln unik. Just denna skillnad är den så kallade variationen, denna kan i värsta fall bidra med att funktionen eller egenskapen på den slutliga produkten inte blir som avsett.
Variation är ett problem inom tillverkningsprocessen som kräver stor hänsyn och
planering för att på bästa sätt kunna minimera variationsavvikelserna. Faktorer som kan påverka den geometriska variationen i en komponent är små skillnader inom:
• Tillverkningsmaterialet (föroreningar, egenskaper)
• Verktygen (nytt/gammalt, skador, varmt/kallt, smutsigt,
olika verktyg)
• Manuella bearbetningar (olika operatörer, trötta operatörer,
noggrannheten)
• Tillverkningsrobotar (olika robotar, robotens precision,
underhållningen)
• Miljön (temperatur, luftfuktigheten, graden av renlighet)
• Verifikationens osäkerhet (mätmetod och mätutrustningens repeterbarhet,
mätosäkerhet)
Figur 5: Graf som illustrerar de faktorer som kan påverka den slutliga produkten. (Geometrical Calculation Introduction, PE Geometry, 2018)
13
3.3 Geometriska toleranser
Geometriska toleranser i en artikel definierar de variationsintervall som är godkänt för artikeln. Valet och ansättningen av de geometriska toleranserna ska tas med hänsyn till de funktionella och estetiska kraven för artikeln. Till detta kan även
tillverkningsprocesser påverka de specificerade toleranserna vilket innebär att
ansättningen av dessa toleranser måste tas i hänsyn och bedömas utifrån flera aspekter.
Geometriska toleranser delas in i fyra olika kategorier:
• Formtolerans:
Tolerans som definierar elementets (t.ex. rundhet, planhet och rakhet) formvariation.
• Orienteringstolerans:
Tolerans som definierar elementets riktningens variation.
• Lägestolerans:
Tolerans som definierar elementets lägesvariation.
• Kast toleranser:
Tolerans som definierar ett roterande elements form- och orienteringsvariation.
3.4 Monteringssäkring
Monteringssäkring är det moment inom tillverkningsprocessen som ska säkerhetsställa att alla artiklar är monterbara och att den avsedda funktionen bibehålls trots de möjliga processvariationerna som kan uppstå vid serieproduktioner.
Enligt de nominella måtten, i detta fall Cad-modellen se Fig 6, är variationsskillnaderna obefintliga vilket innebär att alla artiklar passar med varandra utan problem. När artikeln ska tillverkas skapar alla tillverknings- och monteringsprocesser variationer vilket bidrar med avvikelser från det nominella modellerna, artikeln kan i värsta fall resultera i oanvändbara på grund av allt för stora avvikelser. Vid montering av flera ingående artiklar krävs en toleranskedjeberäkning för att utvärdera de specifika mätpunkternas variation.
Toleranskedjeberäkning går att utföra manuellt vid enklare konstruktioner men i de flesta fall används simuleringsprogram (t.ex. RD&T). Detta arbete riktar sig mot att försöka fånga upp variationerna i tillverkningsprocessen.
14
Figur 6: Toleransvariation från den nominella Cad-modellen till processvariationen. (Assembly Assurance, Scania Inline, 2018)
Vad ingenjörer och utvecklingsavdelningen kan göra för att minska eventuella variationsavvikelser är följande:
• Justera högst bidragande faktor till avvikelsen i toleranskedjan
• Specificera relevanta element referenser och datumplan för artikeln
• Definiera toleranser för varje specifikt delfunktion för artikeln
• Toleranserna måste vara rimliga för tillverkningsmetoden.
• Korrekt och konsekvent användning av tillverkningsreferenser (bearbetning, montering, fixturkontroll eller mätuppriktning).
3.5 Referenspunktsystemet (RPS)
Ett referenspunktsystem är ett koordinatsystem för en artikel eller en sammanställning av artiklar, det finns även globala referenspunktsystem för produkter som en hel lastbil.
Dessa referenspunktsystem används som underlag vid infästningar eller positionering av artiklar. Ett referenspunktsystem är ett krav vid mätning av artiklar eller
sammanställningar och är bidragande till geometrisk robusthet.
Referenspunktsystemet har sina grunder i den specifika artikelns frihetsgrader. Varje artikel har sex stycken frihetsgrader, tre stycken för translation och 3 stycken för
rotation. För fullständig positionering behöver samtliga sex frihetsgrader vara bestämda.
Tillämpning av 3-2-1-principen kräver definiering av följande:
Planet: tre punkter på artikeln definierar planet. En begränsning i translation (Z-axeln) och rotation (runt X- och Y-axeln).
Se punkt 3 i Fig 7.
15
Linjen: två punkter definiera linjen. Begränsar rörelse i translation (X- axeln) och den sista rotationen (runt Z-axeln).
Se punkt 2 i Fig 7.
Punkt: punkt som begränsar den sista frihetsgraden, translation (Y axeln). Se punkt 1 i Fig 7.
Figur 7: Begränsningar av frihetsgraderna inom 3-2-1-principen. (Geometrical Robust Design, PE Geometry, 2018)
3.6 Geometrisk robusthet
Geometrisk robusthet innebär att placera infästningspunkter (referenser) på sådant sätt att minimal variation säkerställs.
Ett grundläggande koncept för robusthet kan illustreras med hjälp av ett bord. Beroende på hur bordets bärande ben (representerande referenspunkterna) är positionerade utefter referenspunktsystemet kan bordet på ett enkelt sätt konstrueras så att bordets stabilitet ökar.
Då bordet konstrueras med tre ben nära bordskivans centrum kommer påverkan av ett ben att bidra till bordskivans lutning och riskerar att välta föremål på bordet. Detta illustreras i Fig 8 och Fig 9.
16
Figur 8: Bord med ben nära bordskivans centrum. (Geometrical Calculation Introduction, PE Geometry, 2018)
Figur 9: Underlagets påverkan på bordsskivan. (Geometrical Calculation Introduction, PE Geometry, 2018)
Denna problematik går att åtgärda med en ompositionering av referenspunktsystemet.
Vid positionering av benen i bordskivans yttre kanter kan detta problem minimeras. Se Fig 10 och Fig 11.
17
Figur 10: Bord med ben i bordskivans yttre kant. (Geometrical Calculation Introduction, PE Geometry, 2018)
Figur 11: Underlagets påverkan på bordsskivan. (Geometrical Calculation Introduction, PE Geometry, 2018)
Detta är då endast en grundidé till geometrisk robusthet men också en bra illustration av hur en enkel justering kan illustrera verklighetsbilden av bordet och kan förminska problematiken vid användandet av bordet.
Samma princip kan användas för plastpaneler på en lastbil. Om referenspunktsystemet och infästningspunkterna är centrerade på artikeln kommer variationer att påverka de yttre kanternas placering. I Fig 12 illustrerar blå triangel centrerad infästningspunkt samt röd triangel avvikelsens utväxling.
18
Figur 12: Avvikelser vid variation på infästning
I Fig 13 illustreras samma princip som i Fig 12, endast infästningspunktens position är ompositionerad vilket bidrar till en lägre variationsutväxling.
Detta demonstrerar en högre grad av geometrisk robusthet och hur referenspunktsystemet kan påverka artikelns variationer.
19
Figur 11: Avvikelser vid en ompositionering av infästningspunkten.
3.7 DTS (Dimensional Technical Specifikation)
DTS är en teknisk specifikation av det estetiska krav för artiklar, denna specifikation används som ett underlag för det estetiska utseendet på produkter och
sammanställningar. DTS är en del av Scania intranät och används för att uppnå högsta möjliga utseendemässiga kvalitet på produkter. Kraven är visualiserade i så kallade single sheets och presenterar det godkända intervallet för både Gap och Offset, i specifikationen visualiseras även vart mätningarna på artikeln är gjorda, se Bilaga C.
Styling-avdelningen (RCDD) sätter upp specifika mål för vilka avstånd som krävs för att de visuella delarna på lastbilen skall ge en tillräckligt bra kvalitetskänsla. Dessa mål använder Dimensional Engeneering avdelningen (RTMI) som underlag för utvärdering om dessa toleranser är rimliga och även kommer med förslag på förändringar i
toleranserna för att uppfylla det estetiska utseendet för chassiartiklar. På liknande sätt arbetar avdelningen RCPL med dimensionering av lastbilens hytt. Vid den fysisk
sampassningen är det DTS-kraven som ska verifieras för att säkerhetsställa att sammanställningen är inom det godkända intervallet. Om avvikelserna är utanför specifikation tas ett beslut om avvikelsen är rimlig eller om modifiering krävs. Dessa beslut tas av RTMI tillsammans med RCDD samt MP (produktion och konstruktion).
3.8 Fysisk sampassning
Fysisk sampassning handlar om att montera ett antal uppmätta artiklar, monterade i en nominell miljö och mäta avvikelserna mellan dessa artiklar, syftet med fysisk
sampassning är att verifiera om DTS-kraven uppfylls. Det ända relevanta som mäts i en
20
fysisk sampassning är visuella artiklarnas avvikelser, hur de passar mot varandra och om dessa avvikelser tillsammans uppfyller DTS-kraven. Processen för en fysisk sampassning börjar med skapandet eller beställningen av en nominell fixtur representerande den bakomliggande struktur av artiklarna som skall mätas. Därefter beställs stickprov av artiklarna samt mätvärden på singelartiklarna. Artiklarna transporteras och lagras tills alla artiklar har levererats. Dessa stickprov monteras sedan på den nominella fixturen.
Mätning utförs när artiklarna är på plats och sedan utvärderas de olika intressanta mätpunkterna (DTS-kraven) på och mellan artiklarna. Den fysisk
sampassningsprocessen utförs inom avdelningen MPAP och tar cirka 6 veckor att genomföra beroende på komplexiteten i mätningen.
Kostnaden för en fysisk sampassningsmätning beror på ett antal olika faktorer vilket gör det svårt att specifikt säga hur mycket en mätning kostar. Faktorer som har en
bidragande påverkan på kostnaden antalet ingående artiklar som ska mätas, beställas, transporteras, lagerhanteras, monteras och analyseras.
Vid en icke godkänd artikel i en fysisk sampassningsövning kräver detta att hela processen behöver återupprepas. Oftast bokas tre stycken sampassningsmätningar för varje mätområde, detta för att säkerhetsställa att en ny loop snabbt kan initieras vid händelsen av att den första mätningen blir utanför specifikation.
3.9 MTA (Measuring Test Assembley)
Vid fysiska tester kan en MTA-mätning utföras, denna mätningsprocess riktar sig mot att mäta den bakomliggande strukturen för de visuella artiklarna. Med MTA-mätningen som underlag görs utvärderingar hur monterbar konstruktionen är. Bakomliggande struktur justeras manuellt efter behov med hjälp av bl.a. borr, slip och shims (distanser). Denna uppsättning av artiklar kan användas som fixtur till fysisk sampassning om
sammanställningen är nominell.
Detta är en stor mätning som tar lång tid och mycket resurser som är värt att utvärdera djupare om MTA kan kompletteras eller ersättas av Virtual Matching.
3.10 RD&T (Robust design & tolerancing)
Robust design & tolerancing Technology är ett företag som har skapat en mjukvara som är tillämpat för att effektivisera produktutveckling. Syftet med denna mjukvara är att ett sammanställningskoncept kan i ett tidigt stadie analyseras. Ett användningsområdet av RD&T är att analysera det estetiska utseendet av en produkt med hjälp simuleringar av artiklarnas avvikelser, därtill utförs mycket beräkningar rörande de funktionella kraven till specifika artiklar. Syftet är att utvärdera monteringssäkerheten i sammanställningen.
Mjukvaran möjliggör genomförandet av analyser innan själva prototyptillverkningar börjat, vilket minskar risken till att behöva justera artikeln flera gånger. Avvikelserna simuleras med hjälp av mjukvaran vilket gör att eventuella problemområde kan identifieras i förväg.
21
RD&T är inriktat på att ge en bra verklighetsbild på hur en produkt kommer att se ut efter tillverkningen och montering. Fördelen med RD&T är att inga fysiska artiklar behövs för att utföra mätningar, endast 3D- och ritningsunderlag.
RD&T använder sig av statisk variationssimuleringen Monte Carlo för att beräkna spridningen av avvikelser i modellen. Detta ger kunden som använder RD&T möjlighet att modifiera sina modeller och se avvikelser utan prototyptillverkning. Vid artiklar inom specifikation utgör RD&T en tillförlitlig simulering, dock vid artiklar utanför
specifikation kan inte RD&T simulera detta på grund av leverantörsbrister.
3.10.1 Stabilitetsanalys
Redan vid en tidig fas kan RD&T analysera den geometriska stabiliteten i en produkt.
Mjukvaran beräknar kritiska områden som kan ge upphov till geometrisk instabilitet samt positionering av ingående komponenter i en sammanställning med artiklarnas RPS.
RD&T kan exempelvis beräkna om sidopanelernas positionering på en lastbils chassi är kritiskt och kan ge rekommendationer på vart den skall sitta eller t.o.m. modifiera detta automatiskt i mjukvaran. Denna modul bidrar med en högre geometrisk robusthet på produkten vilket är huvudmålet med en geometrisk stabilitetsanalys. Vid modifiering av en artikels geometriska stabilitet grundas detta på artikelns RPS, sammanställningen påverkas alltså mindre av avvikelser.
3.10.2 Statistisk variationssimulering
RD&T använder sig av Monte Carlo simulering som tillämpas för att göra statiska beräkningar.
Variationssimuleringen kan beräkna med en specifik säkerhet hur utfallen kommer att se ut med hjälp av normalfördelningens standardavvikelser. Beroende på vilken grad av precision och vikten av de området som analyseras kräver produkten olika
standardavvikelser. Förklaring på precisionen av intervallen illustreras i Fig 14.
22
Figur 14: Normalfördelning och standardavvikelser. (Webbplatsen)
Variationsanalysen beräknar processens läge inom toleransintervallet (Cpk,
processkapabilitet eller duglighetstal). Detta intervall är satt från övre tolerans- till undre toleransgräns. En spridning av en avvikelse kan ligga inom toleransernas intervall eller utanför intervallet vilket medför högre risk att en artikel är utanför specifikation.
Ett normalt minimumkrav för processduglighet är Cpk, 1,33 (beroende på processdugligheten).
RD&T har också kapaciteten att beräkna medelvärde av en spridning och även medelvärdets förflyttning. Justeringar av RPS kan förflytta av medelvärdet på
spridningen och även påverka spridningens intervall. Detta bidrar med att en bidragande faktors avvikelse kan påverka en visuell avvikelse positivt och skapa en högre grad av kvalitetskänsla.
3.10.3 Bidragsanalys
Vid mätning mellan två mätpunkter (eller en singelpunkt) på artiklar kan bidragande faktorer beräknas. Dessa faktorer kan bestå av toleranserna eller glapp mellan referens- eller mätpunkterna som i sin tur kan bidra till ett påverkat mätresultat. Vid mätning at DTS-kraven är detta en bra arbetsmetod för att illustrera vilka punkter som bidrar till avvikelser utanför specifikation (eller uppfyller DTS-kraven) och vilka punkter som bör justeras. Se Fig 15 för en bidragsanalys.
23
Figur 15: Bidragsanalys.
3.11 Virtual Matching
Virtual Matching är en modul i RD&T som kan ersätta fysisk sampassning.
Förutsättningarna för användandet av Virtual Matching är att mätdata är tillgänglig för alla ingående artiklar som ska mätas. För en tillräckligt bra statistisk precision bör minst 25 - 50 stycken mätrapporter erhållas från samma tillverkningsserie. Detta beror på vilken grad av statistisk precision som önskas på analysen. Modulen erbjuder
möjligheten att visuellt illustrera hur sammanställningen kommer att se ut om de mest avvikande artiklar ingår i produkten. Detta bidrar med att justeringar i ett tidigt stadie kan utföras utan behov av tillverkning.
För det mest optimala resultatet bör det göras mätningar från olika serier i processen, dessa mätningar bör uppdateras och kontrolleras kontinuerligt för en effektiv
produktion med minimerad medelvärdesavvikelse.
Ett krav för att utnyttja modulen Virtual Matching i RD&T är att mätdata som används vid simuleringarna lagras i en .csv-fil (kommaseparerade värden). Mätvärden som är lagrade i Microsoft Excel kan konverteras direkt ur Excel-filen till en csv-fil. Se Fig 16.
24
Figur 16: Hur en .csv-fil skapas ur Excel.
Detta skapar rekommendationer att vid mätning av artiklar skall resultaten lagras i Excel för en enklare process vid simulering i Virtual Matching.
3.12 Import av mätdata
För att skapa en analys i modulen Virtual Matching utförs metoden i två steg. Det första som behöver importeras är mätpunkternas namn, nominella koordinater,
normalriktning, samt övre och undre gränser för toleranserna. I Virtual Matching heter denna funktion ”Feature Grid”. Funktionen skapar då sina nominella punkter i RD&T och kan därifrån användas som referenser till mätningar och variationerna i dessa punkter.
Punkterna som skapas med en Feature Grid är de områden som påverkar de önskade mätpunkterna (DTS-kraven). Detta ställer krav på leverantören att leverera
mätrapporter med dessa väsentliga variationspunkter.
Steg två är att importera variationerna i dessa mätpunkter. Denna funktion heter ”Data Grid” och innehåller mätpunktens namn, variationens riktning och variationen.
Variationerna skall refereras till dess datum och tid då mätningen är utförd. Se Fig 17.
25
Figur 17: Mall för Data Grid.
Detta går att konvertera mätdata till csv-fil på olika sätt. Finns det ett mätdatabassystem implementerat på företaget kan det enkelt hämtas ut en csv-fil direkt ur databasen (t.ex.
Volvo använder CM4D som mätdatabassystem). Detta förenklar processen vid
användning av modulen Virtual Matching och är även en grund för en bra arbetsprocess vid användandet modulen. Det går även att konvertera Excel-filer direkt till csv-formatet.
Ett annat sätt att importera mätdata i RD&T är att beställa DMIS-filer för mätningen av leverantören. Dessa filer är grunden till mätrapporterna och RD&T är anpassat till dessa filer då underlag till csv-filer inte alltid existerar.
3.13 Optimering av beräknade resultat i RD&T
En sammanställning med avvikelser som ligger utanför DTS-kraven kräver åtgärder. För att identifiera orsakerna till avvikelserna bör sammanställningen simuleras i RD&T, detta för att sin tur kunna informera leverantören vilka åtgärder som behöver utföras. I RD&T finns det två olika sätt att göra detta på. Det mest effektiva sättet är att använda en funktion som heter Best fit. Denna funktion justerar referenspunkterna så att
spridningen och spridningens medelvärde på avvikelserna närmar sig det optimala och att konstruktionen blir mindre påverkad av variationer. Detta ger inte operatören någon förståelse för hur referenspunkterna påverkar avvikelserna men utfallet ger bästa möjliga positionering av artikeln.
Vid behov av förståelse för hur referenspunkterna påverkar avvikelserna på
mätpunkterna finns det en anpassad funktion vid namn Trial error. Denna funktion tillåter operatören att manuellt justera positionerna av referenspunkterna och se hur spridningen på avvikelserna förändras. Detta tar oftast längre tid och blir inte lika bra som Best fit. Däremot ger det operatören en bra erfarenhet för förståelsen av
referenspunkternas påverkan på avvikelserna.
Rekommendation för användningen av dessa funktioner är att operatören initialt ska genomföra manuella justeringar i RD&T, detta för att bygga upp erfarenhet och förståelse av positioneringen av referenspunkterna. I efterhand bör operatören genomföra en Best Fit, utifrån detta analysera och utvärdera båda resultaten för att sedan tillämpa bästa möjliga positionering av referenspunkterna.
26
27
28
4 Genomförande
Detta avsnitt presenteras genomförandet i examensarbetet. Till detta tillhör utförandet av den virtuella sampassningen för det tilldelade arbetsområdet där själva analysdelen i Virtual Matching utfördes.
Denna beskrivning är genomförd på ett sådant sätt att de mer detaljerade momenten inom exempelvis programvaran RD&T och modulen Vritual Matching inte inkluderas.
4.1.1 Utbildning
Utbildningarna fokuserade mot den bakomliggande teorin inom variationer,
geometrisäkring1 och RD&T-mjukvaran. Som tidigare nämnt minimerades längden på utbildningarnas delar ganska drastiskt i och med den korta tidsramen för
examensarbetet, detta kompenserades dock i en ständig närvaro av handledning. Denna process tillät en utbildningsform som till stor del var självständig men som i stundtals varvades med gemensamma frågestunder och genomgångar.
Utbildningen strukturerades upp i fem olika kurser, dessa var speciellt utvalda med tanke på området för detta examensarbete. I och med att PE Geometry tillhandahåller ett tiotal olika kurser gjordes en avvägning utifrån relevans kring området i respektive kurs.
De kurser som genomfördes var de fem kurser som presenteras i Tabell 4.
1 Definition enligt PE Geometry: ”geometrisäkring är alla processer som syftar till att skapa en geometriskt robust och väldefinierad produkt, som är så nära perfektion som möjligt i sin geometriska omgivning, både funktionellt och estetiskt”
29
Tabell 4: De fem kurser och dess huvudområden.
Dessa utbildningar bidrog med alla den nödvändiga kunskapen för att kunna förstå den bakomliggande teorin och jobba mer självständigt inom området. Vilket i sig var en viktig del inom examensarbete då de tidigare kunskaperna inom exempelvis toleranser och monteringssäkring var något bristfälliga.
4.2 Intervjuer på Scania
Intervjuerna på Scania riktades mot personer som på ett eller annat sätt kopplades till monteringssäkringsprocesserna på Scania, antingen inom utveckling eller
sampassningsprocesserna. Urvalet av personer som skulle intervjuas gjordes i samarbete med den ansvarande avdelningen som examensarbete genomfördes inom (Scania RTMI).
Valet av dessa personer grundade sig i den relevansen rent kunskapsmässigt dessa personer hade till problemområdet. Följande intervjuer genomfördes:
− Jonas Palmgren (Scania MPAP – Team Leader):
Intervjun med Jonas genomfördes med syftet till att samla information om den fysiska sampassningsprocessen på Scania. Stor fokus riktades mot att förstå för hur och vilka sampassningsprocesser som genomförs på Scania, vilka avdelningar som berörs och målen med fysisk sampassning.
I och med Jonas stora erfarenheter inom området fysisk sampassning på Scania gav denna intervju väldigt bra information kring dessa processer. Ytterligare gav han förslag till områden som har en del problem och förslag till hur dessa
områden skulle kunna förbättras. (se Bilaga D) Kurser
Geometrical Calculation
Introduction Introduktion inom
geometriskaberäkningar
Geometrical Variation Orsakerna bakom variationer
Geometrical Quality Control Faktorer till geometrisk kvalitet
RD&T Modelling Basic De grundliga funktionerna i RD&T-mjukvaran.
RD&T Modelling Advanced Fortsättningskurs som djupare beskriver mjukvarans olika verktyg.
30
4.2.1 Referensbesök
Referensbesöken genomfördes på grund av flera aspekter;
1. Få en ökad kunskap och breddare överblick inom modulen Virtual Matching.
2. Möta experter med erfarenhet inom områdena RD&T och modulen Virtual Matching.
3. Få en inblick i utveckling och framtiden inom området RD&T och modulen Vritual Matching.
Besöken som genomfördes var riktade mot personer som på ett eller annat sätt är experter inom området monteringssäkring och Virtual Matching. I och med att ett
referensbesök oftast kräver en del resurser (tid, pengar, planering), fanns det inte riktigt tid för att genomföra flera besök vilket ställde kravet mot att sålla ut de absolut
viktigaste kontaktpersonerna. Tidigt i examensarbetet fick vi kontakt med både PE Geometry och RD&T, både ledande aktörer bakom principerna inom monteringssäkring och Virtual Matching. Med detta i åtanke riktads all fokus mot att just genomföra
referensbesöken till dessa aktörer. De besök som genomfördes var:
− Mikael Rosenqvist (Vice VD - PE Geometry, Göteborg):
Ett av det genomförda referensbesöket gjordes till PE Geometrys huvudkontor i Göteborg. Under detta besök intervjuades Mikael Rosenqvist, Vice VD inom företaget.
Mikael arbetar för närvarande med ett projekt på Volvo Cars där huvudområdet är att försöka implementera modulen Virtual Matching inom den aktuella sampassningsprocessen.
Intervjun som genomfördes riktades huvudsakligen mot området Virtual Matching och möjligheterna som mjukvaran kan bidra med. Syftet var alltså att försöka skapa sig en uppfattning hur marknaden bedömer virtuell sampassning, vilka andra företag som tillämpar metoden och vilka områden Scania bör tänka på vid en implementering. (se Bilaga E)
− Lars Lindkvist (Docent – Chalmers, Göteborg):
Referensbesöket till Lars Lindkvist som är docent på Chalmers, där han forskar inom området RD&T och geometrisäkring (Scanias definition på
monteringssäkring). Han är även en av de ansvariga för utvecklingen av mjukvaran RD&T och arbetar mycket med kundanpassning efter önskemål.
Den genomförda intervjun riktades mot frågor kring mjukvaran RD&T och modulen Virtual Matching. Vilken utveckling mjukvaran riktas mot, vilka begränsningar som identifierats, vilka förbättringar som planeras samt hur marknaden ser på RD&T. Under detta tillfälle togs även chansen till att lära sig principerna bakom skapandet av csv-filerna. (se Bilaga F)
31
4.3 Analys i modulen Virtual Matching (Use Case Study)
Huvudområdet i detta examensarbetet var att genomföra en Virtual Matching inom ett givet område och dra slutsatser utifrån de resultat som har erhållits. Bortsett från faktastudierna lades mycket fokus inom detta område, då förståelsen bakom just
analyserna skulle kunna bidra med nya kunskaper. Arbetsprocessen bakom den virtuella sampassningsanalysen var av karaktären try-and-error, med detta menat att mycket av det analyserande arbetet gjordes med prövande karaktär. Utbildningarna och förstudien inom mjukvaran RD&T och modulen Virtual Matching gav mycket bra kunskaper i principerna bakom dess användning, men ibland skapade små detaljer problem med kontinuiteten i arbetet.
Mjukvaran har de specifika preferenserna rörande hur mätdata ska avläsas, hur csv- filerna ska utformas, hur definieringen av mätpunkterna ska se ut. Detta bidrog i
upprepande avbrott i genomförandet för att istället gå mot problemlösande karaktär för att identifiera vad som hade varit felaktigt vid varje specifikt tillfälle.
Tabell 5: Den iterativa problemlösningsprocessen
Den virtuella sampassningsanalysen genomfördes i flera steg:
1. Inom ramen för detta examensarbetet var den nominella CAD-strukturen för analysområdet redan skapat.
Analys
Problem
Problemlösing
32
Området som detta arbete satte fokus mot var två sidokjolar på lastbilens chassi, dessa artiklar tillhörde den kompletta CAD-sammanställningen som tillhandahölls till denna analys, se Fig 18 (se Bilaga G för hela sammanställningen):
• Frontpanel
• Mittpanel
Figur 18: området för den virtuella sampassningsanalysen.
2. För att fullfölja analysen krävs mätdata, referenspunkter (artikelns
infästningspunkt mot den bakomliggande strukturen) och mätdata för respektive analyspunkt. I denna analys genomfördes en undersökning av Gap
(spel/avståndet) och Offset (Flush) mellan de två artiklarna, detta innebar att mätdata kopplade till dessa punkter endast användes.
Mätdatan som tillämpades i denna analys avlästes i mätrapporterna från leverantörerna för specifik artikel. Detta moment krävde att varje mätdata för respektive mätpunkt sammanställdes manuellt för vidare användning i skapandet av csv-filerna.
De skapade csv-filerna var:
• Feature Grid: simuleringspunkternas namn, nominella koordinater, ytans normalriktning, samt övre och undre gräns för toleranserna.
33
• Data Grid: simuleringspunkternas namn, variationsriktning och variationen.
3. Vid importen av Feature- och Data Grid definieras samtliga referens- och
mätpunkter i de specifika artiklarna. Detta steg definierar alltså endast de punkter som själva analysen i Virtual Matching kommer referera till.
Figur 19: analysmodellen med definierade referens- och mätpunkter.
4. Med de definierade mätpunkterna som grund, skapades definitionerna för mätningarna. Detta moment definiera vilken mätning som ska göras vid varje specifik mätpunkt. Inom detta område skapades två olika typer av
mätdefinitioner (se Fig 20):
• Gap
• Flush
34
Figur 20: analysmodellen med definierade Gap- och Offset mätningar.
5. Den första variationsanalysen genomfördes. Denna analys genomför en Monte Carlo beräkning för alla utfallen mellan de definierade mätpunkterna. I detta fall genomfördes en variationsberäkning med 10.000 utfall, programmet beräknar då variationerna i 10.000 utfall.
Verktyg: Analyze Variation
Resultatet som denna analys generar är medelvärdesavvikelsen för varje
mätpunkt. Syftet med detta är att minimera medelvärdesavvikelsen mot noll för att få en jämn spridning inom DTS-kravens toleransintervall.
6. Resultatet från variationsanalysen behandlades som ett utgångsläge, där målet var att förbättra själva medelvärdesavvikelsen. För att undersöka detta
genomfördes en Best-Fit-analys. Det mjukvaran gör är att simulera varje utfall för att i sin tur beräkna och ge förslag på hur referenspunkterna bör justeras för att ge en stabilare geometri med mindre medelvärdesavvikelse.
7. Utvärdera det mätresultat som modulen Virtual Matching genererat utifrån den genomförda variationsanalysen samt Best-Fit-analysen. Med den presenterade medelvärdeavvikelsen kan det genomsnittliga utfallet utvärderas med underlag från DTS-kraven.
35
4.4 Resultat av analysen i modulen Virtual Matching (Use Case Study)
Målet med denna analys var att mäta gap och offset mellan dessa två artiklar. Dessa gap och offset är specificerade i DTS-kraven, och vilka toleransintervall vardera mätpunkt måste uppfylla. Mätvärden matades in för varje mätpunkt på respektive artikel och sedan analyserades mätpunkterna om det uppfyllde DTS-kraven till en precision på
standardavvikelsen 6σ.
Efter utvärdering mellan DTS-krav och variationsanalys drogs slutsatsen att alla DTS- krav ej uppfylldes. Efter optimering med funktionen best fit optimerades resultatet, dock uppfylldes fortfarande inte alla mätpunkter DTS-kraven.
Notering! Tillräckligt med mätdata var ej tillgängligt vid analystillfället. Detta bidrog till att slumpmässiga mätvärden skapades vilket kan påverka det slutliga resultatet. Vid observation av de slumpade mätvärdena upptäcktes stora avvikelser från de riktiga mätvärdena från leverantör vilket bidrar till statistisk osäkerhet.
36
5 Utvärdering
Detta avsnitt presenterar utvärderingen av det genomförda arbetet. Med grunder från faktainsamlingen och genomförandet utvärderas möjligheter till implementation av modulen Virtual Matching. Arbetet satte fokus mot att utvärdera för- och nackdelar i respektive område för att i vidare studie kunna presentera en slutsats.
5.1 Virtual Matching jämfört med Fysisk sampassning
Virtual Matching är en gynnsam arbetsprocess i många aspekter. Det som krävs för att utföra en analys är tillgången till mätdata på de singelartiklar som ingår i sampassningen som skall analyseras. En analys i modulen Virtual Matching kan utföras i ett tidigt stadie av produktutvecklingen och komplettera fysisk sampassning.
Vid implementering av modulen Virtual Matching kommer arbetsprocessen skilja sig från den fysiska sampassningsprocessen som tillämpas på Scania. Vid sidan av modulen Virtual Matching bör följande moment implementeras för bästa möjliga resultat:
• beställning av artiklar och dess mätdata,
• transport av dessa artiklar till Scanias egna lagerlokaler,
• lagerförvaring tills mätningarna kan utföras,
• montering av den nominella bakomliggande strukturen för att sedan montera mätartikeln
• mäta artikeln enligt de förbestämda kraven,
• analysera mätresultatet.
Det som krävs för att utföra en analys i modulen Virtual Matching är korrekt mätdata på de ingående artiklarna. Om dessa mätrapporter levereras från leverantören eller om Scania initierar egna mätningar spelar egentligen ingen roll. Med tillräckligt många genomförda mätningar lyckas en statistiskt säkerställd artikelvariation framställas som kan användas som underlag till analyserna i RD&T och modulen Virtual Matching. En process som i dagens läge tar upp till 6 veckor att genomföra och kräver stora summor pengar, som istället kan genomföras virtuellt under perioden av 1-7 dagar beroende på förutsättningarna för analysen (t.ex. mätrapportstruktur, antal artiklar, korrekt mätdata, antal DTS-krav). Besparingarna blir markanta på flertalet områden:
• kräver inga lagerlokaler eller transporter,
• färre operatörer/arbetare,
• inga slöseri med artiklar,
37
• kortare ledtider för analysloopar.
• högre statistik precision med Virtual Matching-analys då flera kombinationer analyseras.
Fördelarna med modulen Virtual Matching i jämförelse med fysisk sampassning är många, men det bidrar dock med en del problematik som inte går att bortse från.
Kortfattat har Virual Matching modulen en del brister då modulen Virtual Matching baseras helt på mätdata, modulen tar alltså inte hänsyn till monterbarhet, underhåll eller andra problemställningar som kan uppstå vid produktion. dessa nackdelar och
begränsningar resulterar att modulen Virtual Matching i dagens läge inte kommer kunna ersätta fysisk sampassning utan istället utföras som ett komplement. Analyser i modulen Virtual Matching kan användas i ett tidigt stadie av utvecklingen och komplettera tidiga loopar fysisk sampassning. Denna sammanställningen bör dock kontrolleras innan godkännande.
5.1.1 För- och nackdelar med fysisk sampassning Fördelar:
+ Operatörerna har tillgång till att fysiskt justera artiklarna utefter resultaten och mäta om och kunna ge en bra verklighetsbild på vad som behövs justeras för den kompletta sammanställningen.
+ Fysisk sampassning kan utföras på en justerad MTA prövning då bakomliggande strukturen är nominell.
+ Fysisk sampassning bidrar med utvärdering av monteringsproblematik och tillgänglighet för underhåll.
Nackdelar:
− När artikel är monterad på fixturen så klassificeras artikeln som använd och behöver skrotas efter demontering och att hela mätningsprocessen är klar.
− Fixturer inte alltid finns tillgängliga för de sampassningarna som ska utföras och detta är då också en extra kostnad att framkalla.
− Om sampassningen inte uppfyller DTS-kraven så måste detta rapporteras och ett beslut måste tas om justering av artikeln är tillräckligt gynnsam. Om beslutet tas att det skall beställas en ny artikel med de justeringar som beslutats så kommer hela processen för fysisk sampassning att utföras igen, med beställning av nya artiklar, transport, lagerhantering, montering, mätning och en ny utvärdering utföras.
38
39
5.1.2 För- och nackdelar med Virtual Matching Fördelar:
+ En analys kan utföras i ett väldigt tidigt stadie av produktutvecklingen. När mätdata kan levereras från leverantören så kan analysen utföras mycket tidigare än om en fysisk sampassning skulle utföras.
+ Förändringar i ett tidigt stadie är positivt då det kräver färre resurser såsom;
mindre transporter, mindre lagerutrymme nyttjas, färre involverande operatörer, material behöver inte skrotas. Allt detta gynnar både miljön och kostnad av processen.
+ Om det finns flera mätrapporter av varje artikel speglar statistiken verkligheten mycket bättre än om det utförs en fysisk sampassningsövning som då är ett stickprov av alla artiklar.
+ Vid begränsningar av mjukvaran så är RD&T Technology hängivna att bidra med modifiering av programvaran efter kundens behov.
Nackdelar:
− Flera mätrapporter av alla ingående artiklar i sammanställningen krävs för att uppnå en statistisk precision på analysen.
− Mätdata kan vara felaktigt från leverantör vilket leder till otillförlitligt resultat, t.ex. gammal mätdata eller maskinellt mätfel.
− Artikelsatser har aldrig samma medelvärde på variationen vilket betyder att första uppsättningen av artiklar inte kan representera resterande leveranser av samma artiklar.
5.2 Modulen Virtual Matching
För att en arbetsplats ska kunna fungera på ett effektivt sätt krävs arbetsprocesser som eliminerar de allra flesta problemområden. Detta arbete ställer krav på att alla
arbetsverktyg är enkla och direkt anpassade till specifika behov. Effektiviseringsarbetet är grunden inom en organisation vilket gör att en ständig revidering av arbetsverktygen är ett måste.
Monteringssäkringen på Scania är ett område som kräver utveckling, inte minst när det gäller arbetsverktyget Virtual Matching. Mycket utveckling och förbättringar genomförs kontinuerligt vilket riktar mjukvaran i rätt riktning. Förbättringsarbetet tillsammans med anpassningsmöjligheterna inom RD&T bidrar till ett gyllene tillfälle för vilket företag som helst att implementera en stark mjukvara med möjligheter som få andra mjukvaror kan bidra med. Med detta sagt har Scania stora möjligheter till att positionera
40
sig i framkanten inom lastbilsindustrin och leda utvecklingen mot ett mer simuleringsdrivet arbetssätt.
Följande problemområden har identifierats vid genomförandet av den virtuella sampassningsanalysen inom ramen för detta examensarbete:
• Csv-filerna kräver en specifik mall för hur själva filstrukturen ska se ut, om denna inte följs kan RD&T inte importera filerna på ett korrekt sätt.
• Vid import av nya variationspunkter (Feature Grid) och tillhörande mätdata (Data Grid) måste dessa punkter definieras på nytt.
Dessa problem kan bero på oerfarenhet med mjukvaran, alltså att lösningar redan finns eller lätt går att åtgärda från RD&T sida. Dessutom är dessa problem mer praktiska då det inte utgör direkta problem med analysprocessen.
Utvecklingsingenjören kommer vara tvungen att utföra moment som i bästa fall skulle kunna vara eliminerade från analysprocessen i första början. Istället för att behöva upprepa moment som endast bidrar med resursförluster skulle processen kunna effektiviseras vilket underlättar arbetet både för den skilda ingenjören och organisationen som helhet.
