Konstruktion av snabbfästen för monteringsfixturer inom fordonsindustrin
Utrustning som underlättar arbetet mot en renare monteringsmiljö
Construction of quick fasteners for fixtures in the wheel loader industry
Erasmie Carl
Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap
Högskoleingenjörsprogrammet i innovationsteknik och design Examensarbete, 22.5 hp
Handledare: Lennart Wihk Examinator: Leo de Vin 2018-06-17
2
Abstract
MSGC12, Bachelor thesis in Design engineering is the graduating course for students at Karsltad university studying innovation and design engineering. The course is conducted in the spring 2018 and comprises of 22.5 credits. The work has been carried out at Volvo Construction Equipment in Arvika.
The aim was to create better conditions for continuous cleaning when installing hydraulic components in the assembly flow, where the role of the thesis was to investigate and develop new concepts on how fasteners could look like.
The different phases of product development have been applied, the methods are well proven since previous courses. Methods used during the course of work are user analysis, concept generation with elimination matrices and mechanical engineering techniques.
The result is a variant of quick fasteners that can loosen the fixture from the assembly line, thus providing a prerequisite for example washing the fixture in an industrial washing machine. In this way, the prerequisite for cleaner installation is created when a machine is washing and filtering instead of an operator having to do the same work with paper, household cleaner and a disc brush.
3
Sammanfattning
MSGC12, examensarbete för högskoleingenjörsexamen i innovationsteknik och design är
examinerande kursen för studenter vid högskoleingenjörsprogrammet innovationsteknik och design vid Karlstads universitet. Kursen utförs våren 2018 och omfattar 22.5 högskolepoäng. Arbetet har utförts hos Volvo Construction Equipment i Arvika.
Målet var att skapa bättre förutsättningar för löpande renhållning vid montering av
hydraulikkomponenter i monteringsflödet där examensarbetets roll var att undersöka och ta fram nya koncept på hur snabbfästen skulle kunna se ut till fixturer som hydraulikkomponenter monteras i som idag sitter fast på monteringsområdet.
Produktutvecklingens olika faser har tillämpats som metod för examensarbetet, faserna och metoden är väl beprövad sedan tidigare kurser. Metoder som använts under arbetets gång är användaranalys, konceptgenerering med elimineringsmatriser samt konstruktionsteknik.
Resultatet är en variant av snabbfäste som skall kunna lossa fixturen från monteringslinan, och därmed ge en förutsättning för att till exempel tvätta fixturen i en industritvätt. På så vis skapas förutsättning för renare montering då en maskin tvättar och filtrerar istället för att en operatör ska göra samma arbete med papper, hushållsrengöringsmedel och en diskborste.
4
Begreppslista
Large line – monteringslina där större hjullastare byggs hos Volvo CE. Uppdelning har gjorts för att få ett bättre flöde i monteringen då storleksvariation är jobbig inom montering med avseende på verktyg och så vidare
Medium line – monteringslina där mindre hjullastare byggs
Fixtur – Verktygsdetalj som håller fast artiklar som skall monteras i ett stadigt grepp och är fastmonterade i en bänk.
Ventilblock – Ventil som styr hur hydraulolja skall transporteras i hydraulsystemet, till exempel om skopan skall vinklas upp eller ner.
Nippel – koppling mellan slang och ventilblock.
5
Innehåll
1 Inledning ... 7
1.1 Bakgrund ... 7
1.2 Syfte ... 7
1.3 Mål ... 8
1.4 Problemformulering ... 8
1.5 Avgränsningar ... 8
2 Genomförande ... 9
2.1 Projektplan ... 9
2.1.1 FMEA (feleffektsanalys) ... 9
2.1.2 WBS (Work Breakdown Structure) ... 10
2.1.3 Pert-schema... 11
2.1.4 Tidsplan och Gantt ... 11
2.1.5 Veckoplanerare ... 12
2.2 Litteraturstudie ... 12
2.3 Förstudie ... 12
2.3.1 Användaranalys rengöring samt handhavande ... 12
2.3.2 Riskanalyser av rengöringsmetod samt handhavande ... 13
2.3.3 Intervjuer ... 13
2.3.4 Benchmarking ... 14
2.4 Kravspecifikation ... 14
2.5 Konceptgenerering ... 15
2.6 Konceptutvärdering ... 15
2.6.1 Litteraturstudie ... 16
2.6.2 Elimineringsmatriser ... 16
2.6.3 Konceptriskanalys ... 17
2.6.4 Konceptmöten ... 17
2.6.5 Konceptval ... 18
2.6.6 Ergonomisk analys ... 18
2.7 Konstruktion ... 18
2.7.1 Vidareutveckling ... 18
2.7.2 CAD-modell ... 19
2.7.3 Materialval ... 19
2.7.4 Hållfasthetsberäkning ... 19
2.7.5 Avstämning mot kravspecifikation ... 19
6
2.7.6 Modell... 20
3 Resultat ... 21
3.1 Projektplan ... 21
3.1.1 FMEA (Feleffektsanalys) ... 21
3.1.2 Tidsplan och Gantt ... 21
3.1.3 Veckoplanerare ... 22
3.2 Förstudie ... 22
3.2.1 Litteraturstudie ... 22
3.2.2 Användaranalys rengöring samt handhavande ... 22
3.2.3 Riskanalyser av rengöringsmetod samt handhavande ... 29
3.2.4 Intervjuer ... 30
3.2.5 Benchmarking ... 31
3.3 Kravspecifikation ... 32
3.4 Konceptgenerering ... 33
3.5 Konceptutvärdering ... 36
3.5.1 Litteraturstudie ... 37
3.5.2 Elimineringsmatris ... 37
3.5.3 Konceptriskanalys ... 38
3.5.4 Konceptval ... 38
3.5.5 Ergonomisk analys ... 39
3.6 Konstruktion ... 39
3.6.1 Vidareutveckling ... 39
3.6.2 CAD-modell ... 41
3.6.3 Materialval ... 46
3.6.4 Hållfasthetsberäkning ... 47
3.6.5 Avstämning mot kravspecifikation ... 48
3.6.6 Modell... 49
4 Diskussion ... 52
5 Slutsats ... 54
Tackord ... 55
Referenslista ... 56
Bilagor ... 58
Bilaga 1. Projektplan. ... 58
Bilaga 1.1 Slutgiltig Gantt-schema ... 67
Bilaga 2. Kravspecifikation ... 68
Bilaga 3. Riskanalyser ... 71
7
Bilaga 3.1 ... 71
Bilaga 3.2 ... 72
Bilaga 3.3 ... 73
Bilaga 4 Konceptgenenrering ... 74
Bilaga 5 Elimineringsmatris ... 84
Bilaga 6 Karta över monteringsstationer... 85
Bilaga 7 Ritningar ... 86
Bilaga 8 Beräkningar ... 90
8.1 Materialvalsprocess ... 90
8.2 Hållfasthetsberäkning ... 91
7
1 Inledning
MSGC12, examensarbete för högskoleingenjörsexamen i innovationsteknik och design, är den
examinerande kursen för studenter som läst programmet till högskoleingenjör inom innovationsteknik och design vid Karlstads universitet. Kursen genomförs våren 2018 och omfattar 22.5 högskolepoäng.
Arbetet har utförts hos Volvo Construction Equipment i Arvika. Handledare vid Volvo CE var André Lima och handledare vid Karlstads universitet var Lennart Wihk med examinator Professor Leo de Vin.
1.1 Bakgrund
Examensarbetet har utförts vid Volvo CE:s hjullastarfabrik i Arvika, Värmland. Hjullastare är av typen midjestyrd anläggningsmaskin driven på fyra hjul med skopa framtill som kan ta laster upp till 35 ton beroende på storlek och modell. Skopa och styrning är opererad med hjälp av hydrauliska
komponenter såsom hydraulcylindrar, slangar, ventiler och ventilblock.
Enligt Täta hydraulsystem är hydraulsystem känsliga för kontaminering av smuts och på grund av det höga trycket som råder kan läckage uppstå om felaktig montering utförts eller smutspartiklar
kontaminerat kopplingar och packningar, Intresseföreningen för Fluid systemteknik (2009). Läckage i hydraulsystemet kan hos kund orsaka dyra fältreparationer.
Här finns en förbättringspotential vad gäller renhet vid montering av känsliga komponenter och är inom detta område examensarbetet genomförts. Vintern 2018 startades ett projekt där Volvo CE ville studera möjligheten att tvätta olika komponenter som rör monteringen av känslig utrustning. Här ingick examensarbetet där Volvo CE ville få ett konstruktionsförslag på snabbfästen för
hydraulikventilsfixturer för att erhålla möjlighet för snabb borttagning av fixturen från produktionslinan. På detta vis skulle en rengöring av fixturen möjliggöras på annan plats än i monteringsflödet.
1.2 Syfte
Projektet Verktygstvätt, vilket examensarbetet var en del i, kom att studera hur olika tvättmetoder med hjälp av industritvättmaskiner skulle kunna användas för att rengöra verktyg och fixturer som används vid montering som är känslig för kontaminering av smuts.
Examensarbetets syfte i detta projekt var att studera den del som rör fästen till fixturer och designa ett koncept till snabbfästen istället för de permanenta skruv- eller svetsförband som idag håller fixturer på plats. Ett akademiskt syfte fanns även att genomföra ett projekt på ett strukturerat sätt som sedan skulle redovisas i en skriftlig rapport.
8
1.3 Mål
De akademiska mål som fanns i examensarbetet var att genomföra en utförlig projektplanering med tillhörande skriftlig projektplan. Delmål under examensarbetet var även en delredovisning och en slutredovisning inför andra studenter som genomförde samma kurs. En opponering skulle även genomföras och slutligen en skriftlig rapport som examinerande dokument för examensarbetet.
Målet som skulle uppnås hos Volvo CE var att leverera en tillverkningsbar CAD-modell av ett snabbfäste till fixturer på deras monteringslinor.
1.4 Problemformulering
De problem som idag existerar är att det i monteringen inte finns någon standardiserad metod för rengöring av verktyg och fixturer, när denna skall utföras eller av vem. Där skall projektet
”Verktygstvätt” fylla upp behovet av rutinmässig rengöring och skapa en förutsättning för denna.
Examensarbetets del omfattar konstruktion av snabbfästen mellan monteringsbord och fixtur och de frågeställningar som valts är:
“Studera hur 5s i en process kan förbättras med hjälp av design för användning?”
”Studera hur monteringskvalité kan förbättras med hjälp av design för användning”
1.5 Avgränsningar
De avgränsningar som gjordes var att enbart titta på fästen till fixturer och hur montering samt användning i direkt anslutning till dessa fixturer kan påverka fästena. Således genomfördes inga studier på transporter i fabriken av fixturer till och från tvättning eller reparation. Examensarbetet behandlade heller inte själva valet av rengöringsmetod såsom val av tvättmaskin och eventuella tvättmedel. Däremot beaktandes tvättning vid konstruktion och materialval.
9
2 Genomförande
I genomförandekapitlet kommer en redogörelse för hur metoder använts för att genomföra examensarbetet. Metoder för planering är hämtade ur Produktutveckling, effektiva metoder för konstruktion och design skriven av Johannesson et al. (2013). samt Handbok för mindre projekt av Eriksson och Lilliesköld (2004).
En övergripande grovplanering visas i figur 1 för den tänkta gången genom projektet, (Johannesson et al. 2013)
Figur 1 Övergripande planering för projektet.
2.1 Projektplan
Som första dokument skapades en projektplan enligt Eriksson och Lillieskölds metod. Eriksson och Lilliesköld (2004) skriver att projektplanen är ett viktigt dokument att ha som definierar vilka uppgifter som skall lösas, tidsramar och vem/vilka de ansvariga är samt riskbedömningar som rör projektet i stort. Nedan ges en ingående beskrivning av de olika metoderna och dokument som användes vid upprättning av projektplanen och användes under arbetets gång. Den initiala projektplanen ses i Bilaga 1.
2.1.1 FMEA (feleffektsanalys)
Ett inledande moment i projektplaneringen är att göra en risk- och feleffektsanalys enligt Eriksson och Lilliesköld (2004). Detta för att göra en analys av vad som skulle kunna gå fel under projektets gång och därtill en metod för att kunna undvika problemen innan de uppstår. Metoden för riskanalysens upplägg valdes efter den som tidigare använts i kurser, se figur 2. Tabellen används genom att en risk tas fram, här delas den in i felmöjlighet, feleffekt och felorsak. Dessa tre anger hur möjligt det är att felet inträffar, hur stor effekt felet kan få och vad felet beror på. För att gradera riskerna finns tre separata kolumner med felsannolikhet, allvarlighetsgrad och hur sannolikt det är att felet inte
Projektplan Kravspec. Koncept-
generering Konstruktion avslutning
Rapportskrivning samt förberedelser för presentationer och dylikt
10 upptäcks. Dessa graderas med skala 2, 4 6 och 10. Siffrorna multipliceras sedan för att få en
rangordning av de olika riskernas allvarlighetsgrad.
För att förhindra att felen inträffar görs åtgärdspunkter för att minimera dessa. Sedan upprepas processen med den graderade skalan för att analysera effekterna av åtgärdspunkterna.
Metoden användes flytande under projektets gång och gjordes således före varje större moment inleddes i projektet. På så vis minimerades riskerna och en så säkert tillvägagångssätt som möjligt användes.
O r d.
n r
Kompone nt, operation huvudfun ktion
Funktion Felmöjlighet. Feleffekt Felorsa k.
Fels. All. Uppt Risktal Rek.
åtgärd
Ansvarig
1
2
Figur 2 FMEA som använts under projektets gång.
2.1.2 WBS (Work Breakdown Structure)
Det första dokumentet som skapas i projektplaneringen är en WBS, dvs Work Breakdown Structure.
Syftet med WBS-schemat är att vara ett komplement som genom en enkel struktur visar vilka steg och processer som skall göras i projektets olika faser, Johannesson et al. (2013) samt Heizer & Render, (2009).
Genom att bryta ned projektet i olika delområden och mindre bitar skapas en mer lättöverskådlig överblick av delmomenten. Detta projekt delades in i tre större segment; Förstudie, genomförande, och slutförande. Under förstudien ingick intro av projektet, skapandet av projektplan och en förstudie.
Vid projektets genomförande ingick konceptgenerering, konceptval, konstruktion och en prototypdel.
Vid Slutförande ligger aktiviteter av mer sammanställande och akademisk karaktär som rapportskrivning och förberedelser för olika redovisningar.
Efter indelning av de olika arbetsområdena skapades mindre deluppgifter. Dessa är mer precisa och indikerar ganska noggrant vad som skall göras, exempelvis att göra en kravspecifikation. Johannesson et al. (2013)
I Bilaga 1 ”Projektplan” ses en fullständig modell av projektets WBS. Samt en enkel figur för principen i figur 3 nedan.
11
Figur 3 Wbs-modell
2.1.3 Pert-schema
För att skapa en tydlig bild av i vilken ordning samtliga moment i WBS:en skall genomföras skapas ett Pert-schema. Vid skapandet av detta dokument är det viktigt att veta vilka aktiviteter som behöver göras i vilken ordning så att vissa beslut inte blir felaktiga på grund av bristande data vid de olika gaterna som sätts här. Felaktiga beslut och bristande data kan ge upphov till omfattande omarbete och stora förseningar i processen skriver Eriksson och Lilliesköld (2004) och Johannesson et al. (2013).
Pert-schemat delades in i två delar, en projektmässig del som följer projektet och designprocessen samt en akademisk del som dokumenterar projektet för att ge ett akademiskt underlag för det som redovisas som inlämningar till examinator och handledare vid universitetet. Fullständigt Pert-schema ses i bilaga 1 ”Projektplan”.
2.1.4 Tidsplan och Gantt
Gantt- dokumentet skapades efter en kombination av de genomarbetade Perth-schemat och WBS:en.
Dokumentets fördelar är en god översikt på den beräknade tidsåtgång erhålls. Gates sattes ut som slutmarkörer i varje genomförd fas enligt produktutvecklingens metodiska steg, Johannesson et al.
(2013). Gaternas datum valdes efter satta datum givna av kurs PM.
En indelning gjordes även mellan en projektmässig del där designprocessen visas med dess olika steg samt en akademisk del som indikerar delområden såsom rapportskrivning, opponeringar och
redovisningsförberedelser.
Genom arbetets fortlöpande användes ett förgkodsystem för att ge en överskådlig inblick i hur väl arbetet fortlöpte med avseende på den planerade tidsåtgången. Grön markerar att delmomentet genomfördes i tid medan gul indikerar något sent och rött att målet inte nås. Fullständigt
Ganttschema ses i bilaga 1 ”Projektplan”.
Examensarbete
Förstudie
Introduktion
Projektplan
Genomförande
Kravspec
Konceoptgenerering
12
2.1.5 Veckoplanerare
Veckoplaneraren användes som en dagboksplanerare. På detta vis menar Eriksson och Lilliesköld (2012) att timmar och deadlines hålls som planeringen angett samt för att förhindra risker som identifieras i FMEA:n. Fullständigt veckoplanerare ses i bilaga 1 ”Projektplan”.
2.2 Litteraturstudie
För att säkerställa ett akademiskt djup på rapport och projekt användes en kontinuerlig
litteraturstudie. Material sökes fram med hjälp av DiVA-portal, en databas med genomförda och godkända projektarbeten. Detta görs över tiden för att hitta liknande projekt för att bidra med metoder och litteratur. För att hitta akademisk litteratur och avhandlingar som berör projektets område har Karlstads universitetsbibliotek använts samt kurslitteratur från kurser inom
produktutveckling, konstruktion och produktionssystem.
2.3 Förstudie
En förutsättning för att lyckas med alla designprocesser och nykonstruktion inom alla skilda genrer som har personliga brukare involverade är att göra en god förstudie Eriksson och Lilliesköld (2012), Johannesson et al. (2013), Wikberg et al. (2015). I fallstudiens researchfas gjordes två
användaranalyser av nuläget för att få en uppfattning om hur operatörerna som använder verktygen idag och vilken rengöringsmetod de använder idag. Under dessa analyser gjordes även riskanalyser av hur nuläget ser ut.
En djupare litteraturstudie genomfördes även inom Lean och 5s för att få en ökad förståelse för hur begreppet fungerar i praktik och teori. Här användes Prevents Effektivare med 5s-metoden, Lean av Lars Sörqvvist samt Lyckas med 5s skriven av Oskar Olofsson (2013). För arbetsergonomiska aspekter vid utformandet av studie användes Boghard et al:s bok Arbete och teknik på människans villkor.
2.3.1 Användaranalys rengöring samt handhavande
Användaranalysen för rengöringsmetod gjordes efter metoden som presenteras av Wikberg et al:s i boken Design, Process och metod (2015) där författarna beskriver deltagande observation. Även Innovationsguidens kapitel att undersöka behoven användes. Metoderna användes för att upptäcka och identifiera de behov, den kognitiv ergonomin och tillvägagångssätt operatören har i olika arbetsuppgifter vid stationen där berörda fixturer sitter.
Under observationen vid monteringsstationen genomfördes en videofilmning av ett helt monteringstempo om ca 10 minuter samt hur en rengöring av fixtur genomförs.
Syftet med analysen är att få tillgång till material av hur nuläget är och hur väl metoderna uppfyller de krav som finns för tillfället vid användaranalysen. Materialet skall kunna användas senare i processen för att kunna begrunda beslut i fakta enligt hörnstensmodellen, skriver Bergman & Klefsjö (2002).
13
2.3.2 Riskanalyser av rengöringsmetod samt handhavande
Riskanalys av nuläget vid monteringsstationer utfördes enligt exemplet i figur 4. Metoden är hämtad från Volvo CE:s metodik och är mycket lik den process-FMEA:n som användes vid projektplaneringen.
Riskerna presenterades även på ett möte för att få fram fler eventuella risker samt visa att en alternativ rengöringsmetod behövs för att få ett renare resultat i monteringen.
No
Risk descript ion
Probabil ity
Conseq uence
Risk value
Preventive actions to be taken
Consequence actions to be taken
1
Fixturen är
smutsig 5 5 25 Tvätta rent fixturen
Tillse att möjlighet till rengöring finns
2
Fixturen
glappar 2 3 6 Skruva fast fixturen
Kontroll av skruvar osv som fäster fixtur
Figur 4 Riskanalys för konceptgenerering – FMEA.
2.3.3 Intervjuer
Wikberg et al. (2015) beskriver Kvalitativ informationssökning som en metod där intervju,
observationer och workshops kan ingå. För att komplettera projektet genomarbetas intervjuer med operatörer som arbetar vid berörda monteringsstationer. Syftet med en intervju är att få en djupare förståelse för visst fenomen, attityd eller vad som är orsaken till människors beteende och handlingar.
För att skapa bra underlag hölls intervjuerna i en så kallad ostrukturerad form som Annika Lantz beskriver i boken Intervjumetodik. Metoden är mer lik ett vardagssamtal där de frågor som skall besvaras ställs mer ledigt ihop med övriga frågor inom ramen för området. Detta för att förhindra eventuella stängda frågor och således svar som anses ledade eller var felaktiga. Fenomenet påpekas även av Kvale och Brinkmann (2009).
En risk med intervjuer kan enligt Lantz (2007) vara att man får riktade svar som är direkt ledande och kanske felaktiga. För att förhindra detta genomfördes intervjuer med personer med olika
arbetsuppgifter på Volvo CE som alla har gemensamt att de känner till hur monteringen och rengöringsmetoderna sköts i produktionen.
De intervjuer som genomfördes kom att ligga till grund och argument för valet av metod till alternativ rengöring och konstruktion samt hur väl projektet uppfyllt de satta målen med hur ergonomi och arbete för 5s förbättrats med hjälp av design för användande.
14
2.3.4 Benchmarking
För att få en djupare förståelse på komplexa problem är ibland en benchmarking nödvändig för att skapa en förutsättning för en framtung process. Metoden ger en god förutsättning för att inte hamna i en “trail and error” skriver Hanson och Koskinen (2013). Lars Sörqvist (2004) rekommenderar även i sin bok Ständiga förbättringar att genomföra just en benchmarking under förstudien för att identifiera problemen så tidigt som möjligt i processen. Sörqvist (2004) skriver att en extern industris processer, aktiviteter eller funktioner skall identifieras och att man här måste ta hjälp av sin kreativa sida för att hitta dessa likheter.
Benchmarkingen genomfördes vid Karlskoga Automatsvarvning AB. Industriföretaget är verksam inom CNC-styrd skärande bearbetning och tillverkar delar till en rad industrier som har höga renlighetskrav.
Vid svarvning bildas metallspån från det avverkade materialet och en hinna av skärvätska samt metallspån fastnar och blir kvar på detaljer. Hinnan av torkad skärvätska och spånor måste på något sätt tas bort och det var denna process som studiebesöket undersökte.
Vid studiebesöket undersöktes metoden för hur de smutsiga detaljerna paketerades och kördes i en tvättmaskin för att sedan plockas ur och färdigställas för leverans.
Söderqvist (2004) skriver att mätetal och mått skall identifieras vid benchmarkingen. Vid studiebesöket genomfördes prover på hur rena fixturer och hylsor som används vid Volvos montering blev efter rengöring i tvättmaskinen. Mätetalet kunde sedan användas som goda argument för att processen kommer att fungera med samma resultat för Volvo CE. Detta med avseende på de metoder och tvättmaskiner det benchmarkade företaget använder sig av.
2.4 Kravspecifikation
När förstudien är fullbordad skapas en kravspecifikation som godkänns av uppdragsgivaren. Denna process är även en gate mellan förstudie och genomförande. Kravspecifikationens syfte är att på ett strukturerat sätt definiera de mätbara mål som examensarbetet skall uppfylla gentemot
uppdragsgivaren och är således en överenskommelse om vad som skall uppnås, Johannesson et al.
(2013).
Kravspecifikationen sattes upp efter de intervjuer, användaranalyser och benchmarking som genomförts under förstudien. Modellen för examensarbetets kravspecifikation är utformad som en blandning av den som Johannesson et al. beskriver i Produktutveckling och Volvo CEs modell.
Kravspecifikationen utformades på detta sätt för att passa in bättre i företagets struktur och för en ökad likhet i företagets dokumentation.
De satta kraven och önskemålen diskuterades med handledare vid Volvo CE och skrevs sedermera på av båda parter, student och handledare. Kravspecifikationens utformning ses i bilaga 2.
15
2.5 Konceptgenerering
Problem kan delas in i öppna eller divergenta problem, där sistnämnda anger att problemet har flera lösningar, Wikberg et al. (2015). Examensarbetet vid Volvo CE är av divergent öppen natur då problemet har flera lösningar. Att genomföra en systematiserad konceptgenerering och
produktutvecklingsfas är på dessa problem är i de flesta fall högst rekommenderad då dessa problem oftast är alltför komplexa för att lösa över intuition skriver Johannesson et al., (2013).
Wikberg et al. (2015) menar att man måste bryta sina invanda tankebanor. Därför ställdes krav vid en första konceptgenerering att den bör vara mycket fritt upplagd och erbjuda goda förutsättningar för ett lösningsoberoende inrutat tänk. Det finns även mycket som talar för att dela med sig av en idé och låta en grupp spinna vidare på den för att förbättra den, Wikberg et al. (2015). Därav skapades den första idégenereringen i grupp med studenter som inte var insatta i ämnet. Konceptgenereringen delades in i tre olika faser varav den första var av kreativ modell för att framhäva kreativitet. Steg nummer ett var att med hjälp av LEGO försöka skapa en konstruktion som håller ihop två legobitar.
Metoden kan liknas den som Wikberg et al. (2015) beskriver, Laborative, Exploration, Grading &
Optimisation - LEGO.
I konceptgenereringens andra fas presenterades problemet och en bild visades föreställande en fixtur som finns vid monteringen. För att generera koncept användes 6-3-5 metoden. Här skissas tre koncept på en lösning upp inom 10 minuter och skickas sedan vidare till personen till vänster som sedan vidareutvecklar koncepten ovan. Detta upprepas tills dess att pappret roterat runt bordet till samtliga genereringsmedlemmar, Wikberg et al. (2015).
Som sista genereringsmetod genomfördes en vidareutveckling av idéer. Här fick deltagarna diskutera och visa med skisser och LEGO hur de genererade koncepten skulle kunna kombineras, ersätta någon del, förstora något, ta bort något eller tänka tvärt om och fungera i den kommande lösningen.
Slutligen strukturerades och sållades koncepten. Koncept trattades ner här och de mest effektiva koncepten valdes ut medan de mindre effektiva lades åt sidan i en idépool. För att genomföra denna strukturering och sållning grupperades de olika koncepten efter dess likheter med varandra, Wikberg et al. (2015).
Koncepten presenterades sedan för projektgruppen vid Volvo för att höra deras input och tankar samt en första feedback för att höra så fallstudien var på rätt väg. På så vis minimerades risken för onödiga loopar och omarbete. Under detta möte genomfördes även viss ny konceptgenerering av öppen karaktär där samtliga mötesdeltagare fick vara med och diskutera nya lösningar.
2.6 Konceptutvärdering
Under projektet utvärderades koncept kontinuerligt för att framhäva de bästa idéerna och på så vis fick arbetet bästa möjliga förutsättningar för att lösa den tilldelade uppgiften, Johannesson et al.
(2013). Här jämfördes deras kvalité och värde gentemot de krav och önskemål som presenterats i kravspecifikationen. Detta skedde genom beslutsmatriser. För att undvika och upptäcka onödiga risker med koncepten genomfördes även en mindre FMEA som enligt Eriksson och Lilliesköld (2012) kan förhindra större problem längre fram i processen.
16
2.6.1 Litteraturstudie
För att kunna utvärdera koncept mot frågeställningen genomfördes en litteraturstudie för att basera konceptvalen på fakta som rör 5s, ergonomi och kvalite. Prevents Effektivare med 5s-metoden,
användes ihop med Lean skriven av Lars Sörqvist, Lyckas med 5s skriven av Oskar Olofsson (2013) samt Kvalitet i alla led av Bergman och Klefsjö. För den ergonomiska delen gjordes studie i Boghard et al.s bok Arbete och teknik på människans villkor. Samt en ergonomisk analys med avseende på kognitiv och fysisk ergonomi. Den kognitiva analysen låg till grund för att öka förståelsen för hur
fästelementens användande som är en bidragande faktor för ett upprätthållande av 5s i ett kontinuerligt flöde, Olofsson (2013). Sammanställningen av hur väl koncepten uppfyllde kraven för ergonomi och 5s representeras i elimineringsmatrisen.
2.6.2 Elimineringsmatriser
Den elimineringsmatris som användes för att eliminera koncept är hämtad från Volvo CE och är mycket lik den som beskrivs i sin bok Produktutveckling (2013). I matrisen viktas kriterierna med siffror från 1, mindre viktigt, till 5, mycket viktigt samt med siffran 1 till 3 där 3 anger att konceptet uppfyller kriteriet, Johannesson et al. (2013). Figur 5 visar modellen.
Ytterligare en elimineringsmatris gjordes för att få en anknytning till hur anpassningsbara snabbfästen är till fixturer och arbetsbänkar. Här jämfördes fixturernas flexibilitet mot hur många fixturer som existerar på monteringsbänkarna vid ventilmonteringsstationerna. Vid monteringsstation A på medium line är det till exempel 6 stycken fixturer som skall fästas på annat sätt.
Resultaten från elimineringsmatriser var ganska entydiga och gav en god fingervisning om vilket koncept som var mest lämpligt att gå vidare med.
Figur 5. Elimineringsmatris från Volvo
17
Tabell 1 Anpassningsförmåga för koncept mot monteringsstationer/bänkar
Plats Ant. Fixt.
Koncept A
Koncept B
Koncept C
Bänk A 6
Bänk B 2
Bänk C 3
2.6.3 Konceptriskanalys
På de koncept som klarade sig genom elimineringsmatrisen gjordes en konceptriskanalys. Matrisens syfte var att upptäcka risker i koncepten och designa för direkta åtgärder och på så vis förhindra onödiga problem längre fram i konstruktionsfasen. Eriksson och Lilliesköld (2012) sidan 42. Figur 6 visar modellen som användes.
Riskanalys på koncept
Konceptnr:
Risk S K R Åtgärd S K R0 0
0 0
0 0
0 0
Figur 6. Konceptriskanalys
2.6.4 Konceptmöten
Under konceptutvärderingsfasen hölls även ett möte med anställda från verktygskonstruktion, monteringsavdelning samt handledare för examensarbetet på Volvo. Mötets fokus var att gå igenom elimineringsmatrisen för att få en första sållning samt att identifiera risker med de olika koncepten som genererats under processen.
En ifylld elimineringsmatris gicks igenom där de staplade kraven gav svar på hur väl koncepten uppfyllde de satta kraven samt övriga krav som monteringen och konstruktion ställer.
Konceptriskanalysen gicks igenom och presenterades. Efter en presentation av de identifierade riskerna spånades det med syfte att få fram ytterligare risker. Dessa risker som kom fram under mötet kunde grovjusteras före konceptvalet och även ta bort vissa rent av olämpliga koncept.
18
2.6.5 Konceptval
Konceptvalet baserades på kravspecifikationen, riskanalyser och elimineringsmatriser och där de godkända koncepten renderades och skapades bättre skisser för att enkelt kunna demonstrera deras för- och nackdelar. Därefter presenterades skisserna för handledare samt projektgrupp vid Volvo CE och beslut fattades angående vilka som är mest lämpliga att arbeta vidare med.
2.6.6 Ergonomisk analys
En ergonomisk analys med främsta avseende på kognitiv och fysisk ergonomi genomfördes. Detta för att få en så tillförlitlig produkt som genererar en montering utan skaderisk och risker för missförstånd, Boghard et al. (2015). För att testa den kognitiva delen där man testar förståelse för produkten gjordes ett test enligt Arbete och teknik på människans villkor. Ett sådant test genomfördes med van personal som använder liknande produkter ofta. Målet och syftet med testet var att se hur väl man interagerar med det valda konceptet. Utförandet av testet är gjort så att personalen som deltar får känna på konceptet i en modell av den tänkta produkten samtidigt som feedback lämnas muntligt för att kunna förbättra konstruktionen, Boghard et al. (2015).
Den fysiska analysen gjordes i samband med den kognitiva. Denna utfördes enligt REBA (Rapid Entire Body Assessment). I analysen tas hänsyn till hela kroppens olika lägen vid användning och sätts in som värden en tabell. Slutvärdet ges och jämförs med standardvärden, här är ett lägre till fördel skriver Middlesworth (2017).
2.7 Konstruktion
Konstruktionsfasen delades in i flera olika faser. Den första var en vidareutvecklingsfas där koncept utvecklas för att sedan överföras in i CAD. Parallellt med CAD genomförs även materialval och hållfasthetsberäkning som komplement för att uppfylla en fullgod konstruktion.
2.7.1 Vidareutveckling
Vidareutvecklingsfasen gjordes efter DFC-metoden (Design for Changeover) som beskrivs i Mass Customization skriven av Flavio, Fogliatto och da Silveira. Flödesschemat i figur 7 visar hur problemen kördes igenom schemat för att förbättra designen för att sedan analysera resultatet. Och eventuellt upprepa ifall fullgott resultat ej uppnås.
Figur 7. Schema för "Design for Changeover".
DFC-analys Identifiera
förbättringar
Förbättrad desig Alternativ
design Verktygsdesign
19
2.7.2 CAD-modell
När en vidareutveckling genomfördes skapades en CAD-fil i programvaran CATIA V5 för att uppnå det krävda resultatet från Volvo CE i Arvika. Här användes Volvos häfte för upplärning i programvaran.
2.7.3 Materialval
Materialvalsprocessen utfördes parallellt med CAD:en. Genom att använda sig av en
materialvalsprocess samtidigt som konstruktion och hållfasthetsberäkning skapas förutsättningar för en mer lättillverkad konstruktion som dessutom uppfyller de satta hållfasthetskraven, Ashby (2010).
Metod som användes följde materialvalsprocessens olika steg. Restriktioner såsom nedböjning eller dimensionsmått identifieras. Vidare sätts mål och fria variabler, dessa kan vara pris och densitet för att eftersträva en konstruktion med låg vikt och lägre pris. Dessa sätts sedan samma till en eller flera målfunktioner som fogas in ihop med målen i materialvalsprogramvaran CES EduPack. För att få ett kvalificerat resultat används även målen. Dessa är mål som kommer från kravspecifikationen och sätts in som restriktioner och sållade bort olämpliga material tills cirka fem material återstår då ett manuellt val sker med avseende på till exempel tillgänglighet, Ashby (2010).
2.7.4 Hållfasthetsberäkning
Hållfasthetsberäkning genomfördes parallellt med CAD och materialvalsprocessen för att optimera konstruktionen och få ett väl fungerande och hållfast snabbfäste till monteringen. På så vis skapas en säkrare ergonomi och höjer således kvalitén i produktionen Boghard et al. (2015). Referenslitteratur vid hållfasthetsberäkning var Karl Björks formelsamling.
2.7.5 Avstämning mot kravspecifikation
För att tillse att konstruktionen av den nya produkten uppfyller uppdragsgivarens satta krav används kravspecifikationen som en checklista för att kolla att de krav och huvudfunktioner som satts är uppfyllda, Johannesson et al. (2013) Här användes resultat som beräknats under
hållfasthetsberäkningen, materialvalsprocessen och ergonomiska analysen. Figur 8 visar färgkoder och hur väl kraven uppfyllts där grön är uppfylld, gul är okänt då den måste testas som riktig produkt för att få ett värde samt rött där produkten inte uppfyller kraven/önskemålen.
20
Ref Kriterium (Vad) Hur
Krav = K Önskemål = Ö
1.0 Bilen skall ha många hästkrafter Turbo som ger extra boooozt K
2.0 Låg ingående vikt Massa kolfiber och 3D printade
lättviksstrukturer K
3.0 Ska kunna flyga
Ha negativ vikt Ö
Figur 8 Produkts uppfyllnad mot kravspecifikationen, grön anger att den är uppfylld, gul indikerar okänd att den måste testas som färdig produkt samt rött att den inte uppfyller kraven.
2.7.6 Modell
En modell kan ge extra information i form av storlek, vikt, känsla för textur och hur ergonomisk prototypen är skriver Johannesson et al. (2013). För att ge en bild av hur det tänkta konceptet är gjordes en modell i MDF-skivor och limpistol.
21
3 Resultat
3.1 Projektplan
Projektplanens mål och syfte var att ge en strukturerad arbetsgång för att förhindra onödiga loopar och efterarbete på grund av bristande planering. Projektplanen följdes i de olika steg som redovisas under kapitel 3.1.1 - 3.1.3. Generellt hölls projektgången i fas med den satta tidsplaneringen utan större förändringar att behövde göras efter arbetets gång.
3.1.1 FMEA (Feleffektsanalys)
Processmässiga feleffektsanalyser genomfördes inför och under varje fas under examensarbetets gång. På så vis hölls en lägre risk för att arbetet skulle bli för brett, riskera att inte bli klart i tid,
minimera risk för omarbete. Utöver dessa gjordes även FMEA:dokument för att utvärdera koncept och konstruktionsmässiga lösningar. Dessa representeras under Bilaga 3
De risker som identifierades initialt vid projektplaneringen, se Bilaga 3.1, var att projektet skulle bli för stort och således kunna riskera att inte bli färdigt i tid samt att projektet skulle ta för mycket tid i anspråk och rapporten därmed skulle bli försenad. Förslag på åtgärder för riskerna var att avgränsa projektet hårdare och således kunna fokusera mer på metod och hur examensarbetet skall
genomföras för att få ihop ett bättre examinerande material.
Under konceptgenereringsfasen, se Bilaga 3.2, identifierades fel som att inte tillräckligt många koncept kunde genereras fram samt att allt för mycket skulle behövas göras om. Dessa punkter undveks i största mån genom att ta hjälp av kollegor hos uppdragsgivaren samt andra innovationsteknik- och designstudenter och på så sätt generera fler koncept samt att tillse att dessa uppfyller
kravspecifikationen.
Vid konstruktionsfasen, se Bilaga 3.3 sågs de största problemen vid datorprogram samt handhavande av dessa. Lösningar blev att arbeta framtungt för att ha tillgång till licenser samt att lägga mer tid i programmen, skulle dessa metoder inte fungera fullt ut skulle befintliga CAD och enkla beräkningar för hand användas.
3.1.2 Tidsplan och Gantt
Tidsplanen hölls fram till konceptvalet, där visst merarbete krävdes för att ta ett bra beslut angående vilket koncept som skulle väljas till nästa fas. Merarbetet var olika former av riskanalyser av nuläget med de metoder som tillämpas idag. Även risker med de olika koncepten och hur de skulle fungera i produktionen var agendor för vissa möten.
Mötena i sig skapade viss försening på grund av att vissa nyckelpersoner var tvungna att medverka och således sköt konceptvalsprocessen framåt nästan tre veckor totalt. Slutligt Gantt ses i bilaga 1.1.
22
3.1.3 Veckoplanerare
Veckoplaneraren användes främst för att tillse att tiden som lades ned på projekt och rapport var i linje med kursPM. Dokumentet användes även för att planera in vad som skulle genomföras under veckan och vad som faktiskt gjorts.
3.2 Förstudie 3.2.1 Litteraturstudie
Litteraturstudie inom Lean och 5s. Här användes Prevents Effektivare med 5s-metoden, Lean av Lars Sörqvist samt Lyckas med 5s skriven av Oskar Olofsson. Ergonomiska delen gjordes studie i Boghard et als bok Arbete och teknik på människans villkor. Resultatet av litteraturen användes i bland annat konceptvalet.
I Prevents Effektivare med 5s-metoden beskrivs under kapitlet Städa och rengör vikten av att komma överens om en gemensam städnivå och en standardiserad metod för hur denna skall genomföras, Prevent (2015). Ett städschema med tillhörande checklista för vad som skall städas skall även finnas.
Anledningen till detta är att det ska gå enklare att identifiera fel och avvikelser, Prevent (2015).
För att få en design som uppfyller ökade krav för användning och underhåll kan det krävas att man ger avkall på olika andra faktorer såsom komplexitet, materialval eller pris, Johannesson et al. (2013). En enklare och mer standardiserad konstruktion är därmed lättare att underhålla och använda både vad gäller ergonomiska aspekter Boghard et al, (2015) och standardiseringsmetoder, Sörqvist (2013).
Sörqvist (2004) beskriver även att en förkortad ledtid skapar mer värde i produktionen. Att således förkorta vissa processer och/eller förflytta en del av arbetet till en annan enhet som har
spetskompetens är således en bättre modell för att skapa en högre tidsutnyttjning, Sörqvist (2013). En nackdel som även berörs med att jobba på detta sätt är att det blir mer resurskrävande, i dessa fall gäller det att se till slutliga värdet av att införa den tänkta processen, Sörqvist (2013).
Däremot tas detta upp av Bergman och Klefsjö (2002) att priset på förändringen blir som lägst för att erhålla en högre kvalité, i projektets och Volvo CE:s fall färre läckage, är att göra åtgärderna så tidigt som möjligt i design och produktionsprocessen.
3.2.2 Användaranalys rengöring samt handhavande
Bildserie 8 till 13 är resultatet av hur en rengöring gick till vid en ventilmonteringsstation. Figur 8 visar den smutsiga fixturen från ovan. Vid bild 9 appliceras vanligt hushållsrengöringsmedel med
sprutflaska, och skrubbas loss med hjälp av diskborste på figur 10. Figur 11 visar hur fixturen torkas av med engångshandduk. Figur 12 visar en använd handduk och alla färgflagor som sitter på denna. Figur 13 visar en fixtur som anses vara rengjord till fullgott resultat.
Rengöringen genomförs en gång per dag, och tar cirka 4-5 minuter att fullborda med ovannämnda moment.
23
Figur 9 fixtur sedd ovanifrån.
Figur 10 Hushållsrengöringsmedel appliceras på fixtur för att lösgöra smuts, exempelvis olja och färgflagor.
24
Figur 11 Diskborste används för att lösgöra smutsen på fixturen
25
Figur 12 Fixtur torkas rent med handduk
Figur 13 Bild på den använda handduken
26
Figur 14 Rengjord fixtur med tydligt synliga färgflagor kvar.
De smutsiga ytorna var aldrig i direkt kontakt med de öppna portarna eller nipplar vilket observerades under användaranalysen av fixturen som såg ut enligt figurserie 15 till 18. Figur 15 visar hur ett ackumulatorventilblock lagts i sin fixtur och bortplockning av plugg sker, plugg är ett skydd som skyddar frästa hål och gängor samt innanmäte i blocket mot kontaminering av smuts under transport fram till montering. Figur16 visar hur rätt moment dras med dragare. Här följs instruktioner som anges på skärm för att inte fel nipplar dras med fel moment. Samtliga moment loggas även för att samla statistiska data. Figur17 visar hur ackumulatorer skruvas till blocket för hand för att sedan dras åt med kraftigt moment på 200Nm, figur 18.
27
Figur 15 pluggar avlägsnas ventilen
Figur 16 Nipplar dras åt med rätt moment med hjälp av datorstyrd tryckluftsdragare.
28
Figur 17 Ackumulatorer skruvas på.
Figur 18 Ackumulatorer dras åt med hjälp av lång momentnyckel.
29
3.2.3 Riskanalyser av rengöringsmetod samt handhavande
De risker som identifierades vid nulägesanalysen och fick högst poäng under användaranalysen och rengöringsprocessen var att fixturen är smutsig, inte går att rengöra och att metod för rengöring inte finns. Lösning på dessa var att en möjlighet tillrengöring ska finnas samt att eventuellt hitta en ny rengöringsmetod – exempelvis genom att använda en tvättmaskin. På mötet diskuterades även dessa punkter där några viktades om och omformulerades. Tabell 2 nedan visar vilka risker som
identifierades och hur dessa kan förändras. Resultatet av No 1 i handhavandematrisen användes som sållande faktor i elimineringsmatrisen, se figur 24 under 3.5.2. Riskbedömningen av handhavandet som ses i tabell 3 användes under vidareutvecklingen av konceptvalet och i konstruktionsarbetet.
Tabell 2 Riskbedömning av rengöring
No Riskbeskrivning trolighet Konsekvens Riskvärde Förebyggande åtgärder
Konsekvensåtgärder
1 Fixturen är smutsig 5 3 15 Tvätta rent
fixturen
Tillse att möjlighet till rengöring finns 2 Fixturen går inte att
få ren med nuvarande rengörings- metod.
4 3 12 Tvätta rent
fixturen
Hitta alternativ rengöringsmetod
3 Fixtur tar lång tid att rengöra för operatör
3 2 6 byta
rengör.metod
Hitta alternativ rengöringsmetod 4 Standardiserad
metod för rengöring samt tidsschema för rengöring existerar ej
5 3 15 byta
rengör.metod
Hitta alternativ rengöringsmetod
5 Spray orsakar kemikaliedimma
1 2 2 Annat
appliceringssätt
Undersöka olika möjliga sätt att applicera rengöringsvätska 6 Diskborste sprätter
upp partiklar
2 2 4 Använda trasa
tex
Undersöka om trasa kommer åt lika bra
30
Tabell 3 Riskbedömning av handhavande
No Riskbeskrivning trolighet Konsekvens Riskvärde Förebyggande åtgärder
Konsekvensåtgärder
1 Fixtur glappar 2 2 4 Skruva fast
fixtur
Kontroll av befintliga skruvar
2 Fixtur är trasig och behöver bytas ut
1 3 3 Ha system för
utbytbara fixturer
Montera artikel utan fixtur
3 Plastbackar blir slitna och samlar smuts
3 2 6 Regelbunden
tvätt
Kassera och byt ut slitna detaljer 4 Fixtur repar
ventilblock och skapar förutsättning för
korrosion och färgflagor som skapar läckage.
2 5 10 Mjuka material
i kontaktytor
Konstruera med material som inte repar lika lätt
3.2.4 Intervjuer
Efter en presentation av studien på snabbfästen till fixturer ställdes en rad frågor till 6 montörer varav 2 gruppledare, en på Large och en på Medium monteringslina i fabriken som jobbar på stationer som monterar mycket hydraulutrustning. Samma frågor ställdes till produktionsledare för Large line. De svar som gavs från samtliga montörer var mycket entydiga och presenteras här i en form av sammanfattade svar från de olika montörerna i figur 19. Dessa frågor och svar som framkom var;
Frågor Svar
Hur ofta genomförs en rengöring av fixturer? Är det en daglig tillsyn eller en tillsyn som sker veckovis?
Vid slutet av varje dag eller då tid finns.
Finns det instruktioner någonstans om hur denna skall genomföras?
Nej, det finns inga instruktioner om hur den skall genomföras
Hur genomför du den? Här visade montören de olika steg som beskrivs i figurserie 10 till 14.
Finns det beskrivet i någons arbetsinstruktioner om att denna person har yttre ansvar för kontroll att uppgiften genomförs?
Nej, då tid finns kontrollerar gruppledare att det är rent på monteringsstationen. Men någon särskild rutin finns inte.
Hur genomförs kontrollen? En okulärbesiktning så det ser någorlunda rent ut.
Figur 19 Intervjer med montörer angående renhållning av fixturer.
31
3.2.5 Benchmarking
Vid benchmarkingen vid företaget Automatsvarvning AB i Karlskoga gjordes analyser på hur deras system för renhållning hanterades. Företaget använder sig av en tvättmaskin av märket Allkal där extra känsliga komponenter som har höga krav på renlighet tvättas efter att de svarvats för att få bort spån och skärvätska.
Mätningarna från tvätten är ännu inte tillbaka men bilder på den smutsiga fixturen, figur 20, och den rentvättade fixturen, figur 21, visar att en synlig skillnad finns.
Figur 20 Smutsig fixtur före tvätt.
Figur 21 Rentvättad fixtur efter tvätt.
32
3.3 Kravspecifikation
Den kravspecifikation som togs fram var en blandning mellan Johannesson et al och Volvo CE:s modell.
Kravspecifikationen byggdes på resultat från intervjuer, användar- och riskanalyser av nuvärden samt på litteraturen angående 5s, kvalité och ergonomi i design för användning. Den kompletta
kravspecifikationen ses i figur 22 samt som fullständigt dokument i bilaga 2.
Figur 22 Kravspecifikation för examensarbetet.
Ref Kriterium (Vad) Hur Krav = K
Önskemål = Ö
1.0 Design tillfredsställer
belastningar från moment på utvalda fixturer
Hållfasthet skall uppnås för att klara moment och krafter om minst 200Nm vid montering.
K
2.0 Fixturer anpassade till
funktion
Utgå från artikelns geometri
K
3.0 Inga hälsofarliga ämnen i
fixturpart vid
användning/tvättning
Ej cancerogent, Cr6+
K
4.0 Demonterbar utan
specialverktyg vid temporärt och
permanent avlägsnande av fixturpart.
Standardiserade fästelement
5.0 Ej lossna enkelt Fästelement håller för
vibrationer orsakade av tryckluftsverktyg
Ö, 4
6.0 Låg vikt på löstagbara
delar
Maximal vikt <25kg Ö, 4
7.0 Tåla tvättmaskin pH 4-13
Tempreratur 100 °C Korrosionsbeständig -vattenresistent
Ö, 4
8.0 Ej vara vass Yttre geometri har
rundade hörn
Ö, 4
9.0 Ej utgöra klämrisk vid
montering och avlägsning av fixturpart.
Fästelement nås från fixturparts utsida
Ö, 4
10.0 Lätt att rengöra manuellt Ej mer skrymmande hörn på fixturpart
Ö, 3
11.0 Lättmonterade delar 30 s för byte av fixtur Ö, 3
12.0 Återvinningsbar Material återvinningsbart
till 90 %
Ö, 4
33
3.4 Konceptgenerering
Konceptgenereringen varade under cirka tre veckor samtidigt som viss kompletterande förstudie i form av benchmarking ägde rum. Den första konceptgenereringen genomfördes med studenter från innovationsteknik- och designprogrammet. Där de utvecklade koncepten kan ses under bilaga 4.
Metoder som användes var först en kreativitetsökande övning där LEGO användes för att sätta ihop två pinnar samt att få dem att gå att ta isär lätt. 6-3-5 metoden användes därefter för att skapa koncept som skickades runt och bearbetades av alla medverkande. De framtagna koncepten lades senare ihop och studerades av samtliga medverkande för att komma på fler gemensamma idéer.
Under mötet som hölls på Volvo kom fler koncept fram som användes i en slutgiltig sållning och konceptkombinationssammanställning.
För att få likvärdiga konceptskisser att göra val mellan skapades skisser som numrerades efter ordningen. Nedan ses de framtagna förädlade koncepten med beskrivning.
Koncept 1 som ses i figur 23 är en vidareutveckling av M och O, som ses i bilaga 4, Konceptgenerering.
Det tänkta konceptet ska med hjälp av vakuum hålla ihop fixtur med monteringsbänk. Mellan höljet och vakuumskaparen skall en gummiyta stå för en vakuumskapande yta.
Koncept 2, figur 23, är en blandning av M, N och O. Den stora skillnaden mot koncept 1 är att konstruktionen har en magnet som placeras i en låda för ökad stabilitet.
Figur 23 Koncept 1 med vakuum och koncept 2 med magnetisk låsning
Koncept 3, figur 24, har flänsar för att låsa fast fixtur i X och Z planen. I Y riktning behövs dock ytterligare en låsning för att låsa fixturen till monteringsbänk. Konceptet består av J, K och L.
34 Koncept 4, figur 24, har en u-formad bit som kan plockas bort från skruven och således exponera ett hål som hela skruvens huvud får plats i och kan träs över och således ta bort fixtur genom denna operation. För att styra fixturen till rätt plats har man två styrpinnar som kallas CPK-axel. Konceptet är framtaget av bilder C, E, F och J.
Figur 24 Koncept 3 med flänslåsning och koncept 4 med u-bricka samt styrpinnar.
Koncept 5, figur 25, är en vidareutvecklad variant av koncept 3 och 4. För att få fastlåsning även i andra änden togs CPK-axlarna bort och ersattes med samma typ av spår som ses i koncept 3. Denna variant var av C, E, F, J, K och L, men framför allt skiss I.
35
Figur 25 koncept 5 med flänslåsning samt u-bricka
Koncept 6, figur 26, liknar nummer 4 till stor del men saknar skruvar som man måste lossa med dragare eller verktyg. Denna har istället ersatts av en spännarm som ger samma effekt som en skruv men enklare kan stängas och öppnas tack vare sin handmanövrerade arm. Detta koncept togs fram med hjälp av skisser A, B, D och E.
Figur 26koncept 6 med spännarm och styrpinnar.
36 Koncept 7, figur 27, tänktes som ett slimmat snabbfäste för fixturer som inte är försedda med den fyrkantiga platta som annars ses som utgångsbas. Plattan är tänkt som standardisering av fixturernas fästen men finns således inte på alla fixturer. Därför togs koncept 7 fram. Konceptet är hämtat ur idéskissen E nummer 6.
Koncept 8, figur 27, är tänkt som ett kraftfull och lättborttagbart koncept. Skruvarna lossas och viks ut åt sidorna för att frigöra fixturen. Spår löper öppna på sidan av fixturens fyrkantiga basplatta och gör det således enkelt att fälla in och ut skruvarna med muttrar på. När fixturen plockas bort och körs till tvätt sitter muttrar och skruvar kvar på monteringsbänken.
Figur 27 koncept 7 med spännarmar utan fyrkantiga plattor samt koncept 8 med skruvar som vrids ut.
3.5 Konceptutvärdering
Under konceptgenereringens gång genomfördes konstanta utvärderingar över tiden med några ordentliga sållningar för att genomföra ett konceptval i slutet. Sållningsfaktorer för framtagande av de bästa koncepten var hämtade ur tidigare genomfört arbete under projektets gång.
37
3.5.1 Litteraturstudie
För att skapa förutsättningar för att genom koncepten lösa de satta problemformuleringarna bör det valda konceptet ha en möjlighet att vara anpassningsbara till flera fixturer för att uppfylla S:et
”Standardisera”, Sörqvist (2004). På så vis undviks det även att flera fixturfästen används och gör en standard för hur verktygsbasen ska se ut som gör det lättare att byta ut gamla fixturer mot nya när förnyade hjullastarmodeller skall produceras.
3.5.2 Elimineringsmatris
Figur 28 visar de koncept som genererats och användes under mötet för att sålla ut de mest olämpliga koncepten. Poängsystemet ger en fingervisning för vilka av koncepten som är mest relevanta. För större bild, se bilaga 5. De koncept som visade sig uppfylla kraven bäst var kocept 4, 6 och 8.
Figur 28. Konceptelimineringsmatris, samtliga koncept viktas mot kravspec. Bäst uppfyllnad av krav var koncept 4,6 och 8.
Den andra elimineringsmatrisen som redovisar hur många av de berörda fixturerna som de olika koncepten kan appliceras på ses i figur 29 nedan. Högsta anpassningsförmåga har koncept 4, dvs ”CPK med U-bricka”. Karta över vilka stationer som användes ses i bilaga 6.
38 Plats Ant. Fixt.
Mutter- ledad skruv
CPK & U- bricka
CPK &
spännarm
Bänk A 6 6 6 3
Bänk B 2 2 2 2
Bänk C 3 3 3 2
Bänk D 3 3 3 3
Bänk E 2 1 2 1
Bänk F 2 2 2 1
Bänk G 2 1 1 1
Bänk H 2 2 2 2
Bänk I 1 1 1 1
Bänk J 3 1 3 1
Poäng 26 22 25 17
Figur 29 Elimineringsmatris för de tre valda koncepten med avseende på kompabilitet till dagens fixturer på monteringen.
Högst kompabilitet erhöll CPK och U-brickekonceptet.
3.5.3 Konceptriskanalys
Figur 30 visar konceptriskanalysen som gjordes ihop med anställda på Volvo CE strax efter
elimineringsmatrisens genomgång och en första sållning. Det koncept som erhöll högst poäng efter att åtgärder utförts på konceptet ansågs vara koncept 4, u-bricka med en styrande axel.
Figur 30 Koncepriskanalys på de 4 koncept som ansågs bäst efter genomförd elimineringsmatris. Det koncept som ansågs bäst efter utförda åtgärder i riskanalysen var U-bricka med styraxel.
3.5.4 Konceptval
Baserat på konceptriskanalyser och elimineringsmatriser föll valet på konceptet med bäst värden i dessa matriser. Således valdes koncept 4 – styraxel med U-bricka.
39
3.5.5 Ergonomisk analys
Den kognitiva analysen som genomfördes var i syfte att få en bild av hur bra de nya fixturfästena förstods och hur väl personen kunde jobba med dessa. Av de som testade modellen klarade samtliga av att förstå hur snabbfästena fungerade.
Den ergonomiska rankning som genomfördes för att ta reda på hur belastande åtdragningen blir med skruvarna är ganska låga och ligger inom gränsen för vad som anses vara acceptabla. Här gavs siffran 3 där 1 till 3 inte innebär någon direkt risk som bör åtgärdas. Ergonomiska analysen syns i figur 31 som är hämtad ur Middlesworth (2017).
Figur 31 Ergonomisk analys. En 3a i REBA-score innebär låg risk för belsastningsskador, tabellen är hämtad ur Middlesworth (2017).
3.6 Konstruktion 3.6.1 Vidareutveckling
För att vidareutveckla det valda konceptet följdes modellen DFC som beskrivs av Fogliato. Här användes riskanalysen som ses under figur 28 för att identifiera brister innan konstruktionen
påbörjades, därefter görs åtgärder för att eliminera risker, Fogliato et al. (2010). I modellen framgick det att det kan glappa i motstående ände av fixturfäste. Detta kunde kompletteras med en u-bricka till
40 eller att flytta dessa närmare centrum. Här valdes att addera en u-bricka och flyta ut u-brickorna mot hörnen för att få ökat mothåll vid moment.
För att passa befintliga fixturer var placeringen i hörnen även mycket bättre och gick att implementera på så gott som samtliga fixturer. Vissa fixturdelar sitter skruvade direkt på monteringsbänken utan den fyrkantiga plattan. Här valdes att konstruera en förhöjning så plattan och dess skruvar lätt nås.
En ytterligare risk identifierades med u-brickorna. När skruven dras med moment kan u-brickan skruvas ut ifall denna inte sitter åt rätt håll, se illustrering i figur 32 Detta kan förhindras genom att u- brickan sätts så den vrids åt mer när skruven dras åt och lossar sig själv när skruven dras upp.
Figur 32 Åtdragning av bricka i vänstra läget gör att denna lossnar. Den högra däremot som har rotationspunkt i andra änden låser åt brickan.
Figur 33 visar hur den slutliga konstruktionen var tänkt att se ut med den förhöjda mittensektionen för fixturen samt hur U-brickorna sitter placerade längst ut i hörnen på fixturen. Snabbfästenas funktion var tänkt att styrpinnarna skall styra fixturen till rätt plats. På fixturen sitter U-brickorna monterade och skruvarna sitter monterade på samma botten som styrpinnarna. U-brickorna viks undan och skruvar förs igenom bottenplattan i fixturdelen, därefter skall U-brickorna vikas tillbaka mot skruven och denna dras åt.
41
Figur 33 Fixtur med U-brickor och förhöjd fixtur.
3.6.2 CAD-modell
CAD-programmet som användes vid konstruktionsfasen var CATIA V5 som används av Volvo CE.
Resultatet av den framtagna designen visas i figur 34 nedan samt en närbild i figur 35.
42
Figur 34 CAD-modell av fixtur med de tänkta snabbästena mellan bänk och fixtur.
43
Figur 35 Närbild på snabbäfstet där de kraftiga M10 syns samt styrpinnar och U-brickan, även benämnd locker.
Modellen skapades i ett ”produckt” mode i CADen så samtliga delar syntes samtidigt. Detta gjorde det möjligt att se så delar passar ihop direkt vid konstruktion. Samtliga delar som nykonstruerades
skapades ritningar på för att möjliggöra en tillverkning. Ritningar på bottenplatta för skruvar och styraxlar, fixturbottenplatta för montering av U-brickor, förhöjningsfläns, fixturplatta, samt U-bricka och styraxel ses i Bilaga 7 ritningar.
För att lossa fixturen från arbetsbänken används metoden som redovisas i figurserien 36–39. Modell för hur fixturernas snabbfästen ser ut i låst läge visas i figur 36. Insexskruven som låser u-brickan lossas och vrids ut kring lilla M4 skruvens axel, figur 37. Fixturen vilar då endast på plats med styraxlarna som stöd i sidled. Fixturen kan vid detta tillfälle lyftas av och avlägsnas från monteringen, figur 37 och figur 38. Figur 39 visar frigjord fixtur.
44
Figur 36 Insexskruv lossas.
Figur 37 U-bricka vrids ut.
45
Figur 38 Fixtur lyfts bort.
Figur 39 Lösgjord fixtur.
46
3.6.3 Materialval
Det första som gjordes i materialvalsprocessen var att sätta mål och restriktion. Målet att minimera pris - ekvation 1 sattes för att få ett lägre pris på materialet samt restriktioner som maximal
nedböjning, längd och höjd – ekvation 2. Maximal nedböjning valdes till 1mm då man inte vill att fixturen ska böja sig vid pålastning av moment och således inte erhålla den förspänning som appliceras med momentskaftet.
δ = (M x L2) / (2 x E x I) [1]
m = A x L x ρ x Cp [2]
I = b x h3 / 12 [3]
m = Funktion x Geometri x Materialteknisk aspekt [4]
Där δ är nedböjning, M är moment från hylsnyckel, L är längd på flänsen (detta fall, höjd) E är E-modul, I är tröghetsmoment. Figur 40 visar hur momentet ser ut då fixturen anses som fast inspänd.
Figur 40 Fixtur kan ses som en fast inspänd balk med ett applicerat moment, tex från hylsnycklar.
Målfunktion och restriktion sattes samman och sorteras sedan upp enligt ekvation 4 där
materialtekniska aspekter tas ut och gav ett meritvärde som skall maximeras, ekvation 5, Processen för materialval följdes enligt Ashby (2010). I bilaga 8 ses en fullständig metod med ekvationer.
Maximera → M = ( E 1/3 ) / ( ρ x Cp ) [5]
Log M = Log (( E 1/3 ) / ( ρ x Cp )) [6]
I EduPack sattes även vattentålighet för tvättmaskin, pH resistens samt återvinningsbart in. Figur 41 visar egenskapsdiagrammet med insatt grafisk linje, ekvation 6, för sållning av sista materialen.
Resultatet blir ett par olika rostfria stål.
