Konstruktion av en standardiserad framvagn till lastbilssläp

(1)

Konstruktion av en

standardiserad framvagn till lastbilssläp

Design of a standardised front end of a truck trailer Filip Carlsson

Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Högskoleingenjörsprogrammet i Maskinteknik Examensarbete, 22.5 hp

Handledare: Anders Wickberg Examinator: Anders Biel Datum: 2020-05-28

(2)

(3)

Sammanfattning

Examensarbetet handlar om att konstruera en standardiserad framvagn åt företaget OP höglunds AB. Detta kommer leda till en minskning av de ekonomiska samt logistiska problemen som uppstår till följd av alla de olika varianter av framvagnar som finns idag.

Varje framvagn ser olika ut beroende på kundens beställning. De valmöjligheter som kunden har är bl.a. typen av axel som ska användas och hur stötdämparna och lufttanken ska placeras.

Målet med arbetet är att en komplett 3D-modell med tillhörande ritningsunderlag ska tas fram som OP höglunds AB sedan kan använda för att tillverka den nya framvagnen. Under arbetets gång används teori kring modularisering som hjälp och för att ta fram lösningar på de problem som ska lösas genomförs en konceptgenerering med ett tillhörande konceptval. För att konstruera den nya framvagnen används allt från enkla verktyg som papper och penna till mer avancerade verktyg som CAD-programmet Creo 5 Parametric.

Resultatet är en standardiserad framvagn som är kompatibel med totalt 8 olika axeltyper och som ersätter 5 befintliga framvagnar som används idag. Totalt infördes 8 nya komponenter samtidigt som 25 befintliga komponenter kunde elimineras!

(4)

Abstract

The purpose of this project is to design a standardised front end of a truck trailer in collaboration with OP höglunds ab. This will decrease the financial and logistical problems that arises as a consequence of all the different types of front ends that they have today. Each front end looks different depending on how the customer decides to design the trailer. The customer can for example choose what type of axle to equip the front end with and how the shock absorbers and air tank should be positioned.

The goal with this project is to generate a complete 3D-model and drawings that OP höglunds ab can use to manufacture the standardised front end. Theoretical information regarding modularization will be used as an aid in the work process and a concept generation process will be made in order to solve the different problems. The tools used in the construction process will vary from simple tools such as pen and paper to more advanced tools such as the software Creo 5 Parametric.

The project resulted in a standardised front end which is compatible with 8 different types of axles and it replaces 5 different front ends that are used today. In total there were 8 new parts introduced in the new front end while 25 existing parts could be eliminated!

(5)

Begrepp och definitioner ¹

❖ Vändkrans: En komponent som tillåter framvagnen att rotera 360°.

❖ Dragstång: Förbindelsen mellan lastbilssläpet och lastbilen

❖ Axel: Komponenten som hjulen sitter monterad på.

❖ Luftfjädring: Fjädringstyp som använder luftfyllda gummibälgar [1].

❖ Fångvajer: En vajer som ska hindra att axelns fjädringsväg ej når sitt maximala läge

❖ Bromscylinder: Den komponent som utövar bromskraften.

❖ Parabelfjädring: Ett ovanligare fjädringsutförande. Traditionell bladfjädring som alla framvagnar hade för 25 år sedan.

❖ Viktklass: Den last som axeln/axlarna i en grupp utsätts för, de olika klasserna är 10 Ton, 18 Ton och 20 Ton. En axelgrupp kan vara 1,2 eller 3 axlar monterade i följd.

❖ Axellyft: En komponent som kan lyfta axeln, denna drivs av en bromscylinder

❖ ROR/BPW: Olika axeltillverkare.

1 Andreas Ekström, konstruktör på OP höglunds

(6)

Innehållsförteckning

Inledning 7

1.1 Bakgrund 7

1.2 Problemformulering 11

1.3 Syfte 12

1.4 Mål 12

1.5 Arbetets storlek 14

1.5.1 Avgränsningar 14

1.5.2 Fördjupningsområde 15

Teori 17

2.1 Luftsystemet 17

2.1.1 TEBS 17

2.1.2 Bromssystem 18

2.1.3 Fjädringssystem 21

2.2 Modularisering 26

Metod 28

3.1 Begrepp och definitioner 28

3.2 Konkurrentanalys 28

3.3 Projektplan 29

3.3.1 WBS 29

3.3.2 PERT 29

3.3.3 GANTT 29

3.3.4 Riskanalys 29

3.4 Kravspecifikation 30

3.4.1 FMEA 30

3.4.2 Funktionsanalys 31

3.5 Datainsamling 32

3.6 Konceptgenerering och konceptval 32

3.6.1 Braindrawing 34

3.6.2 Idéskiftesmetoden (6-3-5 metoden) 34

3.6.3 Konceptval 34

3.7 Konstruktion 36

3.7.1 Brain Aided Design (BAD) 36

3.7.2 Pen Aided Design (PAD) 36

3.7.3 3D-modellering (CAD) 36

3.7.4 2D-Ritningsunderlag 37

Resultat 38

4.1 Projektplan 38

4.1.1 Projektmodell 38

(7)

4.1.2 WBS 38

4.1.3 PERT 38

4.1.4 Riskanalys 38

4.2 Kravspecifikation 39

4.2.1 FMEA 39

4.2.2 Funktionsanalys 41

4.4 Konceptgenerering och konceptval 42

4.4.1 Braindrawing 42

4.4.2 Idéskiftesmetoden (6-3-5 metoden) 50

4.4.3 Konceptval 53

4.5 Konstruktion 56

4.5.1 Brain Aided Design (BAD) 57

4.5.2 Pen Aided Design (PAD) 58

4.5.3 3D-modellering (CAD) 69

4.5.4 2D-Ritningsunderlag 86

4.5.5 Analys 87

Diskussion 88

Slutsats 90

Vidare arbete 91

Tackord 92

Referenser 93

Bilagor 97

(8)

Bilagor

Bilaga A: Projektmodell Bilaga B: WBS

Bilaga C: PERT Bilaga D: Riskanalys Bilaga E: Ritning basplåt Bilaga F: Ritning täckplåt Bilaga G: Ritning livplåt

Bilaga H: Ritning förstärkande livplåt

Bilaga I: Ritning förstärkning till stötdämpare ROR Bilaga J: Ritning förstärkning till stötdämpare BPW Bilaga K: Ritning förstyvningsplåt

Bilaga L: Ritning Lufttankfäste Bilaga M: Sammanställningsritning

(9)

(10)

1. Inledning

1.1 Bakgrund

OP höglunds finns lokaliserat i Säffle samt Mjölby och ingår i den så kallade OP gruppen. Företaget specialiserar sig på service samt påbyggnation av lastbilar och lastbilssläp . ²

Händelseförloppet börjar med att OP höglunds får en beställning från kunden, därefter görs en kundgenomgång där kunden har möjlighet att lägga till utrustning. När detta är klart tas orderunderlag och ritningar fram . ³

När beställningen gäller påbyggnation av en lastbil kommer den oftast direkt från tillverkaren, vanligtvis Volvo eller Scania. Påbyggnaden av lastbilar sker endast i Säffle, ej i Mjölby . ⁴

Detta projekt kommer endast att behandla lastbilssläp och i det fallet ser situationen annorlunda ut.

Framänden av släpvagnens chassi består i grova drag av två chassirambalkar samt en framvagn.

Dessa framvagnar tillverkas och monteras samman med chassirambalkarna i produktionen i Mjölby och slutmontage av bland annat fjädring, el och hydraulik kan ske i både Mjölby och Säffle, beroende på vart det finns plats i produktionen men även vart kunden befinner sig. När alla produkter finns hemma i lager och det färdigsvetsade släpvagnschassit har kommit till Säffle påbörjas slutmontaget av släpet . ⁵

2 Andreas Ekström, konstruktör OP höglunds

(11)

Framvagnen sitter längst fram på lastbilssläpet, se figur 1

Figur 1: Framvagnens position på ett timmersläp. ⁶

En mer detaljerad vy av framvagnen framgår av figur 2.

Figur 2: Illustration av de två chassirambalkarna och framvagnen.⁷

6 Källa: OP höglunds

(12)

Ovanpå framvagnen sitter en vändkrans monterad, se figur 3.

Figur 3: Vändkransen är komponenten som är inringad av cirkeln. ⁸

I framänden av framvagnen sitter en dragstång monterad, se figur 4.

(13)

Figur 4: Dragstången som fästs på lastbilen. ⁹

(14)

1.2 Problemformulering

När kunden har lagt en order på ett släp så baseras valet av framvagn på den unika beställningen.

Valet av vilken framvagn som ska användas baseras på frågor som : ¹⁰

❖ Hur ska stötdämparna vara placerade?

❖ Används luftfjädring eller parabelfjädring?

❖ Vilket bromssystem ska användas? Är det skivbroms eller trumbroms?

❖ Vilken typ av axel ska användas och hur många axlar ska framvagnen utrustas med?

❖ Vilken viktklass tillhör framvagnen?

I dagsläget finns det ca 10-12 olika framvagnar att välja mellan, beroende på vilken utrustning som kunden vill ha. Alla dessa framvagnar består av olika delar med olika leverantörer. Enligt uppdragsgivaren orsakar alla dessa olika typer av framvagnar logistiska och ekonomiska problem samtidigt som det tar onödigt lång tid vid monteringen . ¹¹

Stötdämparen kan monteras liggande eller stående, se figur 5 respektive figur 6.

Figur 5: En liggande stötdämpare monterad på framvagnen. ¹²

(15)

Figur 6: En stående stötdämpare monterad på framvagnen.¹³

1.3 Syfte

Syftet med detta arbete är att minska antalet framvagnar och konstruera en standardiserad framvagn som är kompatibel med alla olika kombinationer av utrustning. En noggrann analys kommer att genomföras för att undersöka vad som kan återanvändas från existerande framvagnar samt hur den nya framvagnen ska konstrueras på bästa sätt.

1.4 Mål

Målet med detta arbete är att minska behovet av att använda flera olika framvagnar och istället ersätta dem med en standardiserad framvagn.

En standardiserad framvag är något som OP höglunds har tänkt att utveckla men som aldrig blivit verklighet, detta ska examensarbetet förverkliga! För att denna konstruktion då ska kunna tillämpas

(16)

i deras produktion behövs ritningar. Det slutliga målet med projektet blir då att ta fram en 3D-modell samt 2D-ritningsunderlag på en standardiserad framvagn som OP höglunds kan använda.

Utöver att framvagnen ska standardiseras ska livplåten i chassirambalkarna höjas för att eliminera piedestaler, se figur 7. Dessa piedestaler ska undvikas för att underlätta monteringen av luftbälgen.

Som visas i figur G sitter luftbälgen monterad med skruv och dessa blir lättare att komma åt om piedestalerna elimineras . Framvagnen ska dessutom vara anpassad för att kunna utrustas med¹⁴ fångvajer samt PREV-ventil . ¹⁵

Figur 7: Den inringade piedestalen visas mellan luftbälgen och balken. ¹⁶

Fångvajern finns för att skona luftbälgarna när timmersläpet lastas av. När timmersläpet är fullastat kan det väga 38-42 Ton. Om kranen som lastar av timmerlasten tar många stockar på samma gång uppstår en enorm viktskillnad vilket får luftbälgarna att expandera mycket snabbt. För att hindra axeln från att nå sitt maximala fjädringsläge och därmed riskera att skada luftbälgarna stoppas denna rörelse av fångvajern . ¹⁷

14Andreas Ekström, konstruktör OP höglunds

(17)

1.5 Arbetets storlek

1.5.1 Avgränsningar

För att hålla arbetet inom rimliga gränser kommer arbetet att avgränsas till framvagnar som endast använder sig av två axlar och luftfjädring samt tillhör viktklassen 18 Ton. I tabell 1 illustreras de olika axlarna som framvagnen ska vara kompatibel med . ¹⁸

Tabell 1. ¹⁹

Axeltyp 1 axel, 10 Ton

1 axel, 10 Ton Lastväxlare

2 axlar, 18 Ton

2 axlar, 18 Ton Lastväxlare

2 axlar, 20 Ton ROR SL9 TRC

9/10 Ton

+ + + + +

ROR CS 10 Ton + + + + +

BPW ALM 9 Ton - - + + -

BPW ALM 10 Ton + + + + +

BPW ALM 9 Ton Stående

stötdämpare

- - + - -

BPW ALM 10 Ton Stående

stötdämpare

- - + - +

BPW ALUW 9 Ton Stående Stötdämpare

- - + - -

BPW ALUW 10 Ton Stående stötdämpare

- - + - +

- : Kombinationen fungerar ej

+ : Kombinationen fungerar optimalt

(18)

Framvagnen kan även utrustas med endast en axel istället för två samt att de kan ha parabelfjädring istället för luftfjädring. Detta är dock utanför ramarna av detta arbete och kommer därför inte att tas hänsyn till . ²⁰

OP höglunds tillverkar lastbilssläp av typerna timmersläp, flissläp och lastväxlarsläp. För att hålla arbetet på en realistisk nivå kommer detta arbete att avgränsas till att endast behandla timmer och flis . ²¹

Den kombination som kommer att behandlas i detta arbete beskrivs av tabell 2.

Tabell 2.

Viktklass Antal axlar Fjädringstyp Bromstyp Typ av släp

18 Ton 2 Luftfjädring Skivbroms eller

trumbroms

Timmer eller flis

1.5.2 Fördjupningsområde

Det område som denna rapport kommer att fokusera på är standardiseringen av framvagnen och säkerställa att den är kompatibel med alla möjliga kombinationer. Om standardiseringen av framvagnen ej kan genomföras till 100%, det vill säga den passar inte till alla möjliga kombinationer, kommer arbetet att stanna där. Hållfasthetsberäkningar av framvagnen kommer att begränsas då OP höglunds har genomfört egna hållfasthetsberäkningar på de existerande framvagnarna och även testat dem ute i fältprov för att se att de fungerar som de ska . ²²

Verktyg som Finita Element Metoden (FEM) kommer därför inte användas i detta arbete. Ett viktigt verktyg som kommer att användas är Computer Aided Design (CAD), detta kommer att användas för att konstruera den nya framvagnen. CAD-modellen kommer att byggas upp från grunden

(19)

samtidigt som den tar inspiration från de existerande framvagnarna då det troligen kommer att vara mycket som kan återanvändas . ²³

En materialvalsprocess kommer ej genomföras då OP höglunds har standardiserat sig på ett väl fungerande material . ²⁴

Det kommer att finnas teoriavsnitt som beskriver lastbilssläpets bromssystem och fjädringssystem samt avsnitt där modularisering förklaras mer ingående. Den information som kommer att användas kommer att hämtas från både böcker och hemsidor med trovärdiga utgivare.

Arbetets väg kommer att beskrivas och planeras med hjälp av projektplanen som har skapats vid projektets start. I denna finns även en projektmodell som beskriver de olika faser som projektet har delats upp i samt hur lång tid som avsatts till varje fas. Detta dokument kommer därför ligga till grund för tidsplaneringen.

För att få en grundläggande kunskap om arbetet genomförs ett antal besök på OP höglunds. Det är även tänkt att arbetet ska utföras på plats på OP höglunds för att på så sätt underlätta kommunikationen.

(20)

2. Teori

2.1 Luftsystemet

2.1.1 TEBS

Både bromssystemet och fjädringssystemet styrs av luft och de är sammanlänkade. De styrs av en enhet kallad TEBS , se figur 8. TEBS står för Trailer Electronic Braking System och den här²⁵ enheten får in signaler från olika givare som är monterade på släpet. Enheten känner av om körförhållandena är säkra eller ej samt om de är effektiva eller ineffektiva och kan då kontrollera bromsarna och luftfjädringen för att väga upp för detta. Dessutom varnar enheten föraren om dessa förhållanden[2].

På släpet sitter en reläventil monterad. Mellan denna reläventil och TEBS-enheten går en elledning (nr 12 i figur 10). TEBS-enheten får signal om att släpet ska bromsas via en luftledning som kommer från bilen och när detta händer så skickas en elektrisk signal till reläventilen att den ska skicka ut luft till bromsarna. Anledningen till att luften till bromsarna kommer från reläventilen är för att luft kan medföra en viss fördröjning. Genom att placera reläventilen nära bromsarna kan denna fördröjning undvikas. Om något går fel så kan TEBS-enheten få en felaktig signal som säger att maximal bromskraft ska appliceras även om det inte är sant. För att förhindra detta finns det en koppling som går direkt från bilen och in i TEBS (nr 10 i figur 10). TEBS kan då vid en inbromsning jämföra värdet på denna signal med värdet som den får via luftledningen. Om dessa värden ej stämmer överens så varnas föraren. ²⁶

25Jonas Karlsson, konstruktör OP höglunds

(21)

Figur 8: TEBS-enheten monterad på släpet. ²⁷

TEBS-enheten innehåller en mängd olika funktioner som möjliggör alla dessa funktioner, några av dessa viktiga funktionerna är[3]:

❖ En trycksensor för axellast

❖ En trycksensor för bromstryck

❖ Trycksensorer för mätning av trycken för bromscylindrarna

2.1.2 Bromssystem

När det kommer till bromsarna på ett lastbilssläp så finns det två olika typer att välja mellan, skivbroms eller trumbroms . Skivbromsprincipen bygger på att två belägg är placerade på vardera²⁸ sida om den roterande bromsskivan, se figur 9. När dessa trycks mot bromsskivan uppstår friktion. I en trumbroms uppstår friktionen genom att en bromsback pressas mot insidan av en bromstrumma.

[4]

(22)

Figur 9: Illustration av skivbroms med bromsskiva och bromsbelägg markerade [5].CC-0

Enligt [4] är skivbromssystemet vanligt hos personbilar medans trumbromssystenet är vanligt hos tyngre fordon, exempelvis lastbilar. Mägi [4] menar också att anledningen till att trumbromsar används i tunga fordon är för att dessa kyls bättre än skivbromsar men också för att de har en bättre bromsförmåga per volymenhet.

På de släp som OP höglunds tillverkar styrs bromssystemet av TEBS-enheten . Med inspiration ²⁹ tagen av Lartén [6] kan ett schema över hur bromssystemet kan se ut ses i figur 10.

(23)

Figur 10: Ett exempel på hur bromssystemet kan se ut. ³⁰

Här visar markering 1 TEBS-enheten, markering 2 visar PREV-ventilen , markering 3 visar ³¹ fjäderbelastade bromscylindrar och markering 4 är reläventilen som förser bromsarna med luft . ³²

En användbar funktion som TEBS-modulen innehåller är ALB, vilket står för Automatisk Lastberoende och Bromskraftsreglering. Genom att känna av hur högt trycket är i luftbälgen, vilket kan göras med hjälp av en trycksensor som finns inbyggd i TEBS, kan bromstrycket anpassa sig efter hur mycket last som släpet bär på [3].

Modulen innehåller även Antiblockeringssystem, vanligen benämnt ABS. Denna funktion hindrar hjulen att låsa sig vid en inbromsning. Med hjälp av hjulens varvtal kan ABS-systemet besluta om trycket till bromsarna ska sänkas, höjas eller ej förändras. Detta sker så fort som det finns en risk att hjulen ska låsa sig [3].

I bromssystemet ingår en komponent kallad Park Release Emergency Valve (PREV), se figur 11.

Syftet med PREV-ventilen är att kunna lossa på parkeringsbromsen när släpet är bortkopplat från lastbilen. I vanliga fall så bromsas släpet av färdbromsarna när det kopplas loss från lastbilen. Detta innebär att lufttillförseln bryts och luften som går till bromsarna är lagrad i lufttanken. Det betyder

30Källa: OP höglunds

(24)

att bromsarna förlorar sin verkan om trycket i tanken blir för lågt, vilket kan leda till att släpet börjar rulla. Om trycket i tanken blir för lågt så aktiverar PREV-ventilen en s.k ”katastrofbroms” vilket innebär att fjädern i bromscylindern (nr 3 i figur 10) kommer att utöva bromskraften och stoppa ³³ släpet från att rulla iväg[7] . OP höglunds brukar montera dessa på axlarna 3 och 4 eftersom axel 5 ³⁴ oftast är utrustad med en axellyft. ³⁵

Figur 11: Illustration av PREV-ventilen. ³⁶

På PREV-ventilen finns en svart och en röd knapp. Den svarta knappen kopplar från bromsarna efter att PREV-ventilen har aktiverat dem, för att göra detta krävs dock tillräckligt med tryck i lufttanken[7]. Den röda knappen används för att dels aktivera bromsarna men kan också användas för att lossa dem [7].

2.1.3 Fjädringssystem

På samma sätt som det vanligtvis finns två typer av bromsar finns det också två vanliga typer av fjädring när det kommer till lastbilssläp, dessa är luftfjädring och bladfjädring. I detta arbete ³⁷

33Andreas Ekström förklarade att det var bromscylindern som utövar bromskraften

34 Jonas Karlsson, konstruktör OP höglunds

37Andreas Ekström, Konstruktör OP höglunds

(25)

kommer endast luftfjädring att behandlas men en kort beskrivning av bladfjädrar kan ändå vara användbar för att visa skillnaden mellan dem.

Bladfjädringen använder sig av böjningen av balkar. Balkarna placeras i flera skikt ovanpå varandra och de är oftast rörliga gentemot varandra. Bladfjäderns karaktäristik kan ändras genom att bland annat ge de olika skikten en initialkrökning, detta skulle leda till en progressiv fjäderkarakteristik [4].

Med inspiration tagen från Lartén [6] kan figur 12 användas för att förklara hur luftfjädringssystemet ser ut på framvagnen. Stötdämparen (2) sitter monterad på axeln (1), observera att stötdämparen är monterad stående, och mellan axeln och ramen på framvagnen sitter luftbälgen (3).

Figur 12: Luftfjädring monterad på framvagnen. ³⁸

Så hur fungerar luftfjädring? Fjädringssystemet består av luftbälgar gjorda av gummi som med hjälp av en kompressor fylls med luft [1]. Utöver luftbälgarna så består fjädringssystemet också av lufttankar, ledningar, ventiler och en nivåventil [8].

(26)

Justering av höjden på släpet görs genom att fylla eller tömma bälgen på luft. För att känna av släpets höjd används en nivåventil. Nivåventilen är monterad på släpets ram och är ihopkopplad med luftbälgarna med luftledningar. Nivåventilen är kopplad till en länkarm som sitter fastmonterad på axeln, se figur 13. Nivåventilen kan vara både mekanisk och elektrisk[8]

Figur 13: Bild på nivåventilen. Observera att länkarmen ännu ej är kopplad till axeln. ³⁹

När axeln rör sig uppåt förs även länkarmen uppåt, detta ger en signal till nivåventilen som förser luftbälgen med luft. På samma sätt så töms luftbälgen på luft när axeln och länkarmen förs nedåt[8].

Det finns som sagt en mekanisk och elektronisk variant av nivåventilen och det finns en fördel med att använda den elektroniska varianten. En konstruktör på OP höglunds menar att den elektriska⁴⁰ nivåventilen samlar in data på axelns position under ca 1 minut, när denna minut är över

40 Jonas Karlsson, konstruktör OP höglunds

(27)

sammanställs datan och utifrån den kan ett slags medelvärde på släpets höjd skapas. Med andra ord ändras släpets höjd varje minut istället för att den ändras så fort axeln rör sig.

I luftsystemet ingår olika ventiler, vanligt förekommande är så kallade backventiler. Dessa tillåter endast flöde i en riktning och är till för att hindra luften från att flöda i fel riktning [8].

Med ett luftfjädringssystem tillkommer många luftledningar och därför är det fördelaktigt att använda sig av en standardiserad färg för just dessa ledningar. I OP höglunds fall har dessa färgats gula , se figur 14. ⁴¹

Figur 14: För luftledningarna används gula slangar. ⁴²

(28)

Det finns såklart en anledning till att välja luftfjädring och detta är alla de fördelar som det innebär.

Luftfjädring bidrar till att lägre vibrationer och ljudnivåer uppstår. Detta bidrar till en mer bekväm arbetsmiljö för föraren samt en längre livslängd hos släpet då dess komponenter ej utsätts för samma grad av vibrationer som skulle uppstå vid användningen av annan fjädringstyp [1]. Cottingham [1]

menar också att luftfjädringen kan sänka bränsleförbrukningen samt ge en mer mångsidig körkaraktäristik tack vare höjdjusteringen. Han menar att på vissa släp kan höjden optimeras för att på så sätt minska luftmotståndet och därmed bränsleförbrukningen, oavsett om släpet bär last eller ej. Dessutom kan föraren ändra släpets höjd beroende på situationen, vid körning på en ojämn väg krävs en högre markfrigång och vid lastning kan det vara fördelaktigt att sänka släpets höjd [1].

Dock så finns det även nackdelar med att välja ett luftfjädringssystem. Inköpspriset är högt och luftfjädring tenderar att ha en lägre slitstyrka än bladfjädring. Dessutom kräver luftfjädring kompetens av användaren för att undvika att systemet skadas[1].

(29)

2.2 Modularisering

Enligt Erixon et.al [9] innebär modularisering att dela in en produkt i byggblock med bestämda gränssnitt bestämda av företagsspecifika skäl. Om en väl skapad modulindelning har tagits fram kan det leda till många positiva effekter. Det kan bland annat leda till en effektivisering av hantering av offerter och planering, kortare ledtid i tillverkningen samt en garanterad kvalitet när det finns beräkningsunderlag för varje modul [9]. Det finns också positiva effekter som passar bra in på fallet med OP höglunds. En bra modulindelning kan leda till att varukapitalbindningen minskar dels tack vare att ledtiden minskar men också för att lagernivån minskar[9]. Framvagnarna som används idag består av olika delar och genom att minska antalet delar kan en minskad material-och inköpskostnad åstadkommas. Uppgradering och service av framvagnen är också en aspekt som underlättas av modulindelning då modulerna enkelt kan bytas ut [9].

Det finns dock tillfällen då modulindelning inte är att föredra, t.ex. vid enstyckstillverkning och i de fall som produkten ska optimeras. En optimering kan innebära att minska vikten på produkten, vilket kan bli svårt på en modulindelad produkt som väger lite extra p.g.a. flera olika fästen osv [9].

I detta arbete så antar uppdragsgivaren⁴³ att mycket kan återanvändas från de befintliga framvagnarna. Ett begrepp som därför är viktigt är “Carry over”. Begreppet omfattar de delar av produkten som ej kommer att förändras och som kan återanvändas i nästa produkt [9].

Ett företag som är förknippat med modularisering är Scania. Modulsystemet tillåter dem att möta många kunders önskemål med ett fåtal olika delar. De har delat upp sitt modulsystem i tre olika delar: Standardiserat gränssnitt, samma behov-identisk lösning och slutligen välbalanserat antal varianter[10]. Standardiserat gränssnitt innebär att kopplingen mellan modulvarianterna är samma samt att de inte kommer att ändras över tid. Detta innebär att modulerna kan användas till flera olika varianter respektive att modulerna ej behöver ändras om nya förändringar sker i framtiden [10].

Samma behov-identisk lösning innebär att kundernas behov är samma trots att de har olika användningsområden, Eriksson et.al[10] menar att en vindruta kan vara ett exempel på detta. Det sista förhållningssättet är att ha ett väl balanserat antal lastbilsutföranden som kunderna kan välja

(30)

mellan. Kunderna har alla sina egna önskemål beroende på hur och vart lastbilen ska användas och enligt Eriksson et.al[10] är det då viktigt att ha en god balans på antalet lastbilsutföranden. För få utföranden leder till att man inte kan träffa alla kunders önskemål och för många utföranden leder till höga utveckling- och produktionskostnader [10].

I detta arbete kan tankesättet kring modulindelning användas till viss grad. Det begrepp som kommer att återkomma är “Carry over” och anledningen till det är att många lösningar från de befintliga framvagnarna som kommer att tas med i den standardiserade framvagnen.

(31)

3. Metod

3.1 Begrepp och definitioner

I början av rapporten finns en lista över viktiga begrepp som är bra att kunna. Anledningen till att listan är placerad i början av rapporten är för att läsaren ska få med sig dessa begrepp från första början.

3.2 Konkurrentanalys

En förstudie om hur andra företag har konstruerat framvagnen bedöms som svår att genomföra då det krävs information från dessa företag. OP höglunds största konkurrenter när det kommer till timmersläp är Parator, Jyki och Kilafors . Om några av dessa företag skulle få frågan “Hur har ni ⁴⁴ konstruerat er framvagn?” är chansen att få något svar tillbaka mycket liten, därför kommer det inte genomföras någon större förstudie om andra företag i detta arbete.

Däremot så berättade personalen på företaget att det ibland finns en framvagn av annat fabrikat på ⁴⁵ OP höglunds. Det innebär att konstruktionen på den framvagnen kan studeras och användas som inspiration vid framtagningen av OP höglunds standardiserade framvagn.

45 Andreas Ekström, konstruktör OP höglunds & Bo Lidbeck, servicechef OP höglunds

(32)

3.3 Projektplan

Vid början av projektet upprättades en projektplan, den innehåller bl.a. bakgrund till problemet, syftet med projektet, projektets avgränsningar osv. Den innehåller även verktygen WBS, PERT,GANTT, en riskanalys samt en projektmodell över projektets fasindelning. En mall för projektplanens uppbyggnad hämtas från lärplattformen Canvas[11]

3.3.1 WBS

En Work Breakdown Structure (WBS) skapades i början av projektet. Detta är ett verktyg som används för att organisera arbetet och få en översikt på arbetets storlek för att sedan kunna bryta ned det i mindre delar[12].

3.3.2 PERT

Utifrån WBS kunde ett Program Evaluation and Review Technique (PERT) schema skapas. Detta används för att organisera och tidsplanera projektet och det anger även den minsta mängden tid som måste läggas på projektet för att det ska bli klart[13].

3.3.3 GANTT

Tidsplanen som projektet går efter utgörs av ett GANTT-schema. Schemat består av ett x-y diagram där aktiviteterna som ska utföras placeras på y-axeln och tiden placeras på x-axeln. Aktiviteterna utgörs av horisontella linjer och längden av dem visar hur lång tid som de planeras ta[14].

3.3.4 Riskanalys

En riskanalys genomförs vid projektets start. En risk är en händelse som kan påverka projektet på ett negativt sätt och syftet med analysen är att identifiera hur sannolikt det är att en viss risk ska uppstå samt vilken effekt den har[15]. Mallen som används för riskanalysen hämtas från kursen “Integrerad produktutveckling” på lärplattformen Canvas[16].

(33)

3.4 Kravspecifikation

För att ej glömma bort vilka krav som den standardiserade framvagnen ska uppfylla har en kravspecifikation tagits fram[14]. I kravspecifikationen finns även ett antal önskemål som framvagnen förhoppningsvis ska uppfylla. Dessa önskemål tas fram genom att gå runt i verkstaden och fråga montörerna vad de har för förslag på saker som skulle underlätta deras arbete.

Handledaren på OP höglunds tar del av kravspecifikationen för att kontrollera att alla krav finns med och att de faktiskt stämmer.

3.4.1 FMEA

I kravspecifikationen ingår en Felmods- och feleffektanalys (FMEA) som används för att kartlägga de fel som kan inträffa och vilka konsekvenser de har. Eftersom det här projektet handlar om konstruktion så genomförs en så kallad konstruktions-FMEA[14]. Det genomförs en analys på vad som kan gå fel vid konstruktionen av den standardiserade framvagnen.

För att ta reda på vilken konstruktionsändring som ska fokuseras mest på används tre olika kategorier: Felsannolikhet, Allvarlighetsgrad och sannolikheten att inte upptäcka felet. Varje risk bedöms utifrån dessa kategorier med en skala mellan 1-10, beroende på hur allvarlig och sannolik risken är. Värdet av dessa tre kategorierna multipliceras ihop för att få fram ett så kallat risktal (RPN )[14].

Tabell 3 illustrerar mallen för den FMEA som används i detta projekt. Mallen har tagits fram med inspiration av en färdig mall som finns på lärplattformen Canvas samt från föreläsningsmaterial.[17][18][19]

(34)

Tabell 3: Mall för FMEA.

3.4.2 Funktionsanalys

En funktionsanalys genomförs för att illustrera de funktioner som den standardiserade framvagnen ska ha. Funktionsanalysen genomförs genom att kombinera ett verb med ett substantiv[20]. Tabell 4 visar hur mallen för funktionsanalysen ser ut, inspiration till mallen har hämtats från kursen Integrerad produktutveckling på lärplattformen Canvas och det används två olika klasser som funktionerna kan delas in i, Ö (önskemål) och N (nödvändighet)[20][21].

Tabell 4: Mall för funktionsanalys innehållande ett exempel på en funktion.

(35)

3.5 Datainsamling

Den information som används under projektet hämtas främst från böcker och internetkällor. Innan källan används görs en bedömning av dess trovärdighet, detta görs genom att undersöka vem som skrivit innehållet, vem har publicerat det och varför? En föreläsning om informationssökning genomfördes på Karlstads Universitet där det presenterades hur man får tillgång till information samt hur man kan bedöma om den är trovärdig eller ej[22][23].

3.6 Konceptgenerering och konceptval

Med inspiration tagen från Johannesson [14] kan konstruktionsprocessen delas in i följande steg:

❖ Produktspecificering

❖ Konceptgenerering

❖ Utvärdering och val av koncept

Syftet med en produktspecificering är bl.a. att definiera problemformuleringen och ge en enhetlig syn på projektets mål [14]. I kravspecifikationen har en funktionsanalys upprättats, detta dokument kan enligt Johannesson [14] fungera som en produktspecificering där det framgår vilka funktioner som den standardiserade framvagnen ska ha. Produktspecificeringen uppdateras efter tidens gång när mer information tillkommer[14].

Det finns många krav och önskemål som ska uppfyllas men för att hålla arbetet på en rimlig nivå kommer inte alla problem att lösas. Konceptgenereringen kommer att behandla följande områden:

❖ Flytta elektronikboxen

❖ Montera fångvajer

❖ Montering av lufttank

Med hjälp av lärare på Karlstads Universitet fastställs det att de tre områdena ovan kan ses som ⁴⁶ delfunktioner som ska lösas. För att ta fram olika idéer kommer följande metoder att användas:

❖ 6-3-5 metoden

❖ Braindrawing

46Johan Strandberg, Karlstad Universitet

(36)

6-3-5 metoden kommer att användas för delfunktionen fångvajer. Syftet med fångvajern är att hindra axeln från att nå sitt maximala läge då det kan skada luftbälgarna . Vid 6-3-5 metoden⁴⁷ kommer dock lösningen fångvajer inte vara given utan deltagarna kommer presenteras med en ny, mer bred frågeställning. Istället för att svara på frågan “Hur kan vi fästa fångvajern?” ställs frågan:

“Hur kan vi förhindra axeln från att nå sitt maximala läge?”. Genom att göra detta kan mer kvalitativa lösningsidéer fås fram[24]

För att komma fram till idéer om hur elektroniklådan kan flyttas och för att ta fram ett universalfäste till lufttanken kommer metoden braindrawing att användas.

När det har genererats lösningsidéer på dessa delfunktioner kommer de att kombineras till möjliga koncept med hjälp av en morfologisk matris. Med inspiration tagen från Johannesson[14] kan den morfologiska matrisen beskrivas av tabell 5.

Tabell 5: Strukturen på den morfologiska matrisen.

Nästa steg i processen är att kombinera dessa idéer för att få fram kompletta lösningsalternativ.

Detta görs genom att dra streck mellan varje idé och välja ut de koncept som anses realistiska och lämpliga [14], se tabell 6.

(37)

Tabell 6: De olika idéerna kombineras till kompletta koncept.

3.6.1 Braindrawing

Denna metod innebär att man ritar bilder på lösningen. Det är viktigare att få fram så många idéer som möjligt istället för så bra lösningar som möjligt. Denna metod genomförs i en grupp och i omgångar. Efter varje omgång får deltagarna förklara sina idéer för att deltagarna i nästa omgång ska kunna ta inspiration från dessa[25].

3.6.2 Idéskiftesmetoden (6-3-5 metoden)

6-3-5 metoden betyder att 6 personer kommer på 3 idéer baserat på de 5 föregående personernas idéer. För att genomföra detta kommer det att tas hjälp av klasskamrater då metoden kräver flera deltagare. En problemformulering presenteras för deltagarna och varje person ska då skissa eller beskriva tre möjliga lösningar på sitt papper. När en bestämd tid har passerat så får någon annan deltagare pappret varpå hen ska utveckla de idéer som föregående person tagit fram. Detta upprepas tills dess att alla deltagare har tagit del av alla idéer. Syftet med denna metod är att se på problemet med olika vinklar [14].

3.6.3 Konceptval

Konceptvalet kommer att genomföras med hjälp av Pugh’s relativa beslutsmatris. I matrisen så jämförs de olika koncepten mot en referens, förslagsvis ett koncept som man känner till. I detta fall kommer det att vara en redan befintlig framvagn. Koncepten jämförs sedan med avseende på olika kriterier där de betygsätts om de är bättre, sämre eller lika bra som referensen. Koncepten får då respektive betyg +, - eller 0 [14]. Erixon [9] föreslår att målen med modulindelning ska användas som kriterier, dessa är bla. kortare ledtid, bättre kvalitet, enklare offerter o.s.v.. I detta fallet kommer vissa av dessa kriterier att användas tillsammans med egna framtagna kriterier. De kriterier som kommer att användas i den relativa beslutsmatrisen är:

(38)

❖ Bättre kvalitet

❖ Mindre lagerhållning

❖ Ökad arbetstillfredsställelse

❖ Monteringsvänlighet

❖ Tillverkningsvänlighet

❖ Materialkostnad

❖ Underhållsvänlighet

❖ Kortare ledtid

Efter betygsutdelningen summeras betygen och därefter beräknas ett nettovärde som ligger till grund till rangordningen[14].

Enligt Johannesson [14] ska några koncept utvärderas vidare men i detta arbete kommer det koncept med högst rangordning i den första omgången av utvärderingen anses vara det bästa.

(39)

3.7 Konstruktion

För att lösa de problem som inte kräver konceptframtagning påbörjas konstruktionsarbetet.

När framvagnen ska konstrueras så kommer den att byggas upp från grunden. Efter samtal med handledare på OP höglunds⁴⁸ kan det konstateras att mycket kan återanvändas från de redan existerande framvagnarna och därför kommer mycket inspiration kunna tas från dessa.

För att påbörja konstruktionsarbetet kommer metoderna BAD och PAD att användas för att sedan gå över till CAD.

3.7.1 Brain Aided Design (BAD)

Brain Aided Design innebär att man föreställer sig i huvudet hur konstruktionen ska se ut . ⁴⁹ Ritningar på befintliga framvagnar kommer att studeras för att se vad som kan återanvändas och vad som måste ändras.

3.7.2 Pen Aided Design (PAD)

Pen Aided Design görs efter att Brain Aided Design har genomförts och innebär att man använder papper och penna för att rita upp den tänkta konstruktionen . I detta stadie kommer ⁵⁰

framvagnens grova struktur att ritas upp för hand på det sätt som det är tänkt att framvagnen ska se ut. Mer detaljerad konstruktion med korrekta mått sker i 3D-modelleringen.

3.7.3 3D-modellering (CAD)

När BAD och PAD är genomfört inleds 3D-modelleringen i konstruktionsarbetet. Konstruktionen av den standardiserade framvagnen kommer att ske i CAD-programmet Creo 5 Parametric där en 3D-modell kommer att tas fram. Från början var det tänkt att mycket tid skulle spenderas på OP höglunds för att underlätta kommunikationen men p.g.a. Coronaviruset (COVID-19) är detta ej möjligt. Istället får kommunikationen skötas via telefon och e-post.

49 Lasse Jacobsson, KAU

50Lasse Jacobsson, KAU

(40)

Vid konstruktionen är det viktigt att tänka på att framvagnen ska kunna tillverkas i verkligheten, det får alltså inte bli allt för komplicerade geometrier i CAD-programmet. För att vara säker på att de framtagna komponenterna kommer att kunna tillverkas så kommer det inte att användas någon mer komplicerad geometri än de som används på de befintliga framvagnarna, d.v.s många geometrier kommer att återanvändas. Handledaren på OP höglunds kommer också att granska konstruktionen för att se om den är möjlig att tillverkas.

3.7.4 2D-Ritningsunderlag

När 3D-modellen är färdig kommer 2D-underlagsritningar att tas fram på den standardiserade framvagnen. Även dessa kommer skapas i programmet Creo 5 Parametric.

(41)

4. Resultat

4.1 Projektplan

4.1.1 Projektmodell

Fasindelningen kan ses i bilaga A

4.1.2 WBS

WBS-schemat kan ses i bilaga B.

4.1.3 PERT

PERT-schemat kan ses i bilaga C.

4.1.4 Riskanalys

Riskanalysen kan ses i bilaga D.

(42)

4.2 Kravspecifikation

Det finns ett antal krav som ställs på den standardiserade framvagnen, dessa är : ⁵¹

❖ Framvagnen ska vara kompatibel med axeltillverkarna BPW och ROR samt dess olika varianter

❖ Framvagnen ska kunna utrustas med stående samt liggande stötdämpare

❖ Framvagnen ska kunna utrustas med en PREV-ventil

❖ Framvagnen ska kunna utrustas med en fångvajer

❖ Lufttanken ska kunna monteras på insidan eller utsidan av framvagnen

❖ Elektronik- och luftkomponenter ska kunna monteras på framvagnen

❖ Axelavståndet ska vara minst 1300 mm [26]

Det finns även ett önskemål från handledaren på OP höglunds som ska finnas med på den standardiserade framvagnen. Montörerna i verkstaden på OP höglunds blev frågade om de hade några önskemål och dessa önskemål tillsammans med önskemålen från handledaren är:

❖ Livplåten ska göras högre för att eliminera piedestaler ⁵²

❖ Plåten som elektroniklådan sitter monterad på ska enkelt kunna justeras i sidled. I dagsläget är det svårt att montera locket på elektroniklådan och detta skulle kunna undvikas om lådans position kan ändras. ⁵³

4.2.1 FMEA

En FMEA fastställdes i kravspecifikationen där det framgår vilka risker som kan uppstå i konstruktionen, dess konsekvenser samt vad orsaken är. Den konstruktionsändring som ska fokuseras mest på är infästningen av framvagnens stötdämpare. Anledningen till detta är att det skulle uppstå svåra konsekvenser om fästet till stötdämparna skulle brista. Tillslut kunde 12 risker identifieras och den färdiga FMEA:n kan ses i tabell 7.

53Per-Arne Andersson, montör OP höglunds

Konstruktion av en standardiserad framvagn till lastbilssläp