Inlämningsuppgift Chalmers Tekniska Högskola

Transkript

1 Chalmers Tekniska Högskola Inlämningsuppgift 7 Integrerad konstruktion & tillverkning, grupp A3 Gruppmedlemmar: Marcus Andersson, Anton Denzler, Jonas Henrikson, Fredrik Holst, Manne Solbreck

2 Innehåll Sammanfattning... 2 Bakgrund... 2 Komponenter... 3 Avgränsningar... 6 Design For Assembly (DFA)... 7 Design For Manufacturing (DFM)... 9 DFM för släde DFM för adapter Slutlig konstruktion Kostnadsanalys för montering Slutsats Bilaga 1 Ritningar 1

3 Konstruera konceptet Sammanfattning I detta steg görs detaljkonstruktion av projektet. Hänsyn tas till monterings- och tillverkningsaspekter. Detaljer anpassas enligt design for assembly, DFA, och design for manufacturing, DFM. Kostnadsberäkningar görs utifrån olika materialval, tillverkningsprocesser och monteringsprocesser. Slutligen görs CAD-modeller och detaljritningar. Bakgrund En produkt är oftast uppdelad i flera delsystem, mängden delsystem bestämmer hur komplex produkten är. Delsystemen analyseras för att åskådliggöra om det finns några kritiska punkter i systemen. Dessa punkter kan vara kritiska med avseende på tillverkning, hållfasthet, funktionalitet, etc. För att konstruera en välfungerande produkt bör därför dessa kritiska punkter tas till åtanke. Lämpligen görs uppskattningar eller beräkningar, visuellt eller matematiskt, så att detta säkerställs. Genom en CAD-ritning av produkten eller ett delsystem får man fram en visuell bild på hur detaljen eller produkten kan se ut. Med hjälp av CAD-modellen kan man även få exakta mått på vikt och volym samt ha som underlag för olika sorters FEM-analyser och simuleringar. Cad-modellen ger också en bra överblick om den tänkta geometrin kommer att fungera i praktiken och underlättar för modifikation under tillverkningsprocessen. För att få en så kostnadseffektiv produkt som möjligt gör man kostnadsberäkningar för tillverkning och montering, med varierande tillverkningsprocesser och materialval. Fokus läggs på att minska antalet detaljer i varje komponent för att minska både tillverkningskostnad och monteringstid. Monteringskostnaden påverkas även av komponenternas utformning, monteringsmetod, passning och hanterbarhet. Det finns flera metoder för val av material, tillverkningsprocess och utformning av komponenterna. I detta projekt följs metoderna i Process selection, K. G. Swift och J. D. Booker, Second edition. 2

4 Komponenter I projektgruppens slutgilltiga koncept seriekopplas fem ultraljudsmätare. För att klara Göteborg Energis önskemål om kapacitet på tio mätare per tvätt används två separata serier. Serierna använder samma tank men har olika pump och rörsystem. Varje serie kan tvättas, monteras och demonteras var för sig. Detta innebär att det finns utrymme för ökad effektivitet då två montörer kan arbeta parallellt. Projektgruppen har valt att behålla den gamla maskinens funktioner i så hög utsträckning som möjligt. Detta för att inte behöva uppfinna hjulet på nytt. På befintlig maskin seriekopplas två mätare. Detta har tidigare antagits vara den maximala mängd mätare för en seriekoppling, men efter konsultation med Göran Brännare på institutionen, Product and production development, ser vi möjligheten att seriekoppla fler. Skillnaden mellan befintlig maskin och det nya konceptet är att kapaciteten har höjts, flödesriktning går att ändra och ett filter avlägsnar magnetit ur systemet. För att få en överblick av konceptet gjordes ett första utkast i form av en CAD-modell. Figur 1 - Första CAD utkast på Fixtur Vårt slutgiltiga koncept är uppdelat i ett antal komponenter som listas nedan. Projektgruppen kommer främst att fokusera på att konstruera en ny fixtur, det vill säga själva uppsättningsanordningen för ultraljudsmätarna. Fixturen består av komponenterna slädar, adaptrar, skenor och fastklämningsanordning. Släde Adaptrar Vattentank med integrerat magnetfilter Pump Skena Fastklämningsanordning Chassi Vattenuppsamling Hölje 3

5 Flödessystem Reglage Blästringsmedium Släde Slädarna behövs för att hålla adaptrarna och mätarna på plats. De är flyttbara i sidled med hjälp av två skenor. I och med att skenorna har låg friktion och mätarna är lätta så behöver slädarna ej kunna ta stora krafter. Då slädarna kommer utsättas för väta behövs ett material som är korrosionsbeständigt. Adaptrar Adaptrarna behövs för att kunna montera olika typer av ultraljudsmätare i tvättanläggningen. De kommer fästas i släde och fastklämningsanordningen för att hålla mätare på plats och undvika läckage. Adaptrarna byts ut och monteras för hand så de behöver vara användarvänligt utformade. O-ringar används för att hålla tätt mellan adaptrar och komponenter i anslutning. Vattentank med integrerat magnetitfilter Vattentanken ska ha tre anslutningar. En anslutning till avlopp, ett inlopp till tvättsystemet och ett utlopp från tvättsystemet. Utloppet mot tvättsystemet ska vara utformat så att rätt mängd blästringsmedium ska komma ut i systemet. Anslutningen mot avloppet behöver utformas så att blästringsmedium stannar kvar i tanken medan smuts avlägsnas ur systemet. I inloppet till tanken ska det också finnas ett magnetfilter som ska fånga upp magnetit från mätarna. Pump Systemet kommer att bestå av två pumpar då vi har två parallella system. Pumparna levererar ett flöde och motståndet i systemet ger upphov till ett tryck. Flödes- och tryckmätning integreras i systemet för att säkerställa att kraven på flödeshastighet och maximalt tryck uppfylls. För att kunna reglera dessa variabler förses pumpen med en regulator alternativt används en reglerbar pump. Projektgruppen har valt att använda en centrifugalpump då den är väl lämpad för vår produkt. Den klarar av stora flöden och små partiklar i vattnet vilket är ett krav i detta fall. Centrifugalpumpar har även få slitdelar och kräver därför lite underhåll, vilket är en grund för bra tillförlitlighet. Beskrivning hur pumpen fungerar illustreras i figur 2. Figur 2 - Centrifugalpump 4

6 Skenor Skenorna fixerar slädarna i alla riktningar utom en. De kan antingen utformas med glidlager eller rullager. Beroende på utformning kan toleranser och ytfinhet vara viktigt. Skenorna kommer också att behöva vara i korrosionsbeständigt material. Fastklämningsanordning För att låsa fast mätarna vid körning av tvättanläggningen behövs fastklämningsanordningen. Fastklämningsanordningen delas in i två delar varav ena sidan är fast och den andra rörlig. Den rörliga delen klämmer fast mätare i sidled med hjälp av pneumatik. Chassi Mycket av chassit lånas från dagens konstruktion men anpassas till vår utformning. Chassit är konstruerat som en ram av fyrkantsprofiler i stål. Pga. att maskinen utsätts för vatten har vi valt att pulverlacka chassit för att göra det korrosionsbeständigt. Krav på hållfasthet finns främst vid tankens infästning och fixtur pga. deras tyngd. Chassit konstrueras så att krav på ergonomi, såsom arbetshöjd, uppfylls. Vattenuppsamling Vid demontering av mätare kan kvarstående vatten rinna ut och därför behövs en skyddsplåt under monteringsanordningen som leder bort vattnet. För att förhindra korrosion behöver denna utformas så att det inte blir stillastående vatten. Vattnet leds därför bort och rinner ut i avloppet. Hölje Höljet är en pulverlackad skyddsplåt med isolering för att dämpa ljudet från maskineriet. Reglage Då vi har två parallella system kommer två knappsatser behövas för respektive system. Reglagen kommer att styra funktionerna av/på, genomspolning med färskvatten och ändring av flödesriktning. Nödstopp kommer att finnas för avstängning av hela systemet. Varje knapp skall ha en tydlig beskrivning på svenska. Blästringsmedium Dagens tvättanläggning använder tartankulor som blästringsmedium. Projektgruppen har för avsikt att undersöka om det finns bättre alternativ. Tester kommer att utföras med pellets av PVC-plast, polystyrenplast, polypropen- och polyetenplast med omkring 20 procent fyllmedel. 5

7 Flödessystem Flödessystemet består av rör och magnetventiler. Rören är klassade för 16 bars tryck. Magnetventilerna styr flödet åt rätt håll så att man med ett knappomslag kan vända flödet åt andra hållet. Systemet består av totalt 4 magnetventiler per serie var av tre används för flödesvändning. Den fjärde används vid genomspolning då färskvatten släpps in i systemet. Mellan rörsystemet och rörliga delar kommer slangar av typen kylarslang att användas. Alla komponenter i flödessystemet är standardkomponenter och köps av underleverantör. Figur 3 - Flödessystem Avgränsningar Fortsättningsvis kommer den här rapporten fokusera på konstruktion av själva fixturen. Det är här skillnaden mot nuvarande tvättanläggning är störst. På grund av tidsbrist har därför projektgruppen valt att bortse från resterande komponenter från och med nu. Fixturen består av komponenterna slädar, adaptrar, skenor, klaffskena och fastklämningsanordning. Vid beräkning av tillverkningskostnad och vid övrig DFM har projektgruppen valt att endast titta på släde och adapter. Vid beräkning av monteringskostnad har även skenor och klaffskena inkluderats. Kostnadsberäkningen i DFM fungerar endast på större tillverkningsserier och ger oss därför inget direkt användbart resultat. Det utförs därför i övningssyfte och detta tillsammans med tidsbrist ligger till grund för nämnda avgränsning. Resterande komponenter i fixturen beskrivs mer ingående i slutliga konstruktionen i slutet av rapporten. 6

8 Design For Assembly (DFA) DFA, Design For Assembly, innebär att designa med monteringsaspekter, och är en metodik för att minska kostnaden vid montering. Metoden åskådliggör de delar av monteringen som är tids- och kostnadskrävande. Genom nedanstående punkter kan man underlätta montering och minska monteringskostnaden för produkten: 1. Minimera antalet komponenter 2. Reducera antalet olika komponenter 3. Undvik justeringar 4. Underlätta instyrning 5. Se till att det är lätt att komma åt och se 6. Se till att det är enkelt att plocka bulk - komponenter 7. Montera helst allt från samma håll 8. Konstruera så att det inte går att montera fel 9. Maximera symmetrin, alternativt gör osymmetrin tydlig. På grund av att antalet komponenter är den viktigaste delen av monteringskostnaden läggs fokus på att minimera antalet komponenter. Detta gör man för att minimera totalkostnaden och få en marknadskraftig produkt. Steget gör att produkten blir mindre komplex och ger en lägre tillverkningskostnad. Det medför också att man får färre komponenter som kan gå sönder vid användning och att produkten blir enklare att reparera. Resterande punkter syftar till att optimera komponenterna för en enklare montering. Hänsyn tas då till hanterbarhet av komponenter och hur lätt det är att passa in detaljerna i varandra. Aspekter såsom åtkomlighet för skruvhål, avfasningar, symmetri och hur intuitiva komponenternas passningar är kontrolleras och eventuellt anpassas i dessa steg. Processen i steg ett är att analysera produkten och försöka identifiera komponenter som kan elimineras eller integreras med andra komponenter. Analysen går ut på att ställa tre frågor och om svaret är nej på alla tre är komponenten en kandidat för eliminering. Dock får man ta hänsyn till produktens helhet då det kan finns olika skäl för att behålla komponenten. De tre frågorna är följande: 1. Rör sig komponenten i förhållande till alla tidigare monterade detaljer? 2. Måste komponenten vara av annat material eller isolerad från alla tidigare monterade detaljer? 3. Måste komponenten vara separat för att inte omöjliggöra montering eller demontering av övriga detaljer? De komponenter som projektgruppen identifierade som elimineringskandidater var adaptrarna. Adaptrarna kan inte modifieras oberoende av släden och man kan inte integrera adaptrarna i släden pga. att olika adaptrar behövs för olika mätare. Fokus lades på att konstruera adaptrarna på ett bra sätt då de är närmare operatören och har mest inverkan på kundvärdet. Utgångskonstruktionen för dessa adaptrar var att i varje släde satt två skilda adaptrar med kontakt mot varsin mätare. Projektgruppen fann att dessa kunde integreras till en adapter. Detta medför färre adaptrar och tätningar som ger en mindre komplex produkt. I och med att adaptrarna monteras 7

9 för hand vid användning minskar också monteringstiden. Den nya designen är också mer symmetrisk vilket underlättar vid tillverkning och montering. Dock går inte den nya adaptern att använda vid klämanordningarna där anslutningen mot mätare enbart är på ena sidan. Därför behövs fyra ändadaptrar och åtta mellanliggande adaptrar. Denna förändring ger oss fler komponenter men släden blir mycket enklare att tillverka. Figur 4 Adapter, Före och efter DFA Ändringen av adaptrarna medförde en omkonstruktion av släden. Utgångskonstruktionen bestod av sju artiklar, mittrör, två packningar, ben, två fötter och hållare. Vid användning av den nya mellanliggande adaptern kunde antalet artiklar reduceras till fyra delar, två fötter, platta och adapterhållare. Den nya konstruktionen innehåller färre artiklar och är en enklare konstruktion. Detta medför mindre material- och tillverkningskostnad. Figur 5 Slädar, Före och efter DFA 8

10 Design For Manufacturing (DFM) DFM, Design For Manufacturing, betyder att designa för tillverkning, och är precis som DFA en metodik för att reducera en produkts tillverkningskostnad. Likt DFA fokuserar metoden på kostnadskrävande områden vid tillverkning och hur man då minskar den kostnaden. Metoden bygger på fem huvudprocesser. Process- och materialval Utifrån resultatet från föregående steg väljs de processer och material som är mest kostnadseffektiva för de beräknade komponenterna. Det bestäms också vad man skall tillverka själv och vilka delar som skall beställas från leverantörer. Beräkna tillverkningskostnad I detta steg beräknar man tillverkningskostnaden för olika utformningar, material och tillverkningsprocesser för utvalda komponenter. Kvantiteten är ofta den kritiska faktorn i detta steg. Till exempel vid stora kvantiteter kan automatisering av produktionen vara lönsam. Kostnaden per detalj reduceras då kvantiteten ökar. Detta medför att tillverkningskostnaden skall beräknas med både fasta och rörliga kostnader och dessutom för både högre och lägre serier än förväntat. Förenkla och optimera tillverkningsprocessen I detta steg läggs fokus på att reducera antal processteg i tillverkningen för att minimera variationen i processen samt minska onödiga kontroller, förvaringar och justeringar. Exempelvis kan en komponent som först är tänkt att svetsas och sedan skruvas ihop med två andra komponenter enbart svetsas. Förenkla design Antal komponenter är oftast den största kostnadskrävande faktorn vid tillverkningsprocessen. Därför läggs fokus även här på att reducera antalet detaljer. Till exempel kan en formsprutad eller gjuten detalj ersätta flera andra detaljer, detta ger en mindre komplex produkt. I detta steg strävar man också efter att reducera antalet unika detaljer. Ett exempel på detta är att istället för att använda flera olika skruvstorlekar används samma storlek och på så sätt minska totalkostnaden. Anpassa designen för den bestämde tillverkningsprocessen Även efter vald tillverkningsprocess och design finns utrymme att anpassa designen ytterligare ur montering och tillverkningsaspekter. Hänsyn tas här till symmetrier, släppningsvinklar, avfasningar mm. Detta för att optimera effektiviteten vid montering. 9

11 DFM för släde Släden kommer att utsättas för väta och materialet behöver därför ha en viss korrosionsbeständighet för att den ska vara estetiskt tilltalande under en lång tidsperiod. Eftersom komponenten används i verkstadsmiljö med hård hantering utesluts lackering av komponenten då repor i lacken lätt kan uppstå. Släden kommer inte att utsättas för någon större belastning annat än tyngden från adaptrar och mätare, därför finns inga större krav på hållfasthet. Materialvalet påverkas även av kontakten med adaptern och kontakten med skenorna. Med detta underlag har projektgruppen valt lämpliga material, rostfritt stål, aluminium och plast. Verktygsstål har valts för att fötterna som ska glida på skenan kräver hög precision och tålighet. Med hjälp av matris 1 fås ett urval med olika tillverkningsmetoder. Eftersom vår tvättanläggning bara kommer tillverkas i ett exemplar kommer endast 8 stycken slädar att tillverkas. Detta räknas som en mycket låg kvantitet i PRIMA-matrisen. Tillsammans med de valda materialen ger detta oss ett antal möjliga tillverkningsprocesser. Nedan anges de tillsammans med deras relativa kostnadskonstant för materialets lämplighet vid angiven process,. Kostnadskonstanten är framtagen från fig. 3.7 i Process selection. Vi anger endast För rostfritt stål: för de metoder vi har i avsikt att använda. Centrifugal casting, Centrifugal gjutning Ceramic mould casting, Keramisk formgjutning, Superplastic forming, Bearbetning med hög plasticitet Spinning, Spinning Manual machining(mm), Manuell maskinbearbetning, Electrical discharge machining (EDM), Gnistning Chemical machining (CM), Kemisk bearbetning Ultrasonic machining (USM), Bearbetning m.h.a. ultraljud För aluminium: Centrifugal casting, Centrifugal gjutning Ceramic mould casting(cmc), Keramisk formgjutning, Superplastic forming, Bearbetning med hög plasticitet Spinning, Spinning Manual machining(mm), Manuell maskinbearbetning, Chemical machining (CM), Kemisk bearbetning För termoplast: Vacuum forming, Vakuum formning Rotation moulding, Rotations formsprutning 1 PRIMA selection matrix (fig. 2.2) i Process selection, K. G. Swift och J. D. Booker, Second edition 10

12 Verktygstål: Sand casting, Sand gjutning, Centrifugal casting, Centrifugal gjutning Ceramic mould casting, Keramisk formgjutning, Spinning, Spinning Manual machining, Manuell maskinbearbetning, Electrical discharge machining (EDM), Gnistning Chemical machining (CM), Kemisk bearbetning Ultrasonic machining (USM), Bearbetning m.h.a. ultraljud Abrasive jet machining, Bearbetning m.h.a. jetstråle, Vi ser redan nu att plast inte har någon applicerbar tillverkningsmetod och det blir därför inget alternativ. Vi har uteslutit alla tillverkningsmetoder som inte går att applicera på vår komponent såsom processer som kräver rotationssymmetri. Nedan beräknas kostnaden för tillverkning i de olika materialen och de olika tillverkningsprocesserna. Beräkningsmetoden är densamma som Swift använder i sin bok Process selection. Materialkostnad, : Relativa kostnadskoefficienten, : Total tillverkningskostnad, : 11

13 Vi använder oss av formlerna ovan och sätter in värdena i tabeller, se tabell 1. Vi har valt att jämföra tre olika metoder. Design A innebär att vi med hjälp av manuell bearbetning tillverkar varje del var för sig för att sedan montera ihop dessa. Materialet i plattan och adapterhållaren är i rostfritt stål för att klara den krävande miljön och fötterna tillverkas i verktygsstål då de har högre krav på hållfasthet. I Design B tillverkas hela komponenten i ett stycke med sandgjutning för att sedan vidarebearbeta mer noggranna ytor med manuell bearbetning. Materialvalet blir här verktygsstål då fötterna kräver höghållfasthetsstål. Design C innebär att adapterhållare och plattan gjuts med keramisk formgjutning i aluminium för att sedan monteras ihop med manuellt bearbetade fötter i verktygsstål. Tabell 1 - Tillverkningskostnadsanalys Släde COMPONENTS DETAILS Mc = V x Cmt x [Wc] Part Part description Material Primary process Shape Volume Comp. [mm3] Cmt [pence/mm3 ] Släde: Design A A1 Platta Rostfrittstål Manuell bearbetning C , ,8 74, A2 Adapterhållare Rostfrittstål Manuell bearbetning C , ,8 55, A3 Fötter Verktygsstål Manuell bearbetning B , ,2 69, Design B: B1 Släde(i ett stycke) Verktygsstål Sandgjutning B , ,2 103, Manuell bearbetning B , ,2 69, Design C: C1 Platta+Adapterhållare Aluminium Keramisk formgjutning C , ,2 34, C2 Fötter Verktygsstål Manuell bearbetning B , ,2 69, Wc A Mc Pc Rc = Cc x Cmp x Cs x [Cft] B A+B Cc Cmp Section [mm] Cs Tolerance [mm] Ct Surface Finish [um] Rc Cf Cft (Pc x Rc) Mi [Pence] 1 4 t=5 b= ,2 (1dim) 1 5 (1dim) , t=5 b= ,2 (2dim) 1 5 (1dim) ,62 1,3 2,5 t=25 b=50 1 0,1 (2dim) 1,1 0,5 (2dim) 1,6 1,6 5, ,08 Totalt: 5758,86 1,4 1,3 t=5 b= ,2 (2dim) 2,5 1 (2dim) 3,6 3,6 6, ,2 4034,82 1,3 2,5 t=5 b= ,1(2dim) 1,1 0,5 (2dim) 1,6 1,6 5, ,08 Totalt: 6703,9 2,3 1 t=5 b=130 1,1 0,1 (2dim) 2 5 (1dim) 1 2 5, ,86 1,3 2,5 t=10 b=40 1 0,1 (2dim) 2,3 0,5 (2dim) 1,6 2,3 7, ,5 3806,58 Totalt: 6877,44 12

14 Våra beräkningar är gjorda på 10 komponenter med ett 1:2 förhållande mellan antalet plattor och antalet fötter. Dessa beräkningar ger ett missvisande resultat eftersom Swift-metoden inte är anpassad för få komponenter. Den relativa jämförelsen mellan de olika processerna stämmer dock fortfarande. Beräkningarna visar att kostnadsnivån är ganska jämn oberoende av vilken process och vilka material man väljer. Design A blev dock allra billigast och därför föll valet på denna. Det är också den kombination som passar bäst vid tillverkning i så låga serier. Vi har således valt att tillverka släden i tre olika delar och samtliga tillverkas med manuell bearbetning. Platta och adapterhållare tillverkas av rostfritt stål och svetsas sedan samman. Vid tillverkning av adapterhållaren finns toleranskrav, som innefattar godstjocklek och diameter på själva fästet för adaptern. Toleranskrav för centrummåttet på adapterfästet finns också vid sammansättningen av platta och adapterhållare. Fötterna tillverkas i verktygsstål med manuell bearbetning. Spåret i fötterna fräses ur med vinkeländfräs och fötterna svetsas sedan samman med plattan. Figur 6 - Vinkeländfräs Vinkeländfräs HSS-E DIN 1833 C med weldonskaft. Diameter 32 mm Skärbredd 12,5 mm Totallängd 71 mm Skaftdiameter 16 mm 12 skär Speciella krav på ytfinhet finns i spåret eftersom detta är en glidyta. Vid montering med plattan finns toleranskrav på måttet mellan fötterna. Detta för att släden säkert ska passa på skenorna. Av tillverkningsmässiga skäl kommer fötterna att tillverkas i längder som sedan kapas upp i rätt dimensioner. För övriga specifikationer se ritning i bilaga 1. DFM för adapter Adaptrarna används som ett gränssnitt mellan rörsystemet och mätarna. Detta innebär att de kommer att vara utbytbara för att passa mätare av olika storlekar, vilket ställer krav på användarvänlighet och hanterbarhet. Projektgruppen har därför valt att fokusera på lättviktsmaterial såsom aluminium, termoplast och härdplast. Dessa material ger också önskade egenskaper vad gäller korrosions- och formbeständighet. På grund av krav på hanterbarhet förkastades spröda material, exempelvis keramiska material PRIMA - matrisen 2 ger oss sedan med de valda materialen följande alternativa tillverkningsprocesser. De visas nedan tillsammans med deras relativa kostnadskonstant, C mp, hämtad ur fig 3.7 i Process selection. Vi anger endast för de metoder vi har i avsikt att använda. För aluminium: Centrifugal casting, Centrifugal gjutning Ceramic mould casting, Keramisk formgjutning, Superplastic forming, Bearbetning med hög plasticitet Spinning, Spinning 2 Se figur 2.2, Process selection, K. G. Swift och J. D. Booker, Second edition 13

15 Manual machining, Manuell maskinbearbetning, Chemical machining (CM), Kemisk bearbetning För termoplast: Vacuum forming, Vakuum formning Rotation moulding, Rotations formsprutning Manual machining, Manuell maskinbearbetning, För härdplast: Vacuum forming, Vakuum formning Abrasive jet machining, Bearbetning m.h.a. jetstråle Vi har förkastat sådana processer som inte anses passa vår konstruktion och som man direkt kan se är orimliga ur ett ekonomiskt eller tidsperspektiv. Vi har sedan plockat ut tre kombinationer av material och processer som verkar gångbara. Två processer som använder aluminium. Dessa är Design A och Design B med formgjutning respektive manuell bearbetning. Tredje processen, Design C använder termoplast och manuell bearbetning. Kostnadsberäkningen för adaptrarna görs sedan på samma sätt som kostnadsberäkningarna för släden. Tabell 2 - Tillverkningskostnadsanalys Adapter COMPONENTS DETAILS Mc = V x Cmt x [Wc] Shape Volume Comp. [mm3] Cmt [pence/mm3 ] Part Part description Material Primary process Adapter Design A Adapter Aluminium Keramisk formgjutning A , ,1 276, Wc A Mc Pc Design B Adapter Aluminium Manuell bearbetning A , ,6 401, Design C Adapter Termoplast Manuell bearbetning A , ,6 87, Rc = Cc x Cmp x Cs x [Cft] B A+B Cc Cmp Section [mm] Cs Tolerance [mm] Ct Surface Finish [um] Rc Cf Cft (Pc x Rc) Mi [Pence] 1 1 t=40 b=100 1,1 0,2 (2dim) 1 5 (1dim) 1 1 1, ,0912 Totalt: 936, t=40 b= ,2 (2dim) 1 5 (1dim) ,5872 Totalt: 901, ,1 t=40 b= ,2 (2dim) 1 5 (1dim) 1 1 1, ,0912 Totalt: 637,

16 Kostnadsberäkningarna visar på en ganska jämn kostnadsnivå oberoende av process. Men vad gäller materialen så kan man se en klar skillnad vid användandet av termoplast. Materialvalet för adaptrarna föll därför på termoplast. Efter diskussioner med Antal Boldizar, institutionen för materialteknik Chalmers tekniska högskola, har vi valt att använda konstruktionsplast, även kallat acetatplast. Valet av tillverkningsprocess föll på manuell bearbetning främst på grund av den låga tillverkningsserien. Adaptrarna är tänkta att tillverkas ur ett stycke. De kommer att tillverkas i två utformningar, en för slädarna och en för ändrör i bland annat fastklämningsanordningen. Adaptrarna för slädarna får sin yta och det genomgående hålet, genom svarvning. En försänkning görs kring varje hål, vilka ger plats för packningarna som ska täta mot mätarna. Ett spår svarvas på mitten av varje adapter vilket används för fasthållning i släden. Toleranser finns på spåret för att säkerställa att den passar i adapterhållaren. Adaptrarna i ändrören tillverkas på liknande sätt genom svarvning men utan spår på mitten. Istället kommer dess tvärsnitt bestå av två olika diametrar, vilket gör att adaptrarna kan passas in i ändrören. O-ringar tätar mellan adaptrar och ändrör. Särskilt toleranskrav finns främst på delen som ska passas in i ändröret. För övriga specifikationer se ritning i bilaga 1. Slutlig konstruktion Figur 7 - Slutgiltig konstruktion Den slutliga konstruktionen av fixturen består av slädar, adaptrar, skenor, klaffskenor och fastklämningsanordningar, se figur 7. Adaptrarna är tillverkade i konstruktionsplast och har som uppgift att hålla mätarna. De är utbytbara för att kunna tillgodose alla storlekar av ultraljudsmätare. I adaptrarna finns packningar som tätar mellan adapter och mätare. Slädarna är som tidigare nämnts gjorda i rostfritt stål med fötter av verktygsstål. De hålls upp av underliggande skenor, även dem tillverkade i verktygsstål, som i sin tur sitter fast i anläggningens chassi. Slädarnas funktion är att hålla adaptrarna som i sin tur håller mätarna. Genom att slädarna kan glida längs skenorna möjliggör man en enkel inpassning av mätarna. När mätarna är uppspända använder vi fastklämningsanordningen för att pressa samman mätarna för en tät koppling. 15

17 När mätarna är rengjorda släpper man på trycket på fastklämningsanordningen och mätarna går att montera ned. Fastklämningsanordningen, se figur 8, manövreras med en pedal på golvet och man kan skjuta den längs skenan med handkraft och har en låsanordning som måste hållas intryckt för rörelse åt ett av hållen. För att fastställa att tillräckligt mycket blästringsmedium flödar genom mätarna finns ett segment med glasrör där man tydligt kan se blandningen mellan blästringsmedium och vatten. Figur 8 - Fastklämningsanordning Kostnadsanalys för montering Den totala kostnaden för manuell montering,, beräknas med ekvation *3.10+, Assembly costing model enligt boken Process selection sidan 286. Övriga variabler fås från figurerna 3.32 till Den totala kostnaden för manuell montering är summan av den totala hanteringen och passningen multiplicerat med arbetskostnadsfaktor som beror av lön, slitage på verktyg, utrustningskostnader och andra direkta kostnader. Passningsindex F är ett mått på hur lätt det är att passa ihop två komponenter och om det krävs ytterligare monteringsprocess såsom svetsning eller skruvförband. Hanteringsindex H beror på hur lätthanterlig detaljen är och om det är intuitivt hur den ska hanteras. Höga värden på, F och H innebär en dyr, komplex och svårhanterbar detalj som för en hög totalkostnad för manuell montering. Vi räknar med att, som är lönekostnaden för montören, är 200 kr/h vilket är standard för en verkstadsarbetare. Detta blir om man slår ut det per sekund 200/3600=0,0556 kr/sekund. 16

18 Vi beräknar monteringskostnaden för adaptern, släden och skenan. Detta är självklart endast en bråkdel av den totala monteringskostnaden för anläggningen men projektgruppen avgränsningar sig till dessa komponenter. I beräkningarna uträknas monteringskostnaden för en släde, en adapter och en skena. Fixturen kommer att innehålla åtta slädar, fyra skenor och åtta adaptrar så kostnaden måste multipliceras med denna faktor. Släden består av en platta i rostfritt stål, på plattan svetsas därefter två fötter i varsin ände. Dessa är i ett material som är lite hårdare för att de inte ska slitas då de glider mot skenorna. På andra sidan av plattan svetsas det fast en adapterhållare 90 grader mot plattan. Adaptern som ska hållas uppe av adapterhållaren består av tre delar, adaptern och två packningar. Packningarna limmas sedan fast i varsin ände av adaptern för att hålla tätt mot mätaren. Skenan består av två komponenter, skena och klaffskena. Komponenterna skruvas ihop med tre M4- skruvar. Tabell 3 - Kostnadsanalys för montering Component/sub-assembly details H = Ah + [ P0 + Pg] Part/sub-assembly Part description Assembly process Ah P01 P02 P0 Pg Släde: 1 Platta Hand./Fit. 1,5 0 0,15 0,15 0,2 2 2 Adapterhållare Hand./Fit. 1,5 0,15 0 0,15 0,2 2 3 Fot 1 Hand./Fit. 1,5 0,3 0,15 0,45 0 2,4 4 Fot 2 Hand./Fit. 1,5 0,3 0,15 0,45 0 2,4 Adapter: 1 Adapter Hand./Fit Packning 1 Hand./Fit. 1, ,2 1,7 3 Packning 2 Hand./Fit. 1, ,2 1,7 Skenor: 1 skena Hand./Fit. 3 0,2 0 0,2 0 3,4 räfflad skena Hand./Fit. 1,5 0,3 0,3 0,6 0 2,7 H 17

19 F = Af + [ Pf + Pa] Totala monteringskostnaden för fixtur hos en tvättanläggning: C1[H+F] Line C1 F Af Pf1 Pf2 Pf3 Pf4 Pf5 Pf6 Pf Pa Total [SEK/s] Cma (cost in SEK) ,0556 0,17 kr , ,5 6 7,5 9,5 0,0556 0,53 kr , ,3 6 7,3 9,7 0,0556 0,54 kr , ,3 6 7,3 9,7 0,0556 0,54 kr Totalt: 1,77 kr ,0556 0,11 kr ,7 0,0556 0,43 kr ,7 0,0556 0,43 kr Totalt: 0,97 kr ,4 0,0556 0,24 kr 4 0 0, ,05 0 0,55 4 8,55 11,25 0,0556 0,63 kr Totalt: 0,87 kr Denna monteringskostnad är bara en liten del av den totala monteringskostnaden och är bara ett exempel på hur man beräknar monteringskostnad. Om projektgruppen skulle tillverka och montera hela tvättanläggningen skulle detta ta flera veckor då det innefattar allt från svetsa ramen till att dra elen till elektroniken. Även om inte denna kostnad kommer att användas till vidare processer ger den ändå en överblick och förståelse vad som kostar när det gäller montering. 18

20 Slutsats Detta delsteg i projektet har fokuserat på att utforma konstruktionen och varje komponent för tillverkning och montering. Antalet artiklar i varje komponent har minskat och därmed har både tillverkningskostnad och monteringskostnad minskat. Projektgruppen har valt att göra en robust konstruktion då materialkostnaden inte är avgörande vid tillverkning av endast en detalj. Göteborg energi har även ställt höga krav på kvalitet och livslängd. Våra analyser på tillverkningskostnader och monteringskostnader är gjorda för en serie på tio tvättanläggningar och är inte relevant för fortsatt utvecklingsarbete. Ytterligare förbättringar finns självklart att göra men vissa komponenter måste empiriskt testas för vidareutveckling. Exempelvis så kan antalet artiklar på släden reduceras genom att ta bort bottenplattan och istället sätta adapterhållaren direkt på fötterna. Men då det blir mindre svetsfogar och i detta fall så finns större risk för knäckning än i tidigare fall. Det finns också risk att skada fötterna då den skyddande bottenplattan saknas. Projektgruppen valde det säkra alternativet för att sedan testa i prototyplabbet om det håller med kortare svetsar och sedan utvärdera resultatet. Sena ändringar i projektet är tidskrävande men i detta fall är det mycket lite arbete då det inte påverkar resten av tvättanläggningen. Nästa steg i utvecklingen blir att testa funktionen för vår konstruktion. Vi kommer att skapa en prototyp för att undersöka om seriekoppling av fem ultraljudsmätare är möjlig utan att överskrida rådande begränsningar gällande tryck och flöde. Vi kommer även att utföra tester med blästringsmedium av olika sorters plast för att se om vi ytterligare kan effektivisera tvättprocessen. 19

21 Bilaga 1 - Ritningar 80 +0,0 50-0, Designed by Checked by Approved by Date Date Grupp A Ej toleranssatta mått gäller standard tolerans +/- 0.1 Mellanliggande adapter Edition Sheet 1 / 1

22 Bilaga 1 - Ritningar ,2 +0,0 32-0, ,77 A A A-A ( 1 : 1 ) 42 Designed by Checked by Approved by Date Date Grupp A Ej toleranssatta mått gäller standard tolerans +/- 0.1 Ritning skena Skena Edition Sheet 1 / 1

23 Bilaga 1 - Ritningar , ,1 +0,1 R25-0,0 32-0, , Designed by Checked by Approved by Date Date Grupp A Ej toleranssatta mått gäller standard tolerans +/- 0.1 Släde Edition Sheet 1 / 1