CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA INSTITUTIONEN FÖR PRODUKT- & PRODUKTIONSUTVECKLING. Projektrapport. Integrerad konstruktion och tillverkning TME040

Transkript

1 CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA INSTITUTIONEN FÖR PRODUKT- & PRODUKTIONSUTVECKLING Projektrapport Integrerad konstruktion och tillverkning TME040 Grupp C1 Andreas Robertsson Jennie Nordkvist Augusta Sahlin Hanna Ekstrand Emelie Sundqvist Handledare: Karin Björkeborn

2 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Förord Den här rapporten beskriver ett projekt inom kursen Integrerad Konstruktion och Tillverkning på civilingenjörsprogrammet i Maskinteknik, Chalmers Tekniska Högskola, Göteborg, vårterminen Uppgiften har varit att framställa ett redskap för plantering av såddrör, i uppdrag av Peter Rönneke. Målet med projektet var att hitta en enkel och ergonomisk lösning på dagens problem vid skogsplantering och anpassa denna till just såddrör, som förhoppningsvis i framtiden ska vara ett komplement till skogsplantan. Kursens examinator heter Magnus Evertsson som är doktor på Produkt och produktionsutveckling, Chalmers Tekniska Högskola. Projekthandledaren heter Karin Björkeborn som är doktorand inom Ytoch mikrostrukturteknik, Chalmers Tekniska Högskola. 2

3 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Sammanfattning Målet är att skapa en produkt som gör att man på ett ergonomiskt sätt kan plantera såddrör och därmed effektivisera och underlätta skogsplantering. Innan projekts slut ska en prototyp kunna presenteras. Framtagningen av planteringsredskapet ska ske efter ingenjörsmässiga metoder, bland annat The Value Model. Ovan ses projektets definition så som den tagits fram och det är utifrån denna som gruppen har arbetat. Denna rapport handlar om utvecklingen av en produkt för att lösa den ovan nämnda problemdefinitionen. Genom idégenerering och sökning efter liknade produkter kom en mängd lösningsförslag fram. Elimineringsmatriser visade vägen till ett vinnande koncept. Utöver de olika matriserna gjordes en ekonomisk analys med hänsyn till materialval och tillverkningsmetoder för att minska komplexiteten samt öka kundvärdet. CAD-ritningar och en prototyp tillverkades för att simulera och testa produkten så att alla kundkraven skulle uppfyllas. Bild 1 visar en översiktlig ritning av redskapet för såddrörsplantering som gruppen tagit fram. Redskapet är tillverkat på ett sådant sätt att höjden kan justeras efter användaren. Effektiviteten i förhållandet till referensprodukten, Pottiputki, har ökat på grund av en utvecklad matningsenhet som kan bära med sig över 20 såddrör i en och samma laddning. På så vis slipper användaren arbeta monotont med att mata redskapet manuell som är fallet hos referensprodukten. Bild 1. Översiktlig ritning av den framtagna produkten. Projektet resulterade i ett helt koncept med en prototyp som kunde användas för simulering med goda resultat. 3

4 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Innehållsförteckning SAMMANFATTNING... 3 INLEDNING... 5 Bakgrund... 5 Syfte... 5 Metod och material... 6 UTVECKLINGSPROCESS... 7 Steg 1. Etablera projektet... 7 Steg 2. Beskriv produkten... 7 Steg 3. Kartlägg kundens röst... 8 Steg 4. Analysera alternativa lösningar... 9 Steg 5. Skapa ett vinnande koncept Steg 6. Kravspecifikation Steg 7. Konstruera konceptet Steg 8. Verifiera och utvärdera konceptet RESULTAT Produktbeskrivning Prototypbygget DISKUSSION OCH SLUTSATS KÄLLFÖRTECKNING APPENDIX 4

5 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Inledning Bakgrund Hur kan man göra skogsplantering mer effektivt? Detta var en av frågorna som grundaren till såddröret ställde sig när han ville hitta ett redskap som sätter såddröret i marken. Eftersom detta redskap ännu inte var konstruerat, togs tillfället i akt att ta hjälp av teknologer. Sverige anses vara något av en skogsindustriell stormakt eftersom det finns stor tillgång på skogsmark samtidigt som landet är framstående inom skogsbruk. Skogsmarken utgör ungefär 75 procent av Sveriges landareal ( Inom det svenska skogsbruket arbetar ungefär människor, där de arbetar med förädlingsindustrier som har stor betydelse för den svenska samhällsekonomin. Syfte Projektets syfte är att hjälpa de som aktivt planterar skog med hjälp av handkraft genom att ta fram ett redskap för att plantera såddrör. Detta för att på ett effektivt sätt kunna plantera ny skog. 5

6 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Metod och material De moment som ingår i projektet är 1. Etablera projektet. 2. Beskriv produkten. 3. Kartlägg kundens röst. 4. Analysera alternativa lösningar. 5. Skapa ett vinnande koncept. 6. Kravspecifikation. 7. Konstruera konceptet. 8. Verifiera och utvärdera konceptet. Projektets arbetsgång utgår från The Value Model (Lindstedt & Burenius, 2006) som ses ovan. För att få fram en så bra produkt som möjligt måste ett antal steg genomföras innan produkten är framme vid tillverkningsprocessen. Det är viktigt att kolla på vad som redan idag finns på marknaden och jämföra dessa produkter med det koncept som har tagits fram. Detta görs för att se om det är värt att gå vidare med och utveckla konceptet till en bättre produkt än de redan befintliga planteringsredskapen. Samtidigt är det viktigt att se till kundens behov och ställa upp en kravspecifikation (Appendix A) som visar avgränsningar och ger tydliga direktiv för den tilltänkta produkten. När man jämför olika koncept med varandra är det lämpligt att göra detta med olika elimineringsmatriser. Den matris som gruppen valt att använda är en Pugh-matris (Appendix B). Ur denna syns det tydligt vilka positiva och negativa delar som respektive koncept har i jämförelse mot de andra och mot referensprodukten. Referensprodukten är en redan befintlig produkt som gruppen vet fungerar, och i detta projekt är Pottiputki (Bild 2) vald referens. Innan den slutgiltiga produkten tas fram bör en ekonomisk jämförelse mellan olika tillverkningsmetoder göras. Samtidigt bör monterings- och tillverkningsanpassning göras för att kunna avgöra vilken metod som är lämpligast att använda för produkten. Detta görs med hjälp av DFA 1 och DFM 2 som är hämtade ur boken Process selection from design to manufacture (Swift & Booker, 2 nd edition, 2003). Nu kan det slutgiltiga konceptet byggas och tester kan utföras med den byggda prototypen. Dessa tester visar om det finns några brister hos produkten som måste vidareutvecklas eller om den är lämplig för eventuell serieproduktion och försäljning. Bild 2. Gruppens valda referensprodukt, Pottiputki. 1 DFA står för Design for Assembly och är en metod för att kontrollera om olika moduler kan integreras till en modul. 2 DFM står för Design for Manufacturing och handlar om hur man kan anpassa komponenternas design efter tillverkningsprocess. 6

7 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Utvecklingsprocess Utvecklandet av en ny produkt innebär en mängd olika risker och problem som kan uppkomma på vägen. Dessa problem kan undvikas om man har lagt upp en speciell strategi och följer denna. I detta projekt följs The Value Model. Planteringsredskapets utvecklingsprocess kan följas nedan. Steg 1. Etablera projektet. Det är viktigt att det sker en analys av den projektdefinition som ställdes upp vid projektets start, för att undvika kostsamma förändringar sent i utvecklingsprocessen. Målet är att skapa en produkt som gör att man på ett ergonomiskt sätt kan plantera såddrör och därmed effektivisera och underlätta skogsplantering. Innan projekts slut ska en prototyp kunna presenteras. Framtagningen av planteringsredskapet ska ske efter ingenjörsmässiga metoder, bland annat The Value Model. Ovan återges den problemdefinition som arbetats fram som projektgruppen sedan arbetat utefter. För att förenkla och förtydliga projektdefinitionen bestämdes det att inte vidareutveckla såddröret, utan bara se till redskapets utveckling. Steg 2. Beskriv produkten. Vid utvecklandet av en produkt är det viktigt att tidigt se till vad beställaren, i detta fall Peter Rönneke, samt kunden söker. Detta gjordes med en analys av produktens livscykel med avseende på miljöpåverkan och möjlighet till ökat kundvärde. Ur miljöperspektiv ansågs det viktigast att produkten består av få komponenter och material för att underlätta både tillverkning och återvinning. För att öka kundvärdet bör man fokusera på att produkten är lätthanterlig och ergonomisk. Faktorer så som pris, att produkten är fullt användbar vid köp samt god service och garanti inverkar i hög grad på kundvärdet. Ur problemformuleringen kan produktens huvudfunktioner, tilläggsfunktioner och oönskade funktioner definieras. Produktens huvudfunktion är att plantera såddrör. En jämförelse av huvudfunktion kommer att ske under hela projektets gång mot en referensprodukt, det vill säga en befintlig produkt som finns på dagens marknad. Jämförelsen kan då göras dels genom hur många plantor som kan sättas per tidsenhet samt hur ergonomisk produkten är i förhållande till referensprodukten. Tilläggsfunktioner som anses kunna öka kundvärdet är att mäta såddrörets planteringsdjup, plantera med både höger och vänster hand samt att den är ergonomiskt anpassad. Oönskade funktioner som ansågs tänkbara är att produktens komponenter inte kan återvinnas, att den deformeras vid användande, att energikällor krävs för användning samt att det kan finnas problem vid 7

8 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling rengöring av produkten. Det finns en eftersträvan att kunna konstruera om produkten så att dessa oönskade funktioner försvinner. Alla olika funktioner som beskrivits ovan måste sammanvägas och knytas samman så att man kan se att de oönskade funktionerna väger mindre än de önskade. Då blir resultatet en produkt som köparen kan tänka sig investera i. Steg 3. Kartlägg kundens röst. Kunder och kundkrav I början av projektet identifierades produktens kunder till skogsägare, skogsföretag och deras anställda samt utbildningsprogram i form av naturbruksgymnasier. Utifrån dessa kunder togs kraven på produkten fram för att kunna skapa en konkurrenskraftig produkt med ett högt kundvärde. Kraven delas in i uttalade-, outtalade- och pricken över i - krav. Uttalade krav Lätt att bära. Ergonomisk. Hållbar. Inget efterarbete efter sättning i jorden. Ha tilltalande och praktisk design. Billig. Kontinuerlig tillförsel av såddrör. Anpassningsbar till användarens längd. Lätt att underhålla. Smidig att förvara. Ska kunna användas med både höger och vänster hand. Produkten ska vara återvinningsbar. Outtalade kundkrav Kunna plantera såddrör på önskat djup. Såddrörets transport från magasin till redskap ska fungera problemfritt. Pricken över i krav Räknare som räknar hur många rör som har planterats. Hjul som underlättar belastningen mellan nedsättningarna. Steg 4. Analysera alternativa lösningar För att kunna förenkla framtagandet av ett vinnande koncept är det viktigt att inventera i redan befintliga lösningar på liknande problem. Vid inventeringen hittades fem olika produkter som på ett eller annat vis underlättar vid plantering. Plantering av såddrör är ett nytt tillvägagångssätt på ett gammalt koncept. Referensprodukterna är inte anpassade för detta, men målet är att ta idéer och lösningar från dessa som passar den tilltänkta slutprodukten. Huvudfunktionen är definierad som 8

9 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling plantering av såddrör. Denna har brutits ner till två delar, nämligen skapandet av hål och isättning av såddröret i hålet. De kända koncepten hittades med hjälp av sökmotorer och diverse skogstillbehörskataloger. Det söktes även på internationella patentorganisationers hemsidor. Här nedan följer exempel på vad gruppen hittade för alternativa lösningar: Planteringshacka ( ) Detta är en produkt som skapar ett hål i marken där plantan sedan kan sättas ned. Hamilton ( ) Hamilton består av ett långt skaft med ett horisontellt handtag. Den nedre delen av konstruktionen är sammansatt av två delar. Den ena delen är en avstampningsyta där användaren utnyttjar sin egentyngd för att få ner del två. Del två är en avstympad, ihålig pyramid. När denna förs ner i jorden åker den föregående jordklumpen ut ur pyramiden. Planteringsrör ( ), ( ) Planteringsröret består av en nedre del, vars spetsiga skopa har en rörlig sida som trycks ut med hjälp av en pedal som är fäst på röret. Skopan är ihålig och i uttryckt läge kan en planta läggas i planteringsrörets övre del och falla ned till det nygjorda hålet i marken. Borren ( ) Borren liknar en spade men har ett större horisontellt handtag som gör att en större kraftfördelning fås. Det finns modeller som till exempel Ergoborren som har ett handtag på skaftet som ska underlätta planteringen och minska påfrestningen av ryggen. Planteringsrör med matningsfunktion (US patent number ) ( ) Konceptet liknar planteringsröret men har en mekanisk frammatning av plantorna. Detta koncept hittades på patenthemsidan och kan lätt anpassas till såddrör istället för plantor. Plantorna faller ner i matningsenheten och när en manöverspak används släpps plantan ned genom röret tills den landar i hålet, när detta sker så hamnar automatiskt nästa planta i matningsenheten. 9

10 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Vald referensprodukt Den produkt som idag finns på marknaden och stämde bäst överens med de uppställda kundkraven var Pottiputki (se bild 3), och därför valdes den till referensprodukt. Ett funktionellt diagram 3 gjordes på referensprodukten och utifrån denna framkom sex stycken moduler som användes som utgångspunkt vid idégenereringen. Modulerna finns beskrivna nedan under konceptutvecklingen i steg 5. Steg 5. Skapa ett vinnande koncept Konceptutveckling Varje modul analyserades med avseende på dess egenskaper och möjligheten att kombineras med andra moduler och bilda en gemensam produkt. Här togs beslutet att en matningsenhet skulle införas då det ansågs sannolikt ge ett ökat kundvärde. För att inte snöa in sig och uppfinna hjulet två gånger så undersöktes alternativa lösningar utanför den aktuella branschen. Här kläcktes idén om att kunna utnyttja kryckkäppens höjdjusteringssystem på produkten. Nedan följer beskrivningar av de olika modulerna för referensen och hur gruppen har utvecklat dessa vidare och anpassat dem till såddrörsplantering. Handtag Handtaget på referensprodukten ansågs vara bra och anpassad för användaren. Referensprodukten kan beställas med en- eller tvåhandsgrepp. Gruppen ansåg att alternativet med tvåhandsgrepp var det bättre och därför beslöts det att använda det på produkten. Rör Referensprodukten består av ett långt rör som inte är justerbart efter användarens längd. Röret är grundstommen för referensprodukten och kommer troligen vara det även för den nyframtagna produkten. Återigen är kundkravet om ergonomi styrande, vilket betyder att referensproduktens rör går att utveckla för att minimera förslitningar på användarens kropp. Detta leder till att röret bör ha en justerbar längd. Vid idégenereringen framkom det många olika lösningar på problemet med justerbar längd. Flyttbara handtag, byggsats och teleskopmetod var några av lösningarna på problemet. De olika lösningarna utvärderades med tanke på hållfasthet och kundkrav. Bild 3. Gruppens valda referens, Pottiputki. 3 I ett funktionellt diagram delas produkten upp i små moduler (delar), där man kan se hur dessa beror av varandra och vilka yttre faktorer som har inverkan på dem. 10

11 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Skopa Referenslösningens skopa har i uppgift att skapa ett hål i marken innan plantan släpps ner vid planteringen. Skillnaden mellan referensprodukten och den tänkta slutprodukten är att hålet inte behöver vara av samma storlek vid plantering av ett såddrör som vid plantering av en skogsplanta. Under idégenereringen framkom tre förslag på vidareutveckling av skopan. De tre förslagen var: att behålla skopan, använda en borr för att göra ett hål eller enbart ha ett rör med en öppning i nedre änden. Matningsfunktionen Matningen av plantorna utförs på referensprodukten manuellt planta för planta. Detta sliter på kroppen och uppfyller inte kundkravet att produkten ska vara ergonomisk. Idégenereringen fick fram två lösningar på problemet, matning av såddrör från ryggsäck och matning från magasin som monteras på produkten. Djupställare På referensprodukten finns det en djupmätare som är justerbar efter önskat planteringsdjup. Vid idégenerering kom tre lösningsförslag fram; att som på referensprodukten använda en justerbar pinne, att djupmätningen kombineras med fotstöd eller att använda ett hjul som även fungerar som avlastning. Hjulet bidrar till avlastning när produkten då kan rullas vid förflyttning istället för att bäras. Pedal Pedalen är beroende på valet av skopa. Gruppen diskuterade alternativet att kunna slå samman djupmätare och pedal, vilket skulle minska komplexiteten av produkten. Vajer Vajern ska användas som styrningsfunktion från handtaget och fästningsanordningarna utformas efter val av de ovanstående funktionerna. 11

12 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Framtagning av koncept För att få fram ett fungerande koncept kombinerades lösningsalternativen till flera olika koncept, som sen ställdes mot varandra i elimineringsmatriser för att få fram det bästa av dessa. Den elimineringsmatris som användes var en Pugh-matris (Appendix B, bild 1). En Pugh-matris går ut på att de koncept som framkommit jämförs mot referensprodukten. Det koncept som står sig bäst emot denna går ur matrisen som vinnare. För att komma fram till det bästa resultatet sätts nu det vinnande konceptet som referensprodukt i en ny Pugh-matris (Appendix B, bild 2). Där ser man lätt hur de övriga koncepten står sig mot det vinnande konceptet. Om det bästa konceptet fortfarande står som vinnare i den andra omgången av elimineringen, så väljs detta till vidareutveckling. De två koncept som fick de bästa resultaten beskrivs nedan. Koncept 1 (Appendix B, orange) består av handtagsförflyttning, d.v.s. att handtaget förflyttas i höjdled för justering av röret. Röret har en öppning i änden för att kunna skapa ett planteringshål där sedan ett såddrör kan falla ner. En ryggsäck med en slang för att transportera såddrören fungerar som matningsenhet och en pinne som fungerar djupställare. Koncept 2 (Appendix B, blå) justerar längden med ett teleskoprör där fästningsanordningen består av sprintar. Röret har en öppning i änden för att kunna skapa ett planteringshål där sedan ett såddrör kan falla ner. Ett externt magasin sitter på sidan av röret för att transportera ner såddrör och ett fotstöd finns som djupställare. Fotstödet kommer även att fungera som ett komplement för att fördela kraften och blir därmed ytterligare ergonomisk. Det kundkrav som ansågs väga tyngst från beställaren var att produkten skulle vara ergonomisk. Vid jämförelse av de två bästa koncepten hade koncept 1 klara fördelar när det gällde aspekter på kostnad och tillförsel av planteringsmaterial, men i förhållande till koncept 2 var koncept 1 betydligt mindre ergonomisk. Därför valdes koncept 2, det vill säga: teleskoprör öppning - externt magasin - fotstöd, till det slutgiltiga konceptet. 12

13 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Det koncept som valdes, koncept 2, har vissa likheter med referensprodukten men i en funktionell modell (se figur 1) visas det hur konceptet delats upp i olika delar. Där syns det att vissa delar har vidareutvecklats och anpassats till såddrörsplantering. Bland annat har Pottiputkins djupställare och pedal slagits samman till en gemensam del kallad fotstöd i det framtagna konceptet. I den funktionella modellen framgår det tydligt vilka delar som är framstående i produkten och hur de beror av varandra, och detta är viktigt att veta vid till exempel materialval. Figur 1. Funktionell modell för det valda konceptet. Här ses till exempel att fotstöd och djupställare är sammanslaget till en del istället för två så som Pottiputkin har. Eftersom produkten har en rördiameter som är anpassad efter såddröret, som har en diameter på ca 2 cm, ansåg projektgruppen att användaren skulle kunna göra ett fungerande hål enbart genom att trycka ner röret i marken. Detta utan hjälp av skopans spets då jorden förflyttas med hjälp av de tänkta öppningsplattorna som ska hindra jorden att åka in i röret. Den lösning som vid konceptutvecklingen ansågs vara lämpligast för höjdjusteringen var teleskopmetoden, vilket innebär att ett rör med mindre diameter kan förflyttas inuti ett rör med större diameter. Längsefter rören finns hålpar där en bygel kan stickas in och på så sätt ställa in längden efter behov. Bygeln är en vidareutveckling av den första lösningen på problemet som var ett sprintsystem som liknar kryckkäppens. Gruppen valde att byta ut sprintarna mot en bygel för att minska komplexiteten hos produkten och förhoppningsvis öka hållfastheten. 13

14 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Steg 6. Kravspecifikation. Efter framtagning av ett slutgiltigt koncept kunde en kravspecifikation (Appendix A) ställas upp. Kravspecifikationen är viktig att göra för att utvärdera och ha möjlighet till att öka kundvärdet. Den visar och sammanställer alla krav som projektgruppen och beställaren har ställt på den slutliga lösningen. Det kravet som både gruppen och beställaren tycker är viktigast är kravet på ergonomi. Eftersom det inte finns någon befintlig produkt som planterar såddrör på marknaden idag, så saknas befintlig materialdata för en slutgiltig produkt. Däremot så finns Pottiputki, vald referens, och gruppen kräver att det valda konceptet ska vara billigare eller ha samma pris som referensen. Steg 7. Konstruera konceptet. Materialval Enligt kravspecifikationen och ur miljösynpunkt är ett önskemål att produkten ska bestå av så få olika material som möjligt. För att uppnå detta och kravet på maximalvikten hos produkten är aluminium ett lämpligt materialval. Det valda materialet måste klara av de belastningar som produkten kommer att utsättas för. Den justerbara längden hos röret kan liknas vid en kryckkäpp dvs. två rör som går i varandra. Vid undersökning av kryckkäppens hållfasthet ska, enligt företaget Swereco Rehab AB 4, en kryckkäpp hålla för en person som väger mellan kg. Enligt beräkningar (Appendix C) uppfyller aluminium mer än väl de uppsatta kraven för planteringsredskapet. Andra aspekter som är viktiga att ta hänsyn till vid materialval är vilken miljö produkten kommer utsättas för. Planteringsredskapet kommer utsättas för skogsmark som har ett ph-intervall på 3-6. Om man ska se till hur produkten klarar denna miljö ur korrosionsperspektiv är aluminium ett lämpligt alternativ. Aluminium korroderar måttligt vid ph 4-9 då den bildar en passiv oxidfilm. Troligen kommer den slutliga produkten att även korrosionsskyddas med hjälp av målning. Val av material har en stor inverkan på vilken tillverkningsmetod som är lämplig att använda. Val av tillverkningsmetod har en direkt inverkan på slutproduktens kostnad vilket är viktigt att ha i åtanke. Tillverkningsmetod För att underlätta montering och bestämmandet av vilken tillverkningsmetod som är den lämpligaste och mest ekonomiska bör en analys göras. Detta sker i 3 steg där boken Process selection from design to manufacture (Swift & Booker, 2 nd edition, 2003) används. Det första steget innebär att man kontrollerar om någon av produktens komponenter kan integreras med varandra. Detta görs genom att svara på de tre frågorna: 4 Swereco Rehab AB är ett företag som arbetar med hjälpmedel till funktionshindrade. 14

15 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling 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? Genom att ställa de olika komponenterna mot varandra kom det fram att ingen av de olika komponenterna kunde integreras med varandra. Steg två innebär att man gör en ekonomisk analys över icke-standardkomponenter. De komponenterna som anses specifika för produkten, det vill säga icke-standardkomponenter är: fotstöd, öppningsplattor, rör och matningsfunktion. Olika tillverkningsmetoder för respektive komponent tas ut och kombineras sedan till ett antal tillverkningsalternativ. Efter undersökningar av pris på standardkomponenterna samt analys av tillvekningsalternativen fås ett slutgiltigt pris som är ungefärligt. För att ta fram en ännu bättre och kostnadseffektiv produkt görs en analys med avseende på DFM och DFA, vilket är steg 3. DFA återkopplas till steg 1 där man undersökte om de olika komponenterna kunde integreras med varandra, vilket inte var fallet. Vidare kan man i DFA-analysen avgöra vilken komponent som kommer att vara svårast respektive lättast att kombinera med närliggande komponenter. För produkten är öppningsplattorna de som troligen kommer att vara svårast att montera. DFM innebär hur man kan anpassa produkten till tillvekningsprocessen. Produktens ickestandarkomponenter anses vara anpassade till tillverkningsmetoderna och behöver därför inte designas om. CAD-ritningar och beräkningar För att underlätta dimensioneringen, speciellt av de kritiska och kraftbelastade delsystemen hos produkten, har beräkningar gjorts. Beräkningarna gjordes med hjälp av Autodesk Inventor som använder Ansys FEM-analys. En CAD-ritning gjordes av produkten som sedan belastades i två extremfall för att beräkna deformation, spänningar och säkerhetsfaktorer. Detta är en grov uppskattning och ingen exakt analys, men ligger säkerhetsfaktorn tillräckligt högt över 1 så är det okej. I första fallet belastas varje handtag med 750 N, beräknat i extremfallet att en person som väger 150 kg hänger på produkten. Behållaren är belastad med 10 N beräknat på att varje såddrör väger cirka 30 g och att behållaren ska innehålla cirka 30 rör. Då fås en utböjning (se figur 2) av handtagen till 1.2 mm med en säkerhetsfaktor på 3,7, som betyder att produkten går sönder om spänningarna hade varit 3,7 gånger större. 15

16 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling I det andra fallet belastas fotstöden med 750 N vardera, även här beräknat på att en person som väger 150 kg står på fotstöden. Behållaren är belastad med 10 N. Då fås en utböjning av fotstöden på 0.14 mm med en säkerhetsfaktor på 8,4. För FEM-rapporten, se Appendix C. Målvärdet för den totala produktens vikt var 1,5 kg, vilket uppfyllts enligt beräkningarna som gjorts i Inventor. Produktens totala vikt blir 1,4 kg. Även detaljritningarna gjordes i Inventor. Det resulterade i elva unika detaljer, vilket är helt godkänt eftersom komplexitetskravet i kravspecifikationen var 15 detaljer. En assembleyritning gjordes för att få en översikt hur detaljerna skall monteras gentemot varandra. För detaljritningar med måttsättning, se Appendix D. Figur 2. Bilden visar deformationen som blir i det första extremfallet. Böjningen är överdriven för att förtydliggöra deformationen. 16

17 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Steg 8. Verifiera och utvärdera konceptet. Prototyptillverkning När det färdiga konceptet var analyserat och färdigplanerat var det dags att börja bygga en prototyp. Eftersom tiden var knapp fick några delar bortprioriteras. Dessa delar var sådana som gruppen inte fann nödvändiga att testas. Alla delar kunde inte göras i önskat material och dimensioner, eftersom labbet har ett begränsat lager. Delarna som tillverkades var: Röret Redskapets rör tillverkades utan funktionen justerbar längd, detta också på grund av tidsbrist. Gruppen ansåg att denna funktion är så pass väletablerad så att vidare tester inte behövdes (se bild 4). Röret till prototypen tillverkades i en större diameter än det tänkta röret till produkten, eftersom det inte fanns tillgång till mindre rördiametrar i labbet. Handtag Handtaget gjordes främst för att kunna testa vajerfunktionen, då den tänkta produkten egentligen ska ha gängstång som handtag. På prototypen sitter en vanlig aluminiumaxel för att kunna fästa ett bromshandtag från en cykel. Bromshandtaget sattes dit för att kunna demonstrera hur den tänkta produkten ska fungera. Matningsenhet inklusive matare För att kunna kolla om konceptet med en matningsfunktion fungerar så tillverkades en ungefärlig modell av en sådan till prototypen. Mataren som egentligen ska vara en urfräst aluminiumcylinder, gjordes i plast på grund av enklare och snabbare tillverkning. Öppningsluckor Bild 4. Exempel som gruppen har utgått från när rörlängden ska justeras. Öppningsluckorna sattes fast på prototypen enbart i demonstrativt syfte. Gruppen ville även testa ifall dessa klarar av att trycka undan jord för att göra plats för såddröret i marken. 17

18 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Resultat Produktbeskrivning Redskapet består av elva unika delar (Appendix D) som monteras ihop till en hel produkt (se bild 5). Produktens grundstomme, som gruppen valt att kalla nedre rör, är helt enkelt ett aluminiumrör med sju hålpar vars ändamål är höjdjustering. Den nedre delen av grundstommen är gängad så att fotstödet kan fästas och detta fotstöd fungerar även som djupmätare. Direkt monterad på grundstommen sitter matningsenheten som beskrivs mer ingående nedan. För att såddrören skall komma från behållaren ner till marken behövs ett avlångt hål i grundstommen. Redskapets övre del består även den av ett aluminiumrör, men med skillnaden att det har mindre diameter och endast två hålpar. Genom de två hålen och två av grundstommens hål sticks en bygel in för att kunna justera höjden och på så sätt få en bekväm och ergonomisk arbetshöjd. På toppen av överdelen sitter en gängstång som agerar handtag. Gummering av gängstången kommer att ske på grund av ergonomiska krav. Matningsenheten består av en bockad plåt som formar en låda med en kilformad profil som skall underlätta transporten av såddrören. I matningsenheten sitter en matare som kan ses som en urfräst axel som vrids runt med hjälp av en vajer. När axeln vrids runt faller såddröret som ligger i urfräsningen ner (Appendix D, bild 9). Detta utförs med hjälp av en vajer som är fäst i ett manöverhandtag. Manöverhandtaget sitter då fast i gängstången som agerar handtag. I matningsenheten kan en plastbehållare fylld med såddrör sättas fast för att underlätta tillförseln under plantering. Vajern styr även öppningsluckorna som sitter monterade längst ned på grundstommen. Luckorna består av två stycken halvcirkulära plattor med en fästanordning. Bild 5. Översiktlig bild över den framtagna produkten. För måttsatta detaljritningar se Appendix D. 18

19 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling För att lätt kunna göra en prototyp och veta hur de olika delarna kommer att se ut, delades produkten upp i delsystem. Dessa delsystem är ungefär samma som hos referensprodukten, men med en viss vidareutveckling. För att få en tydligare beskrivning av de sex delsystemen, se figur 2. Delsystem hos produkten Handtag Teleskoprör Extern såddrörsbehållare Vajerkonstruktion Fotstöd Öppningsfunktion Handtagets uppgift är att fungera som en kraftöverförande modul. De kommer vara en solid axel som går rakt igenom grundstommen. För att säkerhetsställa att ingen handtagsförflyttning sker under arbetsgången kommer en låsring att användas. På den solida axeln kommer gummihandtag appliceras för ökad ergonomitet. Röret består av flera olika delar såsom sprintar, hål och gängor som utgör produktens grundstomme. Modulen kommer att vara den mest belastade delen i hela produkten då den är det kraftöverförande delen. Modulen kommer att fästas direkt på röret med hjälp av en hakfunktion. Såddrörsbehållarens funktion är att tillföra såddrör på ett enkelt och effektivt sätt. Matningsfunktionen är en del av den externa såddrörsbehållaren som är direkt fastmonterad på grundstommen. Modul som skall styra alla rörliga delar och ska fungera som en manöverdetalj för användaren. Modulen är fäst i handtaget i form av ett reglage, vajern går sedan ned till den externa såddrörsbehållaren och sedan ned till öppningsmodulen. Fotstödet används som ett hjälpmedel för att göra hålet och för att ställa in planteringsdjupet. Den kommer även att fungera som ett komplement till handtaget som en kraftöverförande modul. Det kommer att monteras fast med hjälp av en gängfunktion med låsning. Öppningen är uppdelad i två halvcirkulära plattor. Dessa öppnas utåt och trycker undan jorden. Detta görs med hjälp av vajernkonstruktionen. Figur 2. Översikt för produktens olika delsystem och beskrivning av dessa. Prototypbygget För att verifiera att den framtagna prototypen fungerar som den ska, gjordes några funktionstester. Vid ett test som utfördes av projektgruppen, visade det sig att matningsfunktionen var välfungerande. Två såddrör släpptes ned i matningsenheten, sedan vreds mataren ett halvt varv så att ett såddrör föll ner mot marken. Öppningsluckorna fungerade som stoppfunktion när såddröret matades fram. När redskapet sedan lyftes upp så öppnades luckorna och såddröret kom ut. Utvärdering av testet: Prototypen (se bild 6) fungerade bra. Eftersom rördiametern blev större hos prototypen än hos den tänkta produkten var även öppningsluckorna tvungna att få större diameter. Då ansåg gruppen att testet inte kunde visa ett fullständigt resultat eftersom alla delar inte är tillverkade. Produkten kunde då inte utvärderas till fullo men huvudfunktionen att plantera såddrör uppfylldes. Bild 6. Den färdiga prototypen. 19

20 TME040 CHALMERS Produkt- & Produktionsutveckling Diskussion och slutsats Projektet syftar till att hjälpa de som aktivt planterar skog med hjälp av handkraft genom att ta fram ett redskap för att plantera såddrör. Detta för att på ett effektivt sätt kunna plantera ny skog. Projektet har uppfyllt projektdefinitionen och de uppsatta målen att redskapet ska vara ergonomiskt. Metoden The Value Model har följts med goda resultat. Givetvis har det funnits kritiska punkter och svårigheter i utvecklandet av produkten. Om man ser till kundkraven så har de uppfyllts men några är svåra att kontrollera, till exempel kravet på att den ska vara billig. Kostnadsanalysen som gjordes är beräknad efter en metod som inte tar hänsyn till omkostnader kring produktion och försäljning. Det var svårt att få exakta värden för de olika tillverkningsmetoderna. Den slutgiltiga produkten skiljer sig på många sätt från referensprodukten, Pottiputki. Den största skillnaden är hålgörarfunktionen. Den näbbliknande skopan valdes bort för att istället enbart ha ett rör med öppningsluckor. Detta beslut togs på grund av att produkten ska vara anpassad efter såddrör som har en mindre diameter än plantorna, vilket leder till att det behövs mindre kraft för att föra ner redskapet i jorden. Genom detta reduceras produktens vikt eftersom öppningsluckorna har mindre volym än skopan på referensprodukten. Lösningen med öppningsluckor har dock medfört en ökad komplexitet vid montering, vilket kom fram vid DFA- analysen. Eftersom en spets är enklare att föra ner i marken än en rund platta behövdes en bättre kraftfördelning och därför integrerades djupmätarfunktionen med ett fotstöd. Fotstödet gör att produkten kan användas på ett liknande sätt som en spade vilket även ger en ökad variation i arbetsställningar och ökar ergonomin. Produkten behöver ett sprintsystem för att låsa höjdjusteringen. Vid närmare analys framkom det att sprintsystemet skulle innebära en för stor komplexitet. Därför undersöktes andra lösningar på problemet och vi kom fram till att en bygel uppfyllde samma krav som sprintsystemet och hade dessutom en betydligt mindre komplexitet. Ett krav från beställaren var att produkten skulle har en kontinuerlig tillförsel av såddrör. Skillnaden mellan de två bästa koncepten ur Pugh-matriserna var matningen. Det koncept som förlorade hade tillförsel via en ryggsäck och en slang. Det positiva med denna lösning var att ryggsäcken skulle ge en jämt fördelad tyngd på ryggen. Dock ansåg vi att tillförseln från ryggsäcken till redskapet inte skulle vara problemfri, eftersom det skulle vara svårt att lösa problemet med att såddröret kan fastna inuti slangen. En annan bidragande orsak till att ryggsäcken valdes bort var dess otymplighet i och med slangen. Istället löstes problemet med en matningsenhet som enkelt integrerades med produkten. Den har en låg komplexitet men bidrar till en ökad vikt. Trots detta underlättar den planteringen genom att den reducerar de monotona rörelserna som uppkommer vid konstant tillförsel av såddrör. 20