Kåpning till brandspaningsrobot FUMO 3

Transkript

1 Akademin för Innovation, Design och Teknik Kåpning till brandspaningsrobot FUMO 3 Examensarbete, produktutveckling KPP högskolepoäng, avancerad nivå Industriell formgivning Högskoleingenjörsprogrammet Innovation och produktdesign Fredrik Almers, Miguel Morrissey Presentationsdatum: 14 jun 2013 Uppdragsgivare: Realisator AB Handledare (företag): Thomas Eriksson Handledare (högskola): Ragnar Tengstrand Examinator: Ragnar Tengstrand 1

2 Sammanfattning Detta projekt har utförts på en 10 veckors period och ligger på C-nivå (15högskolepoäng). Projektet gick ut på att ta fram ett kåpningsförslag för FUMO 3. Under denna period har de första 6 veckorna bestått av konceptframtagning och bearbetning av koncept, och de sista 4 av själva prototypframtagningen. Metoderna som använts för idégenerering och konceptframtagning har varit diverse produktutvecklingsverktyg. Då många ändringar och korrigeringar gjordes framför allt gällande basplatta, IP-lådor och externa enheter ganska sent in i projektet kunde gruppen inte fastställa ett konceptförslag förrän närmare slutet av arbetet med detta projekt. Prototypframtagningsprocessen utfördes genom bockning med maskin och för hands samt hopsättning genom popnitning. Mallar för utklippta plåtbitar togs fram genom CAD-ritningar som sedan ritades ut på pappskivor, som sedan provades på roboten i förväg. Då arbetet med prototypframtagningen gjordes i största mån för hand så lämnade gruppen utrymme för felpassningar som kunde uppstå på grund av felklippta plåtar, felaktiga bockningskanter och radier, skissnoggrannhet och annat orsakat av den mänskliga faktorn. Som slutsats ser vi oss ändå nöjda med att ha uppflyllt kraven under den tid som var utsatt. 2

3 Förord Vi vill tacka alla som varit med och bidragit till detta projekt genom kunskaper, vägledning och genuint intresse. Detta projekt har varit en väldigt dynamisk upplevelse då mycket har kommit att ändras under projektets gång, och gruppen därmed snabbt behövt anpassa sig till detta. Vi vill tacka Sten Grahn som i produktutvecklingskurserna KPP017 och KPP039 gett oss en djupare förståelse av produktutvecklingsverktygen som vi flitigt tillämpat i detta projekt. Vi vill tacka Henrik Lekryd som hjälpt oss med maskiner och verktyg i metallverkstaden. Vi vill tacka Thomas Eriksson på AB Realisator och följande personer i projektet som varit till stor hjälp för oss: Rolf Ericsson Johannes Carlem Tommie Olsson Jani Morko Mikael Hörlén Affärs- och teknikkonsult Functional design Functional design HMI HMI Vi vill ge ett stort tack till vår examinator Ragnar Tengstrand, som varit ett stort stöd under detta projekt. Inte bara har Ragnar bidragit med sina kunskaper inom bockning och popnitning, utan även varit en tryggande och positiv röst för att komma över många svåra trösklar i detta projekt. 3

4 Ordlista CAD Computer aided Design. Ritverktyg för 3D ritningar och tekniska ritningar. DFMain (Design for Maintenance) DFMain handlar om tillverkning anpassad för enkel service och underhåll. FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) Metod för att identifier möjliga felorsaker I en product/process. FUMO Fumo är ett latinskt ord som betyder rök. Gantt schema Planeringsschema för projekt. HMI HMI är en förkortning för Human Machine Interface eller Människa Maskin Gränssnitt. IP IP är en kapslingsklassning och visar vilket skydd en el-artikel har emot damm och vatten. QFD (Quality Function Deplyment) Verktyg för jämförelse mellan koncept och konkurrenter. SolidWorks CAD program. 4

5 Innehållsförteckning 1 INLEDNING AB Realisator FUMO FUMO SYFTE OCH MÅL PROJEKTDIREKTIV PROBLEMFORMULERING PROJEKTAVGRÄNSNINGAR TEORETISK BAKGRUND PU-processen Planering Mötesprotokoll Gruppkontrakt Gantt Schema PIPS analys Problemförståelse Marknadsanalys Kravspecifikation Funktionsanalys QFD (Quality function deployment) Idégenerering Brainstorming Lösningsförslag Pugh s matris Konceptval FMEA Bearbetning på valt koncept Form Materialval DFMain Konstruktion

6 6.7.1 CAD Prototyp Referenser TILLÄMPAD LÖSNINGSMETODIK Planering Gruppkontrakt Gantt Schema Mötesprotokoll Problemförståelse Marknadsanalys Funktionsanalys Kravspecifikation Quality Function Deployment (QFD) Idégenerering Brainstorming Konceptgenerering Pugh s matris Konceptval FMEA (failure modes and effects analysis) Bearbetning på valt koncept Materialval DFMain (Design for maintenance) Konstruktion Prototyp RESULTAT Sidokåpa Batteri lock HMI lock Kåpning för kamera Underkåpa Lucköppning underkåpa Övriga kåpor

7 8.8 Handtag Prototypen ANALYS SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER Rekommendationer BILAGOR Bilaga 1 - Gruppkontrakt Bilaga 2 - Gantt schema Bilaga 3 - Brainstorming Bilaga 4 - QFD Bilaga 5 - Pugh's matris Bilaga 6 - Funktionsanalys Bilaga 7 - FMEA Bilaga 8 - Bearbetning av koncept (skisser) Bilaga 9 - Prototypbygge Bilaga 10 - Konceptförslag renderingar Bilaga 11 - Slutgiltigt konceptförslag renderingar Bilaga 12 - Tekniska ritningar

8 Figurförteckning Figur 1: PU-processen Figur 2: Gantt Schema Figur 3: Funktionsanalys Figur 4: QFD Figur 5: Pughs Matris Figur 6: CAD Figur 7: Funktionsanalys Figur 8: Brainstorming Figur 9: Konceptgenerering Figur 10: IP-lådor Figur 11: Underlucka Figur 12: Överlucka Figur 13: Konstruktion Figur 14: Prototyp papper Figur 15: Prototyp papper Figur 16: Resultat Figur 17: FUMO3 Transparant 3D Figur 18: FUMO3 Transparant framifrån Figur 19: Sidkåpa Figur 20: Främrekåpa Figur 21: Batterilucka Figur 22: HMI-lucka Figur 23: Kamerakåpa Figur 24: Underkåpa Figur 25: Lucka under Figur 26: Pågående prototyp Figur 27: Pågående prototyp forts

9 1 Inledning Denna rapport behandlar den exteriöra designen och kåpningen för FUMO 3, som utförs på C-nivå på Mälardalens Högskola. FUMO 3 är den tredje generationen av FUMO, som är en brandrobot vars primära uppgift är att spana i farliga miljöer där räddningspersonal inte bör skickas in. Användning av robotar har ökat exponentiellt under de senaste decennierna inom framförallt industrin. Att förlita sig på robotar inom räddningstjänst kan låta skeptisk, men där människor inte bör vistas är robotar ett utmärkt substitut. Genom sensorer och kameror ska FUMO 3 kunna styras in bland komplicerade bränder och kunna skapa en bild för räddningstjänsten innan de tar sig in då rökdykning både är väldigt farligt och riskfyllt. 1.1 AB Realisator År 2008 grundades AB Realisator av Thomas Eriksson, som ett resultat av de 25 års erfarenhet Thomas har inom forskning och utveckling från ett antal olika perspektiv. Företaget jobbar mycket med interaktioner mellan industri, akademi och samhälle. Tjänster som vanligtvis erbjuds mot industrier är hjälp med strategier för samverkan med akademin, affärsplaner för samverkan mot industrin, kontakter med lämpliga partners inom akademin internationellt, vetenskapligt samarbete med akademin och processer för att utvärdera ett samarbete med akademin. Mot forskare och forskningsorganisationer erbjuds tjänster som affärsplaner, marknadsundersökningar, marknadsföring, marknadsutveckling, patent och varumärkesfrågor, kundkontakter m.m. AB Realisator erbjuder även hjälp till forskningsfinansierings-organisationer med utvärdering av finansieringsverksamheten 1.2 FUMO 1 FUMO 1 projektet startades 2011 av AB Realisator, där det samarbetades med några svenska brandkårer, robotdalen, Mälardalens Högskola och Örebro universitet. FUMO 1 var menad som en kompanjon till rökdykaren, men kom sedan att bli mycket mer än så. Demo 1 av FUMO 1 hade fjärrstyrning, förmågan att gå i trappor med hjälp av två flipprar, kunde tillse operatören med video och IR bilder, samt att den hade ett väldefinierat interface mot funktionalitet (Can, USB och ethernet) 9

10 1.3 FUMO 2 Vidareutvecklingensprojektet av FUMO 1 syftade till att vidareutveckla denna brandrobot som är av ett kommersiellt intresse för brandförsvaren. Säkerheten skulle ökas och kostnader för besvärliga bränder skulle sänkas genom att denna robot skulle vara till hjälp vid rökdykningen. Till Demo 2 så tillkom en laserskanner vars uppgift är att kartlägga utrymmet som brandroboten befann sig i. 2 Syfte och mål Syftet med detta examensarbete är att utföra kåpningen till FUMO 2 s efterföljare, FUMO 3. Denna kåpning skall vara utformad med hänsyn till de alla olika interna och externa enheterna samt basplattan. Detta kommer att åstadkommas genom att ta fram CAD-modeller på olika koncept till att börja med, för att sedan skala bort koncepten en efter en genom att använda och tillämpa olika produkt- och konceptgenereringsverktyg. Mot projektets slut skall ett fysiskt kåpförslag tagits fram genom bockning och nitning och/eller svetsning. Allt arbete kommer att utföras efter de önskemål och krav som AB Realisator ställer. 3 Projektdirektiv Detta examensarbete omfattar 15 högskolepoäng. Då detta projekt endast hålls i 10 veckor finns vissa begränsningar på vad som skall åstadkommas. Projektet skall redovisas med hjälp av en skriftlig rapport och muntlig presentation. Även en opponering skall genomföras på ett annat examensarbete. 4 Problemformulering Huvudproblem Hur ska chassit vara utformat för att passa alla olika komponenter och enheter och samtidigt vara justerbar för att till exempel byta batteri utan att lyfta hela chassit. 10

11 Delproblem Hur kan designen bidra till en dränerad konstruktion. Hur ska designen ta hänsyn till kabeldragning. Hur skall roboten utformas för att hålla ett formspråk som tilltalar användare och förmedla produktimage. Hur skall designen skydda komponenterna Hur skall designen på kåpningen bidra till enkel förflyttning 5 Projektavgränsningar Projektgruppen kommer att avgränsa sig till själva kåpningen för FUMO 3. Dock så krävs det en samverkan med övriga deltagande i FUMO 3 projektet för att anpassa kåpningen till andra delar av FUMO 3. Den exteriöra designen tar hänsyn till den tänkta tilten för kamerorna som skall sitta ovanpå kåpningen. Den exteriöra designen skall ta hänsyn till diverse olika tekniska lösningar som FUMO 3 skall inneha. Samt ge kåpningen en design som talar för AB Realisators image. Det slutliga konceptet kommer att presenteras i form av en prototyp framtagen genom 3D-CAD modeller. Då vikten ligger i att ta fram en prototyp till examinationsdatumet kommer den större delen av detta projektarbete tillägnas åt själva hantverket än att fokusera på att ta fram den teoretiskt bästa lösningen till kåpningen. 11

12 6 Teoretisk bakgrund 6.1 PU-processen Produktutvecklingsprocessen är uppdelad i 6 viktiga faser, där varje fas har olika ingående moment. Under projektarbetets gång kan dock en del hoppande föregå mellan de olika faserna, där bästa exempel är QFDn, som återkommer rätt ofta under projektets gång. Se Error! Reference source not found. Planering Gruppkontrakt Gannt Schema Mötesprotokoll Problemförståelse Marknadsundersökning Kravspecifikation Funktionsanalys QFD Idégenerering Brainstorming Lösningsförslag Konceptgenerering Pugh's Matris FMEA Konceptval QFD forts. Bearbetning på valt koncept Form Val av material Tillverkningsmetod DFMain DFA Konstruktion CAD ritningar Tekniska mått Figur 1 12

13 6.2 Planering En väl utförd planering är grundstenen för att ett projekt skall flyta på ordentligt. Detta styrs upp av ett gruppkontrakt som varje gruppmedlem läser igenom och skriver under, ett gantt schema för att få en bild av tidsåtgången för varje fas i projektet och mötesprotokoll där det redogörs för vad som har gjorts, vart projektet ligger i dagsläget och vad som skall göras till nästa möte Mötesprotokoll Mötesprotokoll skrivs för att vid vissa tillfällen i projektets gång göra uppföljningar på vad som gjorts och vad som skall göras till nästa möte. Genom att titta på ganttschemat och möteprotokollet kan det kontrolleras om projektet är i fas eller inte Gruppkontrakt När en grupp formats så tilldelar man grupproller och skriver gruppkontrakt. Detta görs för att underlätta projektets gång genom att i tidigt skede klargöra för alla delaktiga projektmedlemmar vad var och en har för ansvarsområde och de krav som ställs på varje individ. I gruppkontraktet bestäms även hur frekvent gruppmöten bör has och hur kommunikation mellan gruppmedlemmar skall ske. Detta är för att undvika eventuella missuppfattningar och/eller misslyckande att kommunicera, då gruppen ideligen uppdaterar varandra på projektets framskridande. 13

14 6.2.3 Gantt Schema I projektets start bör även ett ganttschema utformas. Ett ganttschema visar de olika delmomenten som grafiska staplar i en tidslinje samt beroenden mellan de olika projektdelarna. Detta ger en ungefärlig bild på hur mycket tid man bör lägga ned på varje delmoment i projektet, och hur den tiden bör disponeras. Det kan vara väldigt svårt att följa ett ganttschema exakt, det kan visas att vissa faser ibland tar längre tid än vad som disponerats, och andra faser går fortare än förutspått. En väl utförd planering innan ett ganttschema utförts kan minimera felaktiga förutsägelser. Se Error! Reference source not found. Figur PIPS analys Under projektarbetets gång skall även en PIPS analys göras av samtliga gruppmedlemmar tillsammans. En PIPS analys är en typ av utvärdering på projektet och projektarbetet. Grupprelaterade och uppgiftsrelaterade frågor ställs på gruppen som sedan besvaras på en skala från 1 till 5. 1 står för inte alls, och 5 står för fullständigt. Här är det viktigt att alla får säga det dem tycker, då vissa delar kan uppfattas olika från varje gruppmedlem. Ett sätt skulle kunna vara att samla ihop allas svar för att sedan få ett genomsnittligt svar. 6.3 Problemförståelse Under problemförståelsefasen tar man reda på problemområdet, marknaden, kravspecifikationen, gör en funktionsanalys och en QFD. 14

15 6.3.1 Marknadsanalys I en marknadsanalys undersöks vad marknaden och kunden vill ha samt vilka konkurrenterna är. Genom att ha bra vetenskap om den befintliga marknaden kan konkurrensen enklare mötas. Marknadsanalysen kan utföras i form av intervjuer, studiebesök, enkätutskick etcetera. När svar samlats in så sammanställs dessa och ger då en klarare bild av vad marknaden verkligen tycker. Viktigt är också att det inte utformas frågor från vad en själv tycker är viktigt. Det kanske finns andra aspekter kring problemet än vad som gruppen själv tänker på, eller om något som saknas på marknaden. Därför är det viktigt att ställa öppna frågor där friheten finns att svara brett och öppet.. Från de sammanställda svaren som fås från marknadsanalysen kan därefter en kravspecifikation, och en QFD utformas Kravspecifikation En kravspecifikation är ett dokument där kraven som ställs på produkten eller tjänsten listas. Här listas krav som ställs dels från uppdragsgivaren, men även krav som sammanställts utifrån marknadsundersökningen. Här görs en marknadsbedömning där man tar talar om vilka man väljer att rikta sig åt. 15

16 6.3.3 Funktionsanalys Funktionsanalysen listar de funktioner som produkten ifråga kommer att ha utan någon koppling till hur det skall uppfyllas. Denna görs vanligen i början av ett projekt då alla olika funktioner kan undersökas i tidigt skede. Funktionsanalysen läggs upp så att den får en huvudfunktion, som sedan måste uppfyllas med hjälp av delfunktioner, som i sin tur måste uppfyllas av underfunktioner. Stödfunktioner finns också, och dessa är inte kritiska, men kan höja värdet av produkten för slutkunden. Detta bildar ett träd av funktioner som alla kopplas till huvudfunktionen, där varje gren har sin egen betydelse. Se Figur 3 Figur 3 16

17 6.3.4 QFD (Quality function deployment) En QFD bör påbörjas så fort marknadsundersökningen är klar. QFDn är ett av de större och mer komplicerade PU-verktygen och detta verktyg kommer att följa med projektgruppen ganska långt igenom projektets gång. Det vitala i detta verktyg är att vikta de krav som tagits ur kravspecifikationen och marknadsundersökningen. Det kan ibland vara svårt att uppskatta vikten på vissa krav, vilket gör detta verktyg till ett bra verktyg att överskådligt och ungefärligt se skillnader mellan egna koncept och konkurrenter. Genom att ha gjort en större och mer utförlig marknadsundersökning kan det gå lättare att vikta kundkraven. De egna koncepten och konkurrenterna (om det finns några) sätts in i QFDn för att se hur väl de uppfyller marknadskraven och produktegenskaperna, och detta görs då efter idégenereringen när gruppen har några koncept. Produktegenskaper är tekniska egenskaper på produkten. När konkurrenter satts in i QFDn så tittar man på hur väl de uppfyller de olika kundkraven samt produktegenskaperna. Därefter kan man med hjälp av en graf (vilket underlättar) se skillnaden mellan de egna koncepten och konkurrenternas lösningar. SeFigur 4 Figur 4 16

18 6.4 Idégenerering Brainstorming När problemförståelsefasen är över så kan man börja idégenerera. Denna fas handlar om att få fram alla idéer från alla gruppmedlemmarna. Här bör man inte fokusera så mycket på att lösa problemet, utan snarare att vara lite mer kreativ och tänka utanför ramarna. Ett sätt att göra detta är genom brainstorming då man bara kläcker ur sig alla möjliga olika idéer. Ur idégenerering kan man sedan kombinera vissa idéer och testa sig fram på olika möjliga koncept. 6.5 Lösningsförslag Under denna fas börjar man titta närmare på några få koncept och jämföra dessa med varandra och med konkurrenter Pugh s matris Förslagen som kvarstår kan sedan sättas in i en så kallad Pugh s matris. I denna så använder man sig av en referens, som kan vara någon befintlig konkurrerande produkt, eller ett eget koncept. Man väger sedan koncepten mot referensen om de uppfyller kravspecifikationen bättre, lika bra eller sämre. På referensen sätts krav-vikten på 0. För att sedan jämföra de övriga koncepten mot referensen så sätts antingen +1 om det är bättre än referensen, -1 om det är sämre än referensen och 0 om det är lika bra som referensen. Det koncept som slutar med högsta värde är det konceptet som uppfyller kraven bäst. Efter konceptgenereringen kan även som nämnt innan de valda koncepten sättas in i QFD och mätas mot marknadskraven samt produktegenskaperna. Se Figur 5 17 Figur 5

19 6.5.2 Konceptval Under konceptvalsfasen så får sedan gruppen göra en bedömning på vilket koncept man ska gå vidare med. Här används QFDn och Pugh s matrisen som hjälp, samt lite magkänsla FMEA Då ett koncept har valts fram så görs sedan en FMEA, där man tittar på eventuella fel som kan uppkomma hos produkten. Där sätter man även vikt för att se hur allvarliga felen är. Här kan man då komma fram till lösningar för de eventuella fel som kan uppkomma. 6.6 Bearbetning på valt koncept Under denna fas går man in på detaljer på det valda konceptet. Form, funktion, material, tillverkning m.m Form Produktens form och dess detaljer har en stor betydelse och här kan projektgruppen diskutera fram och rita/skissa hur det bästa sättet är att designa det tänka konceptet. Under denna fas kommer CAD att ha stor betydelse då man ibland kan gå in på väldigt detaljerat på konceptet vilket kan vara svårt att skissa fram. Genom att använda CAD kan man göra simuleringar och sprängskisser för att enkelt se hur detaljer ska föras samma och/eller hur de sitter på platts Materialval Materialvalet är viktigt att gå igenom för få en hållbar produkt som samtidigt uppfyller alla de krav som produkten har på bästa sett DFMain DFMain är förkortat för Design for Maintenance. Design for maintenance handlar om att tillverka så att det blir lätt att underhålla och att produkten skall vara byggd så att minimalt antal delar tar skadan vid felanvändning. Ju mindre delar som måste bytas ju billigare blir det. 18

20 6.7 Konstruktion CAD För att tydliggöra konceptet används lämpligen CAD. Här kan man i detalj utforma konceptet med precisa mått och förhållanden. I CAD skapar man tekniska ritningar som sedan används vid produktion. Man kan även göra ytrenderingar och transparenta bilder för att se hur allt är uppbyggt och skall sitta. Även simuleringar kan göras för att se vart de största påfrestningarna sitter. Nedan visas en bild ur CAD programmet SolidWorks SeFigur 6 Figur Prototyp En prototyp eller modell kan tas fram från en produkt. En prototyp skall vara i skala 1:1 och visa funktionerna hos produkten. 19

21 6.8 Referenser Ullman, David G. (2010) The mechanical design process fourth edition. McGraw-Hill Companies, Inc, New York Projektrapport från KPP017 Produktutveckling 2, grupp 1. Individuell Design handbok från KPP017 Produktutveckling 2, Miguel Morrissey Tidigare kåpningsrapport för FUMO 2, Ghada Elassar 20

22 7 Tillämpad lösningsmetodik 7.1 Planering Gruppkontrakt Vid projektets start utformade gruppen ett kontrakt för att underlätta projektets genomskridande. I gruppkontraktet behandlades grupproller, besluttagande, tvister, sjukdom, raster, arbetstid, kontakt och misskötsel. Se gruppkontrakt som bilaga Gantt Schema I början av projektet gjordes ett ganttschema för att dels få struktur på vad som skulle göras, men framför allt för att kunna bedömma hur mycket tid man bör lägga ned på varje process för att kunna hålla deadline. Ganttschemat avser en 10 veckors period, som detta projekt på B-nivå sträcker sig över. I ganttschemat behandlas de flesta delar som faller under raportskrivningen, samt när presentation av projektet och opponering skall göras Mötesprotokoll Gruppen skrev mötesprotokoll vid några få projektmöten för att kolla av med ganttschemat vart i projektet gruppen låg till. Då gruppen träffades dagligen under en längre tid ansåg man att mötesprotokoll vid varje träff var överflödigt. Mötesprotokollen skrevs av bägge gruppmedlemmarna. Det viktigaste i mötesprotkollen i detta projekt var avstämningen med ganttschemat, och där lade gruppen den största fokusen. 21

23 7.2 Problemförståelse Marknadsanalys Projektgruppen hade kontakt med uppdragsgivaren när det kom till marknadsanalysen, och enligt uppdragsgivaren var det vissa krav som var speciellt viktiga på marknaden, de viktigaste kraven som projektgruppen för kåpningen kände att de kunde påverka var: Lätt att serva Enkel att förstå Hållbar konstruktion Funktionsanalys Funtionsanalysen gjordes likt ett träd, där huvudfunktionen lades överst. Under huvudfunktionen lades delfunktioner som skall uppfyllas, dessa hade sedan underfunktioner som bidrar till att uppfylla dessa delfunktioner. Se Figur 7 Kåpning för chassi och komponenter Robusthet Tillåta mobilitet Stöttålig Klara olika miljöer Förhindra störning av flipprar Förhindra störning av synfällt för kamera Tillåta transport uppoch nedför trappor Bärande Dränerad Yta ovanpå för externa komponenter Genomtänkt konstruktion Hål i bottenplattan förhindra uppsamling av vätskor Flyttbar Greppvänlighet Förvaringsbar 22 Figur 7

24 7.2.3 Kravspecifikation För att kunna ta fram en kåpning som vår uppdragsgivare samt slutkund vill ha så har vi samlat ihop alla olika krav och önskemål från ett flertal källor. De flesta kraven som vi fått från uppdragsgivaren Thomas Eriksson på Realisator AB, har vi absorberat under projektmöten, dels från Thomas själv men även från övriga projektdeltagare. Under arbetets gång så har några av dessa krav och begränsningar kommit att ändras, då till exempel arbetet kring basplattan och lådorna för mekatroniken inte färdigstäldes förrän lång senare in på projektet. Detta ledde till att vårt kåpningsarbete inte kunnat färdigställas förrän det slutgiltiga konceptet för basplattan färdigställts. Den input vi fick till vår kravspecifikation var: AB Realisator Funktionsanalys QFD Kunden (brandförsvaret) Nedan listas de krav på kåpningen som vi har samlat in Generella krav Skall tåla belastningar Skall verka som ett komplett skydd för komponenterna Skall vara stöttålig Skall vara rostfri Skall vara enkel att serva Skall vara portabel Konstruktionskrav Skall ha tillräcklig yta för placering av tilt, kameror och sensorer Skall vara anpassad mot basplattan, batteri och HMI Skall vara lättmonterad Skall ha en underlättad åtkomst under Skall möjliggöra avrinning av vätskor Designkrav Skall ge en greppvänlig yta så att brandroboten kan bäras av två personer Skall kunna förvaras i brandbilen utan besvär Skall ej störa flipprarnas rörelse på något sätt Skall ha enkel åtkomst för batteri 23

25 7.2.4 Quality Function Deployment (QFD) Då vi samlat ihop och sammanställt marknadskraven för FUMO 3 så viktades de olika kraven. Vid viktning av kraven så var de viktigare kriterierna: Skall ha yta för kameror och sensorer Att den skall vara anpassad för basplattan, batteri och HMI Att den skall vara robust Att den skall vara lättmonterad Att den skall ha standardiserade fästytor för kameror och sensorer Att den skall möjliggöra avrinning av vätskor Vid konkurrentjämförelse valde vi att bortse från potentiella konkurrenter och istället titta och jämföra mellan egna koncept och FUMO 2. För att sedan titta på egenskapsvikten så säger QFDn att former har den största betydelsen hos brandroboten, då former har stor betydelse för anpassning till basplatta, batteri och HMI, samt att det skall finnas tillräcklig yta för externa enheter, vilket är två viktiga krav. Nedan visas kraven som listades i QFDn. Se Tabell 1 Tabell 1 De koncepten som jämfördes i QFDn numrerades och listas i nästa stycke, under konceptgenerering. 24

26 7.3 Idégenerering Brainstorming Denna del utfördes genom brainstorming då gruppen började med att skriva ut ett flertal bilder på FUMO 2 där kåpan likt den verkliga endast var en fyrkantig låda. Gruppen kunde sedan använda sig av denna låda för att rita och skissa över med nya fräscha idéer. I denna fas tänkte gruppen inte på några krav utan lät fantasin ta över och ge en "outside the box" effekt. Se Figur 8 Figur 8 25

27 7.4 Konceptgenerering Under konceptgenereringen presenteras alla olika idéer med skisser och diskussioner. Förslagen kontrolleras sedan mot kravspecifikationen och funktionsanalysen. Efter att vissa förslag sållats bort eller kombinerats, så återstår några få koncept. Visualiseringen av koncepten gjordes med hjälp av SolidWorks för att få koncepten i 3D. Se Figur 9 Figur 9 26

28 Projektgruppen skapade dessa 3D koncept för att ge en riktlinje för hur det slutgiltiga konceptet skulle kunna se ut och för att ge en blick av eventuella problem som projektgruppen ännu inte upptäckt. Dessa koncept gjordes utefter de IP-lådorna som vid detta tillfälle var valda att sitta på roboten, detta betyder att koncepten inte stämmer riktigt med de slutgiltiga lådorna men gav ändå en bra blick av hur det skulle kunna tänkas se ut. Den främre IP-lådan hade en något mindre höjd än den bakom vilket skapade en trapp form i många av koncepten. Detta hjälpte till att få bort den fyrkantiga skokartongs formen. Figur 10 visar storleken på de tillfälliga IP-lådorna. Kraven som ställdes under denna Konceptgenerering var att ge möjlighet för: Handtag fram/bak Plats för kameror/pantilt Figur 10 Ge möjlighet för plats till laser utsikt(180 ) Inte förhindra mobilitet Få bort skokartongs känslan Enkel tillverkning Slutsatsen efter Konceptgenereringen gjordes med hjälp av diskussioner med handledare och chassiprojektgruppen men framförallt med hjälp gruppens QFD och Pugh s matris. Det projektgruppen kom fram till var att koncept 8 uppfyllde många krav bra och gav ifrån sig ett seriöst och professionellt utryck och ändå klarade tillverkningskraven på ett bättre sätt än andra koncept. 27

29 7.4.1 Pugh s matris Med de 8 koncepten som gruppen tog fram så jämfördes de sinsemellan i en Pugh's matris. Som referens sattes koncept 8 som var ett av de vinnande koncepten i QFDn. Koncept 1 var bättre anpassad för basplattan, batteri och HMI. Koncept 2 var mer lättmonterad. Koncept 4, 5 och 7 hade bättre yta för kameror och sensorer. Koncept 5 tålde belastningar bättre, hade bättre åtkomst för batteri, var mer robust och hade lättare åtkomst för HMI. Koncept 6 gav ett bättre skydd mot komponenterna och var lättare portabel. Utifrån dessa observationer så bearbetade gruppen vidare på koncept 8. Det man kunde se på koncept 1 till skillnad från de andra koncepten var att det fanns en större yta på höjden innanför kåpningen, vilket är fördelaktigt om kablage eller liknande sticker ut från lådorna. Däremot hade detta koncept många fasningar och lutningar som förmodligen skulle försvåra montering men även tillverkningen. Något annat som gruppen kunde se på koncept 4, 5 och 7 var den plana breda ytan som skulle löna sig vid montering av externa enheter. Detta såg gruppen som ett av de viktigare argumenten. Koncept 5 var uppbyggd som legokloss på legokloss, med ett utseende av en pansarvagn. Detta koncept bestod av många kanter och delar och skulle bidra till en styvare konstruktion. Koncept 6 olikt de andra koncepten hade två skenor som skydd på vardera sida som skulle bidra till något mindre typ av skydd för de externa enheterna. Problemet med dessa var att de kan komma att skymma sikten beroende på höjden av skenorna och höjden på kameran Konceptval Utifrån QFDn och Pugh's matrisen kom gruppen fram till att koncept 8 hade de bästa delarna av de olika koncepten och därmed valde gruppen att jobba vidare och utveckla detta koncept. Bilderna nedan visar hur konceptet såg ut i denna period i processen innan projektgruppen började vidareutveckla konceptet. 28

30 7.4.3 FMEA (failure modes and effects analysis) När ett koncept valts fram så gjordes en FMEA för att se eventuella fel som kan förekomma och vilka rekommenderade åtgärder som bör tas. Se Tabell 2 Tabell Bearbetning på valt koncept Materialval Till kåpningen har gruppen valt att använda rosfritt stål. Detta på grund av dess slitstarka yta och att den inte behöver ytterligare behandling. Att stålet är korrosionsbeständigt är också ett en viktig egenskap med hänsyn till den miljö den kommer att befinna sig i. 29

31 7.5.2 DFMain (Design for maintenance) Kåpning för FUMO 3 är utformad för att enkelt kunna underhålla batteri, motorer och HMI. Åtkomsten för batteri och HMI fås genom att lyfta på locket som de externa enheterna sitter på. Detta görs genom att skruva loss locket på vardera sidan innan det lyfts. Åtkomsten till motorerna och hela underredet görs genom att en skjut-lucka dras av på baksidan av FUMO 3. Även detta lock sitter fastskruvat. Figur 11visar hur undersidan skruvas fast mot kåpningen. Figur 12 visar hur ovansidan skruvas fast, samma princip gäller även på baksida ovansida Figur 11 Figur 12 30

32 7.6 Konstruktion För att realisera konceptet gjordes 3D-CAD modeller. Dessa CAD-ritningar gjordes för att skapa en bättre bild av hur det skulle fungera i verkligheten. Även tekniska ritningar togs fram för framtida tillverkning av kåpningen. Se Figur 13 Figur 13 31

33 7.7 Prototyp När det slutgiltiga konceptet tagits fram skall det skapas en prototyp av detta. Protypen skall skäras/klippas för att sedan bockas. Bockning kommer att ske manuellt med hjälp av en bockningsmaskin. Vissa komplicerade bockningar kommer att ske helt för hand genom slagdeformering. Sammansättning av kåporna kommer att ske genom popnitning och skruv. Fogarna som blir av ojämnheter skall sedan fyllas med en form av tätningsmassa. För att se hur kåpningen skulle se ut i verkligheten gjordes det en pappersmodell utifrån CAD-ritningarna innan bockningsprocessen. Se Figur 14 och Figur 15 Figur 14 Figur 15 32

34 8 Resultat Resultatet av detta projekt blev en prototyp utformad efter en 3D CAD modell. Prototypen togs fram genom bockning och popnitning. Bockningen gjordes med hjälp av en bockningsmaskin men även för hand. I bockningsmaskinen gjordes bockningsvinklarna efter ögonmått, vilket ledde till att exakta vinklar var svårt att uppnå. Se slutkoncept Figur 16 Figur 16 33

35 Figur 17 Figur 18 34

36 FUMO 3 består av sex betydelsefulla kåpningar. Sidokåpa Batteri lock HMI lock Kåpning för kamera Underkåpa Locköppning underkåpa 8.1 Sidokåpa Själva sidokåpan är den huvudsakliga kåpan där de flesta andra kåpor sitter mot. Kåpan är fäst mot basplattan med hjälp av invikta kanter. FUMO 3 s front är en del av sidokåpan, denna är fäst mot sidostycket genom popnitning. Sidokåpan har invikta kanter upptill som fungerar som lut stöd för batteri- och HMI locken. Baktill på sidokåpan är kanterna högre för att ge en höjdskillnad mellan främre och bakre delen av FUMO 3. På framsidan av sidokåpan finns ett hålutrymme där laserskannern skall sitta. Se Figur 19 och Figur 20 Figur 19 35

37 Figur Batteri lock Batterilocket är likt ett tak och sitter fastskruvat mot sidokåpan genom att det lutas mot de invikta kanterna som sidokåpan bidrar med. Se Figur 21 Figur HMI lock Locket för att komma åt HMI är likt batteri locket, med undantaget att det är något större och har nedvikta kanter framtill som skall täcka springan som blir på grund av höjdskillnaderna mellan främre och bakre delen av kåpningen. I denna kåpa finns det hål för montering av kamera. Se Figur 22 36

38 Figur Kåpning för kamera Kåpningen för kamerorna följer samma form som huvuddelen av kåpningen för FUMO 3. Denna kåpning har ett sneddat klipp på den främre delen och går ut nedför sidorna över pantilten. Kåpningen är fäst mellan pantilten och kamerorna på baksidan. Se Figur 23 Figur 23 37

39 8.5 Underkåpa Underkåpan döljer motorerna och hela underredet. Dessa har spår på vardera sidan för att ge rum för att kunna spänna motorerna. Se Figur 24 Figur Lucköppning underkåpa För att komma åt hela underredet av FUMO 3 finns en lucköppning på undersidan. Denna lucka sitter fäst mot underkåpan genom att skruvas fast på vardera sidan. Se Figur 25 Figur 25 38

40 8.7 Övriga kåpor Borstsett från de sex huvudsakliga kåporna finns även två kåpor för att täcka drivbanden. Vid tillverkningen av prototypen gjordes kåporna uppdelat i flera delar som sedan popnitades ihop. Vid industriell tillverkning av kåpningen kan det tänkas att uppdelning görs annorlunda för enklast möjliga bockning och montering. Vid prototypframtagningen gjordes sidokåpan i fyra stycken och underkåpan i fyra stycken, de övriga fyra huvudkåporna gjordes som hela stycken. Hantag 8.8 Handtag Handtaget fram sitter under den främre kåpan och ger ett bra grepp för en hand med arbetshanske. Handtaget sitter fast i mittenplattan för att kunna klara av tyngden under lyft. Handtaget baktill sitter även i mittenplattan och ger en ungefär lika stor grepp yta. 8.9 Prototypen I denna del visas ett grovt resultat av bockningarna. Dessa plåtar har en vit skyddsplast som sedan tas bort lagom till att dekaler sätts på strax innan slutpresentation. Se Figur 26 och Figur 27 Figur 26 39

41 Figur 27 40

42 9 Analys I problemformuleringen listades följande huvud- och delproblem: Huvudproblem Hur ska chassit vara utformat för att passa alla olika komponenter och enheter och samtidigt vara justerbar för att till exempel byta batteri utan att lyfta hela chassit. Delproblem Hur kan designen bidra till en dränerad konstruktion. Hur ska designen ta hänsyn till kabeldragning. Hur skall roboten utformas för att hålla ett formspråk som tilltalar användare och förmedla produktimage. Hur skall designen skydda komponenterna Hur skall designen på kåpningen bidra till enkel förflyttning 9.1 Allmänt Huvudproblemet i detta projekt har lösts genom ett starkt sammarbete med HMI gruppen och chassi-design gruppen. Kåpningen utformades mycket efter form på basplatta, IP-lådor och externa enheter samtidigt som gruppen lyckats få en smidig lucköppning för batteri samt HMI. 9.2 Dränering För att få en dränerad konstruktion har gruppen utformat luckorna för batteri och HMI likt tak som gör att vätskor rinner ut över sidorna. Bottenluckan är utformad med hål så vätskor rinner igenom. 9.3 Kabeldragning Det har lämnats utrymme mellan de IP-klassade lådorna och kåpningen för att kunna dra kablar. Det finns även utrymme på sidorna under luckorna kör att kunna dra sladdar om så önskas. Den bakre delen av kåpningen har utformats så att den är cirka 20 milimeter högre än framsidan vilket ger ytterligare utrymme för att dra sladdar mot de bakre externa komponenterna. 9.4 Formspråk Gruppen har lyckats följa ett och samma formspråk på hela kåpningen och lyckats integrera laserskanner på ett snyggt sätt i kåpningen. Kåpningen för kamerorna har har gruppen lyckats få att ge roboten ett ansikte och karaktär, istället för bara se ut som något klumpigt som sitter på kåpningen. 41

43 9.5 Skyddade komponenter Kåpningen som gruppen utformat skyddar de IP klassade lådorna från damm och smuts och om det skulle falla föremål. Kamerorna är skyddade genom en egen kåpning som sitter mella kamerorna och tilten. Då tilten måste vara rörlig har denna kåpning inte satts emot resterande kåpning då det skulle resultera i en väldigt stor kåpning för att tillåta maximal rörelse för pan-tilten samt blockera sikt åt sidorna och upp. 10 Slutsatser och rekommendationer Slutsatsen är att vi har lyckats uppfylla de krav vi ställdes i början av projektet men resultatet har fått lida pågrund av att mycket fokus lagts på att få fram en prototyp och tagit tid från att maximera kvaliten på våra lösningsförslag och bidragit till tidsbrist, men trots detta kan vi säga att vi lyckasts uppnå det vi satte ut att göra Cad och prototyp Projektet resulterade i en 3D konstruktion och prototyp för kåpor till FUMO 3. Kåporna är uppbyggda på ett flexibelt sätt för att underlätta montering och underhåll. Genom att uppnå detta delades kåporna upp i 4 större delar Konstruktion Grunden sitter fast i mittenplattan och håller upp de övriga top kåporna. Sidkåporna håller även upp den främre kåpan Laddning av FUMO3 Batteri luckan är till för att kunna öppnas lätt och ge tillgång till batteri IP-lådan i den främre delen av roboten Kamera och pantilt HMI luckan är till för att hålla upp kameror och pantilt och sitter i den bakre delen av roboten. Denna lucka sitter även något högre upp än den främre batteri lådan och detta är för att ge kamerona bättre synfält och för att lasern inte skall vara ivägen. Denna höjd skillnad skapar även en brytning i formen vilket ger roboten en mer tilltalande profil Service Underkåpan sitter fast i mittenplattan och håller upp bottenluckan som täcker av undersidan av roboten. Luckan för underkåpan är lätt att skruva av och ta bort vilket underlättar service och montering. 42

44 10.1 Rekommendationer Vid vidare arbete med FUMO 4 projektet rekommenderar vi påföljande: Generella rekommendationer Bättre anpassade IP lådor till kåpning för maximerad resurs av volym och bättre anpassad öppnings-lösning. Minimera vikt genom ny drivbandskonstruktion Minimera och/eller integrera komponenter och gränssnitt för att skapa ett smidigare system och minimera volym. Att utföra fler olika tester på FUMO 3 skulle underlätta vidarearbetet med FUMO 4. Rekommendationer för kåpning Den nytillkomna radion bör integreras i FUMO 4 på så sätt att den inte bidrar till en ökning i längden som kan försvåra dess mobilitet. Detta innebär att antennerna troligtvis bör vinklas uppåt. Fler fästpunkter kan integreras i basplattan för att underlätta montering av kåporna. En smidigare lösning för luckorna skulle kunna göras än som det är i dagsläget (skruvas). För framtida montering av robotarm bör en kåpningskonstruktion vara bättre anpassad till detta och hålla högre hållfasthetskrav. En större yta kan vara en god idé för att alla externa enheter skall få platts om en robotarm skall monteras. 43

45 11 Bilagor 11.1 Bilaga 1 - Gruppkontrakt Gruppkontrakt Bakgrund Detta gruppkontrakt har utformats för examinationsarbetet i kursen KPP106, Produktutveckling, som skrivs på C-nivå. Examinationsarbetet avser 15 högskolepoäng och behandlar utvecklingen av kåpningen för FUMO 3, tredje generationen av en brandrobot vars primära uppgift är att spana i explosiva miljöer efter gastuber och liknande. Ett flertal projektgrupper kommer att arbeta med olika aspekter av denna brandrobot. Allmänt En förutsättning för att vara med i denna projektgrupp är att detta kontrakt lästs igenom och godkänts. Grupproller Projektledare Miguel Morrissey Vice Projektledare Fredrik Almers Dokumentations/Samordnare/Rapportansvarig Miguel Morrissey CAD-ansvarig Fredrik Almers Beslut Beslut kommer att tas gemensamt av Miguel och Fredrik genom diskussion. Om projektgruppen är oense om något kommer projektledaren ha den avgörande rösten. Tvister Tvister i gruppen kan kommas att kan ta upp med examinatorn för kursen. Sjukdom Om någon är sjuk så bör denne meddela detta innan nästa projektmöte. Denne skall även ta ansvar för att följa upp arbetet och göra det som denne eventuellt blivit tilldelad under dennes frånvaro. Raster Raster hanteras efter projektgruppens behov. Arbetstid/Arbete 44

46 Grupparbetet sker mestadels i gruppen, men även individuellt, framför allt gällande CADning och rapportskrivning. Gruppmöten kommer att bestämmas allt eftersom. Kontakt inom gruppen Gruppen kommer att hålla kontakt via mobil och dropbox. Kontakten mellan resterande projektgrupper i FUMO 3 kommer även att ske via Skype. Kontakt med handledare Kontakten med handledare kommer utöver schemalagd tid ske via mejleller telefonkontakt kontakt. Misskötsel Exempel på misskötsel listas nedan för att underlätta identifiering av sådana företeelser. Dessutom beskrivs vad som gäller vid misskötsel. Inte ansvarar för sitt tilldelade område, oförmågan att kontakta övriga gruppmedlemmar om det tilldelade arbetsområdet varit för stort och därmed inte kunna lösa uppgiften. Anser projektledaren att en viss person har varit ej delaktig i projektet kan denna besluta om en omröstning så att majoriteten avgör den tilltalades repressalier. Anser Projektledaren att en viss person inte följt sin deadline kan denna besluta om en omröstning så att majoriteten avgör den tilltalades repressalier. Upprepande förseningar till gruppmötena, utan giltiga skäl, kan leda till att projektledaren fattar beslut omröstning så att majoriteten avgör den tilltalades repressalier. Giltighet Kontraktet gäller från till och med Namn: Signature: Fredrik Almers: Miguel Morrissey: 45

47 11.2 Bilaga 2 - Gantt schema 46

48 11.3 Bilaga 3 - Brainstorming 47

49 48

50 49

51 50

52 51

53 52

54 11.4 Bilaga 4 - QFD 53

55 11.5 Bilaga 5 - Pugh's matris 54

56 11.6 Bilaga 6 - Funktionsanalys Kåpning för chassi och komponenter Robusthet Tillåta mobilitet Stöttålig Klara olika miljöer Förhindra störning av flipprar Förhindra störning av synfällt för kamera Tillåta transport uppoch nedför trappor Bärande Dränerad Yta ovanpå för externa komponenter Genomtänkt konstruktion Hål i bottenplattan förhindra uppsamling av vätskor Flyttbar Greppvänlighet Förvaringsbar 55

57 11.7 Bilaga 7 - FMEA 56

58 11.8 Bilaga 8 - Bearbetning av koncept (skisser) 57

59 58

60 59

61 60

62 61

63 62

64 63

65 64

66 65

67 66

68 67

69 68

70 69

71 70

72 11.9 Bilaga 9 - Prototypbygge 71

73 72

74 73

75 74

76 75

77 76

78 77

79 78

80 79

81 80

82 81

83 82

84 83

85 84

86 85

87 11.10 Bilaga 10 - Konceptförslag renderingar 86

88 87

89 88

90 89

91 90

92 91

93 92

94 93

95 94

96 11.11 Bilaga 11 - Slutgiltigt konceptförslag renderingar 95

97 96

98 97

99 98

100 99

101 100

102 11.12 Bilaga 12 - Tekniska ritningar 101

103 102

104 103

105 104

106 105

107 106

108 107

109 108

110 109

111 110

112 111

113 112

114 11.13 Bilaga 13 - PIPS analys 113

115 114

116 115

117 116

118 117