7 Konstruera konceptet

Transkript

1 7 Konstruera konceptet För att tydligare få en uppfattning om hur konceptet kommer se ut och fungera i verkligheten måste en systemarkitektur, detaljkonstruktion, produktionsanpassning och en kostnadsuppskattning göras Systemarkitektur Utifrån det tidigare funktionella diagrammet som beskriver huvudfunktionerna och de oönskade funktionerna måste ett mer detaljerat funktionelltdiagram tas fram. Detta görs för att tydligare se vad som kan köpas in utifrån och vad som måste tillverkas. Det syns även tydligare vad som skapar ett högt kundvärde och hur de olika delfunktionerna bidrar till detta. Efter att det detaljerade diagrammet är skapat delas de olika delfunktionerna in i moduler. Dessa moduler skall kunna konstrueras och testas oberoende av varandra. Tillsammans skapar de hela funktionen hos produkten.

2 Användare Detaljerad funktionsmodell för lyftarm Kontrollpanel Infästning (Teleskopcylinder) Arm Motor Hydralcylinder Pump Ventil Infästning container Benen Tank Olja/vatten Ventil Teleskopcylinder Infästning (container)

3 Detaljerad funktionsmodell för lyftarm Användare Kontrollpanel Infästning (Teleskopcylinder) Arm Motor Hydralcylinder Pump Ventil Infästning container Benen Tank Olja/vatten Ventil Teleskopcylinder Infästning (container)

4 Detaljerad funktionsmodell för stödben Användare Kolv Kontrollpanel Hydralcylinder Venti l Motor Infästning Ben Sensor Pump Fotled Tank Olja/vatten Lyftarm Fot

5 Detaljerad funktionsmodell för stödben 3 Användare 1 Kolv Kontrollpanel Hydralcylinder Venti l Motor 2 Infästning Stång Sensor Pump Fotled 4 Tank Olja/vatten Lyftarm Fot

6 7.1.2 beskrivning Vid indelning av moduler togs det bland annat hänsyn till att modulerna skall kunna testas separat och om möjligt köpas in från en och samma underleverantör. Nedan presenteras de olika modulernas funktioner. 1: 1 är interfacet, alltså den del som tillåter användaren att interagera med systemet. Genom att trycka på olika knappar kan användaren styra systemet och få det att utföra de uppgifter användaren önskar. 2: 2 är drivsystemet för båda lyftarmen och benen och är kärnan hos systemet. 2 omfattar motor, hydralikpump, vätsketank, och vätskan som används i hydraliken för systemet. Motorn driver hydralikpumpen som pumpar ut vätskan i hydralcylindrarna och bygger upp ett tryck som får stödben och lyftarm att fällas ut. Vätsketanken är den del där vätskan förvaras när arm och ben är nedfällda då den måste ha någonstans att ta vägen. Motorn driver även andra system så som radarantenn och den elektronik som finns ombord containern. 3: 3 är stödbenen som helhet. Alltså ventil, hydralcylinder, infästning, kolv, ben, sensor. Genom att öppna och stänga ventilen kan flödet av vätska i hydraliksystemet regleras och stödbenen fällas in och ut samt låsas i ett önskat läge. Inuti hydralcylindern ligger en kolv som är samman sitter samman kopplad med stången och genom att reglera tryck och flöde ovan eller under kolven kan benen fällas ut och in. En sensor känner av hur långt ut stången har kommit ur cylindern. 4: 4 består av fot, och fotled. Dessa möjliggör för containern att stå mer stabilt och mer horisontellt genom att fotleden tillåter foten att vinkla sig efter underlaget. 5: 5 är den hydralik som används för att flytta teleskopcylindern till och från vertikalt läge. Den består av ventil, hydralcylinder, arm, infästning i container samt infästning i teleskopcylindern. Ventilen har samma funktion som i modul 3, genom att reglera flöde och tryck kan armen fällas ut och in och på så sätt föra teleskopcylindern till önskad position. 6: 6 är själva lyftarmen för radarsensorn som består av en ventil som kan reglera tryck och flödet av hydralikvätskan, genom att bygga upp ett tryck inuti cylindern kommer teleskopcylindern att fällas upp, för att sedan få ner radarsensorn behövs endast trycket lättas då tyngdkraften kommer att trycka ihop teleskopcylindern.

7 7.1.3 Träddiagram Träddiagrammet är ett verktyg för att bryta ner ett problem, exempelvis i orsaker och delorsaker på ett strukturerat sätt. Det kan systematiskt beskriva relationen mellan mål/medel eller andra faktorer. Träddiagrammet kan också, som här, användas för att bryta ner en produkt i dess ingående komponenter. Resultatet av träddiagrammet är alltså en strukturerad överblick över problembilden Träddiagram för arm Arm Kontrollpanel Motor Ventil Ventil Pump Kolv Infästning (resningsmekanism) Teleskopcylinder Tank Hydraulcylinder Infästning (container) Olja/Vatten Arm

8 Träddiagram för ben Ben Kontrollpanel Motor Ventil Fotled Pump Kolv Fot Tank Olja/Vatten Hydraulcylinder Ben Sensor Infästning

9 7.1.4 Gränssnittsmatris Gränssnittsmatrisen beskriver hur de olika modulerna hänger ihop. Genom att välja olika interaktioner som t.ex. mekanisk (Me), elektrisk (E), kemisk (K), magnetisk (Ma), logisk (signal L) eller termisk (T) och sedan jämföra de olika modulerna med varandra. I gränssnittsmatriserna för radarplattformens arm respektive ben förekommer endast mekaniska och elektriska interaktioner Gränssnittsmatris för arm E 5 Me 6 Me Me Gränssnittsmatris för ben E 3 Me 4 Me 4

10 7.2 Detaljkonstruktion För att tydligare se hur konstruktionen kommer att se ut i verkligheten och för att kunna göra tester på konstruktionen måste en CAD modulering göras. Detta sparar mycket pengar och tid då man inte behöver göra en verklig test modell Beräkningar Nedan presenteras de beräkningar som gjorts för att få en uppfattning om ungefär vilka dimensioner som behövs för att konstruktionen skall hålla och fällas upp i tid. Dessa dimensioner används sedan för att göra en första CAD-modell som man sedan kan göra FEM analyser på för att få ytterligare information om vilka dimensioner som behövs. Dessa beräkningar visar att den översta av de tre cylindrarna måste ha en diameter på 33 mm för att orka hålla upp radarplattformen, men då det antagligen kommer att böja ut för mycket på grund av sidokrafterna dimensioneras den upp till det dubbla. Utifrån denna diameter sätter vi diametern på de andra två cylindrarna till rimliga värden. Dessa diametrar är endast till för att få en uppfattning om vad som krävs och för att kunna göra en första modell som sedan måste dimensioneras upp eller ner beroende på vad FEM analysen säger. För att få ut flödet som krävs av pumpen gjordes följande uträkningar. Först räknades trycket ut för att hålla allt i jämvikt och sen användes det trycket för att räkna ut flödet som krävs för att lyfta upp hela armen 6 m på 40 s. Detta flöde verkar rimligt och skall inte vara några problem att uppnå.

11 7.2.2 FEM analyser Först gjordes en modell utifrån de första beräkningarna som testades i Proe och sedan dimensionerades cylindrarna upp tills det att masten inte böjde ut mer än 4 mm vilket kändes som ett rimligt värde. I modellen finns även en vajer, i verkligheten är det tänkt att tre vajrar skall sitta fast i masten och på det sättet hjälpa till att klara av sidokrafter. Detta gör att man kan få ner vikten betydligt och även kostnaderna för hela lyftanordningen. I FEM analyserna finns endast en vajer med då vi tagit en sidokraftkraft som är riktad i vajerns riktning är de andra två vajrarna betydelselösa.

12 I bilden ovan till vänster visas hur mycket masten böjer ut vid max belastning från sidan. Efter justering i dimensionerna på cylindrarna klarar masten av målet som var att den max fick böja ut 4 mm om man vill att den skall kunna böja ut mer eller mindre är det endast vajerns tjocklek man måste ändra på. I den högra bilden ovan visas spänningarna i masten vilket ligger långt under flytspänningen för stål. Detta betyder att det som bestämde dimensionerna på masten var att den inte fick böja ut mer än 4 mm. För att kunna tillverka masten krävs betydligt noggrannare beräkningar och mer optimering men för att göra detta krävs längre tid och mer kunskap. Men dessa beräkningar ger en hint om vad som krävs. För att även se om masten klarar av de högre krafterna i nerfällt läge gjordes FEM analyser på även detta. Nedan ses resultaten av dessa tester där man tydligt kan se att armen enkelt klarar av de högre kraven med den översta cylindern nerfälld.

13 7.2.3 ering Nedan ses modellen av den understa cylindern vid färdig dimensionering. Denna cylinder kommer att fungera som bas för armen. Cylindern skall tillverkas i rostfritt stål som klarar korrosion och höga spänningar. I botten av cylindern finns ett hål där en oljeledning kan kopplas in och på det sättet skapas ett oljetryck som får armen att fällas upp. För att tydligare se dimensioner och form se ritningar. Nedan ses modellen av den mellersta cylinder vid färdig dimensionering. Även denna cylinder skall tillverkas i rostfritt stål. Denna cylinder är dimensionerad och utformad för att passa den undre cylindern perfekt och på det sättet hålla tätt för det oljetryck som kommer att byggas upp inne i cylindern vid uppfällning av armen. För att tydligare se dimensioner och form se ritningar.

14 Nedan ses modellen av den översta cylindern vid färdig dimensionering. Denna cylinder är konstruerad i rostfritt stål likt de andra två. Cylindern är solid eftersom denna inte behöver innehålla någon olja. Detta gör att denna del blir relativt stark trotts att den är betydligt tunnare än de andra två. För att tydligare se dimensioner och form se ritningar. Till höger ses alla delar ihopkopplade och med en av de tre vajrarna som är tänkta att stabilisera armen.

15 7.2.4 Ritningar Ritning av den undre cylindern: Ritning av den mellersta cylindern:

16 Ritning av den översta cylindern: Slutsats Av de FEM beräkningar som gjorts framgår att den högsta spänningen inte överskrider 85 MPa vilket ligger långt under brottgräns för stål. Man kan också dra slutsatsen att det inte finns någon risk för utmattningsbrott då: Man kan också konstatera att den erforderliga effekten för att fälla upp armen inte överstiger kraftverkets kapacitet då man kan räkna med en verkningsgrad hos pumpen med ca 70 %. Man bör dock tänka på att detta endast är enkla överslagsräkningar och modeller som ger en uppfattning av rimligheten hos konstruktionen.

17 7.3 Kostnadsuppskattning Produktionsanpassning och kostnadsuppskattning. Modell och kostnadsuppskattning Allmänt SWIFT-metoden är bra för att jämföra två eller flera koncept mot varandra ur kostnadshänseende, den är inte bra för att ta fram en absolutkostnad för produkten. Dessutom hanterar SWIFT-metoden inte inköp av standardkomponenter som t ex hydraulkolvar. Efter som teleskoparmen till huvudsak består av hydralik, passar inte SWIFT- metoden vårt koncept. Därför är mer praktiskt att ta fram en absolutkostnad för vår produkt. Efter studiebesöket på SAAB kom det fram att det vinnande konceptet som tagits fram för benen inte är en lämplig lösning. Därför fattades beslutet att använda de befintliga benen på radarplattformen. Uppskattning av absolutkostnad för produkten görs därför bara för armen. Kostnadsuppskattning: Med hjälp av CAD-ritningar och hållfasthetsberäkningar visade sig vilka mått som krävs för en hållbar konstruktion. Efter noggrann konsultation av expertpoolen, samt jämförelse av pris och kvalitet, kom vi fram till att följande komponenter lämpar sig bäst. Teleskoparm: På valdes en lämplig teleskoparm. Artikelnummer: Rostfritt stål, svetsad. Kostnad: 75040kr. Lyftcylinder: Cylindern som används för att lyfta Teleskoparmen till vertikalt läge hämtades också på Artikelnummer: Rostfritt stål, svetsad. Kostnad: 4750kr Axeltapp: För att hålla fast lyftcylindern ska den monteras med en axeltapp. Den valdes på Artikelnummer: StlXXXXXX. Rostfritt stål. Kostnad: 2357kr Kullager: Teleskoparmen är ledad med två sfäriska kullager. De är hämtade från SKF:s katalog. Artikelnummer: 2310ETN9. Rostfritt stål. Kostnad: 283kr/styck

18 7.4 Tillverkningsbarhet DFM- metoder. Allmänt DFM, Design For Manufactoring, innebär konstruktionsregler och guidelines. I DFM ingår DFA, Design For Assembly. DFA innebär ökat antal funktioner per komponent och ska underlätta monteringen vare sej den är manuell eller automatisk. Den kan också reducera antal detaljer, spara både monteringes tid och lagerhantering. DFM handlar i stora drag om att designen ska vara produktanpassad, dvs.: Först och främst bör vara möjlig att tillverka Billigt att tillverka Hålla rätt kvalitet Istället för att först göra design och sedan produktanpassa, gör man design och produktanpassning samtidigt. Kompromisser Om man designar först och produktanpassar sedan kommer det antagligen att bli en kompromiss mellan design och produktion Man måste då ändra lite här och lite där för att kunna producera produkten Man får bara ett försök! (Citat från chef på HotSwap AB) Om man har fått i uppdrag att utforma en produkt, har man inte råd att börja om från början. Följande punkter är bra att ha som checklista för ett lyckat designarbete: Reducera kostnader för de ingående komponenterna Minska antalet komponenter Tillverka komponenterna själv Använd köpta standardkomponenter Reducera kostnaderna för montering, materialhantering, frakt och underhåll Montering Monteringen är den sista anhalten i tillverkningsprocessen och den kan ske för hand eller med maskiner. Problem från tidigare tillverknings faser syns först här, exempelvis felanpassning och feldimensionering. När det gäller radarplattformens arm är det billigast och enklast att beställa färdiga delkomponenter. Konceptet består av teleskoparm, lyftcylinder, axeltapp och kullager och diverse skruvar som inte kan reduceras och standardiseras bort. Därför är det inte aktuellt att minska antalet komponenter. Monteringen kommer att ske både manuellt och maskinellt. Monteringskostnad Vi valde att inte använda SWIFT-metoden för den är dåligt anpassad för vår tillämpning. Man ska själv bedöma ideal hanterings tid, vilket ger mycket grova uppskattningar.

19 Att montera en teleskoparm på en container är mer komplicerad än vad som rims inom SWIFT modellen. Vi uppskattade att monteringstid tar tre timmar. Den sammanlagda monteringskostnaden uppskattades till: Maskinkostnad 900kr/h Personalkostnad (4 man) 4x580kr/h Monterningsverktyg 286kr/h Den totala monteringskostnaden blir 10518kr Kostnadsammanställning Den totala kostnaden för radarplattformens arm blir enligt våra beräkningar: Teleskoparm: Lyftcylinder: 4750 Axeltapp: 2357 Kullager: 283*2 Monetringskostnad: Totalt: 93235