Seminarieuppgift i Produkt och Processutveckling KPP306

Transkript

1 Seminarieuppgift i Produkt och Processutveckling KPP306 Product Design and Development, Ulrich och Eppinger 2008 Kapitel 12 Sebastian Englund Victor Asting

2 Syfte och metod Syftet med detta PM är att en studentgrupp om 2 personer dels skall effektivt sammanfatta, kritiskt reflektera samt föra en diskussion över ett kapitel i boken Product design and development skriven av Ulrich & Eppinger (2008). Detta PM kommer sedan att redovisas i form av ett seminarie där det kommer att diskuteras med övriga kursdeltagare. Avgränsningar Omfattningen av detta PM utgörs av uppgiftsbeskrivningen vilket innebär att ett kapitel ur ovanstående bok skall sammanfattas till 5-10 A4-sidor. Detta PM kommer att behandla kapitel 12;. 1 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

3 Vad är en prototyp? Ulrich och Eppinger definierar begreppet prototyp som en uppskattning av en produkt inom ett eller flera intresseområden. Under den här definitionen av prototyp räknas allt som visar något som är av intresse för utvecklingsteamet som en prototyp. Det kan röra sig om allt från konceptskisser, beräkningsmodeller, simulationer, testkomponenter till fullt fungerande förtillverkningsmodeller. Olika typer av prototyper Enligt Ulrich och Eppinger så klassificerar man prototyper utifrån två olika aspekter, fysiska gentemot analytiska och omfattande gentemot fokuserade. Fysiska vs. Analytiska De fysiska prototyperna är konkreta artefakter som man tillverkar för att man skall få en uppskattning av produkten. Med en fysisk prototyp kan snabbat skaffa sig en känsla för produkten utseende och form samtidigt som man kan bygga in de egenskaper eller funktioner som är av intresse för utvecklarna för tester av exempelvis hållfasthet och mekanisk konstruktion. En analytisk prototyp är, till skillnad från en fysisk sådan abstrakt. Utvecklarna använder sig av analytiska prototyper för att analysera och utvärdera intressanta egenskaper för produkten hellre än att tillverka. Detta sker oftast matematiskt eller visuellt och då genom beräkningsmodeller eller 3D-modeller/simulationer. Omfattande vs. Fokuserade En omfattande prototyp speglar väldigt väl den färdiga produkten inte minst då den är i fullskala och innehar om inte alla så näst intill alla produktegenskaper. Den används av utvecklarna för att utvärdera produkten som helhet och det faktum att den är fullt fungerande ger även kunder möjlighet att testa produkten för att se om det är något som saknas eller bör tas bort i utformningen. Ett viktigt steg innan man sätter produkten i produktion. Det är oftast en omfattande prototyp som människor i allmänhet tänker på när de hör ordet prototyp. En fokuserad prototyp fokuserar enbart till en eller ett få produktegenskaper eller funktioner för att testa ifall det fungerar. Det kan till exempel röra sig om en skumplast modell för att undersöka dess form eller ett kretskort för att testa elektroniken. Ofta använder man sig av två eller flera fokuserade prototyper tillsammans där den ena är en funktionsprototyp och den andra är en utseendeprototyp. På så sätt kan man i ett mycket tidigare skede få svar på sina frågor än om man skulle tillverka en omfattande prototyp. 2 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

4 Diskussion Att det finns olika typer av prototyper väl är speciellt uppseendeväckande egentligen men det ligger mycket i det faktum att det omfattande prototyper som är det som man tänker på när man hör ordet. Att Ulrich och Eppinger använder en så pass vid definition som även innefattar tidiga konceptskisser blir mer och mer logisk ju mer man läser och tittar närmare på begreppet, trots att det strider mot det som vi har fått lära oss på högskolan. Till grund för det ligger enligt vår mening att man inte skall blanda ihop begreppen och att uppgifterna skall bli mer entydiga. Ponera att en lärare säger att man skall göra en prototyp och så redovisar man en konceptskiss eller en beräkningsmodell när han/hon har väntat sig en omfattande fysisk prototyp. Vem har då rätt? Indelning mellan fysisk/analytisk och omfattande/fokuserad känns både logisk och lättbegriplig. De ger läsaren en bra förståelse för skillnaderna och fördelarna mellan de olika prototypvarianterna. Varför prototyper vad använder man dem till? I ett produktutvecklingsprojekt används prototyper för fyra olika syften: inlärning, kommunikation, integrering och milstolpar. Inlärning Man använder ofta prototyper för att få svar på två typer av frågor. Dels är det huruvida produkten kommer att fungera samt dels hur väl produkten uppfyller kundernas behov. När man använder en prototyp för detta ändamål så fungerar prototypen som ett inlärningsverktyg. Kommunikation Prototyper används för att kommunicera sina idéer och tankar kring produkten med ledning, investerare, försäljare, samarbetspartners, kunder etc. Detta gäller speciellt för fysiska prototyper då när man kan se och känna på en tredimensionell produkt så är det mycket lättare att förstå vad man menar och hur man har tänkt än en verbal beskrivning eller en skiss. Integrering Prototyper används testa och säkerställa att komponenter fungerar som det är tänkt med varandra. En omfattande fysisk prototyp är i detta läge ett bra sätt att använda som integreringsverktyg. Milstolpar Speciellt i senare skeden av produktutvecklingsprojekt används prototyper för att visa på framgångar man har nått med projektet. Det kan vara att man har uppnått konkreta delmål, håller tidsplanen mm. 3 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

5 Principer för prototyper Det finns ett flertal principer som är användbara som vägledare när man skall fatta beslut om vilken typ av prototyp man skall ta fram. Analytiska prototyper är mer flexibla än fysiska prototyper. Analytiska prototyper är matematiska approximationer av en produkt vilket generellt innebär att den innehåller variabla parametrar som enkelt kan ändras för att kunna se och utvärdera olika designalternativ. Det är mycket enklare att ändra parametrar i en analytisk prototyp än att ändra egenskaper på en fysisk prototyp. Fysiska prototyper är nödvändiga för att upptäcka oförutsedda fenomen. En fysisk prototyp synliggör ofta oväntade egenskaper hos produkten. Det kan röra sig om sådana egenskaper som utvecklingsteamet inte alls hade tagit med i sina beräkningar men nu kommer upp till ytan. Eftersom prototypen påverkas av alla fysikens lagar så får man dessutom en mycket klarare bild av hur produkten kommer att se ut och framförallt fungera efter produktion. Den här typen av vägledning kan man inte få genom en analytisk prototyp utan det är först när man ser produkten framför sig och kan ta på den som man kan avgöra och värdera dessa faktorer. En prototyp kan minska risken för kostsamma upprepningar. Ofta under utvecklingsarbetet så hamnar man i situationer där resultatet av tester visar på att man måste vissa steg i utvecklingen måste upprepas eller omarbetas. Ulrich och Eppinger menar att om man tar sig tiden att bygga och testa en prototyp så tillåter det utvecklingsteamet att upptäcka och åtgärda problem som annars inte skulle ha upptäckts förrän efter kostsamma utvecklingsaktiviteter såsom tillverkning av gjutformar etc. Fördelarna med en prototyp som minskar riskerna måste givetvis vägas gentemot den tid och den kostnad som krävs för att bygga och utvärdera prototypen. Produkter som är dyra att modifiera efter att man har satt dem i produktion har stor nytta av denna process medan produkter med låg tillverkningskostnad eller känd tillverkningsmetod inte har lika stort utbyte av den. En prototyp kan påskynda andra steg i utvecklingen. Genom att ta fram en prototyp kan man påskynda nästkommande steg i projektet. Ett av de vanligaste användningsområden för denna process är vid tillverkning av gjutformar. Om det finns en prototyp med komplexa geometriska former så kan gjutformsdesignern snabbare och enklare visualisera och design gjutformen. 4 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

6 En prototyp kan omstrukturera arbetsordningen. Inte sällan så sker arbetet på så sätt att arbetsuppgifterna avslutas sekventiellt dvs. man påbörjar nästa när föregående är avslutad. Genom att ta fram en prototyp kan man möjliggöra parallellarbete där flera arbetsuppgifter bearbetas samtidigt. Detta medför även generellt kortare utvecklingstider. Diskussion I detta stycke tar Ulrich och Eppinger upp väldigt självklara saker som till exempel att en analytisk prototyp är mer flexibel än en fysisk eller att en prototyp kan minska risken för kostsamma upprepningar. Dock ligger det givetvis mycket i det som dem säger och stycket finner vi intressant. Det görs en del poängteringar som är intressanta däribland den principen rörande påskyndandet av andra steg i utvecklingen vilken vi inledningsvis trodde var det samma som principen om omstrukturera arbetsordningen. Här reddes begreppen ut på ett bra sätt. Det känns dock som om det ligger lite för mycket fokus på de generella fördelarna med respektive princip de tar förvisso upp att man måste väga fördelarna gentemot tid/kostnad för framtagning och utvärdering av prototyp men det måste finnas andra faktorer som man bör ta med i beräkningarna. Allt kan ju inte vara guld och gröna skogar när det gäller prototyper. 5 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

7 Prototyp teknologier Idag finns det hundratals olika metoder för att skapa prototyper, särskilt då det gäller fysiska prototyper. Följande avsnitt kommer att behandla de två vanligaste teknikerna; 3D modellering och fri-formstillverkning. 3D-modellering Sedan 1990-talet har det skett en radikal övergång från 2D-ritningar till 3D-datamodellering. Modellerna skapas som ansamlingar av 3D-enheter, som i sin tur består av geometriska primitiv såsom cylindrar, block och hål. Fördelarna med 3D-datamodellering är; förmågan att visualisera tredimensionella former, förmågan att automatiskt beräkna fysiska proportioner såsom massa och volym samt förmågan att skapa entydiga designbeskrivningar. Den entydiga designbeskrivningen kan därefter ge genomskärningsvyer och liknande mer utförliga designbeskrivningar. 3D-datamodeller kan även användas som analysverktyg för att hitta geometriska kollisioner och påfrestningar. Dessa analysmetoder konkurrerar i allt större utsträckning ut fysiska modeller. Boeing använde sig av tekniken när Boeing 777 utvecklades. Tekniken medförde att man kunde se över geometriska kollisioner och även hur komponenter från leverantörer interagerade med helheten, utan att behöva skapa en fullskalig trämodell. Beroende på industri benämns en 3D-datamodell som; digital mock-up, digital prototyp eller virtuell prototyp. Friformstillverkning 1984 introducerades det första kommersiella friformstillverkningssystemet av 3D Systems. Teknologin, vid namn Stereolitografi, tillsammans med dussintals av konkurrerande teknologier som efterföljde skapar fysiska objekt direkt från 3D-datamodeller och benämns 3D-skrivare. Teknologitypen benämns rapid prototyping och bygger på att antingen lägga till material i lager eller genom att selektivt förstelna en vätska. Oftast använder man sig av plaster men man kan även använda sig av vax, keramiska material, papper och metaller. Syftet med friformstillverkning är i regel att skapa modeller som man därefter utgår ifrån för att skapa gjutformar. I vissa fall används prototyperna direkt för visualisering eller som fungerade komponenter. Tekniker för friformstillverkning möjliggör framtagning av realistiska tredimensionella prototyper som skapas snabbare och billigare än vad som var möjligt tidigare. När friformsmetoden används på lämpligt sätt kan dessa prototyper reducera tidsåtgången för en produktutveckling och dessutom förbättra den resulterande produkten. 6 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

8 Utöver möjligheten att snabbt få fram en konstruktion eller fungerande prototyp, är teknologitypen användbar för att förkroppsliga koncept på ett snabbt och billigt sätt. På så sätt kan man kommunicera formspråk och tankegångar på ett helt annat sätt än vad en plan 2D-ritning kan ge. Prototypplanering En potentiell fallgrop inom produktutveckling är vad Clausing kallar hårdvaruträsket. Träsket innebär att man lägger energi och resurser på ting som inte berör produktutvecklingens egentliga slutmål som helhet. Detta gäller både analytiskt och fysiskt framtagna prototyper. Ett sätt att undvika träsket är att noggrant definiera varje prototyp innan man lägger energi på att bygga och testa dem. I resterande delen av det här avsnittet redogör en fyrstegsprocess för hur en projektgrupp undviker träsket. Steg 1: Definiera prototypens syfte De fyra syftena är som tidigare nämnts; lärande, kommunikation, integrering och milstolpar. När en prototyps syfte ska definieras bör framtagningsgruppen lista upp dess specifika lärande- och kommunikationsbehov. Gruppen listar även upp dess integrationsbehov och huruvida prototypen är en viktig milstolpe i projektets helhet. Steg 2: Etablera approximationsnivån för prototypen För att planera en prototyp krävs det att nivån gentemot den slutliga produkten är väldefinierad. Gruppen bör undersöka huruvida det är nödvändigt att skapa en fysisk prototyp eller om en analytisk prototyp är fullt tillräcklig. I de allra flesta fall kan detta bestämmas genom att sätta det i parallell till resultatet som gavs från steg 1. Steg 3: Sammanfatta en experimentell plan I de flesta fall kan prototyper ses som ett experiment i produktutvecklingens syfte. Genom ett aktivt, experimentellt utövande kan man försäkra sig om att uppnå ett maximalt värde ur prototypframtagningen. Det experimentella utövandet inkluderar; identifieringen av experimentets variabler (förutsatt att det finns några), testprotokoll, indikationer på vad som ska mätas samt en plan för att analysera resultatet. Om det finns ett flertal variabler att beakta, effektiviseras designen mycket av den här processen. 7 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

9 Steg 4: Skapa en tidsplan för anskaffning, konstruktion och testning Eftersom byggandet och testningen av en prototyp kan ses som ett bakgrundsprojekt inom det totala utvecklingsarbetet kan gruppen dra nytta av att schemalägga prototypaktiviteter. Tre datum är av särskilt stor vikt; Sammanställning av prototyp (bucket of parts), Test av prototyp (smoke test) och Färdig prototyp. Planera milstolpsprototyper Ovanstående metod för att planera prototyper gäller för alla typer av prototyper. Omfattande prototyper som skapas i syfte att nå milstolpar för projekt gynnas av ytterliggare planering. Planeringsaktiviteten uppstår i samband med den övergripande projektplaneringsaktiviteten i konceptutvecklingens slutfas. Faktum är att planeringen av milstolpsdatum är integrerat i tidsplanen. Eftersom prototyp är i regel relativt tidsödande och kostsamt i tidspressade projekt bör man begränsa antalet milstolpsprototyper. I verkligheten kräver högteknologiska produkter två eller fler milstolpsprototyper. Man delar i regel in dessa i alfa-, beta- och förproduktionsprototyper. Alfaprototyper är främst till för att försäkra sig om att produkten fungerar på det sätt man önskar. Komponenterna i alfaprototyper liknar i regel den kommande produktionsberedda produkten vad det gäller material och geometri, men skillnaden ligger i att alfaprototypen troligast har en alternativ produktionsmetod mot vad som kommer ske i ett senare skede (rapid prototyping). Betaprototyper används för att testa pålitlighet och för att identifiera kvarvarande skavanker på produkten. Oftast är dessa prototyper menade att testas av kunden i sitt naturliga sammanhang. Betaprototypers komponenter tillverkas i regel på samma sätt som den produktionsberedda produkten. Dock sker inte sammansättningen av produkten av fabriksarbetare utan av tekniker inom det egna teamet. Förproduktionsprototyper är de första produkter som skapas i enlighet med den slutgiltiga produktionsprocessen. I det här läget har dock inte processen nått full kapacitet men kan frambringa ett begränsat antal produkter. Dessa prototyper används för att verifiera produktionens nuläge och ge utrymme för förbättringar. Ibland benämns dessa pilotproduktionsprototyper. Man kan skippa alfa- eller betaprototypen om det finns liknande produkter ute på marknaden och vissa funktionslösningar eller former ges gratis. Ytterliggare prototyper kan va önskvärt om man väljer att gå i en ny riktning för konceptet eller teknologin. Dessa benämns experimentprototyper eller ingenjörsprototyper. Ofta liknar dessa inte den slutgiltiga produkten och är sällan tänkta att produceras i stor skala. 8 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh

10 Genom att i ett tidigt skede klargöra antalet och omfånget av milstolpsprototyper kan dessa läggas in i tidsplanen. Om man därefter planerar baklänges, det vill säga från lanseringsdatum till projektuppstart kan man se om prototypfaser överlappar och därefter omstrukturera. Eftersom det då inte ges tid till reflektion kan man i så fall starta projektet tidigare, senarelägga produktlansering, eliminera en milstolpsprototyp eller utveckla sätt att effektivisera utvecklingsaktiviteter för varje milstolpsprototyp. Diskussion En aspekt som förbises när det gäller 3D-modellering är att det oftast tar förhållandevis lång tid att ta fram en 3D-datamodell. I många fall när en funktion eller form snabbt ska kommuniceras är det i många fall bättre med en enkel skiss. Därifrån kan man sedan arbeta fram en 3D-modell. Resterande avsnitt kan man till viss mån koppla till egna erfarenheter, dock endast fram till alfaprototyp eftersom utbildningen i princip endast ger möjlighet till detta steg. Den inblick man fått som student vad det gäller prototypframtagning är att en prototyp eller rättare sagt modell, enligt kursplaner, är att modellen fungerar som ett visuellt kommunikativt medel för att framföra idéer och koncept. Seminariefrågor 1. Vad är fördelar/nackdelar med rapid prototyping? 2. Är en ritning en fysisk eller analytisk prototyp? 3. Vad är fördelar/nackdelar med att använda sig av separata works-like och looks-like prototyper? 4. Vad kan man dra för lärdom av misslyckade prototyper? 5. Vad är den egentliga skillnaden mellan modell och prototyp? 9 Handledare: Rolf Lövgren, Ragnar Tengstrand, IDT Mdh