Skapa ett vinnande koncept Chalmers Tekniska Högskola Produkt- & produktionsutveckling Integrerad konstruktion och tillverkning Nils Andersson, Christian Arby, Kristofer Jovanov, Fredrik Slätte och Victor Västernäs Göteborg, 2009-03-01 Handledare: Dr Magnus Evertsson
5.1 Generering av alternativa koncept Nu påbörjas det stadiet i projektet då alternativa lösningar skall framarbetas. Detta steg kräver kreativt arbete av gruppen genom engagerande idégenerering. Dessa idéer skall senare korsbefruktas i en Morfologisk matris för att ytterligare öka mängden alternativa lösningar till huvudfunktionen. Arbetsgruppen har under den gångna veckan producerat runt tjugo alternativa lösningar, vilket senare har reducerats till sju stycken som gruppen eventuellt anser besitta kvalitéer med högre kundvärde än referenslösningen. Dessa koncept skall jämföras med referenslösningen i en Pugh-matris, för att slutligen fastställa konceptvalet. 5.2 Vidareutveckling av koncepten Ur de cirka tjugo koncept som framarbetats, har sju stycken koncept tagits fram för vidare analys. Dessa koncept har förädlats så att en jämnare och mer rättvis jämförelse kan göras. Gruppen har haft den valda referenslösningen som utgångspunkt, och utefter denna analyserat vilka delar som är möjliga att göra följande med: - Återanvända - Förbättra - Ta bort - Förstärka - Omforma - Byta ut Nedan följer de sju koncept, med en enkel skiss och en kort beskrivning, som gruppen anser ha så pass bra egenskaper att de kan komma att öka produktens kundvärde. Koncept 1: Konceptet är inspirerat av en vinöppnare och av vald referenslösning, d.v.s. befintlig produkt. För att föra upp sprinten som låser fast sidoskyddet används en momentarm som får kontakt med sprinten via ett kugghjul. Kugghjulet fäster på en tilläggsarm till lock attachment. När sprinten är i sitt låsta läge d.v.s. i lock block, puttas en grön skylt ut från lock block av sprinten. Detta som feedback på att SUP:n är låst. När sprinten öppnas fjädrar skylten tillbaka.
Koncept 2: I följande koncept låses SUP:n genom att en vinklad arm, ledad på lock attachment (vänster figur), förs ned i ett hål på lastbilens ram enligt figur nedan. Hålet i kombination med spetsen på piggen förhindrar SUP:n från att röra sig i horisontalled. För att piggen skall stanna i hålet är en pressande fjäder monterad enligt figuren. Denna fjäder pressar den vinklade armen i riktning I (se figur), vilket gör att den hamnar i det horisontella läget. På lock attachment är även i likhet med referenslösningen två hakar monterade som förhindrar låset från att röra sig i vertikalt led. Koncept 3: Låsmekanismen på konceptet består av ett rör med ett spår i och en solid cylinder med en pigg. Röret är fastsatt i ramen medans den solida cylindern är fastsatt i armen på sidoskyddet. När sidoskyddet fälls in löper piggen i spåret och med hjälp av en hävarm roteras den fasta cylindern så att piggen hamnar i spårets slutläge. I röret sitter en fjäder som gör att cylindern vill fjädra tillbaka vilket gör att den låses i slutläget på spåret.
Koncept 4: Den till vänster spikliknande formen (1) sitter längst upp på lock attachment och förs vid låsning mot två klossar (2) vilka sitter längst upp på u-bracket. Klossarna hålls samman av två fjädrar. När spikformen trycker på pressas klossarna åt sidan och fastnar slutligen bakom dem varpå SUP:n är låst. Vid öppning fälls de två spakarna (3) ned varpå den övre klossen åker upp och den undre ned. Det finns då plats för spikformen att glida emellan klossarna och SUP:n kan därmed öppnas. Koncept 5: Låsningsmekanismen i följande koncept är väldigt enkel. En ögla fästs på övre delen av lock attachment och en ögla på U-bracket. När man sedan drar upp SUP i hopfällt läge lägger sig ena öglan över den andra och man kan enkelt trä ett hänglås genom öglorna som säkerställer att SUP:n inte fälls ner.
Koncept 6: Detta koncept kan jämföras med låset hos en resväska och/eller pjäxa. Kroken är formad för att passa samman med ett hack som är statiskt fastsatt på u-bracket. När dessa sedan hakas fast trycker man ner låsningen med en vertikal kraft som gör att u-bracket och lock attachment låses samman. Länkarmens moment ser till så att låset inte hoppar ut. Låset öppnas genom att användaren för kroken ut från hacket. Öppning sker då man drar upp låset mha av en formning där man kan få fäste med fingertopparna.
Koncept 7: Konceptet kan jämföras med låset hos en dörr. På lock attachment finns en triangelkloss (1) som vid stängning kommer i kontakt med u-bracket. Triangelklossen trycks då upp mot fjädern och fortsätter åt höger (in mot lastbilens centrum). Triangelklossen pressas sedan, av fjädern, ned i hålet (3) och låses. Vid öppning förs triangelklossen upp ur hålet och tillbaks till olåst läge med hjälp av handtaget (2).
De sju ovanstående koncepten behandlar endast låsningen. Gruppen har även sett på hur fästet av lock attachment kan förbättras i kontakten med U-bracket på nederdelen. Dessa varianter kombineras i avsnitt 5.3 med de olika låsningskoncepten. Nedan följer de tre olika koncept till den nedre delen av lock attachment. Den vänstra figuren av ovanstående figurer fungerar på samma sätt som referenslösningen, d.v.s. två korta klor som sluter sig kring en skruv benämnd M10 joints L55 beklädd i gummi. Mittenfiguren är en liknande variant på referenslösningen. Vidareutvecklingen här är att de två klorna har förlängts, vilket minskar risken för att lock attachment lossnar. Figuren till höger innehåller även den två klor. I detta fall är ett lås integrerat, vilket förhindrar lock attachment från att hoppa ur. För att få loss lock attachment är en wire kopplad till låset, som vid dragning övervinner den fjäderkraft som vill hålla låset enligt figuren till höger. 5.3 Korsbefruktning I den Morfologiska matrisen har gruppen listat ett antal processer i användarfasen, samt hur de framtagna koncepten ovan (5.2) löser dessa processer. Efter diskussioner inom gruppen har vissa av dessa lösningar rödmarkerats då de anses för dyra eller avancerade, vilket minskar kundvärdet. De gulmarkerade områdena symboliserar dubbletter, och de gröna områdena visar alternativ som är möjliga. Dessa åtaganden görs för att underlätta för de läsare som vill följa korsbefruktningen. Den Morfologiska matrisen presenteras på följande sida innehållande de grundidéer och korsbefruktningar som gruppen producerat.
Morfologisk matris Projektgrupp A6 Skapad: 2009-02- 25 Process: Löses genom: 1 2 3 4 5 6 7 A: Fälla in Manuellt Manuellt Manuellt Hydralik Motor Manuellt Vev B: Fälla ut Manuellt, tyngkraft Manuellt, tyngdkraft Manuellt, tyngdkraft Tyngdkraft Motor, tyngdkraft Manuellt, tyngdkraft Vev, tyngdkraft C: Låsa D: Öppna Arm, kugghjul Arm, fjäder, kugghjul Fjäder, vinklad arm, Fjäder, pigg, arm, Ankare, klaffar Hänglås, två öglor Krok, hack, arm, sprint, fäste för sprint hål, axel spår,axel led triangel Fjäder, vinklad arm, Fjäder, pigg, arm, Armar Hänglås, två öglor Krok, arm, led Kloss, handtag, fjäder, Kloss, handtag, fjäder, sprint, fäste för sprint hål, axel spår,axel triangel E: Ta av Klo, infällbar Lång klo Lång klo Kort klo Axel, mutter Klo, infällbar spärr, Kort klo spärr, wire, fjäder wire, fjäder F: Sätta på Klo, infällbar Lång klo, Lång klo Kort klo Axel, mutter Klo, infällbar spärr, Kort klo spärr, wire, fjäder wire, fjäder G: Utfällt läge Rem Tumstocksarm Rem Tygrem Kloss Rem Fjäder H: Feedback Grön skyllt Lampa Fysiskt test Klickljud Nyckel urtagbar Klickljud, känsla Saknar Lösningsförslag: Lösningsförslag: Grundidéer: Alternativa lösningsförslag genom korsbefruktning: 1 A1-B1-C1-D1-E1-F1-G1-H1 8 A1-B1-C4-D4-E7-F7-G1-H3 2 A2-B2-C2-D2-E2-F2-G2-H2 9 A1-B1-C1-D1-E2-F2-G1-H1 3 A3-B3-C1-D1-E3-F3-G3-H3 10 A1-B1-C1-D1-E7-F7-G1-H4 4 A4-B4-C3-D3-E4-F4-G4-H4 11 A1-B1-C2-D2-E7-F7-G1-H1 5 A1-B1-C5-D5-E5-F4-G5-H5 12 A1-B1-C2-D2-E2-F2-G1-H3 6 A5-B1-C5-D5-E6-F5-G6-H6 13 A1-B1-C6-D6-E2-F2-G1-H6 7 A1-B1-C6-D6-E7-F4-G7-H7 14 A1-B1-C1-D1-E2-F2-G1-H3 15 A1-B1-C7-D7-E2-F2-G1-H4
5.4 Konceptval Ur den Morfologiska matrisen har gruppen analyserat de femton lösningsalternativen. Utav dessa har fyra stycken valts ut som gruppen anser ha potential till högre kundvärde än referenslösningen. De alternativ som förkastats från den Morfologiska matrisen anses ej uppfylla kundens önskemål vad gäller robusthet, användarvänlighet eller dylikt. De slutliga fyra alternativen skall nu på ett objektivt och rättvist sätt jämföras med tidigare vald referenslösning i en Pugh-matris. Ett antal kriterium har valts ut, där varje lösningsalternativ ges ett plus (+) eller minus (-), beroende på hur väl den uppfyller kriteriet i förhållande till referensen. Plus innebär givetvis att alternativet uppfyller kriteriet bättre än referenslösningen, och minuset följaktligen sämre. Om konceptet anses uppfylla kriteriet lika bra som referensen, ges det en nolla (0). De fyra alternativ som skall jämföras med referenslösningen är nummer 3, 9, 12 och 13. Dessa koncept har givits sina nummer från lösningsförslagen i den Morfologiska matrisen (avsnitt 5.3). Pughmetoden Utfärdare: Projektgrupp A6 Skapad: 2009-02-27 R Lösningsförslag Kriterium: E 3 9 12 13 Produtionskostnad F - - 0 + Prestanda E + + - - Användarvänlighet R + + 0 0 Livslängd E 0 0 0 - Säkerhet N + + + - Miljö S - - 0 + + 3 3 2 2 0 1 1 3 1-2 2 1 3 Nettovärde 1 1 0-1 Rangordning 1 1 3 4 Vidare analys JA JA NEJ NEJ Ur Pugh-matrisen har två alternativ eliminerats, nummer 12 och 13, som visade sig vara sämre än referenslösningen. Alternativ 3 och 9 skall däremot vidareanalyseras. För att ta hänsyn till att kriterierna är av olika vikt, ges de ett värde mellan ett och fem där fem är viktigast. Detta värde multipliceras sedan med hur väl gruppen anser de två kvarvarande koncepten uppfyller varje enskilt kriterie. Detta görs i en s.k. Kesselring-matris, som följer på nästa sida. Viktningen ger en rättvisare jämförelse mellan lösningsförslagen. T.ex. anser gruppen att användarvänligheten är viktigare än produktionskostnaden, och därför skall de lösningsförslag med hög användarvänlighet gynnas i jämförelsen.
KESSELRINGSMATRIS Projektgrupp A6 Skapad: 2009-02-27 Lösningsförslag Ideal 3 9 Kriterie w v t v T v t Produktionskostnad 4 5 20 3 12 3 12 Prestanda 5 5 25 4 20 4 20 Användarvänlighet 5 5 25 4 20 5 25 Livslängd 4 5 20 3 12 3 12 Säkerhet 5 5 25 4 20 4 20 Miljö 3 5 15 2 6 2 6 Total 30 130 20 90 21 95 Rangordning 2 1 Vidare analys Ja Ja Ur matrisen kan nu utläsas att de två alternativen i stort sett får samma totalvärde. För att skilja de två koncepten åt, och därmed få fram ett slutgiltigt koncept, låtes alternativen genomgå ytterligare en Pugh-matris. Gruppen har i Pugh-matrisen valt det alternativ från Kesselring-matrisen med högst totalvärde som referens, d.v.s. alternativ nummer 9. Pughmetoden Utfärdare: Projektgrupp A6 Skapad: 2009-02-27 Kriterium: E 3 Produtionskostnad F + Prestanda Användarvänlighet R - Livslängd E + Säkerhet N - Miljö S 0 + 2 0 1-3 Nettovärde 0-1 Rangordning 1 2 Vidareutveckling JA NEJ R E -
Utifrån ovanstående Pugh-matris har koncept 9 valts som slutgiltigt konceptval. Detta val har skapat diskussioner inom gruppen, då de två alternativen varit så pass jämna under jämförelserna. Risken för att t.ex. en viktning i Kesselring-matrisen visar sig fel är överhängande. Dock måste ett beslut fattas och efter omröstning inom gruppen, i kombination med matrisernas resultat, har alltså konceptalternativ 9 valts för vidareutveckling. 5.4.1. Beskrivning av konceptval Det koncept som valts för vidareutveckling härstammar från lösningsalternativ 9. En mer omfattande beskrivning av valt koncept är här att föredra. Gruppen har analyserat den valda referenslösningen, och undersökt vilka delar på denna som skulle kunna återanvändas, förbättras, tas bort, förstärkas, omformas och bytas ut. Vad gäller återanvändning har gruppen här behållit en relativt stor del av ursprunglig produkt. Armen som SUP:n är monterad på (lock attachment) har behållits intakt. Däremot har nederdelen av denna arm omformats från en kort klo till en längre. I utfällt läge hölls SUP:n tidigare upp av en rem. Denna rem har behållits då den ansågs tillräckligt enkel och väl fungerande. På armen har även en ny sidoarm monterats. Denna arms uppgift är att hålla uppe den hävarm och kugghjul som hela konceptet bygger på. Den stora förändringen i jämförelse med Volvos nuvarande låsningsmekanism är hur låsning genomförs. Här har gruppen bytt ut plasthandtaget mot en kuggarm, som i sin tur dras upp med hjälp av ett kugghjul. Detta kugghjul roteras med en hävarm. Den stora fördelen med denna lösning är att användaren får en utväxling på kuggarmen med hjälp av det moment hävarmen anbringar på kugghjulet. I och med att hävarmen är vertikal i sitt ursprungsläge är den mer lättåtkomlig jämfört med tidigare plasthandtag, och därmed mer ergonomisk. För att här ge läsaren en principiell bild av hur konceptet ser ut, har gruppen skapat en modell i CAD-programmet Autodesk Inventor. Notera som tidigare nämnts att denna modell är endast principiell, vilket gör att mått och proportioner inte stämmer överens med den tänkta slutprodukten. Ett antal bilder av modellen kan ses på följande sidor.
Det valda konceptet i sin helhet.
Nedre fästet. Här har tidigare kort krok bytts ut mot en längre
Låsningsmekanismens övre del. Plasthandtag från tidigare lösning har bytts ut mot kugghjul och kuggarm samt en hävarm som ökar ergonomin. Den pigg som i tidigare lösning fördes ned i hålet på den s.k. lock block finns kvar. Det är endast sättet piggen förs ned på som har förbättrats.