EXAMENSARBETE - pure.ltu.se - Luleå tekniska universitet
EXAMENSARBETE Framtagning av ett lyftdonskoncept I samverkan med ett svenskt industriföretag Fredrik Öhlin 2015 Högskoleingenjörsexamen Teknisk design Luleå tekniska universitet Institutionen för ekonomi, teknik och samhälle Framtagning av ett lyftdonskoncept I samverkan med ett svenskt industriföretag Fredrik Öhlin 2015 Handledare: Anders Håkansson Examinator: Peter Törlind Högskoleingenjörsexamen i Teknisk design Bachelor of Science in Industrial Design Engineering Luleå tekniska universitet Högskoleingenjörsexamen/Bachelor of Science Framtagning av ett lyftdonskoncept I samverkan med ett svenskt industriföretag © Fredrik Öhlin Published and distributed by Luleå University of Technology SE-971 87 Luleå, Sweden Telephone: + 46 (0) 920 49 00 00 Printed in Luleå Sweden by Luleå University of Technology Reproservice Luleå, 2015 Förord Denna rapport är mitt avslutande arbete av min utbildning, Teknisk design på Luleå tekniska universitet. Under denna tio-veckorsperiod har jag haft förmånen att arbeta med några personer, som jag vill lyfta fram lite extra. Först och främst vill jag säga tack till Ola Modigs, handledare från ÅF, som gav mig chansen att utföra arbetet hos dem. Ola har varit en viktig person under projektet gång, med värdefulla synpunkter och råd. Vidare vill jag även tacka övrig personal på ÅF:s avdelning i Sandviken. Jag vill rikta ett tack till Peter Nilsson för ett gott samarbete och ett trevligt bemötande från dag ett. Peter gav mig goda förutsättningar för att göra ett bra arbete. Till sist vill jag tacka min handledare från skolan, Anders Håkansson. Dialogen vi haft under arbetet, värderar jag högt. Tack Sandviken 21th of May, 2015 Fredrik Öhlin Sammanfattning Denna projektrapport är resultatet av ett examensarbete på utbildningen Teknisk design, Luleå tekniska universitet. Rapporten berör ett arbete som genomförts på ÅF AB, i uppdrag från ett industriföretag. Uppdraget som framfördes var att ta fram ett lyftdonskoncept som med rätt design skulle kunna hantera deras produktflora i en framtida automatiserad målningsstation. I nuläget finns det inget lyftdon som klarar av den hantering företaget tänkt sig. Rapporten redogör för hur ett utvecklingsarbete har genomförts. Till en början genomfördes ett idéarbete där bland annat en workshop anordnades. Arbetet gick, efter en urvalsprocess vidare med tre idéer som ansågs vara bäst. De framtagna idéerna gick sedermera till en konceptfas, där en stor del av projektet handlade om att bygga funktionsmodeller och utföra tester. Utifrån tester gjordes bland annat en konceptvärdesmatris som resulterade i ett inbördes resultat som kunde skilja koncepten åt. För- och nackdelar vägdes dem emellan och till sist togs beslutet att ta vidare ett koncept till slutfasen: Detaljdesign. Den sista fasen gick ut på att analysera konceptet vidare gällande materialval och ingående komponenter. Detaljfasen inkluderade även ett arbete med att visuellt ta fram konceptet för att påvisa dess design och funktion. Denna rapport innehåller även en ergonomistudie för hur den befintliga målningsstationen ser ut i dagsläget. Detta gjordes för att göra en koppling till människan och analysera för hur denne skulle påverkas av en automatiserad målningsprocess. Det genomfördes bland annat observationer och en längre intervju för att studera den manuella hanteringen av borrkronorna. Den ergonomiska kartläggningen resulterade i att det identifierades brister för hur arbetsplatsen idag är utformad. Resultatet från arbetets ergonomiska analys tyder på att en ny målningsstation skulle innebära en avsevärt bättre arbetsmiljö för avdelningens personal. Slutresultatet av konceptframtagningen är ett lyftdon som med hjälp av elektromagnetism och en specialanpassad ”kulpåse” bildar konceptet ”Magnetpåsen”. Konceptet har en säregen design och är tack vare sin flexibla design väl anpassad för hantering av borrkronor. NYCKELORD: Lyftdon, Elektromagnet, Borrkrona, Ergonomi, Abstract This report is the result of a thesis from the Bachelor program Industrial Design Engineering at Luleå University of Technology. The work has been done at ÅF AB division in Sandviken, where an industry company set up the task. The mission for the project was to develop a concept for a grip tool that were able to handle their range of products in a future automatize painting station. The report presents a developing process for how the work has been done. In the early stage of the project, a brainstorm and a workshop were set up, among others methods. When the idea work was finished, the ideas were studied and the three best considered ideas went to the next phase: concept phase. At this stage the main focus was to build function models and test them. Thereafter a concept matrix was buildup. The result of the matrix demonstrated that one of the concepts was standing out and therefore went through to the next develop stage: Detaljdesign. In the last phase, the main focuses were to analyzing the concept further and target the best material and components. This report is also a review for how the job site is adapted to ergonomics. This study was made to see how the gripping modules should be able to change the working environment for the division’s operators. The work was made out of observations and an interview, where the ergonomic issues were identified. The result of the ergonomic study showed that todays painting station involves heavy lifting, which can effect the workers in a bad way. The ergonomic study is pointing on the fact that a new painting station would enable a better work environment. The end result of the grip tool concept is made of an electromagnet which has a bag filled with iron globes and is called “Magnetpåse”. The end result of this project is a concept with a unique design with a flexible function. The design is highly adjusted for handling rock-drilling tools. KEYWORDS: Gripping modules, Electro magnet, Rock-drilling tools, Ergonomics. Innehåll 1 INTRODUKTION .......................................................................................................................... 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 BAKGRUND ............................................................................................................................... 1 SYFTE OCH MÅL ....................................................................................................................... 2 INTRESSENTER ........................................................................................................................ 2 AVGRÄNSNINGAR ................................................................................................................... 3 ARBETETS STRUKTUR .......................................................................................................... 3 2 TEORI ............................................................................................................................................. 4 2.1 TEKNISK DESIGN ..................................................................................................................... 4 2.2 ERGONOMI ................................................................................................................................ 4 2.2.1 TUNGA LYFT ............................................................................................................................................. 4 2.2.2 REPETITIVT ARBETE............................................................................................................................... 4 2.2.3 ARBETSHÖJD OCH ARBETSOMRÅDE ..................................................................................................... 5 2.2.4 STÅENDE ARBETE ................................................................................................................................... 6 2.3 ELEKTROMAGNET .................................................................................................................. 6 2.3.1 ELEKTROMAGNETISKA FÄLT I VÅR VARDAG ....................................................................................... 7 2.4 BORRKRONA ............................................................................................................................ 8 3 METOD OCH GENOMFÖRANDE .............................................................................................. 9 3.1 PLANERING ............................................................................................................................... 9 3.2 FÖRSTUDIE .............................................................................................................................10 3.2.1 NULÄGESBESKRIVNING ....................................................................................................................... 10 3.2.2 NULÄGESANALYS ................................................................................................................................. 11 3.2.3 BENCHMARKING................................................................................................................................... 11 3.2.4 STUDIEBESÖK ....................................................................................................................................... 11 3.2.5 KRAVSPECIFIKATION ........................................................................................................................... 12 3.2.6 UPPFÖLJNING AV DELMÅL 1 ............................................................................................................... 12 3.3 IDÉFAS ......................................................................................................................................12 3.3.1 KATALOGMETODEN ............................................................................................................................. 12 3.3.2 BRAINSTORMING .................................................................................................................................. 12 3.3.3 GORDONINSPIRERAD WORKSHOP..................................................................................................... 13 3.3.4 KOMBINATIONSPROCESS .................................................................................................................... 13 3.3.5 DE BONOS TÄNKARHATTAR ............................................................................................................... 13 3.3.6 URVALSPROCESS .................................................................................................................................. 13 3.3.7 UPPFÖLJNING AV DELMÅL 2 ............................................................................................................... 13 3.4 KONCEPTFAS ..........................................................................................................................14 3.4.1 VIDARE UTVECKLING ........................................................................................................................... 14 3.4.2 FUNKTIONSMODELLER ........................................................................................................................ 14 3.4.3 TEST ....................................................................................................................................................... 14 3.4.4 UTVÄRDERING OCH KONCEPTVÄRDEMATRIS .................................................................................. 14 3.4.5 VAL AV SLUTKONCEPT......................................................................................................................... 15 3.4.6 UPPFÖLJNING AV DELMÅL 3 ............................................................................................................... 15 3.5 DETALJDESIGN.......................................................................................................................15 3.5.1 MATERIALUNDERSÖKNING ................................................................................................................ 15 3.5.2 UTFORMNING AV ELEKTROMAGNET ................................................................................................. 16 3.5.3 VISUALISERING ..................................................................................................................................... 16 4 RESULTAT ...................................................................................................................................17 4.1 RESULTAT AV FÖRSTUDIE .................................................................................................17 4.1.1 DAGENS ARBETSPLATS........................................................................................................................ 17 4.1.2 ANALYS AV NULÄGET........................................................................................................................... 20 4.1.3 RESULTAT AV BENCHMARKING ......................................................................................................... 23 4.1.4 KRAVSPECIFIKATION ........................................................................................................................... 26 4.2 RESULTAT AV IDÉFAS..........................................................................................................26 4.2.1 IDÉARBETE ............................................................................................................................................ 26 4.2.2 GRUNDIDÉER ........................................................................................................................................ 28 4.3 RESULTAT AV KONCEPTFAS .............................................................................................30 4.3.1 FUNKTIONSMODELLER OCH TEST ..................................................................................................... 30 4.3.2 KONCEPTUTVÄRDERING ..................................................................................................................... 32 4.4 RESULTAT AV DETALJDDESIGNFAS ...............................................................................33 4.4.1 MATERIALREKOMMENDATIONER ..................................................................................................... 33 4.4.2 UTFORMNING AV ELEKTROMAGNET ................................................................................................. 33 4.5 SLUTKONCEPT .......................................................................................................................35 4.5.1 STORLEK 1 - ∅30 – 102 MM ............................................................................................................. 35 4.5.2 STORLEK 2 - ∅100 – 170 MM .......................................................................................................... 35 4.5.3 LYFTDON FÖR RYMMARE ................................................................................................................... 36 5 UTVÄRDERING AV KONCEPT ...............................................................................................37 6 DISKUSSION OCH SLUTSATS ................................................................................................39 6.1 FELKÄLLOR .............................................................................................................................39 6.2 RELEVANS OCH REKOMMENDATION .............................................................................39 6.3 SLUTSATS ................................................................................................................................40 REFERENSER ....................................................................................................................................41 BILAGA 1 – PROJEKTPLAN................................................................................................................ BILAGA 2 – ERGONOMISK UNDERSÖKNING ............................................................................... BILAGA 3 – SAMMANSTÄLLNING AV INTERVJU ........................................................................ BILAGA 4 – KRAVSPECIFIKATION .................................................................................................. BILAGA 5 – IDÉBANK .......................................................................................................................... BILAGA 6 – KONCEPTVÄRDEMATRIS ........................................................................................... Figurlista I följande figurlista redogörs varifrån figurerna är hämtade. Om inget annat nämns är bilderna framtagna av författaren. Figur 1 – Exempelbild på hur en borrkrona ser ut. Företagets produktkatalog Figur 15 – Examensarbetaren antecknar data. Figur 2 – Två bilder på den konceptuella förpackningslådan. Figur 17 – Inkommande korg med produkter för målning. Figur 3 – Statistik över anmälda arbetssjukdomar mellan år 2008 och 2012 inom tillverkningsindustrin. Urklipp ur: http://www.av.se/dokument/statistik/sf/Af_2014 _03.pdf Figur 18 – Vickningsbord. Figur 4 – Illustration för hur en “disk” tenderar till att nötas. http://www.av.se/dokument/Teman/ergonomi/b elastnings_OH.pdf Figur 5 – Rekommenderad arbetshöjd från arbetsmiljöverket. http://www.av.se/teman/ergonomi/fordjupning/ arbetshojd/ Figur 6 – Det rekommenderade arbetsområdet enligt arbetsmiljöverket. http://www.av.se/teman/ergonomi/fordjupning/ arbetshojd/ Figur 7 – Illustrativ bild av en elektromagnet. http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/magnetic/elemag.html Figur 8 – Borrkrona, vy ovanifrån. Egen bild. Figur 9 – Borrkrona, vy från sidan. Egen bild. Figur 10 – Borrkrona, vy snett ovan. Egen bild. Figur 11 – Stage-gate-modell över projektet. Figur 12 – De Bonos sex tänkarhattar. http://www03.edu.fi/svenska/kanguru/tankande _hattar.pdf Figur 13 – Examensarbetaren modifierar en funktionsmodell. Figur 14 – Två borrkronor som användes i testet. Figur 16 – Arbetsprocess över manuella lyft. Figur 19 – Operatören ställer upp produkter i målningsmaskin. Figur 20 – Tre exempel på de “små” produktmodellerna. Företagets produktkatalog. Figur 21 – Två exempel på stora borrkronor. Företagets produktkatalog. Figur 22 – Exempel på Retrac-borrkronor. Företagets produktkatalog. Figur 23 – Två exemplar på hur Rymmare kan se ut. Företagets produktkatalog. Figur 24 – Borrkronor är magnetiska på grund av dess råämne av järn. Figur 25 – Fyra olika produktmodeller med olika utformningar på bland annat stift, spolhål och sidospår. Företagets produktkatalog. Figur 26 – Förtydligande bild av möjlig grippunkt. Redigerad bild från företagets produktkatalog. Figur 27 – Gripdon som efterliknar människohanden. http://mobile.schunkmicrosite.com/en/produkte/produkte/servoelectric-5-finger-gripping-hand-svh.html Figur 28 – Flerledat 3-finger-gripdon. http://www.schunkmicrosite.com/en/inhalt/clamping-technologyand-gripping-systems/schunkgrippers/timeline/2006-sdh-first-3-fingergripper-hand-with-tactile-finger-tips.html Figur 29 – 3-fingerdon. http://www.schunk.com/schunk_files/attachme nts/DPZ-plus_80_EN.pdf Figur 38 – Idéskiss, Magnetpåse. Figur 30 – 2-fingerdon. http://www.se.schunk.com/schunk/schunk_web sites/products/products_level_3/product_level 3.html?product_level_3=289&product_level_2 =250&product_level_1=244&country=SWE& lngCode=SV&lngCode2=EN Figur 40 – Spaghetti idé. Figur 31 – En lyftteknik som är “snäll” mot lyftobjektet. Figur 43 – Bildserie från test av Magnetpåsen. Figur 39 – Idéskiss snett ovan. Figur 41 – Bild av Smart-fingers funktionsmodell. Figur 42 – Funktionsmodell för Magnetpåse. Figur 44 – Funktionsmodell, Spaghetti-idé. Figur 32 – Exempel på en robot med fem gripdon på samma robotarm. Egen bild. Figur 33 – “Jätte”-magnet för att lyfta skrot. http://www.kramtec.se/hantering-lager Figur 34 – Exempel på Schunks magnetlyftdon. http://machinedesign.com/archive/newproduct-magnetic-gripper Figur 35 – Vakuum-lyftdon. http://www.simmatic.co.uk/2010/08/vmecavgrip-complete-vacuum-gripper/ Figur 36 – VERSABALL-lyftdon. http://empirerobotics.com/#howitworks Figur 37 – Idéskiss, Smart-fingers. Figur 45 – Konceptvärdematris Figur 46 – Aramid-handskar. http://www.superiorglove.com/contendercruiserweight-7-gauge-composite-knit-gloves Figur 47 – Dyneema-Fiber. http://www.carbontrikes.com/komposit/Fiberk ompositlaminering.pdf Figur 48 – Renderad bild på lyftdonskoncept då den greppar en borrkrona. Figur 49 – Exempel på lösning till ”Rymmare”. Figur 50 – Illustration av idékombination. 1 Introduktion Följande examensarbete är resultatet av ett tio veckors projekt som genomförts våren 2015 för högskoleingenjörer på utbildningen Teknisk design. Arbetets omfattning är 15 hp hos avdelningen för innovation och design vid institutionen för ekonomi, teknik och samhälle, Luleå tekniska universitet. Rapporten redogör ett utvecklingsarbete för hur nytt lyftdons-koncept har tagits fram hos teknikkonsultföretaget ÅF AB i uppdrag från ett industriföretag. Detta arbete är en del i företagets utvecklingsprojekt där man har som avsikt att byta ut sin nuvarande målningsstation för en automatiserad tillverkning. 1.1 BAKGRUND ÅF AB, är ett etablerat teknikkonsultföretag med strax över 7000 anställda. Organisationen är utbredd över hela Europa och har kompetens inom bland annat sektorerna: energi, industri och infrastruktur (ÅF AB, 2015). Detta arbete behandlar ett produktutvecklingsarbete på ÅF:s industri-avdelning i Sandviken. Industriföretaget som är uppdragsgivare levererar produktlösningar till gruvindustrin och är en ledande aktör på världsmarknaden idag. Produkterna är specialiserad för att bryta i berg och några typiska användningsområden är tunnel- och vägbyggnationer. Företag arbetar för en ständig utveckling och tvekar inte att använda det som ett av deras ledord inom organisationen. Se figur 1 för för hur en borrkrona kan se ut. Figur 1 – Exempelbild hur en borrkrona ser ut. I takt med att företaget trappar upp sina tillverkningsprognoser och samtidigt strävar för att korta ned sina ledtider, ställer det allt högre krav på avdelningens operatörer. Bakgrunden till att företaget driver ett utvecklingsarbete med att göra sin målningsstation automatiserad har fler syften. Dels vill företaget kunna möta marknadens ökande efterfrågan på produkterna. I dagens läge har även avdelningen problem med att hålla en jämn och hög kvalitet på produkterna gällande färg och paketering, vilket på sikt skall förbättras. Ett än mer viktigt syfte är att företaget vill erbjuda en bättre arbetsmiljö för operatörerna ur ergonomiskt perspektiv. Arbetet kommer, utöver framtagningen av ett lyftdon, studera dagens arbetsplats och analysera hur en ny målningsanläggning skulle påverka personalen. Arbetssituationen på målningsstationen i nuläget består av en rad olika arbetsmoment som är problematiska ur ergonomisk aspekt. Momenten ställer höga krav på operatörerna gällande tunga lyft då endast en produkt kan väga upp emot 20 kg. Även repetitivt arbete sker i hög grad på grund av höga produktionsvolymer. Följande moment är några av de bakomliggande faktorerna till varför avdelningen väljer att driva ett utvecklingsarbete för att göra målningsstationen till en automatiserad process. Utvecklingsgruppen, med projektledare Peter Nilsson i spetsen, behöver till den nya målningsanläggningen hjälp med att hitta ett lyftdon som kan hantera 1 produkterna. Målet med lyftdonet är att det skall möjliggöra en förflyttning av en färdigmålad borrkrona från pinnställ direkt ned i en förpackningslåda, se figur 2 för förpackningslåda. Figur 2 – Två bilder på den konceptuella förpackningslådan. Vad är då det problemet med att ta fram ett lyftdon för den nya målningsanläggningen? Varför inte bara använda ett befintligt lyftdon som idag är tillgängligt på marknaden? Problemet med att utföra denna operation handlar om att det inte finns ett lyftdon som möjliggör denna hantering på grund av lådornas trånga utrymme. Figur 2 redogör för en konceptuell förpackningslåda som företaget i framtiden vill använda sig av (detta är enbart en preliminär låda, och har enbart två stycken ”fack”). Denna låda är enbart ett exempel och som kan ses har den enbart två ”fack”. Budskapet med figuren är dock endast att påvisa dessa trånga utrymme. Borrkronorna skall ställas ”ståendes” ned i förpackningslådan, vilket gör att utrymmet till sidorna är väldigt liten. Utmaningen ligger i att hitta en lösning som på bästa sätt kan hantera situationen. 1.2 SYFTE OCH MÅL Målsättningen med projektet är att, utifrån problemställningen, ta fram ett lyftdons-koncept med en design som möjliggör en hanteringen av borrkronor i den nya anläggningen och att det sker på ett effektivt samt säkert sätt. Arbetet innehåller även en kartläggning av dagens arbetsplats utifrån ergonomiska aspekter. Syftet med den ergonomiska studien är för att studera hur lyftdonet skulle möjliggöra för en förbättrad arbetsmiljö och ur ett större sammanhang förbättra ergonomin för avdelningens operatörer. 1.3 INTRESSENTER Peter Nilsson är den direkta intressenten då det är han som är uppdragsgivare och kommer ta del av arbetet. Operatörerna på borrkronsavdelningen är även en direkt intressent, då de är en potentiell användare i framtiden. ÅF är indirekt berörd av examensarbetet då arbetet görs hos dem samt kommer ta del av rapporten. Luleå tekniska universitet skall bedöma examensarbetet och är där av en intressent för arbetet, men de kommer inte att vara berörd av lösningen. 2 1.4 AVGRÄNSNINGAR Projektet avser att ta fram ett lyftdon i konceptuellt stadie och alltså inte en realiserad produkt. Projektet kommer heller inte ta fram produktionsunderlag som till exempel ritningar och tillverkningsmetoder, utan kommer endast ta fram förslag på ett konceptuellt lyftdon med vidare rekommendationer. Begreppet ergonomi är ett stort område som omfattar mycket. Av den anledningen har den ergonomiska studien avgränsats genom att enbart studera den fysiska miljön på arbetsplatsen. 1.5 ARBETETS STRUKTUR Rapporten innehåller inledningsvis en teoretisk del som redogör för arbetets bakomliggande teorier. Rapporten skildrar sedan arbetets genomförande med avseende på arbetsprocess samt de metoder som använts. Rapporten redovisar sedermera det resultat som arbetet kommit fram till. Avslutningsvis utvärderas resultatet och följs av en diskussion och slutsats-del. 3 2 Teori Följande avsnitt redogör för bakomliggande teorier och informationshämtning som ligger till grund för arbetet. 2.1 TEKNISK DESIGN Enligt Johannesson et al. (2013) har de senaste decennierna präglats av en marknadssegmentering och högre kundanpassning. Vidare målar man upp bilden av att dagens marknad ställer allt högre krav gällande miljöanpassning, säkerhet och design. Man redogör för hur designaspekter blir allt viktigare då den tekniska prestandan numera tas för givet. Teknisk design och i synnerhet produktdesign präglas av en medveten och genomtänkt design för att kunna skapa konkurrenskraftiga produkter, i en marknad som blir allt tuffare. Området för teknisk design beskrivs vidare som samspelet mellan människa och teknik. Det innebär att sätta användaren i centrum och anpassa den tekniska utvecklingen till människans förutsättningar för att forma framtidens samhälle. Utveckling inom teknisk design innebär en stark koppling till social, ekologisk, och ekonomisk hållbarhet för att följa samhället och marknadens syn om att kunna utveckla samhället på sikt (Luleå tekniska universitet, u.å.). 2.2 ERGONOMI Enligt arbetsmiljöverket innebär begreppet ergonomi att anpassa en arbetsplats till människans förutsättningar för att förebygga ohälsa och olycksfall. Är ergonomin bra innebär det även att prestationsförmågan höjs, i form av ökad kvalitet och produktivitet inom verksamheten. Omfattningen av begreppet ergonomi handlar om organiska, fysiska och mentala aspekter för arbetsmiljön (Arbetsmiljöverket, u.å. ). Följande teoriavsnitt berör enbart den fysiska delen av begreppet. 2.2.1 Tunga lyft I boken ”Arbete och teknik på människans villkor” beskrivs tunga lyft i kombination med vridningar eller dåliga kroppsställningar som en stor riskfaktor för hälsoproblem (Bohgard, 2010). Arbetsmiljöverket förklarar det på samma sätt: att om lyft sker i samband med en vriden, böjd eller sned arbetsställning är risken för en arbetsskada stor. Vidare avser myndigheten att tunga lyft skall undvikas med anledningen att risken för akuta överbelastningar är stor. Upprepade lyft som överskrider 25 kg och över, skall inte förekomma. Ett enstaka lyftmoment på 25 kg kan arbetaren göra, med förutsättningen att arbetsställningen är bra samt att lyftobjektet hålls intill kroppen. För det dagliga arbetet uppkommer oftast lyftmomenten oftare än något enstaka tillfälle. I detta avseende är det olämpligt att behandla objekt vars vikt uppgår till mer än 15 kg (AFS, 2012:2, s.26). 2.2.2 Repetitivt arbete Med repetitivt arbete menas att en arbetstagare utför en eller fler arbetsmoment med liknande arbetsrörelser på samma sätt, under större delen av arbetsdagen som medför en likformig belastning (AFS, 2012:2, s.30). Arbetsmiljöverket menar vidare att människokroppen är byggd för att vara i rörelse samt belastas. Ett av huvudkraven för att kroppen skall må bra är att arbete sker varierat samt 4 ge kroppen chans att återhämta sig. Om rörelser sker under en längre tid och i upprepade moment medför det en risk att kroppen inte hinner återhämta sig. Detta innebär en ökande risk för besvär. Bohgard et al. (2010) redogör olika faktorer för att undvika belastningsskador vid belastning som förekommer konstant under en hel arbetsdag. Här menar man att arbete skall ske med god arbetsställning och arbetsteknik, bra synergonomi, inte för högt arbetstempo, kroppsmåtten skall vara i relation till arbetsplatsens. En sammanfattad rapport från Arbets- och miljömedicin i Lund redogör för bland annat egen forskning att ensidigt repetitivt arbete medför en hög risk för smärttillstånd. Rapporten redogör att det finns en koppling mellan besvär på leder och muskler i anknytning till repetitivt arbete (Nordander, 2014). Enligt en studie som arbetsmiljöverket har gjort visar att belastningsskador är den vanligast förekommande arbetsrelaterade arbetssjukdomen inom tillverkningsindustrier i Sverige. Studien visar att arbetssjukdomar vanligast uppkommer från repetitiva arbetsuppgifter, lyft och obekväma arbetsställningar (Arbetsmiljöverket, 2014). Figur 3, är hämtad från den nämnda studien och redogör för anmälda arbetssjukdomar i procent mellan åren 2008-2012 inom tillverkningsindustrin. Figur 3 – Statistik över anmälda arbetssjukdomar mellan år 2008 och 2012 inom tillverkningsindustrin. Ett lyft i kombination med en vridning är en operation som i längden kan bli påfrestande. Figur 4 illustrerar två kotkroppar (grått område) och en disk (blått område). Kiropraktorcentrum beskriver en disk som en dämpande kudde Figur 4 – Illustration för hur en “disk” tenderar mellan två kotor (Kiropraktorcentrum, till att nötas. u.å.). Vid upprepade böjningar och i samband med lyft, eller tunga lyft tenderar diskarna att nötas och skadas. Till slut kan kudden spricka och den inre substansen (vitt område) från disken mynnar ut ryggmärgskanalen. Kiropraktorcentrum menar att repetitivt böjande av kroppen i samband med lyft definitivt ökar risken för diskbrock (Kiropraktorcentrum, u.å.). 2.2.3 Arbetshöjd och arbetsområde Enligt arbetsmiljöverket skall en arbetsplats vara utformad på så vis att arbetaren kan utföra ett arbete med en upprätt ställning där axlarna är sänkta samt överarmarna hålls nära kroppen. Vidare rekommenderar arbetsmiljöverket att arbetshöjden skall vara i armbågshöjd, detta oavsett om arbetet sker ståendes eller sittandes, se figur 5. Gällande arbetsområdet skall det ske innanför det svarta området om arbetet sker under större delen av dagen, se figur 6 (AFS, 2012:2, s 20). Mathiassen et al.(2007) menar att en god arbetsställning är då kroppens muskler samt leder belastas i sina neutrala positioner i avslappnad utgångsställning. Bra rörelser är när leder och muskler har möjlighet att röra sig 5 fritt med variation och chans till återhämtningspauser. Figur 5 – Rekommenderad arbetshöjd från arbetsmiljöverket. Figur 6 – Det rekommenderade arbetsområdet enligt arbetsmiljöverket. 2.2.4 Stående arbete Enligt Bohgard et al. (2010) bestäms en individs kroppsställning vid stående arbete av vilken höjd från golvet som det manuella arbetet sker på. Om arbetet sker på för hög höjd måste armarna kompenseras där skuldran muskler utsätts för en oönskad statisk belastning. Är det däremot för lågt måste kroppen böjas framåt vilket ökar belastningen på rygg samt nacke (Bohgard, 2010). Vidare menar arbetsmiljöverket att om en arbetstagare står och går i hög grad finns risk för ryggbesvär samt trötta ben. 2.3 ELEKTROMAGNET En elektromagnet är en magnet som skapas i form av att magnetiska fält som uppkommer från elektrisk likström. Elektromagneten består av en kärna av mjukmagnetiskt material, vanligtvis järn. Runt kärnan återfinns en elektriskt ledad tråd som oftast består av koppar. Koppartråden är lindad runt järnkärnan och när likströmmen kopplas till skapas det magnetism. Då strömmen kopplas bort, försvinner magnetismen. På detta sätt är elektromagneten mycket användbar i många avseenden. Användningsområden är allt från att lyfta metallskrot, till små applikationer till medicinteknik. Styrkan i elektromagneten bestäms av två faktorer: antal lindade varv i spolen och strömstyrkan genom lindningen. Ju fler varv som Figur 7 – Illustrativ bild av en lindas runt kärnan, desto starkare blir magnetfältet. elektromagnet. Om strömstyrkan ökar, blir även magnetfältet starkare (Compotech, 2015). Se figur 7 för illustrativ bild av en elektromagnet. För att beräkna kraften i elektromagneten används nedanstående formel (1) (Daycounter, Inc. Engineering Services, 2004): 6 (1) 2 F= (N*I) *K*A 2*G2 N= Antal varv i spole I= Strömstyrka i ampere som löper igenom spolen K= Magnetisk konstant = π*4*10-7 A= Tvärsnittsarena på järnkärna G= Avstånd mellan järnkärna och lyftobjekt (borrkrona) 2.3.1 Elektromagnetiska fält i vår vardag Magnetfält är vanligt förekommande i vår vardag och återfinns kring bland annat apparater som kaffekokare och trådlösa telefoner. De fält som finns omkring vår omgivning är så pass låga nivåer och är långt under de referensvärden som strålsäkerhetsmyndigheten har satt upp. Det finns idag inga kända hälsorisker med dessa fält. Enligt Strålsäkerhetsmyndigheten kan mycket starka elektromagnetiska fält innebära hälsorisker i form att störningar av kroppens nervsignaler. Vidare beskriver de att risken detta liten då magnetfältets styrka behöver vara hundratals gånger starkare än vad som idag återfinns under de störta kraftledningarna (Strålsäkerhetsmyndigheten, 2015). 7 2.4 BORRKRONA Detta avsnitt definierar en borrkrona och dess ingående komponenter och delar. Benämningarna återkommer i rapporten och följande avsnitt redogör för de viktigaste termerna. Observera att dessa formuleringar är gjorda av examensarbetaren för att kunna hänvisa i rapporten. Produktmodellen som visas i figur 8-10 är endast ett exempel, men innehåller alla de centrala benämningar som tas upp i rapporten. I rapporten förekommer det svarta kronor, dessa är ej målade. Ut till kund är produkterna guldfärgade. 1 2 4 Figur 8 – Borrkrona, vy ovanifrån. 3 5 5 6 6 Figur 10 – Borrkrona, vy snett ovan Figur 9 – Borrkrona, vy från sidan 1: Sidospår. Ett spår där brutet material förs bort. 2: Toppsida. Det är den sida som pekar uppåt sett från kronan. 3: Spolhål 4: Hårdmetallstift 5: Kronhuvud 6: Kropp 8 3 Metod och genomförande Arbetet är utformat med en stage-gate-modell som innehåller de fem faserna: planering, förstudie, idéfas, konceptsfas samt detaljdesign, se figur 11. Johannesson et al. (2013) beskriver stage-gate-modellen som en naturlig projektmodell om ett arbete redan från projektstart kan delas upp i olika steg med uppsatta delmål. Vidare beskrivs modellen som att det slutet av varje arbetssteg skall tas ett beslut för om det uppsatta delmålet uppnåtts eller om något måste kompletteras. Eftersom detta projekt hade ett tydligt mål kunde även delmål sättas upp längs vägen, därmed var en stage-gate-modell väl lämpad som projektmodell. Figur 11 – Stage-gate-modell över projektet. Delmål 1 handlade bland annat att vara färdig med en tydlig nulägesbeskrivning med avseende på arbetsplatsen och produktfloran. Första delmålet inkluderade även att en kravspecifikation och benchmarking skulle vara fastställd. Delmål 2 innebar att projektet skulle ha tre kompletta idéer med tydliga skisser och som ansågs ha god potential att utvecklas vidare. Vid delmål 3 var målet att projektet skulle stå med ett eller fler koncept. I detta skede skulle koncepten i stort sätt vara färdiga och redo att gå in i sista fasen. Projektet började med en tydlig planering för att strukturera upp arbetet. Förstudien påbörjades kort därefter för att så snabbt som möjligt komma igång med arbetet. Detta förlopp föll naturligt eftersom de inledande mötena med uppdragsgivare Peter Nilsson berörde både planering och problemet för projektet. Förstudien handlade om att lära känna problemet närmare samt bygga en grund för det vidare arbetet. Projektet gick sedan in i idéfasen där relevanta idéer togs fram utifrån den kravspecifikation som tidigare upprättats. Konceptfasen handlade om att vidareutveckla tre idéer från förra fasen. I den sista fasen, detaljdesign, låg fokus på att vidareutveckla det valda konceptet. 3.1 PLANERING Första delen i arbetet berörde utformningen och planeringen av projektet för att skapa goda förutsättningar till ett bra arbete. Eftersom arbetet genomfördes hos ÅF och uppdragsgivare är Peter Nilsson från industriföretaget, upprättades en tydlig projektplan för att alla inblandande skulle ha en tydlig och gemensam bild över vad som skulle åstadkommas. Projekplanen redogör till en början för en övergripande beskrivning över projektet och dess problemformulering. Projeketplanen beskriver sedermera projektets arbetsprocess som är indelad i fyra faser. Den första fasen, förstudie, innehåller till exempel: Nulägesbeskrivning, problembestämning, benchmarkning, kravspecifikation, tidiga idéer och en litteruaturstudie. 9 I projektplanen formulerades målsättningen och avgränsningarna för arbetet mellan de olika parterna. Detta var en viktig del i planeringen eftersom arbetet enbart handlade om tio veckor. Vidare formulerades vad som skulle göras, när det skulle utföras och hur det skulle gå till. Det skapades ett Gantt-schema innehållande alla de viktiga moment och deadlines som skulle ingå i arbetet. Ett Gantt-schema är enligt Johannesson et al. (2013) utsago en metod som vanligtvis används i tidiga skeden av projekt och är oöverträffad när det kommer till att enkelt åskådliggöra aktiviteters start- och slutpunkter för ett projekt. Vidare beskriver Fors-Andrée (2012) Gantt-schemat som en tydlig och visuell metod för hur ett projekts innehavande aktiviteter förhåller sig till varandra. En vital del i planeringen var att tillgodose examensarbetaren med information kring säkerheten på företaget. Examensarbetaren fick genomgå en SSGutbildning som är en säkerhetsutbildning för entreprenörer inom industrier (SSG, 2015). Detta som resultat då både ÅF och industriföretaget jobbar för en hälsosam och säker arbetsmiljö. Vidare tillhandagavs examensarbetaren nödvändig skyddsutrustnings för att ha möjlighet att tillträda området. För projektplanen i sin helhet, läs bilaga 1. 3.2 FÖRSTUDIE I följande avsnitt redogörs för hur förstudien har genomförts. 3.2.1 Nulägesbeskrivning För att förstå vikten av en ny målningsanläggning och få insikt för hur resultatet av detta projekt skulle ha för inverkan på avdelningens operatörer, gjordes en detaljerad nulägesbeskrivning på dagens arbetsplats med avseende på ergonomin. Nulägesbeskrivningen innehåller även en produktspecifik identifiering av vilka produkter som idag tillverkas. Denna identifiering genomfördes för att få bättre förståelse för vilka produkter som lyftdonet avser att kunna lyfta. 3.2.1.1 Dagens arbetsmiljö Kartläggningen av den befintliga arbetsplatsen genomfördes ur ergonomisk aspekt för att studera hur resultatet av detta projekt kan påverka arbetsmiljön. Kartläggningen utfördes med hjälp av observationer och intervjuer. Examensarbetaren gjorde även egna tester för att själv känna på ergonomiska prövningar som kunde tänkas uppstå på arbetsstationen. Observationerna genomfördes på varierande produktmodeller för att jämföra vilka arbetsställningar som användes beroende på produkt. Det genomfördes en längre intervju med en operatör för att få en djupare förståelse för dennes ergonomiska syn på arbetssituationen. Det gjordes även spontana intervjuer med operatörer för att förstärka helhetsbilden av arbetsplatsen. Fokus under denna studie var att identifiera alla moment som operatörerna utsätts för i det dagliga arbetet. Utifrån data som samlats in från undersökningen och bedömning av riskerna, gjordes en sammanfattning. Detta sammanfattades enligt blankett för undersökning och bedömning av risker (Mats Bjurvald, 2007). 10 3.2.1.2 Produktflora Genom en identifiering av företagets produktkatalog för borrkronor gjordes en kartläggning för vad det blivande lyftdonet skulle vara kapabel till att lyfta. För ytterligare förståelse för produkterna och produktionen genomfördes en guidad tur med Peter Nilsson i produktion. Från Peter tillhandagavs även detaljerad produktinformation, för bland annat vikter och dimensioner. 3.2.2 Nulägesanalys Efter avslutad kartläggning av nuläget med avseende på arbetssituationen och produktsortiment analyserades informationen som samlats in. 3.2.2.1 Analys av arbetsmiljö Målningsstationen analyserades och hur den förhöll sig till rekommendationer och vetenskapliga teorier med avseende på ergonomi. Utifrån data som samlats in från 3.2.1.1 – Dagens arbetsmiljö, tolkades och analyserades resultatet. Examensarbetaren studerade både för- och nackdelar med dagens situation gentemot teorier. 3.2.2.2 Analys av produktflora Fokus vid denna analys var att studera produkterna utifrån den bakgrund och problembeskrivning som Peter Nilsson redogjort. Problembeskrivningen var sedan tidigare fastställd där produkterna skulle placeras i trånga lådor och redan i detta skede togs beslut om att försöka hitta en lösning som skulle greppa tag på toppsidan av kronhuvudet. Det genomfördes en analys för att förstå skillnader och likheter mellan olika produktmodellerna med avseende på bland annat storleksskillnader och stiftplacering. Detta var en vital del i arbetet eftersom produkternas varierande utformning är en avgörande del i att skapa ett bra lyftdon. Här lades vikt på att hitta gemensamma nämnare för att hitta en lösning som hade potential att appliceras till alla produktmodeller. Resultatet av denna analys låg till grund för den fortsatta idéfasen. 3.2.3 Benchmarking Benchmarking är en metod för att ta inspiration och studera hur andra har löst tidigare problem liknande problem. Det kan handla om att studera befintliga produkter eller t.o.m. att titta på andra branscher. Målet med benchmarkingen är skapa en god kunskap och marknadskännedom som i slutändan hjälper till för att skapa effektiva förbättringar för den egna verksamheten (Karl T. Ulrich, 2008). Benchmarkingen för detta projekt utfördes på ett varierande sätt. Till största del gjordes den genom internetsökningar men även genom att föra dialoger tillsammans med experter inom området. Dessa samtal gjordes i samband med ett studiebesök, läs 3.2.4 – Studiebesök. 3.2.4 Studiebesök Det anordnades ett besök på ÅF:s automationsavdelning i Laxå. Avdelningen är specialiserade på automationsrobotar och har stor kunskap inom lyft-tekniker och stor kännedom av olika modeller. Genom dialog med Mårten Häll och Georg Ahlinder skapades en bättre förståelse för lyftdons-leverantörer samt vilka befintliga tekniker som används. Det fördes även diskussioner angående för- och nackdelar för befintliga modeller på marknaden. Tillsammans med de två tidigare nämnda personerna diskuterades även tidiga idéer för projektet. 11 3.2.5 Kravspecifikation En produktspecifikation, eller kravspecifikation är ett dokument innehållande skriftliga krav på en vara eller tjänst. Specifikationen kan exempelvis redogöra för vilken kvalitet en produkt skall uppfylla eller tekniska krav (Anbudsspecialisten, u.å.). Kravspecifikationen var en viktig del i projektet för att få svart på vitt vad lyftdonet skulle klara av. Tidigt i projektet upprättades de funktionella kraven som förväntades av lyftdonet. Peter Nilsson formulerade sina krav och en diskussion mellan honom och examensarbetaren fördes. Även Ola Modigs, handledare från ÅF, var med och gav sin synvinkel på innehållet. Under projektets gång byggdes kravspecifikationen på och ändrades. Kravspecifikation låg vidare till grund för den konceptvärdematris som upprättades i samband med konceptutvärdering, läs 3.4.4 – Utvärdering och konceptvärdematris. 3.2.6 Uppföljning av delmål 1 Innan arbetet gick vidare till nästa fas gjordes en utvärdering om förstudiens resultat uppfyllt de mål som tidigare ställts upp. Arbetet gick vidare utan större komplikationer. Kravspecifikationen var den del som inte ansågs vara helt klar i detta skede, men det var ett levande dokument som under hela projektet uppdaterades. 3.3 IDÉFAS I detta avsnitt redogörs hur idéfasen har genererat idéer och vilka metoder som har används. De metoder som genomförts var de som ansågs vara mest lämpade för projektet. Denna fas handlade om att ta fram en kvantativ idébank för att hitta så många lösningar som möjligt på problemet för att sedan ta vidare de främsta idéerna in i konceptfasen. 3.3.1 Katalogmetoden Johannesson et al. (2013) beskriver katalogmetoden som ett bra verktyg då problemlösning sker antingen i grupp eller individuellt. Metoden går ut på att söka information från till exempel kataloger, litteratur, tidningar, tidskrifter eller internet. Vidare beskrivs metoden att sökningen antingen kan ske på ett strukturerat sätt och undersöka hur andra har lyckats lösa ett liknande problem. Sökningen kan även gå ut på att hitta inspiration på ett mer ostrukturerat för att hitta nya designlösningar. Metoden användes i början av idéfasen för att hitta inspiration. Liknande 3.2.3 Benchmarkingen som gjordes i förstudien, men denna metod gav ett mer kreativt informationsletande efter idéer. Metoden skapade många galna idéer som inte var realiserbara men öppnade upp ett kreativt tänk. 3.3.2 Brainstorming Bohgard et al. (2010) beskriver brainstorming som ett användbart verktyg för generering av idéer. Det som kännetecknar metoden är att ett seminarium med 6-8 personer ordnas, för att sedan generera så många idéer som möjligt för en problemställning. Vidare menar författarna att det är viktigt att ingen idé kritiseras eller ge negativ feedback då man menar att detta hämmar kreativiteten. Brainstormingen för detta projekt genomfördes med en mindre grupp om tre personer, som fritt brainstormade kring olika idéer. För att göra metoden effektiv styrdes de inbjudna personerna genom att få information om att lyftdonet skulle klara av lyft samt nedsättning i en förpackningslåda. Från denna kreativa metod 12 börjades en kvantitativ idébank att byggas upp för olika lösningar på problemet. 3.3.3 Gordoninspirerad Workshop En workshop är ett arbetsmöte där en grupp, under ledning av en moderator, arbetar fram ett gemensamt resultat. Moderatorns roll i workshopen är att leda mötet och ge alla deltagare delaktighet samt uppmuntra kreativitet (Interacta, u.å.). Workshopen utformades med inspiration av Gordon-metoden. Johannesson et al. (2013) beskriver metoden som att endast moderatorn vet om det verkliga problem och till en början styr en gruppdiskussion som berör problemet allmänt. Moderatorn leder gruppen succesivt in på det egentliga problemet och ger mer information för gruppen att diskutera. Workshopen arrangerades och tre andra personer deltog. Personerna var till en början ovetandes om det verkliga problemet och matades successivt med ny information angående problemet, genom detta togs nya idéer fram. 3.3.4 Kombinationsprocess Då idégeneringen med de kreativa metoderna var avslutad genomfördes en kombinationsprocess där idéerna kategoriserades och kombinerades ihop. Genom denna metod kunde fler idéer tas fram och läggas till den kvantitativa idébanken. 3.3.5 De Bonos tänkarhattar De Bonos tänkarhattar är en tankemetod som består av sex olika hattar vars syfte är att styra tänkandet vid problemlösning. De sex hattarna har olika färger där färgerna representerar ett visst sorts tänkande, se figur 12. Syftet med metoden är att dela in tankegången i delar för att inte blanda ihop till exempel kreativitet med logik (De Bono, 1989). Figur 12 – De Bonos sex tänkarhattar. De Bonos tänkarhattar är i grunden en kreativ metod, men användes mer som en urvalsmetod där fokus var den svarta hatten. Den svarta hatten står för att hitta brister, kritisera en idé eller påpeka fel. Genom att ta inspiration från De Bonos tankesätt och den svarta hatten krymptes idé-mängden och många av de svagare idéerna föll bort. 3.3.6 Urvalsprocess Sista steget i idéfasen var att skilja ut de idéer som ansågs mest relevant för projektet, mot de idéer som inte hade lika stor potential. Fokus här låg på att ta vidare idéer som ansågs vara realiserbara och något uppdragsgivaren skulle kunna få användning av. De starkaste idéerna som togs vidare, är baserat på vilka som ansågs uppfylla kravspecifikationen på bästa sätt. Vidare till konceptfasen valdes tre idéer med olika styrkor. 3.3.7 Uppföljning av delmål 2 Vid slutet av fasen då tre idéer valts ut gjordes en uppföljning mot de delmål som 13 tidigare ställts upp, precis som tidigare under den första uppföljningen. I detta skede gjordes en avstämning om projektets idéer var tydliga nog för att kunna fortsätta in i nästa fas. Utfallet av denna uppföljning var att idéerna kunde gå vidare till nästa fas. 3.4 KONCEPTFAS Följande avsnitt redogör för konceptfasen, som handlade om att fortsätta utveckla idéerna från tidigare fas, till mer konkreta koncept. 3.4.1 Vidare utveckling De idéer som togs vidare granskades och studerades angående tänkbara materialval och design. Materialvalet ansågs extra viktigt eftersom lyftdonet kommer att utsättas för många repetitiva tryck- och belastningspåkänningar. Materialval är något som i högsta grad påverkar funktionen och livslängden på ett lyftdon, således studerades eventuella material som kan användas. En viktig del i materialvalet var att kunna uppfylla det krav Peter Nilsson upprättat i kravspecifikationen. 3.4.2 Funktionsmodeller Normark (2014) beskriver en funktionsmodell som en enkel modell som avser att endast testa en eller fler funktioner. Exempel på funktioner kan vara krafter, moment, friktion hållfastighet, ergonomi. Utseendet har inte någon betydelse då det är funktionen som är av prioritet att testas (Normark, 2014). Fokus i detta skede var att hitta rätt utrustning och material för att resultaten från funktionsmodeller och test skulle bli trovärdiga. Till funktionsmodellerna användes bland annat laborationsutrustning för att återskapa en elektromagnet. Figur 13 är från när examensarbetaren arbetar med en funktionsmodell. Figur 13 – Examensarbetaren modifierar en funktionsmodell. 3.4.3 Test I samband med att funktionsmodeller togs fram, genomfördes tester för att få en bild av hur de olika koncepten betedde sig i praktiken. Utformningen av testerna var mycket enkelt och gick ut på att förflytta en borrkrona från en plats till en annan. Här studerades hur de olika koncepten kändes med avseende på funktion. Något som analyserades extra var greppstyrkan. Greppstyrkan är den Figur 14 – Två borrkronor som användes i testet. faktor som är helt avgörande samt har en direkt inverkan på lyftprecisionen. Testet genomfördes med två ”Småkronor” se figur 14. Läs mer under 4.1.1.2 – Produktsortiment för mer information om modellerna. 3.4.4 Utvärdering och konceptvärdematris Efter utförda tester utvärderades resultatet där för- och nackdelar identifierades. 14 Resultatet från utvärderingen sammanfattades i en konceptvärdematris som var inspirerad av Pughs Matris där krav ställdes upp baserat från kravspecifikationen. Pughs Matris är ett verktyg för systematisk utvärdering av koncept där kriterier är listade tillsammans med en faktor för viktning (Pugh, 1991). Värdematrisen fokuserade på att utvärdera koncepten utifrån de test som genomförts och utifrån det få fram ett värde som kunde jämföras koncepten sinsemellan. Beroende på funktion och kvalitet i utförandet poänggavs koncepten mellan 1-5. Alla krav var sedan tidigare viktade från kravspecifikationen. Parametrarna för viktningen multiplicerades därefter in med det värde som återfåtts från testet. Vidare kunde ett slutvärde för alla tre koncept tas fram. Detta slutvärde var en vital del i det senare skedet med att välja ut slutkonceptet. 3.4.5 Val av slutkoncept I slutet av konceptfasen var projektet framme vid ett vägskäl. Här togs ett beslut för vilket av de tre koncepten som presterat bäst i testerna och visats sig vara mest framträdande. Vid val av slutkoncept hade test och konceptutvärdering en avgörande roll eftersom det var där funktionen testades fullt ut. Här togs även ett steg tillbaka för att analysera koncepten i sin helhet och för att inte bara stirra sig blind på resultatet från testet. Alla krav som ingick i kravspecifikationen togs i beaktning, till exempel miljökrav. 3.4.6 Uppföljning av delmål 3 I slutet av konceptfasen gjordes återigen en uppföljning mot ett delmål. I detta skede var delmålet inte riktigt uppfyllt med avseende på att visualisera konceptet. Denna del var något som halkat efter på grund av att prioritet under den gånga fasen varit att utföra tester. Visualiseringen lades därmed i nästkommande fas. 3.5 DETALJDESIGN Sista fasen av projektet handlade om att vidareutveckla det koncept som tagits vidare och att sälja in ett trovärdigt koncept till uppdragsgivaren. Här gjordes bland annat fördjupade utredningar angående materialval och lyftdonets elektromagnet. Detaljdesignsfasen handlade även om att ta fram visualiseringar på slutkonceptet. 3.5.1 Materialundersökning Som nämndes i avsnittet 3.4.1 – Vidare utveckling, var materialvalet en vital faktor i de olika koncepten. I detta skede var fokus att hitta förslag på material som skulle kunna appliceras i konceptet. Vid undersökningen granskades olika material med avseende på flexibilitet och styrka, för att de ansågs vara de två viktigaste faktorerna. Arbetet resulterade i tre förslag som ansågs vara kvalificerade för konceptets och dess ingående krav. 15 3.5.2 Utformning av elektromagnet Arbetet fortsatte med att studera olika utformningar för elektromagneten. Det skapades återigen en elektromagnet på egen hand med hjälp av labbutrustning. Denna gång var fokus att studera vilken kraft som skulle behövas i elektromangeten för att täcka in hela produktintervallet, upp till 20 kg, som var kravet i kravspecifikationen. På grund av begränsad utrustning kunde inte antal varv i spolen varieras utan, den hölls konstant på 600 varv i alla test. Det som varierades i tested var strömstyrkan. Figur 15 är bild från testet. Steg 1 i beräkningen var att ta reda på den maximala kraft som fanns i elektromagneten vid testet. Figur 15 – Examensarbetaren anteckningar data. Steg 2 var att utifrån den maximala kraft som tagits fram från steg 1, göra ett antagande för hur mycket mer kraft som skulle behövas för att lyfta dubbla vikten, det vill säga den största vikt lyftdonets skulle klara av att lyfta. Antagandet som gjordes var att kraften som minst skulle behövde vara tre gånger så mycket som kraften från test 1. 3.5.3 Visualisering Med programmet Autodesk Inventor Professional 2014 skapades visualiseringar och simuleringar av hur lyftdonet var tänkt att hantera olika produktstorlekar. 16 4 Resultat I detta kapitel redogörs resultat för de ingående faserna som projektet innehåller. 4.1 RESULTAT AV FÖRSTUDIE Följande avsnitt redogör resultatet av förstudien. 4.1.1 Dagens arbetsplats Detta avsnitt behandlar resultatet från den nulägesbeskrivning som gjorts med avseende på dagens arbetsprocess samt produktsortiment. 4.1.1.1 Målningsprocess I figur 16 nedan redogörs arbetsprocessen genom en schematisk bild över hur de manuella lyften idag ser ut på målningsstationen. Det är i huvudsak fyra manuella lyft som görs av en operatör per produkt. Figur 16 – Arbetsprocess över manuella lyft Nedan följer en detaljerad beskrivning av hur arbetsprocessen går till. 1. Första steget i arbetsprocessen är att en korg med borrkronor anländer till målningsstation, se figur 17. Denna order består av produktmodellen ”Rymmare”, läs om modellen under 4.1.1.2 - Produktsortiment. Problematiken i detta skede är att produkterna ligger oordnat och det är svårt att få grepp om dem. Det medför även en klämrisk då produkterna kan åka omkull på operatörens hand. Figur 17 – Inkommande korg med produkter för målning. 17 2. Med hjälp av en truck lyfts korgen, innehållande borrkronor, upp på ett vickningsbord som står intill målningsmaskin, se figur 18. Vickningsbordet vinklas upp genom reglage som styrs mekaniskt. Figur 18 – Vickningsbord. 3. Vidare laddar operatören målningsmaskinen. Detta sker med ett manuellt lyft från korg till målningslinje, se figur 19. Problematiken i denna operation är att operatören upplever en viss vridning i samband med lyftet, vilket upplevs som tungt vid de större produkterna. Borrkronorna ställs ståendes på ett pinnställ. För att starta målningsprocessen trycker operatören på den gröna knappen. Figur 19 – Operatören ställer upp produkter i målningsmaskin. 18 4. Operatören fäster etiketter på den färdigmålade borrkronan. 5. Borrkronan besprutas med en invändig skyddsolja. Detta sker med ett manuellt tryck nedåt. 6. Efter invändig skyddsolja sker ett manuellt lyft ned i förvikta förpackningslådor. Detta lyft är påfrestande för axlarna då operatörerna oftast lyfter en produkt i varje hand. 7. Förpackningslådan läggs i en större låda som är redo att skeppas iväg till färdiglager. 4.1.1.2 Produktsortiment Företaget har en bred produktkatalog med stor variation i produkternas prestanda. Överlag finns en rad parametrar som skiljer produkterna åt. Parametrarna är: Vikt Storlek Antal hårdmetallstift Placering av hårdmetallstift Olika typer av stift Antal spolhål Placering av spolhål Kronans huvud Sidospår Ovanstående faktorer varierar beroende på vilken typ av berg produkten skall bryta. Beroende på vilken bergsort borrkronan är avsedd för att bryta, varierar utseendet. Borrkronorna är indelade i olika produktgrupper där de mindre kronorna kallas ”Småkronor”. De produkter som är större sett till diametern går under produktgruppen ”Stora borrkronor”. Vidare tillverkas specialkronor som kallas ”Retrac”. Den sista produktgruppen är ”Rymmar”-modellen. Bilderna som visas i följande avsnitt är inte proportionerliga. Produktgruppen ”Småkronor” innefattar de minsta kronorna från ∅33 mm upp till ∅57 mm. Gällande vikt är dessa produkter lätta jämfört med övriga grupper då de endast väger cirka 0,4-1,2kg. Figur 20, illustrerar en viss variation i bland annat kronhuvudets utformning, antal hårdmetallstift samt placering av stiften. Figur 20 – Tre exempel på de “små” produktmodellerna. De större kronorna tillverkas i ∅64 mm upp till ∅165 mm, betydligt större än ”Småkronorna”. Viktmässigt väger den minsta cirka 2 kg och den tyngsta 15 kg. Det som skiljer denna grupp mot de ”småkronorna” är att dessa produkter är avsedd för att borra större hål och bryta mer material. Figur 21 illustrerar två olika modeller där bland annat stiftplacering, spolhål och geometri varierar. 19 Figur 21 – Två exempel på stora borrkronor. Retrac-borrkronan är en specialprodukt med en utformning som möjliggör en smidigare process då borrkronan skall dras tillbaka upp från borrhålet. Genom dess specialdesignade baksida, bryts även material på tillbakavägen vilket bl.a. medför en miniskad risk att borrkronan fastnar i borrhålet. Retrac-borren har spår längs dess sidor för att möjliggöra bortbrutet material effektivt förs undan. Modellen tillhör de större som tillverkas där dimensionerna varierar mellan ∅51 mm till ∅152 mm. Viktintervallen för Retrac-borrarna är mellan 1,2 kg upp till 18 kg. Se figur 22 för en Retrac-borrkrona. Figur 22 – Exempel på Retrac-borrkronor. Den sista produktgruppen som tillverkas är ”Rymmare”, se figur 23. Dimensionerna varierar mellan ∅ 64 mm och ∅ 204 mm. Den tyngsta ”Rymmaren” uppgår till cirka 40 kg medan den minsta väger ungefär två kg (observera att den tyngsta kronan detta projekt berör uppgår till max 20 kg). Rymmaren är en fördelaktig modell i viss avseenden. Utseendemässigt skiljer den sig väldigt mycket från de andra modellerna. Det som gör den speciell är dess framparti är konstruerad för att göra en förborrningsoperation innan det större kronhuvudet börjar borra. Figur 23 – Två exemplar på hur Rymmare kan se ut. 4.1.2 Analys av nuläget Följande avsnitt presenterar den analys som gjort på avdelningens målningsstation samt produktmodeller. 4.1.2.1 Arbetsmiljöstudie Detta avsnitt redogör den analys som gjorts på målningsstationen och operatörernas arbetsmiljö. För sammanställning av undersökning och bedömning av risker, se bilaga 2 och för sammanställning av intervju med operatör, se bilaga 3. Av sekretesskäl får inte produktionsvolymer nämnas. Från intervjuer och 20 observationer kan det dock sägas att produktionstakten är mycket hög. Vad som även kom fram från intervjuerna är att de mindre produktmodellerna tillverkas mer frekvent än de större modellerna. Detta innebär att belastningen för de olika produktgrupperna upplevs olika, detta kom bland annat fram från den intervju som genomfördes. Vikterna för de mindre produkterna ligger mellan 0,5-1,2 kg vilket kan tyckas inte är en stor påfrestning för kroppen, men eftersom volymerna är stora blir arbetet repetativt. Arbetsmiljöverket menar att det räcker med armarnas egentyngd för att leder och muskler ska belastas och kunna ta skada om arbete sker repetitivt under en längre tid (AFS, 2012:02, s 15). Kontentan av detta är att då de mindre produktmodellerna produceras blir arbetet repetativt. Teoridelen redogör för en studie som arbetmiljöverket har gjort där statistik visar att just repetativa uppgifter är den vanligast förkommande arbetsrelateade arbetssjukdomen i Sverige. Det är ett tydligt tecken på att just repetitiva arbetsmoment i längden innebär en ökad hälsorisk och kan direkt kopplas till dagens arbetssituation. Ur den intervju som genomfördes med en operatör på frågan: ”Har du någon gång haft ont eller varit sjukskriven på grund av arbetsbelastning?” blev svaret att denne haft värk i både nacke och rygg. Detta kan direkt kopplas till Arvidsson och Nordanders (2014) sammanfattande rapport, där de belyser att det finns vetenskapligt stöd mellan repetitivt arbete och annat axel- och skuldersmärta. Arbetsmiljöverket har vidare rekommendationer för hur ett lämpligt arbetsområde kan vara utformat, se figur 6 i teoriavsnitt. Analys från observationer av arbetsplatsen visar att första momentet, lyft från korg till pinnställ, tenderar till en vridning i bålen och överskridning av det lämpliga arbetsområdet. Detta var även något som även bekräftades från den intervjun som gjordes. Vridningen som har identifierats kan i det långa loppet förorsaka skada på rygg i form av diskbrock, detta redogörs i teoridelen. Enligt arbetsmiljöverkets föreskrifter skall arbetshöjden vara mellan ca 100-140 cm för män och ca 80-110 cm för kvinnor (AFS, 2012:2, s 20). Resultatet av arbetsmiljöundersökningen som gjorts visar att lyften på målningsstationen sker på mellan 70-110 centimeters höjd, se bilaga 2. Detta innebär att arbetsplatsen lämpar sig bättre för kvinnor sett till arbetshöjden. Arbetsbetshöjden för den genomsnittliga mannen innebär ett böjningsmoment framåt vid flera operationer, även om den inte är stor. Detta är dock en rörelse som bör undvikas när det gäller tunga lyft för att inte ge skador på ryggen. Det gäller även om lyft sker med lägre vikter med många repetitioner. Gällande de större borrkronorna kan produkterna väga upp till 20 kg. Dessa risker kan direkt kopplas till den intervju som genomfördes. Operatören upplevde de tyngsta produktmodellerna som det arbetsmoment som var av störst belastning. Personen hade under sin anställning haft skadekänningar i både axlar och rygg. 21 4.1.2.2 Produktanalys Det som är gemensamt för alla kronor är att råämnet är magnetiskt, se figur 24, vilket innebär att det i teorin är möjligt att lyfta produkterna med hjälp av magnetteknik. Vidare kan slutsatsen dras att alla produktermodeller förutom ”Rymmaren” har liknande utseende. Hårdmetallstift är belägna på toppsida vars materiella egenskaper inte är desamma som råämnets. Stiften är Figur 24 – Borrkronor är magnetiska på grund av dess inte magnetiska, vilket medför en råämne av järn. problematik med att försöka lyfta en produkt med magnetism ovanifrån. Stiften har en utstickande geometri och placeringen varierar mycket för olika de olika produktmodellerna, se figur 25. Figur 25 – Fyra olika produktmodeller med olika utformningar på bland annat stift, spolhål och sidospår. En analys av produktmodellerna från figur 25 är att hårdmetallstiften samt råämnet är approximativt jämt fördelat sett ur area-perspektiv ovanifrån. Det innebär att det skulle finnas en möjlighet att lyfta en produkt med hjälp av magnetteknik om magnetismen kommer i kontakt med tillräckligt stor yta av råämnet. Något som är gemensamt för produkterna är att förekomsten av spolhål. Dessa spolhål är en potentiell lyftpunkt som skulle kunna utnyttjas för att lyft ovanifrån. Nackdelen med spolhålen är att de förekommer i många olika variationer, se figur 26. Spolhålen varierar genom antal, ingångsvinklar, diameter, samt distans mellan varandra. Ifrån studiebesöket från Laxå, 3.4.1 – Studiebesök ansåg Georg och Mårten att spolhålen var en potential lyftpunkt. Figur 26 – Förtydligande bild av möjlig grippunkt. Sidospåren på kronhuvudet skulle kunna fungera som en ficka att komma åt med ett lyftdon, se figur 26. Sidospåren förekommer på alla modeller i liknande utformning vilket är gemensam nämnare som tyder på att det är en möjlig lyftpunkt. Eftersom ”Rymmarens” utformning varierar drastiskt från de övriga modellerna, skulle en potentiell lösning vara ett eget lyftdon till just den produktgruppen. 22 4.1.3 Resultat av benchmarking Lyftdon är länken mellan lyftarm och lyftobjekt. Utformningen av ett don återfinns i olika varianter beroende på vad som skall lyftas. Inget don är perfekt, utan alla modeller har sina begränsningar. Ett fungerade don är en avgörande förutsättning för att möjliggöra ett bra lyft. Lyftdon återfinns på många ställen. Det absolut vanligaste lyftdonet som finns bland oss är den naturliga människohanden. Om människohanden betraktas som ett mekaniskt gripdon ses den som väldigt flexibel och anpassningsbar. På dagens marknad finns det lösningar som liknar människans egen hand och fingrar. Företaget SCHUNK har utvecklat ett gripdon som efterliknar människans hand på ett mycket snarlikt sätt, se figur 27. Företaget beskriver det som ”a vision becomes reality” och menar att gripdonet är väldigt pålitlig och precis i sitt utförande (Schunk, u.å.). Företaget har även ”enklare” modeller, se figur 28. Figur 28 – Flerledat trefinger-gripdon. Figur 27 – Gripdon som efterliknar människohanden. Inom den industriella sektorn finns många olika lösningar av lyftdon där de används både till automatiserade robotsystem och manuella lyfthjälpmedel. Det finns i huvudsak två sätt att lyfta ett objekt och det är antingen ovanifrån eller från sidan. I vissa moment lämpar det sig bättre att hämta objektet ovanifrån medan det i andra fall lämpar sig bättre att göra operationen från sidan. Detta är givetvis beroende på vad som ska lyftas och med avseende på vikt och objektets geometri. Lyftdonstekniker kan delas in olika delar som innefattar en uppsjö av olika varianter. Teknikerna för lyftdon kan delas in i grupperna: ”Grip”-don, ”Magnet”-don samt ”Vakuum”-don. 4.1.3.1 Grip-don Denna modell bygger på att donet har ”fingrar” som omsluter objektet och griper tag. Gripdonet är effektivt och användningsområden för denna teknik är många. Modeller som är konstruerade med antingen två eller tre ”fingrar” och de vanligast förekommande modellerna eftersom de oftast fyller de grundläggande krav som ställs i en produktion. I figur 29 ses exempel på 3-fingerdon och figur 30 på 2-fingerdon. Just dessa modeller är framtagna av de tidigare nämnda företaget SCHUNK som har en bred produktkatalog med stor variation gällande gripdon för automatiserad tillverkning. 23 Figur 30 – 2-fingerdon Figur 29 – 3-fingerdon Det finns en uppsjö av olika varianter som lämpar sig till olika operationer och beroende på hur lyftobjektet ser ut. Modellerna har varierat utseende som är anpassad till lyftobjektets geometri. Vid lyft ovanifrån kan lyftobjektet låtas vila på gripdonets backar, se figur 31, istället för att ”klämma” ihop donets käkar mot lyftobjektet. Detta är en bra metod för att inte lämna märken på lyftytan. I andra fall kan ett grepp inifrån, vid till exempel ett rör, lämpa sig bättre. Det finns med andra ord många olika grepp beroende på vad som skall lyftas. Figur 31 – En lyftteknik som är “snäll” mot lyftobjektet Gemensamt för alla dessa gripdon är att de styrs av en kraft. Detta kan ske via pneumatik, hydraulik eller el. Från besöket i Laxå kunde för- och nackdelar identifieras för de olika styrningarna. Georg och Mårten beskrev hydrauliken som att den genererar störst kraft men att den är dyr. Vidare menade de att pneumatisk styrning är vanlig och förekommer i stor utsträckning men även den är dyr. Den sistnämnda el-styrningen med servo, blir allt mer vanlig då den är betydligt billigare än de övriga alternativen. För att effektivisera produktioner finns det lösningar som kombinerar fler gripdon i ett, se figur 32. Företag idag kan i vissa fall köra med fler gripare för att möjliggöra en effektivare produktion. Vid denna typ av multi-gripdon är det även vanligt att donet består av gripare med olika användningsområden. I praktiken skulle det kunna se ut på så vis att ena gripdonet hämtar ”råämne”, medan den andra griparen hämtar objektet från maskinen när det till exempel har bearbetats. Figur 32 - Exempel på en robot med fem gripdon på samma robotarm. 24 4.1.3.2 Magnet-don Magnetiska lyftdon har funnits länge och är vanligt förekommande för att bland annat förflytta stålskrot, se figur 33. Detta lyftdon är en så kallad elektromagnet. Elektromagnetism är en teknik som förekommer hos många lyftdon och företag som till exempel SCHUNK har flertalet modeller av detta slag, se figur 34. Fördelar med tekniken är att dess flexibilitet och snabbhet, men även att styrkan i ”greppet” är mycket bra. En till fördel är att magnetdonet endast behöver en yta för att utföra lyftet jämfört med ett vanligt gripdon som behöver två eller fler grippunkter. För användning av magnetdon krävs det dock att lyftobjektet är gjort av stål, järn eller andra metaller samt att lyftytan måste vara ren och plan. Om objektet inte har de rätta matriella egenskaper uppstår ingen magnetism mellan don och material. Magnetdonen förekommer som don till automatiserade robotar men även som manuella hjälpdon. Figur 34 – Exempel på Schunks magnetlyftdon. Figur 33 – “Jätte”-magnet för att lyfta skrot. 4.1.3.3 Vakuum Det finns olika vakuum-don på marknaden som i stort sätt fungerar som en sug-propp som sätts på den yta som skall lyftas. Sugproppen skapar ett vakuum mellan yta och propp vilket medför att donet och ytan sugs ihop. Det finns många olika typer av utformningar, mycket beroende på hur stor lyftkraft donet har. Ett vanligt användningsområde för donen är när större skivor, paket eller pallar skall förflyttas. Figur 35 – Vakuum-lyftdon Precis som ”magnet”-donet griper den tag på endast en yta, vilket är en speciell egenskap som är mycket användningsbart inom vissa produktioner. Vid studiebesöket i laxå, läs 3.2.4 – Studiebesök, testades olika vakuummodeller. Resultatet från detta var att vakuumtekniken uteslöts då greppet inte blev tillräckligt bra på borrkronas toppsida, se figur 35 för liknande modell som testades. 25 EMPIRE-Robotics har utvecklat gripdonet VERSABALL som sticker ut från mängden, se figur 36. Den gröna bollen är fylld med ett sandlikande material. När bollen fylls med luft blir den mjuk och kan därigenom omsluta det objekt som skall lyftas. Då objektet är omslutet tvingar man ut luften från bollen och det resulteras i att objektet sitter fast i gripdonet. Därmed kan objektet förflyttas. En smart lösning som kan hantera alla material vilket är en stor fördel vid jämförelse mot till exempel Figur 36 – VERSABALL-lyftdon magneten som bara lyfter vissa metaller. Lyftkraften är dock begränsad. (Empirerobotics, 2014) 4.1.4 Kravspecifikation Resultatet av kravspecifikationen mynnandes ut i krav med varierande prioritet gällande viktning. I huvudsak är de främsta grupperna i kravspecifikationen: funktionskrav, kvalitet och säkerhet. Följande tre faktorer utgör huvudgrupper med fler underliggande beskrivningar. Angående funktionskrav är högsta prioritet att ha möjlighet att ta hela produktsortimentet från ∅30 – 170 mm. Att lyftdonet ska klara av lyft upp till 20 kg, är även det av högsta prioritet. Kvalitetsaspekten är en kritisk del. Lyftdonet får inte ge materiella defekter och inte heller ge något som form av märken på produkternas ytfinish. Precisionen är även den faktor som skall vara av högsta kvalitet där lyftdonet skall ha ett bra grepp. Sista huvudgruppen i kravspecifikationen som sticker ut är säkerheten. Det är av hög prioritet att lyftdonet kan möjliggöra ett säkert lyft, t.ex. vid en hastig rörelse eller vid funktionsfel. För kravspecifikationen i sin helhet, se bilaga 4. 4.2 RESULTAT AV IDÉFAS I detta kapitel redogörs för de idéarbete som de kreativa metoderna resulterade i. Denna del redogör för de tre grundidéer som ansågs vara de med störst potential. Här illustreras skisser och hur de är tänkta att fungera. För att se övrigt resultat från idéfasen se bilaga 5. 4.2.1 Idéarbete Den första metoden, katalogmetoden, som användes i idéarbetet resulterade i en första idémängd. Resultatet blev även en fördjupad förstående för de olika teknikerna (Vakuum, magnetteknik, grip) och med avseende för vilka modeller som fanns. De idéer som kom fram var kombinationer av befintliga lyftdon. En idé som kom fram var att använda vakuumproppar som angrep runt stiften. Brainstorming och workshopen resulterade i den idébank som beskrivits tidigare i rapporten. Brainstormingen öppnade upp idérymden och tillät 26 examensarbetaren och de inbjudna gästerna att ta ut svängarna. Till exempel kom ”Spaghetti”-idén till som ett resultat av att tänka annorlunda. Brainstormingen resulterade även i ett logisk tänkande, för vad som ansågs logiskt. Här kom det fram en ”2-stegsmodell”, som utnyttjar två don i ett. Till exempel att ett vanligt gripdon greppar objektet och en enklare magnet sätter ned objektet. En spännande idé som även kom fram var ”magnetröret” som består av ett tunt rör som omsluter lyftobjektet. Dess tunna profil gör den smidig samtidigt som den har en bra kontakt på objektet. Workshopen var den metod som tog fram störst idémängd sett till antalet men mycket som tagits upp under brainstormingen återkom. Resultatet var väldigt blandat med allt ifrån ett lyftdon likt bläckfisksarmar till att försöka efterlikna ett ankare för att greppa borrkronan inifrån. Även då dessa idéer ansågs som ”konstiga” finns det egenskaper i dessa som tillslut skulle återfinnas i de idéer som gick vidare i arbetet. Brainstormingen och workshopen resulterade båda i flertalet idéer som ansågs vara likartade. Kombinationsprocessen resulterade i ett kluster som tog ned idémängden men som inte utlämnade någon idé. Utifrån resultatet av metoderna skapades en idébank, se bilaga 5. De Bonos svarta hatt användes för att se kritiskt på de idéer som tagit fram. Metoden resulterade i följande resonemang: 1. Magnetrör: I grunden en bra idé, men har en brist i att kunna vara flexibel då röret varken kan utvidga sig eller bli mindre i sin dimension. 2. Smart-fingers: En avancerad teknik som ställer hög krav på ett tillförlitligt system. 3. Magnetpåse: Fungerar tekniken? Eventuell restspänning i materialet? 4. Ankare: behöver precis som ”smart-fingers” ett system för att hitta på spolhålen. Hur dras donet sedan tillbaka upp ur hålet? 5. Sugpropp: Är sugförmågan tillräcklig för att lyfta de största produkterna? 6. Spaghetti: Hur ska donet kunna flexa vertikal riktning? 7. 2-stegs-don: Upplevs oflexibel och det ena gripdonet riskerar att lämna märken i lyftobjektet. Utifrån ovanstående resonemang resulterade det i tre stycken grundidéer som togs vidare i projektet. 27 4.2.2 Grundidéer Föjande avsnitt redogör för det idéer som togs vidare från Idéarbetet. 4.2.2.1 Smart-fingers Denna idé utnyttjar borrkronornas sidospår samt spolhål för att få grepp om borrkronan. Spolhål samt sidospår är något som återfinns på alla produkter vilket utmynnar i bra möjligheter till lyftpunkter. Idén fungerar på så sätt att två eller tre fingrar, via ett lokaliseringssystem, letar rätt på grippunkterna. Utformningen av fingrarna kan antingen bestå av en elektromagnetisk teknik eller bara fungera genom tryck. Vid hantering av de mindre produkterna skulle det kunna se ut på så vis att fingrarna fungerar som magneter som lyfter från ovandelen, och vid tyngre lyft använder sig av sidospåren eller spolhål. Detta är en idé som förlitar sig på ny teknik vad gällande lokaliseringssystem. Se figur 37 för skiss. Figur 37 – Idéskiss, Smart-fingers 4.2.2.2 Magnetpåse-idé Magnetpåse-idén bygger på en påse som innehåller stålkulor. Donet förs ned mot kronan där järnkulorna således fördelas ut på kronas toppsida. Eftersom hårdmetallstiften inte är metalliska är tanken att kulorna skall angripa borrkronans toppsida. Vidare skapas en kraft mellan toppsida och järnkulorna, med hjälp av elektromagnetism, som gör att donet lyfter kronan. Se figur 38 för skiss. Figur 38 – Idéskiss, Magnetpåse. 28 4.2.2.3 Spaghetti-idé Denna idé bygger på samma teknik som ”Magnetpåsen” men är istället inspirerad från en bunt spaghetti. Idén som sådan består av rundstavar i järn som är cylindriskt placerade, se figur 38. Tanken är att rundstavarna förs ned mot borrkronans toppsida där stavarna kommer anpassas i höjdled utifrån borrkronans utformning. Med hjälp av elektromagnetism skapas ett magnetfält i ändarna som kommer i kontakt med borrkronans toppsida. Tanken är att stavarna har inbyggda fjädrar vilket får dem att återgå till sin startpositiondå lyftet är utfört. Se figur 39 och 40 för illustration av Spaghetti-iden. Figur 40 - Spaghetti-idé. 29 Figur 39 – Idéskiss snett ovan. 4.3 RESULTAT AV KONCEPTFAS I kommande fas redovisas resultatet av konceptfasen. 4.3.1 Funktionsmodeller och test I detta avsnitt redogörs resultatet av de funktionsmodeller som byggts och resultatet för de tester som sedan genomförts. 4.3.1.1 Smart-fingers Funktionsmodellen för detta koncept skapades genom rundstavar i stål med en tejp lindad runt om för att öka greppet i kontaktytan mellan don och borrkrona. Stavarna ska efterlikna fingrar som skall lokaliseras till spolhålen med hjälp av ett lokaliseringssystem. Som beskrevs i 4.2.2.2 – Smart-fingers kan konceptet bestå av magnetiska fingrar, men denna egenskap hade inte funktionsmodellen utan fokus låg istället på att testa greppförmågan i spolhålen. Resultatet från testet var att Smart-fingers fick ett bra grepp i spolhålen. Greppet som skapades i spolhålen var beroende på trycket som sattes samt hur långt ned fingrarna gick i spolhålen. Trycket sattes med hjälp av handkraft. Se figur 41 för funktionsmodell. Figur 41 – Bild av Smart-fingers funktionsmodell. 30 4.3.1.2 Magnetpåse Magnetpåsen är uppbyggd av en järnkärna som löper igenom en spole. På järnkärnan sitter en fastmonterad ballong innehållandes järnkulor ( ∅ 4,5 mm). Med hjälp av en transformator kan strömmen regleras av och på. Då strömmen är avslagen kommer kulorna ligga löst i ballongen, men då strömmen slås på kommer järnkulorna bli magnetiska. Se figur 42 för funktionsmodell. Resultatet från testet gav en god indikation på att konceptet fungerade. Greppet och styrkan Figur 42 – Funktionsmodell för i magneten fick, tack vare järnkulornas Magnetpåse. förmåga att anpassa sig efter stiften, en god kontakt med borrkronans råämne. Resultatet upplevdes stabilt. Se figur 43 för en bildserie från testet. Figur 43 – Bildserie från test av Magnetpåsen. 31 4.3.1.3 Spaghetti Funktionsmodellen som ses i figur 44 är utformad med magnetstavar som representerar en bunt spaghetti. Funktionsmodellen har ett plasthölje med magnetstavar som anpassar sig i höjdled då modellen sätts ned mot borrkronan. Med hjälp av ett reglage på sidan, kan modellens stavar ställas av och på. Magnetstavarna gav en indikation på god funktion. Eftersom magnetstavarna var smala och starka blev kontakten mot borrkronans toppsida stark. Trots att funktionsmodellen inte var anpassad till en rund form, upplevdes kontakten stabil och tillförlitlig. Figur 44 – Funktionsmodell, spaghetti-idé. 4.3.2 Konceptutvärdering Utifrån de tester som gjordes, sammanfattades en konceptvärdematris för att jämförda konceptena sinsemellan. För resultat se figur 45 samt bilaga 6 för en större version. Figur 45 – Konceptvärdematris. Resultaten från matrisen visar att Smart-fingers inte riktigt kunde mäta sig med de andra två koncepten. Konceptet resulterade dock i ett bra grepp då rätt tryck sattes. Från testen gjordes bedömningen att Smart-fingers skulle läggas åt sidan i förmån för att utvärdera de andra koncepten vidare som presterat bättre. Spaghetti och Magnetpåsen hade många liknande egenskaper och på många av punkterna som observerades var det endast små detaljer som skiljde dem åt. En aspekt som noterades från testet var att Magnetpåsen upplevdes smidigare och mer flexibel än Spaghetti-modellen. Ytterligare en skillnad var den upplevda hållbaraspekten. Här ansågs Spaghetti-konceptet bättre eftersom Magnetpåsens funktionsmodell var uppbyggd av en ballong medan Spaghetti-modellen var i stål. Resultatet av testen var att två funktionsmodeller presterade väl. Utifrån ovanstående resonemang samt värdematrisen, togs beslutet att arbetet skulle gå vidare med Magnetpåsen. Slutkonceptets design kommer dock inte ha möjlighet att hantera hela produktintervallet från ∅ 30-170 mm, däremot beräknas 2-3 lyftdonsdimensioner göra detta. Spaghetti-konceptet beräknades behöva 4-6 storlekar på donen för att täcka hela produktsortimentet. Detta var en avgörande 32 del i beslutet att fortsätta med Magnetpåsen. Examensarbetaren ansåg även att Magnetpåse-konceptet hade en god chans att förbättras i avseende på elektromagneten men framför allt i materialvalsaspekten. Elektromagneten kunde i teorin göras betydligt starkare än den som testades vilket skulle innebära ett starkare grepp om produkterna. Angående materialet kunde en vidare fördjupning göras gällande lämpliga material. 4.4 RESULTAT AV DETALJDDESIGNFAS I följande avsnitt redogörs den avslutande fasen i projektet. 4.4.1 Materialrekommendationer Följande avsnitt är resultatet av den materialvalsfördjupning där tre materialval tagits fram som rekommendation för det slutliga konceptet i ”påsen”. Dessa material ansågs vara bra nog för att i ett framtida lyftdon implementeras. Gemensamt för alla dessa material är att de är mycket flexibla och starka. 4.4.1.1 Aramid-fiber Aramidfiber, även kallat kevlar är ett material med mycket hög draghållfasthet samt rivstyrka och är flexibel då det används i bland annat skärhandskar, se figur 46. Aramidfibern används även i skottsäkra produkter vilket tyder på att materialets egenskaper är mycket hållbart (Viebke, 2003). Figur 46 – Aramid-handskar. 4.4.1.2 Dyneema Detta material är en termoplastbaserad fiber. Dyneema-fibern är en konkurrent till aramidfibern och har även tagit över deras ledande status bland högpresterande material. Materialet är jämfört med aramid-materialet, mindre känsligt mot UV-ljus och tål knutar och skarpa böjar bättre. Återfinns i till exempel arbetshandskar (Viebke, 2003). Se figur 47 för exempelbild. Figur 47 - Dyneema-Fiber 4.4.1.3 Polyamid-fiber Polyamid som även kallas nylon är en mycket stark syntesfiber som har en mycket flexibel form samtidigt som brottstyrkan och slitstyrkan är hög (Viebke, 2003). Väven används i bland annat tält, kläder och handskar. 4.4.2 Utformning av elektromagnet Resultatet av nedanstående test redogör för vilken specifikation elektromagneten minst behöver ha för att kunna utföra ett säkert lyft av de testade produkterna. 33 Test 1: ∅44 mm, vikt: 0,5 kg. Krav på elektromagnet: Antal varv i spole: 600 Strömstyrka: 4 ampere Test 2: ∅65 mm, vikt: 1,5 kg. Krav på elektromagnet: Antal varv i spole: 600 Strömstyrka: 5 ampere Test 3: ∅65 mm, vikt: 10 kg (Här lades externa vikter på samma krona som i test 2). + 8,5 kg Krav på elektromagnet Antal varv i spole: 600 Strömstyrka: 9 ampere Resultatet från test 3 visar att en spole på 600 varv, en strömstyrka på 9 ampere och med rätt utformning på ”påsen” klarar av en god hantering upp till max 10 kg. Denna vikt var den ”maxvikt” som utrustningen klarade av och som kunde testas. Enligt nedanstående uträkning innebär det kraften från lyftdonet till borrkrona blir 2931 N. (2) 2 2 −7 (N*I) *K*A (600*9) *π*10 *4*0,016 F= = = 2931 N 2*G2 2*0,012 Detta innebär att en hantering av borrkronor på 10 kg krävs en kraft i elektromagnet på 3 000 N. För att beräkna de olika komponenterna i en elektromagnet som skulle klara produkter upp till 20 kg, gjordes ett antagande att kraften från järnkärnan skulle behöva uppgå till ca 6 000 N, alltså tre gånger kraften för dubblad vikt på borrkronan. För att uppnå högre kraft ökades antal varv i spolen till 900, istället för 600 som användes tidigare. (3) 2 2 −7 (N*I) *K*A (900*9) *π*10 *4*0,016 F= = = 7410 N 2*G2 2*0,012 34 Formel (3) visar, utifrån det antagande som har gjorts, att det skulle räcka med att öka spolen till 900 varv för klara av den antagna kraften med samma strömstyrka. Resultatet redogör även för att antal varv i spolen har stor inverkan på den kraft som skapas. Det skulle teoretiskt även gå att sänka strömmen och öka varven för att få ut samma kraft. 4.5 SLUTKONCEPT Resultatet av slutkonceptet: Magnetpåsen, illustreras ur följande avsnitt. För att täcka in hela produktsortimentet ( ∅ 30-170 mm) beräknas det krävas två dimensioner av Magnetpåse-konceptet, se nedan i storlek 1 och 2. För produktmodellen “Rymmare” har inget specifikt lyftdon tagits fram, utan för den produktmodellen ges en rekommenderad lyftdonslösning. Figur 48 illustrerar slutkonceptet. Figur 48 – Renderad bild på lyftdonskoncept då den greppar en borrkrona. 4.5.1 Storlek 1 - ∅30 – 102 mm Första storleken av koncpetet hanterar produkter mellan ∅30 mm upp till ∅102 mm. Produkterna i detta dimensionsintervall uppgår enligt material från Peter Nilsson till 7,5 kg. Elektromagneten skulle förslagsvis kunna utformas med en kraft på cirka 3 000 N, eftersom det var den beräknade kraften för lyft upp till 10 kg. 4.5.2 Storlek 2 - ∅100 – 170 mm Den andra storleken av konceptet är utformad till dimensionerna ∅102 upp till och med ∅170. Konceptet har i jämförelse med ”Storlek 1” en större utformning på ”påsen” som kan hantera större dimensioner, samt en starkare elektromagnet. Dessa produkter väger enligt uppgifter från Peter Nilsson upp till 20 kg därför rekommenderas en spole med 900 varv med samma strömstyrka. 35 4.5.3 Lyftdon för Rymmare Eftersom Rymmar-modellen har ett säreget utseende, är resultatet av de analyser som gjorts att den lösningen består av att använda ett befintligt lyftdon. Här ges med andra ord enbart en modellrekommendation. Rekommendationen till företaget är att använda sig av ett koncentriskt 3-fingerdon av märket SCHUNK (Schunk, 2015), se figur 49. Eftersom ”Rymmarna” har en ”hals” är resultatet av analysen att detta är ett väl anpassat don för att ta tag om midjan. Detta ställer dock krav på att donets längd är tillräckligt långt. Det som bör ses över här är att backarna är tillverkad i en lämplig plast för att inte göra märken i ytan. Tidigare i figur 35 illustreras en lyftteknik som skulle kunna implementeras i denna lösning. Figur 49 – Exempel på lösning till “Rymmare”. 36 5 Utvärdering av koncept Slutkonceptet visar, med hänvisning till de tester som gjorts under projektet att konceptet har potential till att fungera i en framtida produktion. Sett till kraven i kravspecifikationen, se bilaga 4 – Kravspecifikation, uppfyller konceptet redan idag många av de kraven som ställs. ”Magnetpåsens” design möjliggör en smidig nedsättning i den tänkta förpackningslådan. Designen möjliggör även en hantering av hela produktsortimenten, dock med två olika dimensioner på lyftdonets påse. Detta projekt har bevisat att konceptet fungerar på lyft upp till 10 kg. Utifrån de beräkningar som gjorts förväntas lyftdonet klara av den kravställda vikten på 20 kg med kraftigare utrustning. Detta är dock något som måste arbetas vidare med. Utifrån övriga funktionskrav är resultatet från denna utvärdering att konceptet klarar av dessa. Gällande kravspecifikationen kvalitetspunkter är dessa något som konceptet uppfyller då det inte är något som trycker och skadar ytan. Det som kan anses som ett litet frågetecken är de slitagedelar som skall klara 1 års användning. Konceptets slitagedelar är inte optimerade utan behövs i ett vidare arbete undersökas mer. Angående säkerhetsaspekterna för konceptet får de anses som goda utifrån de tester som gjorts. Slutsatsen från testerna är att greppförmågan är tillräckligt stark för att anses som ”säker”. Vid funktionsfel har elektromagneten ett ”backup”batteri som gör att den inte släpper objektet vid strömavbrott. Kontentan av utvärdering är att det finns många styrkor men är även svagheter. De svagheter som finns är att det behövs mer testar och utveckling för att säkerställa en god funktion. Resultatet av detta projekt redogör för ett bra grundkoncept som tas vidare. Konceptet som är framtaget har en begränsning i materialvalet i ”påsen” med avseende på slitstyrkan. Funktionsmodellen som testades var av gummi samt ett nylonmaterial vilket inte är en slutlig lösning. Dessa material kommer inte ha möjlighet att uppfylla den levnadstid som är upprättad i kravspecifikationen. Detta är något som måste vidareutvecklas men bedöms vara en faktor som inte är ett framtida problem. Magnetpåse-konceptet är säreget och innovativt, samtidigt som det finns en relevans och stark anknytning till befintlig magnetteknik. Eftersom konceptet bygger på en teknik som idag är vanligt förekommande bland lyftdonleverantörer krävs det ingen teknikutveckling vilket talar för konceptet. Lösningen bygger på en idékombination av modellen ”VERSABALL” och den snabbt växande elektromagnettekniken, se figur 50. Tillsammans med dessa hopslagna modeller, är resultatet ett lyftdon som är användbart för borrkronshantering. Slutkonceptet kan, vid första anblicken likna VERSBALLlyftdonet, men bygger på en annan teknik som möjliggör en bättre hantering av magnetiska ämnen, i detta fall borrkronor. 37 Figur 50 – Illustration av idékombination. Slutkonceptet får anses vara anpassat till borrkronor, men är troligtvis användbart i även andra sammanhang. Fördelen med detta koncept i jämförelse med andra lyftdon, är att det möjliggör ett lyft ovanifrån och kan angripa på en ojämn yta. Det är även därför det lämpar sig bra för lyft av en borrkrona. Lösningen påverkas inte av ojämna ytor, utan så länge lyftobjektet har magnetiska egenskaper fungerar lyftdonet. Detta koncept är en del i företagets arbete med att ta fram en ny målningsstation. Den ergonomistudie som har genomförts i samband med detta projekt tyder på att ergonomin på dagens målningsstation är av bristande kvalitet. I och med att det är en ny målningsstation skulle arbetsklimatet kunna höjas avsevärt. Utformningen av Magnetpåsen för detta projekt är gjort med järnkulor med ∅4.5 mm. Järnkulornas uppgift i konceptet är en vital del i konceptet. För ett vidare arbete skulle det vara relevant att testa mindre dimensioner på kulorna, och även testa järnpulver. Detta skulle eventuellt kunna innebära ett bättre grepp. Eftersom slutkonceptet använder sig av en elektromagnetisk teknik kommer borrkronan bli magnetisk från det att lyftdonet lyfter produkter från pinnställ ned i en förpackningslåda. Detta är något som inte märks av, men för att inte dra till stoft under leverans till kund rekommenderas en avmagnetiseringsprocess. Detta betyder att det skulle tillkomma ytterligare ett steg i produktionslinjen, men skulle kunna integreras på ett smidigt sätt. Förslagsvis skulle avmagnetiseringen kunna ske efter att en förpackningslåda blivit klar, och att den därefter på ett band åker igenom en avmagnetiserings-utrustning. Detta skulle gå helt automatiskt om man tänker ur ett cykeltidsperspektiv. Två företag som utvecklar denna teknik och som levererar utrusning är Hyab AB och Magnetomachinery (Magnetomachinery, 2015) (Hyab, 2015) 38 6 Diskussion och slutsats Till att börja med visar den ergonomiska kartläggningen av dagens arbetsplats tydliga brister. En ny målningsstation skulle innebära en avsevärt bättre arbetsmiljö för operatörerna då det manuellt tunga- och det repetitiva arbetet skulle försvinna. Även om det bara genomfördes intervju med en operatör, tror jag utfallet från fler intervjuer skulle peka åt samma håll. En person är för lite för att dra en säker slutsats, men det ger dock en fingervisning. Tillsammans med viktiga observationer kunde dock en tydlig bild över arbetsplats göras. Efter att ha jämfört all datainsamling med teorier och litteratur, är kontentan att det är en fysisk slitsam arbetsplats. En ny målningsanläggning skulle innebära en bättre arbetsplats för operatörerna med avseende på ergonomin. Resultatet av det framtagna slutkonceptet är fullt implementerbart i en ny målningsanläggning. Det är upp till företaget och projektledare för utvecklingsprojektet Peter Nilsson, att bedöma om konceptet skall utvecklas vidare. Av resultatet från projektets tester att döma, löser detta koncept den problemställning som Peter Nilsson gav inför projektstart. Med en vidare utveckling finns en god potential till ett väl fungerande lyftdon anpassad till avdelningens produkter. Även om det genomfördes en hel del tester, hade det krävts ytterligare tester med bättre utrustning för att säkerhetsställa ett helt säkert resultat av Magnetpåsen. Utrustningen för de tester som utförts möjliggjorde en maxlyft på ca 10 kg. Arbetet redogör enbart i teorin, för hur komponenter skulle se ut för lyftdonet vid tyngre lyft. 6.1 FELKÄLLOR En del i arbetet som var problematiskt och får anses som en felkälla, var arbetet med att ta fram en funktionsmodell av konceptet ”smart-fingers”. Då detta var ett koncept som till större delen innehöll avancerad teknik, var det svårt att ta fram en funktionsmodell för att testa funktionen. Det är möjligt att utfallet sett annorlunda ut vid en bättre funktionsmodell, men i slutändan är min teori att Magnetpåsen skulle stå som vinnare ändå. ”Smart-finger”-idén med att utnyttja spolhålen tror jag i grunden är en bra idé, men som inte valts att utvecklas i detta arbete. 6.2 RELEVANS OCH REKOMMENDATION Den ergonomiska undersökningen tyder även på att en ny målningsanläggning är nödvändig då dagens arbetssituation inte är ergonomisk hållbar. Rapporten redogör för både repetitiva- och tunga lyft vilket innebär en ergonomisk risk som i längden kan vara skadlig för avdelningens operatörer. Den teorihämtning som rapporten redogör för stödjer detta. Min rekommendation är att ta fram en ny målningsstation i drift snarast möjligt. Tekniken för arbetets slutkoncept finns och är idag väl beprövad vilket innebär att konceptet är av teknologisk relevans. Eftersom konceptet inte kräver någon avancerad teknik utan endast behöver maximera prestandan i elektromagneten och slitstyrkan i ”påsen”, rekommenderar jag att vidare testa konceptet med olika materialuppsättningar, som tidigare redogjorts. De material som testades i funktionsmodellerna påvisade endast att funktionen fungerade. Ur hållfasthetssynpunkt är den ej optimerad på samma sätt. Ur det avseende har rapporten redogjort för olika materialförslag som kan testas i en vidare utveckling. 39 För en vidare utveckling av detta koncept uppskattar examensarbetaren att lika mycket tid som hittills lagts ned på utvecklingen, behövs för att slutföra konceptets design. Den hittills grovt uppskattade tiden i utvecklingssyfte beräknas till 150 timmar. 6.3 SLUTSATS Det projektmål som fastställdes från projektets start var att ta fram ett förslag på lyftdonskoncept som skulle kunna hantera avdelningens borrkronor utifrån den problemställning som Peter Nilsson ställt upp. Problematiken som Peter målade upp var att det idag inte fanns något lyftdon som kunde hantera deras borrkronor ståendes ned i en förpackningslåda. Vidare skulle även en ergonomistudie tas fram för att koppla ihop den nya målningsstation med hur den skulle ha för påverkan på människan på arbetsplatsen. Slutsatsen med resultatet i hand är att ett koncept har tagits fram som är anpassat för den uppgift som har efterfrågats. Utifrån den packningsmodell som Peter Nilsson i dagens läge har tänkt sig, är resultatet av detta arbete en lösning på den problemställningen. Utifrån projektets tester som redogör för att konceptet fungerar finns ett grundkoncept att bygga vidare på. ”Magnetpåsens” unika design möjliggör en flexibel hantering av borrkronorna som kan ställas ned i lådorna ståendes. Slutsatsen från den ergonomiska kartläggningen är att avdelningen är i behov av ett modernare sätt att hantera produkterna. Detta för att i framtiden kunna förebygga belastningsskador på ett bättre sätt. 40 Referenser AFS. (2012:02). 2012:02 - Arbetsmiljöverkets föreskrifter och allmänna råd om belastningsergonomi. Hämtat från Arbetsmiljöverket: http://www.av.se/dokument/afs/afs2012_02.pdf Anbudsspecialisten. (u.å.). Vad är en kravspecifikation? Hämtat från https://anbudsspecialisten.wordpress.com/om-offentligupphandling/om-kravstallning/vad-ar-en-kravspecifikation/ den 29 april 2015 Arbetsmiljöverket. (2014). Korta arbetsskadefakta. Hämtat från Tillverkningsindustrin: http://www.av.se/dokument/statistik/sf/Af_2014_03.pdf den 28 April 2015 Arbetsmiljöverket. (u.å.). Ergonomi. Hämtat http://www.av.se/teman/ergonomi/ den 4 Maj 2015 från Bohgard, M., Karlsson, S., Lovén, E., Mikaelsson, L.-Å., Mårtensson, L., Osvalder, A.-L., Rose, L., Ulfvengren, P. (2010). Arbete och teknik på människans villkor. Stockholm: Prevent. Compotech. (2015). Hämtat från Elektromagneter: http://compotech.se/produkter/magnetiskt/elektromagneter/ den 5 Maj 2015 Daycounter, Inc. Engineering Services. (2004). Hämtat från http://www.daycounter.com/Calculators/Magnets/Solenoid-ForceCalculator.phtml den 1 Maj 2015 De Bono, E. (1989). Six Thinking hats. London: Penguin. Empirerobotics. (2014). VERSABALL. Hämtat från http://empirerobotics.com/ den 12 Maj 2015 Fors-Andrée, E. (den 22 Januari 2012). Vad är ett gantt-schema och vad är det bra för. Hämtat från http://www.vd-blogg.se/vad-ar-ett-gantt-schemaoch-vad-ar-det-bra-for den 5 Maj 2015 Hyab. (2015). Hämtat från www.hyab.se den 27 April 2015 Interacta. (u.å.). Workshops. Hämtat från http://www.interacta.nu/workshops den 5 Maj 2015 41 Johannesson, H., Persson, J.-G., Pettersson, D. (2013). Produktutveckling Effektiva metoder för konstruktion och design. Stockholm: Liber AB. Ulrich, Karl T., Eppinger, S. D. (2008). Product Design and development . New York: The Mcgraw Hill companies. Kiropraktorcentrum. (u.å.). Vad är diskbråck? Hur behandlas diskbråck? Hämtat från http://www.kiropraktorcentrum.com/index.php/sv/diskbrack den 20 April 2015 Luleå tekniska universitet. (u.å.). Teknisk design - Produktdesign. Hämtat från http://www.ltu.se/edu/program/TITDG/Inriktning-Produktdesign den 11 Maj 2015 Magnetomachinery. (2015). Hämtat från http://www.magnetomachinery.com/demagnetizer.htm den 27 April 2015 Bjurvald, M., Nilsson, B. (2007). Ergonomi på rätt sätt - så här gör du, Blankett B. Stockholm: Kristianstad Boktryckeri AB. Nordander, I. A. (den 5 Juli 2014). Är det farligt med ensidigt repetitivt arbete? Hämtat från www.skane.se/Upload/Webbplatser/Labmedicin/Verksamhetsområden/ AMM/Publikationer/Rapporter 2014/Är det farligt med repetitivt arbete.pdf den 5 Maj 2015 Normark, C. J. (2014). D0017A Produkdesign - Modeller. Hämtat från Modellers användning med avseende på design och ergonomi: https://fronter.com/ltu/links/files.phtml/771998729$440623832$/Kurs material/Modellers+anv_prcent_E4ndning/D0017A+Modellers+anvand ning+2014_med+gruppindelning.pdf den 6 Maj 2015 Pugh, S. (1991). Total Design: Integrated Methods for Successful Product Engineering. Wokingham: Addison-Wesley. Schunk. (2015). 3-Finger Concentric Grippers. Hämtat från http://www.se.schunk.com/schunk/schunk_websites/products/products_ 43 level_3/product_level3.html?product_level_3=290&product_level_2=2 50&product_level_1=244&country=SWE&lngCode=SV&lngCode2=E N den 12 Maj 2015 Schunk. (den 3 Maj u.å.). Hämtat från http://www.schunk.com/ 42 Schunk. (u.å.). Servo-electric 5-Finger Gripping Hand SVH. Hämtat från http://mobile.schunk-microsite.com/en/produkte/produkte/servoelectric-5-finger-gripping-hand-svh.html den 10 April 2015 SSG. (2015). SSG Entré. Hämtat från http://www.ssg.se/entre/ den 5 Maj 2015 Strålsäkerhetsmyndigheten. (den 6 Mars 2015). Magnetfält och trådlös teknik. Hämtat från http://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/start/Magnetfalt-tradlos-teknik/ den 3 Maj 2015 Mathiassen, Svend Erik., Munck-Ulfsfält, U., Nilsson, B., Thornblad, H. (2007). Ergonomi för ett gott arbete. Stockholm: Prevent. Viebke, L. (den 4 Maj 2003). Fiberkompositlaminering. Hämtat från http://www.carbontrikes.com/komposit/Fiberkompositlaminering.pdf den 3 Maj 2015 ÅF AB. (2015). Om ÅF. Hämtat från http://www.afconsult.com/sv/Om-AF/OmAF/ den 5 May 2015 43 Bilaga 1 - Projektplan, sida 1/10 PROJEKTPLAN Utveckling av ett gripdon - anpassat för borrkronor FREDRIK ÖHLIN 2015 Kurs: D0023A Handledare: Anders Håkansson Examinator: Peter Törlind Projektplan Teknisk design/ Project plan Industrial Design Engineering Luleå tekniska universitet /Luleå University of Technology Bilaga 1 - Projektplan, sida 2/10 1 Introduktion Följande projektplan utgör en del i ett examensarbete för Teknisk design i kursen D0023A, som utförs hos institutionen för Ekonomi, Teknik och Samhälle för Innovation och Design, Luleå tekniska universitet. Examensarbetet behandlar ett utvecklingsprojekt där ett eller fler konceptuella gripdon skall tas fram för att ha möjlighet att implementeras i en ny målningsanläggning. Examensarbetet skrivs hos ÅF som i uppdrag från ett svenskt industriföretag skall utföra uppdraget. 1.1 Bakgrund Företaget som arbetet görs hos tillverkar produkter till gruvindustrin. Deras produktsortiment är väldigt brett och företaget är en av de stora aktörerna på världsmarknaden idag. Produkterna är specialiserad för att borra och bryta i berg där några typiska användningsområden är tunneloch vägbyggnationer. Företaget är under ständig utveckling och tvekar inte att nämna det som ett av deras ”ledord” inom organisationen. I takt med att företaget trappar upp sina tillverkningsprognoser och arbetar för att korta ned sina ledtider ställer det samtidigt högre krav på avdelningens operatörer. Ur operatörernas synvinkel är det viktigt att den ergonomiska arbetssituationen inte blir lidande på bekostnad av de växande produktionskraven. Företaget har som policy att företagets operatörer skall arbeta i en bra och säker miljö. Att företaget driver ett projekt för att komma bort ifrån en i nuläget dålig arbetsmiljö är ett kvitto på det. Arbetssituationen på målningsstationen i nuläget består av en rad olika arbetsmoment som är problematiska ur ergonomisk aspekt. Momenten ställer höga krav på operatörerna gällande tunga lyft, då borrkronorna kan väga upp emot 30 kg per produkt. Förslitningsskador är därav ett stort problem. Produkternas varierande utformning gör det i vissa fall svårt för operatören att ta upp dem ur den korg som de anländer till stationen i. Detta medför bl.a. en klämrisk. Det finns även fler brister i övriga miljön som t.ex. dålig luft. Ovanstående problem är den bakomliggande anledningen till varför avdelningen nu väljer att driva ett utvecklingsarbete för att göra målningsstationen till en automatiserad process. Detta examensarbete utgör en del i det utvecklingsprojektet som företaget driver, där projektledare Peter Nilsson behöver hjälp med att hitta en eller fler gripdon som kan hantera borrkronorna på ett bra sätt. 1.2 Syfte och mål Målsättningen med detta examensarbete är att ta fram ett eller fler Bilaga 1 - Projektplan, sida 3/10 konceptuella gripdon till företagets nya målningsanläggning, som med en smart design möjliggör en effektiv borrkrons-hantering. Syftet med examensarbetet är vara en bidragande del i ett större projekt som skapar bättre ergonomiska förutsättningar för avdelningens operatörer. 1.3 Intressenter Peter Nilsson som projektledare för utvecklingsprojektet, är den direkta intressenten då det är dem som har avsikt av att implementera konceptet. ÅF är indirekt berörd av examensarbetet då arbetet görs för dem samt kommer ta del av rapporten. Luleå tekniska universitet skall bedöma examensarbetet och är därav en intressent för arbetet, men de kommer inte att vara berörd av lösningen, se figur 1. 2. 1. Peter Nilsson 3. Figur 1 – Intressentanalys Bilaga 1 - Projektplan, sida 4/10 1.4 Omfattning och avgränsningar Omfattningen på examensarbetet är ett tio veckors projekt på 15 hp, där ett eller fler gripdonskoncept skall tas fram. Resultatet av projektet skall ha potential att implementeras i företagets nya målningsanläggning. Examensarbetet begränsas genom att resultatet av arbetet presenteras som ett visuellt koncept. I projektet ingår inte att ta fram en prototyp. Slutresultatet av arbetet kommer inte att ha en färdig lösning med avseende på teknik. Projektet kommer heller inte beröra kalkyler för vad ett tänkt koncept skulle innebär ekonomiskt. 2 Genomförande Projektet kommer genomföras med en Stage-gate modell, se figur 2. De olika faserna skall resultera i ett delmål som ska uppfyllas. Efter varje fas kommer delmålet att utvärderas om projektet är redo att gå in i nästa fas eller om något måste kompletteras. Figur 2 – ”Stage-gate”-modell 2.1 Förstudie Nulägesbeskrivning – Kartläggning av hur arbetsplatsen ser ut idag. Studera dagens arbetsplats ur ergonomiska aspekter för att ha som underlag till varför en ny anläggning är nödvändig. Detta görs med observationer och intervjuer. En närmare inblick i vilka produkter som avdelningen tillverkar kommer även göras. Problembestämning – Definiera uppgiften och tillhörande problem. Projektplan – En projektplan skall formuleras för att lägga grunden för hur arbetet skall se ut. En grundlig plan för vad som skall göras, när och hur. Benchmarking – Se över vad det finns för lösningar för gripdon på marknaden. En viktig del för att analysera vad som finns och inte finns. Kravspecifikation – Krav på det eller de tänkta koncepten skall i ett tidigt skede upprättas. Viktig del för att alla involverade skall veta och vara överens vilka krav som ställs på resultatet. Bilaga 1 - Projektplan, sida 5/10 Tidiga idéer – Eventuellt börja spåna på tidiga idéer utan att gå in på djupet vad de innebär. Litteraturstudie – Samla teori kring ergonomi för att kunna dra kopplingar mellan befintlig teori och hur den förhåller sig till dagens arbetsplats. Teori om gripdon och produktutveckling såsom metoder osv. Beslutspunkt 1 – En avstämning mot delmål 1 görs för att utvärdera om det har uppfyllts. Görs med alla involverade parter. Läs mer under 3.2 vad som skall uppfyllas. 2.2 Idéfas Idégenerering – Kreativa metoder för att hitta lösningar på problemen. Kategorisering och gallring – Utifrån de kreativa metoderna kommer idéerna kategoriseras och gallras ned. Visualiseringar – Idéer kommer till en början att visualiseras i form av enklare skisser. Funktionsmodeller – Om möjligt undersöka om idéernas funktion är möjlig. Val av idéer – De tre bästa idéerna skall väljas ut för vidare arbete. Beslutspunkt 2 – En avstämning mot delmål 2 görs för att utvärdera om det har uppfyllts. Görs med alla involverade parter. Läs mer under 3.2 vad som skall uppfyllas. 2.3 Konceptfas Utveckling av koncept – Analysera koncepten närmare. Hitta brister, kombinera med andra lösningar och optimera. Utvärdering – En konceptutvärdering kommer göras där en utredning görs mot kravspecifikationen och hur pass bra koncepten klarar ”kraven”. Detta sammanfattas i en värdematris. Val av koncept – Det eller dem koncept som utvärderas som bäst kommer tas vidare för att gå in i slutskedet av projektet. Beslutspunkt 3 – En avstämning mot delmål 3 görs för att utvärdera om det har uppfyllts. Görs med alla involverade parter. Läs mer under 3.2 vad som skall uppfyllas. Bilaga 1 - Projektplan, sida 6/10 2.4 Detaljdesign Fortsatt utveckling – Fortsätta förbättra design och funktion i den mån det går. Detaljerade visualiseringar – Bättre visualiseringar tas fram för att visa slutkonceptets funktion och design på ett informativt och proffsigt sätt. Slututvärdering – Har målen uppfyllts? Uppfyller konceptet de krav som i början av projektet upprättades? 3 Planering En grov plan för arbetet har upprättats, med tidsplan för när projektets ingående faser är tänkt att genomföras. Tidsplanen är en preliminär uppskattning och kan ändras under projektets gång. 3.1 Tidsplan Se bilaga 1 för Gant-schema. 3.2 Milstolpar och delmål Delmål 1 – Vid delmål 1 skall ha en bra och tydlig nulägesbeskrivning gällande arbetsplatsen vara gjord. Vidare skall en komplett produktstudie vara genomförd. En tydlig kravspecifikation skall vara upprättad. En grov marknadsanalys skall även visa vad det finns för övriga lösningar på marknaden. Påbörja insamling av teori till rapporten. Slutligen skall problembestämningen vara tydligt fastställd. Delmål 2 – Vid det andra delmålet skall tre kompletta idéer vara framtagna, redo att gå in i konceptfasen. Idéerna skall vara tydliga att förstå med t.ex. skisser. Delmål 3 – Efter avslutad konceptsfas skall projektet stå med ett eller fler visualiserade koncept som resultat av utvecklingsarbete och utvärderingar. Det eller de koncepten skall i detta skede vara i stort sett färdiga och redo att gå in i detaljdesign-fasen. Projektslut – Sista delmålet är då arbetet skall vara klart. Här skall arbetet resulterat i ett eller fler koncept som företaget kan implementera i deras planerade målningsanläggning. Resultatet skall vara tydligt visualiserat för att enkelt förstå funktionen. Bilaga 1 - Projektplan, sida 7/10 3.3 Budget Inga kostnader är planerade för projektet. Däremot är ett studiebesök hos ÅF:s avdelning i Laxå inbokat. Detta är en transportkostnad som ÅF:s kommer att stå för. 3.4 Riskanalys En risk i detta arbete är att Peter Nilsson och företaget beslutar om nya krav för sin målningsanläggning och som följd påverkar detta arbete. Ytterligare en risk som finns är att beslut inom projektet dras ut och i sin tur gör detta arbete haltande. Bilaga 1 - Projektplan, sida 8/10 4 Hållbar utveckling Nedan redogörs för hur arbetet förhåller sig till miljö och säkerhet. 4.1 Miljö ÅF arbetar för en hållbar utveckling ur miljömässigt perspektiv och företaget har bland annat som mål att minska miljöbelastningen från resor. Detta projekt är en del i den visionen. Transporter mellan kontoret på ÅF och företagets industriområde sker därför via cykel istället för bil. 4.2 Säkerhet Företaget och ÅF är mån om säkerheten och har gett examensarbetaren information för vilka regler som gäller på industriområde. Innan inträde på området har examensarbetaren gått en SSG-utbildning som är en säkerhetsutbildning för entreprenörer inom industrier. Skyddsutrustning i form av hjälm, skyddsskor, skyddsglasögon och reflexväst har delats ut och skall användas då examensarbetaren vistas på området. Företaget kommer se till att examensarbetaren blir samordnad då arbete sker på området. Detta för att säkerställa en god säkerhet. Bilaga 1 - Projektplan, sida 9/10 4 Projektorganisation I följande avsnitt framgår hur arbetsteamet ser ut och vilka roller personerna har. 4.1 Projektteam Projektet drivs i huvudsak av Fredrik Öhlin med involverande personer till hjälp, se figur 3. Figur 3 - Organisationsschema Ola Modigs har rollen som handledare från ÅF och kommer finnas lättillgänglig för vägledning under hela projektet. Peter Nilsson driver utvecklingsprojektet kommer att tillgodose projektet med viktig information kring uppgiften samt nyttigt material. Anders Håkansson är handledare från universitets håll och hans roll i arbetet kommer innebära vägledning samt bollplank. 4.2 Kommunikation Examensarbetet skrivs i Sandviken och har sin bas på ÅF:s kontor. Kommunikation mellan Ola Modigs och Fredrik sker naturligt på kontoret. Kommunikation mellan Peter Nilsson och Fredrik sker via fysiska möten. Övrig kontakt mellan varandra sker via mail samt telefon. Kommunikation mellan handlare Anders Håkansson och Fredrik sker genom veckovisa videomöten för avstämningar angående arbetet. I varje fall ansvarar Fredrik för att kommunikation sker. 4.3 Kontaktuppgifter Student Fredrik Öhlin +46 73 822 00 42 [email protected] Uppdragsgivare Peter Nilsson +46 70 616 02 14 Handledare LTU Anders Håkansson +46 73 481 19 20 [email protected] Handledare ÅF Ola Modigs +46 70 686 33 58 [email protected] Bilaga 1 - Projektplan, sida 10/10 Bilaga 1 – Gantt-schema Detta är en tidsplanering över projektets ingående faser och händelser. Bilaga 2 – Ergonomisk undersökning Följande bilaga är en blankett som användes då arbetsplatsens risker undersöktes och bedömdes. Bilaga 3 – Sammanställning av Intervju Följande bilaga är en sammanställning av den intervju som genomfördes med en av avdelningens operatörer. 1. Hur länge har du jobbat på målningsstationen? Svar: 1.5 år 2. Hur upplever du dagens arbetsplats ur ergonomisk synpunkt? Svar: Väldigt tungt Mörkt 3. Hur många lyft gör du på en dag? Uppskattningsvis… Svar: Allt beror på vilken produkt som körs, men en vanlig dag är målet att måla 1500 småkronor. Om det blir en större modell blir det givetvis färre eftersom orderstorleken är färre ca 300400. Eftersom en krona kräver 3 lyft blir kan antal lyft bli upp emot 4500 gånger. 4. Har du någon gång haft ont eller varit sjukskriven pga. arbetsbelastning? Svar: Har inte varit sjukskriven, däremot fanns det en annan operatör på avdelningen som varit sjukskriven. Dock hade han haft värk i axlar samt rygg. 5. Vilket av arbetsmomenten upplever du som tyngst? Svar: Det första moment upplevs som jobbigast. Det blir en liten hukning, sedan blir det en 90 graders vridning. 6. Vilken av produkterna upp du ge högst belastning? Svar: Tunga Retrac. Dels för att de väger upp emot 20 kg, sedan är de svåra att få grepp om i korgen. 7. Anser du att arbetet är varierat ur belastningssynpunkt? Svar: Beror på vilken order som körs. Det blir relativt varierad då olika orders körs. Vissa dagar kan det bara köras små modeller och ibland bara tungt. Med andra ord är det svårt att svara på. 8. Upplever du att arbetet är stressigt? Svar: Det är beroende på hur mycket som ska köras. Är det många orders som skall målas blir det stressigt. 1/2 11. Har du några övriga synpunkter angående den ergonomiska situationen? Svar: Dåliga arbetsställning då målningsanläggningen måste städas, (varje fredag), bland annat ett filter som skall tömmas. Hala golv och mattar men annars bra då mattorna är mjuka. De hala golven beror på oljan från oljningsmoment som läcker ut. Tycker det även är allmänt trångt på arbetsplatsen. Det är mörkt, luften är helt okej. Dock är det vanligt, att då den invändiga oljan sprutas i, stänker upp i ansiktet. Detta är beroende på produktmodell. Vanligt är också att det luktar olja pga. detta. Upplever att han blir trött av lukten. Hög ljudnivå pga. av mycket truckar och buller. 2/2 Bilaga 4 – Kravspecifikation Följande tabell är en kravspecifikation som tagits fram av Peter Nilsson i samråd med examensarbetaren. Kravdefinition på lyftdon # Produktkrav 1 Funktion 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Möjliggöra en smidig nedställning i förpackningslådor Fullständigt grepp på hela produktfloran, ∅ 30 - 170 Klara av produkter i viktspannet 0,4- 20kg Utföra lyftoperation mellan 10-12 sekunder Implementerbar i robot Möjliggöra en god utbytbarhet # Viktning* 3 5 5 4 5 2 2 Konstruktion 2.1 Lättviktigt material 2.2 Slitagebeständigt 2.3 Hållbara material 1 4 3 3 Underhålls och service 3.1 Lättåtkomliga smörjnipplar 3.2 Lättåtkomliga ytor för rengöring 3.3 Möjliggöra enkel inspektion 2 2 2 4 Kvalitet 4.1 4.2 4.3 4.4 Ej ge materiella defekter på lyftobjekt Ej påverka ytfinish på lyftobjekt Precisionssäker Slitagedelar skall klara (1) ett års anvädning 5 5 4 4 5 Miljö 5.1 Återvinningsbart material 5.2 Ej miljöfarligt material 3 3 6 Säkerhet 6.1 Får ej tappa produkt vid funktionsfel 6.2 Klara av snabb rörelse utan att tappa lyftobjekt. * Viktning av kraven gjordes av Peter Nilsson i samråd med examensarbetaren. 5= Hög prioritet, 1= Låg prioritet 5 5 Bilaga 5 – Idébank Följande bilder är illustrationer på de idéer som kombinerats och slagits ihop. Bilaga 6 – Konceptvärdematris Nedanstående bilaga redogör för den konceptvärdematris som projektet genomfört.
© Copyright 2024