Grupp C Systemarkitektur Träddiagram Modulfunktioner

Transkript

1 Grupp C5 7.1 Systemarkitektur Träddiagram Träddiagrammet visar gränssnitt för de olika modulerna i produkten SCREEDRY, se figur 1. Figur 1. Träddiagram över SCREEDRY Modulfunktioner Nedan beskrivs träddiagrammets moduler och deras funktion. 1

2 Grupp C5 Fot Denna modul delas upp i två delmoduler då det finns två funktioner. Plaströr Plaströret har som funktion att justera mätkammaren och den tillverkas av externa leverantörer men förädlas i den egna produktionen. Bottenplatta Bottenplattan har som funktion att stabilisera produkten och den tillverkas av externa leverantörer. Miljökammare Denna modul delas upp i fem delmoduler då det finns flera funktioner. Fönster Fönstret har som funktion att den både skyddar den inre miljön i miljökammaren samt möjliggör att man kan se sensorelementets utfall. Fönstret tillverkas i den egna produktionen genom utstansning från en plastskiva. Mätsystem Mätsystemet har funktionen att hjälpa användaren att ställa in rätt mätdjup. Mätsystemet tillverkas i egen produktion genom utskrift av mätskala. Tätning Tätningen har som funktion att den skyddar den inre miljön i mätkammaren samt möjliggör höjdinställning av mätkammaren. Den köps in och anpassas till produkten. Plaströr Plaströret bidrar till att försluta den inre miljön i mätkammaren och den tillverkas av externa leverantörer men förädlas i den egna produktionen. Filter Filtret släpper igenom fukt in i mätkammaren och köps in och anpassas till produkten. Sensorelement Denna modul delas upp i två delmoduler då det finns två funktioner. Sensor Sensorn mäter byggtorrheten i avjämningsmassan och visualiserar torrheten för användaren. Den tillverkas i egna produktionen. Vikt Vikten tynger ner produkten samt leder kyla till sensorn. Den tillverkas av externa leverantörer men kapas till rätt längd i den egna produktionen. Lock Locket har som funktion att skydda fönstret från smuts så att man kan se byggtorrheten. Den bidrar till ökad synlighet av produkten då den är målad med en lysande färg. Den tillverkas av externa leverantörer. 2

3 Behållare Lock Sensorelement Miljökammare Fot Grupp C5 Behållare Behållaren skyddar produkten under lagring och transport. Den köps in av externa leverantörer Gränssnittsmatris Gränssnittsmatris är ett verktyg som visar länkarna mellan de olika modulerna i produkten och på vilket sätt de interagerar med varandra. Behållare F Lock F Sensorelement F F Miljökammare F Fot F: Fysisk interaktion Figur 2. Gränssnittsmatris för SCREEDRYs moduler Nedan beskrivs de interaktioner som framkommer ur figur 2. Fot används som lock till behållaren som skyddar SCREEDRY. Locket placeras på miljökammaren för att skydda fönstret som visar byggtorrheten. Sensorelementet sitter i fot som omsluts av miljökammaren. Miljökammarens höjd justeras med hjälp av fot. 3

4 Grupp C Kostnadsuppskattning och Tillverkningsbarhet I denna rapport ska kritiska moduler kostnadsuppskattas och tillverkningsbarheten bedömas. Fokus ligger på modulerna fot och miljökammare och lock då det är de modulerna som ändras i projektet. Sensorelementet kan inte påverkas då den kemiska sammansättningen inte får ändras och stålstaven behövs i nuläget för värmeledning. Även behållaren är tänkt att ha kvar sin nuvarande form på grund av att den nuvarande förpackningen ska försöka behållas. 7.2 Detaljkonstruktion För att beräkna hur stor radie och hur hög kant bottenplattan måste ha, har ett program i Matlab skapats. I detta program räknas det dels ut hur stor kraftresultanten blir av vikten mot den undan tryckta massan. Dessutom beräknas hur stor vikt som tas upp av bottenplattan. För att försäkra sig om att den vikten, som tas bort från locket, vägs upp av avjämningsmassan som fångas upp av bottenplattan beräknas kraften separat. (Se bilaga 1) Med dessa uträkningar har 3-D modeller i Autodesk Inventor använts som underlag för ritningarna i bilaga 2. Måttsättningen i ritningarna motsvarar värden som har beräknats i Matlab programmet. 7.3 Kostnadsuppskattning För att kunna uppskatta kostnaden vid tillverkningen av de olika modulerna har Process Selection From Design to Manufacture (Swift & Booker, 2003) använts. Tre olika metoder har valts ut som anses lämpliga för tillverkning av de olika modulerna. Då modulerna har liknande geometrier och materialkrav har samma tillverkningsmetoder varit möjliga för alla modulerna. Tillverkningsmetoder Formsprutning (Injection Moulding) Korn av det polymera materialet värms upp och trycks in i en form med hjälp av en skruv. Väl inne i formen så kyls materialet ned och stelnar till önskad form. Formsprutning fungerar för termoplaster, härdplaster, kompositer och elastomerer. Med formsprutning kan man uppnå en hög produktionshastighet (1-50/min) beroende på formens storlek. Det bildas väldigt lite spill och metoden blir ekonomisk först vid höga produktionsvolymer beroende på den höga verktygskostnaden och att maskinen i sig är väldigt dyr. Med metoden kan man skapa komplexa och precisa former och hela processen kan drivas automatiskt. Varje form är specifik för en produkt och kan bytas ut och omställningstiderna är korta. Formpressning (Compression Moulding) Det råa plastmaterialet läggs i en upphettad form och pressas ut i hela formen under tryck från en press. Processen fungerar främst för härdplaster, men även för vissa kompositer, elastomerer och termoplaster. Produktionshastigheten är relativt låg och kan uppnå mellan färdigformade 1

5 Grupp C5 profiler i timmen beroende på storlek och komplexitet. Det bildas väldigt lite spill och metoden är ekonomisk vid låga produktionsvolymer. Verktygs och utrustningskostnaderna är höga men inte lika höga som för formsprutning. Metoden är inskränkt till relativt enkla former, men gängor, hål och ribbor är möjliga. Formpressning kan delvis drivas automatiskt. Flexibiliteten av formpressning är relativt låg då skillnader i krympningsegenskaperna minskar möjligheten att byta från ett material till ett annat. Extrudering (Continuous extrusion) Det korniga obehandlade plastmaterialet matas genom en tratt in i en cylinder och pressas fram med en skruvmatare till verktygsmynningen. Materialet värms upp av yttre värmeelement samt friktionsvärmen från skruven och vid verktygsmynningen komprimeras materialet och pressas ut i önskad form. Sedan kyls materialet hastigt ned vilket gör att det stelnar. Processen fungerar främst för termoplaster, men även vissa härdplaster och elastomerer. Produktionshastigheten är väldigt hög och kan nå upp till 60m/min och det bildas nästan inget spill. Extrudering är ekonomiskt vid höga produktionsvolymer. Verktygskostnaderna är medelhöga medan maskin och utrustningskostnaderna är höga. Metoden används främst vid framställning av långa och symmetriska produkter, och vid extrudering av termoplaster kan små toleranser uppnås. Omställningstiden för extrudering är låg då det är lätt att byta verktyg. Kostnadsjämförelse Jämförelse har gjorts mellan att använda härdplast och termoplast. Då material kostnaden är endast en liten del av den totala kostnaden för tillverkningen av produkten är inköpspriset av materialet mindre betydelsefull. Kostnadsjämförelsen har även gjorts för två olika produktionsvolymer. Dels den nuvarande volymen på 3 000st/år och en önskad framtida volym på st/år. För en jämförelse av kostnaderna för de olika materialen och tillverkningsmetoderna se bilaga Tillverkningsbarhet För att uppskatta möjligheten till produktionsanpassning har Design for Manufacturing and Assembly från Swift & Booker använts. Design for Manufacturing and Assembly Design for Manufacturing and Assembly (DFMA) är ett koncept som blir allt mer använt i dagens industri. Design for Assembly (DFA) handlar om hur produktens design utformas för att underlätta monteringen. Ett exempel på detta är att antalet komponenter kan minskas för att dra ner på monteringstiden. Design for Manufacturing (DFM) innebär att produkten anpassas till produktionsprocessen, till exempel genom att undvika svåra geometrier som inte är lämpliga för en specifik tillverkningsprocess. DFM kan också handla om att anpassa produktionen till produktionen av detaljen. Bild 1 nedan illustrerar förslag på arbetsgång för DFMA enligt Swift & Booker. 2

6 Grupp C5 Bild 1. Arbetsgång för DFMA enligt Swift & Booker. Följande kvalitativa riktlinjer gäller för DFA (från Peter Almström): 1. Reducera totala antalet detaljer. 2. Reducera antalet olika detaljer. 3. Undvik justeringar. 4. Underlätta instyrning. 5. Se till att det är lätt att komma åt och se. 6. Se till att det är enkelt att plocka bulk -komponenter. 7. Montera helst allt från samma håll. 8. Konstruera så att det inte går att montera fel. 9. Maximera symmetrin, alternativt gör osymmetrin tydlig. Dessa riktlinjer används för att komma fram till lämpliga designändringar. Miljökammare Miljökammaren är uppdelad i fem olika delmoduler som har beskrivits i föregående rapport. Främst görs beräkningarna för tillverkningen av plaströret då det är den modul som behöver specialanpassas till produkten och lämpar sig bäst för analys enligt använd litteratur. Fönstret lämpar sig väl för en enkel utstansning medan filter, mätsystem och tätning inte täcks av de processer som tas upp i litteraturen. Genom att fräsa ut en skåra på ovansidan av miljökammaren, som är något mindre i diameter än diametern på fönstret, kan monteringstiden minskas. Monteringstiden minskas genom att fönstret pressas fast i skåran på miljökammaren istället för att fönstret limmas eller tejpa fast. För att montera tätningen på plaströret används lim även vid en framtida produktion på st/år 3

7 Grupp C5 eftersom det inte är ekonomiskt försvarbart med en annan montering. Både filtret och mätsystemet monteras för hand. Fot Foten består av ett plaströr och en bottenplatta. Vid vissa tillverkningsmetoder kan foten tillverkas i ett stycke. Dock är en tillverkning av ett stycke inte ekonomiskt i dagsläget då seriestorleken är för liten. Detta medför att modulerna limmas fast i varandra. Lock Består av en delmodul som tillverkas i ett stycke. Analys av process- och materialval Efter att ha granskat tre olika tillverkningsmetoder (extrudering, pressformning och formsprutning) med hjälp av kostnadsberäkningar och diskussion med en plastexpert framstod extrudering som bästa tillverkningsmetod för denna typ av produkt och kvantitet. Det är dock viktigt att tillägga att kostnadsberäkningen visade att formpressning var det mest prisvärda tillverkningsalternativet oavsett seriestorlek av denna produkt. Det var efter en ingående diskussion med en erfaren plastexpert som det beslutades att extrudering ändå är bäst lämpat för denna produkt vad det gäller serier på respektive st/år. Det mest lönsamma alternativet vad det gäller både dagens tillverkningsvolym samt den framtida prognostiserade bör vara att extrudera cylinderformade moduler samt köpa övriga komponenter för att sedan montera dessa på plats i fabriken. Eftersom det är ett stort krav att produkten skall vara billig att tillverka samt att det finns önskemål om att produkten skall ha relativt hög vikt så att dyra metallvikter kan undvikas har det bestämts att produkten skall tillverkas i högdensitetspolyeten (HDPE). Detta eftersom HDPE har relativt hög densitet, lågt pris, hög korrosionsbeständighet och kan även återanvändas vilket gör produkten mer miljöanpassad. HDPE ger även en ogenomskinlig plast vilket kan uppfattas som estetsikt korrekt i detta fall. 4

8 Bilaga 1: Matlab program Volymen av avjämningsmassan innanför kanten på bottenplattan multiplicerat med densiteten av avjämningsmassan ger den vikt som trycks nedåt på grund av bottenplattan. Bottenplatta.m % Värden vikt = 43.38; delta_am =1.7; delta_pl=0.95; h_bp=0.2; r_bp = 4.5/2; A_bp = pi*(r_bp)^2; V_bp = A_bp*h_bp; r_cyl = 1.5/2;A_cyl = pi*(r_cyl)^2; h_cyl = 3; V_cyl = A_cyl*h_cyl;r_mk = 1; A_mk = pi*(r_mk)^2;h_mk = 3.8; V_mk = A_cyl*h_cyl; h=0.7; % Kraftresultant räknas ut resulat = vikt - delta_am*(v_bp+v_cyl+v_mk)+(a_bp-(pi*(r_bp- 0.2)^2))*h*(delta_pl-delta_am)+h*delta_am*pi*( ((r_bp-0.2)^2)-r_cyl^2) %Den uppfångade avjämningsmassans tyng tyngd_kant = (A_bp-(pi*(r_bp-0.2)^2))*h*(delta_pl-delta_am)+h*delta_am*pi*( ((r_bp-0.2)^2)-r_cyl^2)

9 Bilaga 2: Modulritningar Ritning 1: Bottenplattan Ritning 2: Plaströr till bottenplattan

10 Ritning 3: Plaströr till miljökammaren Ritning 4: Lock

11 Bilaga 3: Kostnadsuppskattning Tabell 1: Fot

12 Tabell 2: Miljökammaren

13 Tabell 3: Lock