Institutionen för produkt- och produktionsutveckling CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sverige 2014 Utveckling av automatiserat magasin för planteringsaggregat Nyutveckling med erfarenhet från MagMat Examensarbete inom maskiningenjörsprogrammet JOHAN ALMQUIST ANDREAS BRANDT EXAMENSARBETE INOM HÖGSKOLEINGENJÖRSPROGRAMMET MASKINTEKNIK Utveckling av automatiserat magasin för planteringsaggregat – Nyutveckling med erfarenhet från MagMat JOHAN ALMQUIST ANDREAS BRANDT Institutionen för produkt- och produktionsutveckling CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sverige 2014 Utveckling av automatiserat magasin för planteringsaggregat – Nyutveckling med erfarenhet från MagMat JOHAN ALMQUIST ANDREAS BRANDT © JOHAN ALMQUIST & ANDREAS BRANDT, 2014 Examensarbete Institutionens för Produkt- och produktionsutveckling CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA SE-412 96 Göteborg Sweden Telefon + 46 (0) 31-772 1000 Omslag: Illustration av Sanna Wieslander FÖRORD Detta examensarbete avslutar vår utbildning till högskoleingenjörer inom Maskinteknik, teknisk utveckling vid Chalmers tekniska högskola. Projektet syftar till att genomföra en vidareutveckling, alternativt nyutveckling av ett magasin till aggregat ämnade för mekaniserad föryngring av granskog. Arbetet har genomförts med anledning till vår inblandning vid fälttesterna av MagMat 1.5. Projektet har genomförts i samarbete med Fagerström Industrikonsult i Göteborg samt med stöd av Sveriges lantbruksuniversitet. Det har varit mycket intressant att arbeta med projektet och inspirerande att vara omgiven av så hjälpsamma personer från olika universitet, inom olika discipliner. Vi vill även passa på och rikta ett personligt tack till följande individer som verkligen gjort skillnad genom att bidra med sin expertis och sina erfarenheter inom området. Fagerström Industrikonsult Carl Johan Fagerström Rikard Wennberg Chalmers tekniska högskola Mats Alemyr Sveriges lantbruksuniversitet Back Tomas Ersson Urban Bergsten SWART Sanna Wieslander Utveckling av automatiserat magasin för planteringsaggregat Nyutveckling med erfarenhet från MagMat JOHAN ALMQUIST ANDREAS BRANDT Institutionen för produkt- och produktionsutveckling Chalmers Tekniska Högskola SAMMANFATTNING Idag görs den största delen av skogsplantering i Sverige manuellt och detta beror främst på att de befintliga lösningar för mekaniserad skogsplantering inte är tillräckligt effektiva. Då skogsindustrin på senare år eftersökt att kostnadseffektivisera den mekaniserade föryngringen har företaget Fagerström Industrikonsult AB varit inblandade i utveckling av ett automatiserat magasin avsett att mata planteringsaggregat med granplantor. Fagerströms inblandning har resulterat i två funktionsmodeller där plantor fylls på i magasinet kassettvis vilket gav goda resultat för lönsamhet men visade att konstruktionen inte var pålitlig nog vid praktiskt arbete. Med erfarenhet av tidigare funktionsmodeller avser Fagerström fortsätta utvecklingen av automatiserade magasin och eftersöker därför ett nytt koncept. Detta projekt kommer således att handla om skapandet av ett väl fungerande magasin på konceptuell nivå avsett att mata ett planteringsaggregat med granplantor kassettvis. För att arbeta fram ett nytt koncept nyttjades inledningsvis konventionella systematiska metoder där kravspecifikation, funktioner samt olika lösningsförslag identifieras för att sedan utvärderas och elimineras tills endast ett koncept kvarstår. Slutligen förfinades konceptet genom eliminering av tekniska kontradiktioner med den kreativa metoden Triz. Utvärderingen gav ett koncept som i sitt utförande är mindre än tidigare funktionsmodeller på samtliga ledder. Konceptet innehåller två kassetter, vilket visat sig i genomförda tidsstudier på tidigare konstruerade funktionsmodeller vara tillräckligt för att ge en mer tids- och kostnadseffektiv mekaniserad föryngring. Vidare anses konceptet vara mer pålitligt vid praktiskt arbete då det består av betydligt färre komponenter samt att det har en mer optimerad väg för plantan mellan kassett och aggregatets planteringsrör. Development of automated magazine for mechanized planter New development with experience from MagMat JOHAN ALMQUIST ANDREAS BRANDT Department of Product and Production Development Chalmers University of Technology SUMMARY Nowadays the largest part of afforestation in Sweden is done manually due to the existing solutions for mechanized reforestation is not sufficiently cost effective. In recent years the forest industry sought to streamline the cost of mechanized rejuvenation which have involved Fagerström Industrikonsult AB in the development of an automated magazine designed to feed planting units with spruce seedlings. Fagerström’s involvement have resulted in two functional models where seedlings loaded in trays were used to fill the magazine. These models yielded good results for profitability but showed that the structure was not reliable enough in practice. With the experience of previous functional models Fagerström intend to continue the development of automated magazines and are therefore seeking a new concept. This project has involved the creation of a functioning magazine at conceptual level intended to feed a planting unit with spruce seedlings loaded in trays. Initially conventional systematic methods were used, where specification of requirements, functions and various proposed solutions were identified. Evaluation and elimination were conducted until only one concept remained. Finally, the winning concept was refined by eliminating technical contradictions with the creative method Triz. The process resulted in a concept that in its execution is generally smaller than previous models. The concept includes two trays, which during the conducted time studies of previously constructed functional models proved to be sufficient for a more time and cost effective mechanized rejuvenation. The concept is also considered to be more reliable in practical work as it consists of fewer components and due to the optimized movement of the plant. INNEHÅLL 1 INLEDNING ...................................................................................................................... 1 1.1 Bakgrund ..................................................................................................................... 1 1.2 Syfte ............................................................................................................................. 2 1.3 Avgränsningar ............................................................................................................. 2 1.4 Precisering av frågeställning ....................................................................................... 2 1.5 Rapportens disposition ................................................................................................ 2 2 TEORETISK REFERENSRAM ........................................................................................ 3 2.1 Tidigare projekt ........................................................................................................... 3 2.1.1 Planteringsaggregat .................................................................................................................... 3 2.1.2 Plantkassetter .............................................................................................................................. 4 2.1.3 Försöksmodeller ......................................................................................................................... 4 2.1.4 Tidsstudie ................................................................................................................................... 7 2.2 Egenskaper hos cylinder och tryckmedier ................................................................... 8 3 METOD .............................................................................................................................. 9 3.1 Datainsamling .............................................................................................................. 9 3.2 Framställan av kravspecifikation ................................................................................. 9 3.3 Kundcentrerad planering ............................................................................................. 9 3.4 Funktionsanalys ......................................................................................................... 10 3.5 Släktskapsanalys ........................................................................................................ 10 3.6 Framtagning av dellösningar ..................................................................................... 11 3.7 Morfologisk analys .................................................................................................... 11 3.8 Pughs relativa beslutsmatris ...................................................................................... 11 3.9 Kesselrings metod...................................................................................................... 12 3.10 Triz ......................................................................................................................... 12 4 KONCEPTGENERERING .............................................................................................. 15 4.1 Framtagning av kravspecifikation ............................................................................. 15 4.2 Kundcentrerad planering ........................................................................................... 16 4.3 Funktionsanalys ......................................................................................................... 16 4.4 Identifiering av problemområden i magasinets arbetscykel ...................................... 18 4.5 Framtagning av dellösningar ..................................................................................... 18 4.5.1 Funktion 1 - Klargör kassetter för att avskilja plantor ...............................................................19 4.5.2 Funktion 2 - Skilja plantor från kassetter ..................................................................................20 4.5.3 Funktion 3 - Orientera planta för avlämning .............................................................................21 4.5.4 Funktion 4 - Lämna planta i planteringsrör på signal ................................................................25 4.6 Framtagning av lösningsförslag ................................................................................. 26 4.7 Rangordning av lösningsförslag ................................................................................ 28 4.7.1 Rangordning med hjälp av Pughs relativa beslutsmatris ...........................................................28 4.7.2 Eliminering av lösningar med Kesselrings metod .....................................................................35 4.8 Eliminering av tekniska kontradiktioner ................................................................... 37 5 DISKUSSION .................................................................................................................. 39 6 SLUTGILTIGT KONCEPT ............................................................................................. 40 6.1 Automatiserat magasin för plantsättningsaggregat .................................................... 40 6.2 Arbetscykel ................................................................................................................ 44 6.3 Alternativ lösning ...................................................................................................... 46 7 SLUTSATS ...................................................................................................................... 47 8 REFERENSER ................................................................................................................. 49 BILAGOR ................................................................................................................................ 50 BETECKNINGAR MagMat: Försöksmodell konstruerad för utvärdering av koncept. Förkortningen står för magasin, matning. Bracke P11.a: Planteringsaggregat utvecklat av Bracke Forest 70car: Magasin till planteringsaggregat Bracke P11.a HIKO V-93: Kassett för plantor Transplanter: Funktionsmodell konstruerad år 2010 avsedd att mata planteringsaggregat direkt från HIKO V-93 kassett. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 1 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund Idag görs största delen av svensk skogsskörd mekaniserat medan den största delen av landets skogsplantering görs manuellt. Detta beror på att den relativa kostnaden för skogsplantering ökade på 1970-talet i jämförelse med skördarbetet vilket ledde till att intresset för att utveckla den mekaniserade återplanteringen nästan avstannade helt (Ersson 2010). Ersson et.al (2014) beskriver att intresset för mekaniserad skogsplantering dock ökat under det senaste åren och detta främst då de planteringsaggregat som finns idag ger mycket fina planteringsresultat. Vidare talar Ersson et.al (2014) om att de problem som kvarstår är att kostnaden för mekaniserad plantering fortfarande är dyrare än manuell plantering. "On Nordic clearcuts, today’s tree planting machines produce high-quality but costly regenerations. Much of this high cost is attributable to the planting machines’ low productivity. One promising way of raising productivity is to lessen the time spent manually reloading seedlings onto the carousels of crane-mounted planting devices." (Ersson et al. 2014, s. 01) Med ovanstående problem i fokus har Fagerström Industrikonsult (Fagerström) under ett par års tid varit inblandade i utvecklingen av en funktionsmodell av ett nytt magasin för planteringsaggregat som fylls på kassettvis istället för plantvis. Kassetterna är av typen HIKO V-93 som innehåller 40 stycken plantor. Fördelarna med att fylla på plantor i magasinet kassettvis, jämfört med plantvis är bl.a. tidsvinst då många flyttas i samma rörelse samt att kassetterna kan transporteras direkt från plantskolan till den plats där de skall planteras, utan att skiljas från kassetten, vilket ger ytterligare en positiv effekt, förenklad logistik. Funktionsmodellen benämns MagMat och tillverkades i två versioner, 1.0 samt 1.5 (Wennberg 2013). Utvecklingen påbörjades av studenter vid Luleå tekniska universitet (LTU) under våren år 2011 med målet att finna ett sätt att avskilja plantorna från kassetterna först i samband med plantering samt med önskemålet om att flera kassetter skulle kunna tömmas utan ingrepp från maskinoperatören (Lideskog & Safrani 2011). Därefter konstruerades MagMat version 1.0 samt 1.5 av Fagerström, varefter två försök i fält genomfördes. Under försöken utfördes observationer och tidsstudier av Back Tomas Ersson, doktorand vid Svenska lantbruksuniversitetet (SLU) (Ersson et al. 2014). Fälttesterna visade att MagMat 1.5 gjorde goda resultat för lönsamhet men att konstruktionen inte var pålitlig nog vid praktiskt arbete (Wennberg 2013). MagMat består av en karusell där kassetter laddas, karusellen roterar så att samtliga kassetter kan nå position för utstötning. Väl vid utstötning hissas kassetten upp i en ramp och fem stycken cylindrar stöter ut en rad av plantor bakifrån. Plantorna stöts ut en åt gången ner i en fålla som vänder ner dem i planteringsaggregatets planteringsrör. Enligt Wennberg (2013) fungerade funktionen för utstötning väl men viss optimering krävs för att nå önskad tillgänglighet. Wennberg (2013) berättar vidare att karusellen ej kunde utföra kassettbyte vid praktiskt arbete och att detta främst måste optimeras inför framtida utveckling och en alternativ lösnings till karusell-systemet rekommenderas. Med erfarenhet från konstruktion av MagMat 1.0, MagMat 1.5 samt genomförda försök avser Fagerström fortsätta utvecklingen av ett nytt automatiserat magasin för planteringsaggregat, vilket fortsättningsvis benämns (AMP). Arbetet delas in i tre steg, i ett första skede genomförs konceptutveckling, därefter detaljkonstruktion och slutligen produktion av prototyp. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 2 1.2 Syfte Att skapa ett väl fungerande koncept av ett automatiserat magasin avsett för att mata granplantor kassettvis till ett planteringsaggregat. Genererat koncept skall i sin tur fungera som underlag inför detaljkonstruktion av prototyp. 1.3 Avgränsningar Detaljkonstruktion samt kostnadskalkyl av prototyp kommer ej behandlas. Konceptet begränsas att fungera tillsammans med planteringsaggregat Bracke P11.a samt med HIKO V-93 kassetter. Då konceptet skall resultera i en prototyp krävs ej längre uthållighet än en veckas fälttest, vilket motsvarar 2500 cykler. 1.4 Precisering av frågeställning Vilka befintliga dellösningar går och bör användas från tidigare utvecklade koncept, MagMat 1.5, MagMat 1.0 och Transplanter? Då hög tillförlitlighet eftersträvas bör redan befintliga och vid fältstudier väl fungerande lösningar användas om möjligt. Kan antalet delfunktioner minskas med möjlighet att uppfylla samma huvudfunktion? Då MagMat 1.5 innehöll delfunktioner avskilda från huvudfunktionen önskas motsvarande delfunktioner elimineras för att endast nyttja delfunktioner som uppfyller huvudfunktionen. Vilken typ av kraftkällor är bästa lämpade för att utföra arbetet? För att undvika överarbete bör redan befintliga kraftkällor på tänkt värdmaskin nyttjas. Hur många kassetter är lämpligt att fylla på magasinet med åt gången då lämpligt antal kassetter är beroende av tiden för att skifta kassett? Går det att uppnå någon praktisk fördel genom att mellanlagra plantan, eller plantorna under dess väg från kassett till planteringsrör? Då den yttre miljön innehåller stora rörelser samt vibrationer vilka är svåra att kontrollera kan eventuell mellanlagring ge högre tillförlitlighet? Med hjälp av ovan beskrivna frågor söks slutligen svar på hur ett nytt koncept bör utformas. 1.5 Rapportens disposition Kapitel 4, konceptgenerering är utformat för att ge hög noggrannhet i spårbarheten i vad som eliminerats och varför. Mycket information kan därför framstå som överflödig för den resultatintresserade läsaren och de anvisas därför att endast läsa fetstilt information i tabeller samt att överväga huruvida kapitel 4.3, framtagning av lösningsförslag läses alls. För de läsare som vill fördjupa sig rekommenderas att bilagorna finns lätt tillgängliga, för att ge ett bättre flöde i läsningen. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 3 2 TEORETISK REFERENSRAM Kapitlet beskriver tidigare forskning inom området mekaniserad återplantering av skog i form av tekniska utvecklingsprojekt samt tids- och ekonomiska effektivitetsstudier. 2.1 Tidigare projekt Data samlas in från tidigare rapporter av framställda funktionsmodeller och dokumentation från tidigare fälttester samt från ett examensarbete vid Luleå tekniska universitet. 2.1.1 Planteringsaggregat Bracke P11.a är ett planteringsaggregat utvecklat av Bracke forest och den möjliggör att utföra hela planteringsprocessen från markberedning till plantering med en maskin. Planteringsprocessen startar med att aggregatet vänder en torva för att skapa en hög och sedan sänks planteringsrör ner och sätter plantan i den omvända torvan. Planteringsröret återvänder sedan upp och signal för ny planta går hög. Bracke P11.a kan även sätta plantan direkt utan att markbereda och de olika funktionerna styrs från förarhytten (Bracke forest 2014) se figur 2.1. Figur 2.1. Bracke P11.a Det koordinatsystem definierat i figur 2.1 ovan med origo i planteringsrörets centrum och med xy-planet parallellt med planteringsrörets överkant. X-axeln ligger parallellt med maskinens bom och z-axelns positiva riktning är stående från Bracke P11.a. Fortsättningsvis nyttjas ovan definierat koordinatsystem vid beskrivning av avlämning av planta, kassetters position samt nya koncepts placering på Bracke P11.a. Den blå, streckade kuben symboliserar ”dött utrymme” där ingen geometri får befinna sig då maskinens bom kräver detta utrymme. Bracke P11.a har ett tillhörande magasin som går under benämningen 70car avsett att mata planteringsröret med plantor. Magasinet monteras på planteringsaggregatet och har plats för 72 plantor. Men endast 70 av dessa används enligt Ersson et.al (2014) för att undvika att plantor fastnar. 70car kan inte hantera kassetter med plantor utan magasinet måste fyllas manuellt av operatör (Lideskog & Safrani 2011). Magasinet levererar plantor till planteringsröret genom att rotera dess tuber med plantor över hålet för avlämning, se figur 2.2 nedan. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 4 Figur 2.2. 70car och hålet för avlämning av planta på Bracke P11.a. Planteringsaggregatet är hydrauliskt drivet och kräver ett hydrauliskt tryck på 125 bar samt ett hydrauliskt flöde på minst 100 l/min. Vidare kräver Bracke P11.a ett elsystem på 24V likström samt att den monteras på en grävmaskin med storlek på 14-20 ton. Aggregatet har en kapacitet på 300 plantor per timme och styrs av ett PLC-baserat styrsystem. (Bracke forest 2014). 2.1.2 Plantkassetter HIKO V-93 är den kassett som används vid Södra skogs plantskola för att producera många plantor på en liten yta. Kassetten är tillverkad i plats och innehåller 40 stycken celler där en planta sätts i respektive cell. HIKO V-93 klarar upprepad användning och mäter ca 352 x 216 x 87 millimeter, se figur 2.3 nedan. Kassetterna tillverkas av BCCAB. (BCCAB 2014) Figur 2.3. HIKO V-93 kassett med utrymme för 40st plantor. 2.1.3 Försöksmodeller Under åren 2009 och 2010 genomfördes ett projekt vid Luleås tekniska universitet vars mål var att effektivisera mekaniserad skogsplantering genom att minska den tid då operatör manuellt fyller på befintliga magasin t.ex. 70car (kap. 2.2.1). Resultatet blev ett automatiskt system för att separera plantor direkt från den kassett de odlats i och sedan föra dem för avlämning till planteringsaggregatet. Systemet medger att operatören fyller på enheten med två kassetter åt gången för att sedan stöta ut plantorna en och en. Detta system fick namnet Transplanter och en prototyp testades med goda resultat under 2010. Transplanter stöter ut plantorna med hjälp av CHALMERS, Produktutveckling, 2014 5 pneumatiska cylindrar från en vinklad kassett bakifrån ner i en fålla som sedan släpper plantan till planteringsaggregatet. (Lideskog & Safrani 2011). Utveckling av automatiserad skogsvård fortsatte vid Luleås tekniska universitet då Lideskog och Safrani (2011) utförde sitt examensarbete "Konceptutveckling för kostnadseffektiv och tidseffektiv mekanisk skogsplantering". Målet var att vidareutveckla Transplanter med fokus på utstötning av planta samt hantering av kassetter. Resultatet av Lideskog och Safranis (2011) arbete blev MagMat som bygger på Transplanterns utstötningsprincip med pneumatiska cylindrar. Men istället för att fylla på med två kassetter åt gången kan nu operatören fylla på med åtta stycken kassetter åt gången. Lideskog och Safrani (2011) löste detta genom att de åtta kassetterna monterades på en karusell runt Transplanterns lutande ramp där plantorna ska stötas ut. En kassett hissas upp till läget för utstötning en åt gången och töms för att sedan hissas ner igen. Karusellen roterar därefter och nästa kassett hissas upp och töms. Utefter det resultat Lideskog och Safrani (2011) presenterar i sitt examensarbete realiserade och konstruerade Fagerström den första funktionsmodellen MagMat 1.0, se figur 2.4 (Wennberg 2013). Figur 2.4 MagMat 1.0 Med plats för åtta kassetter i karusell MagMat 1.0 består av en ramp som är konstruerad utefter funktionerna i Transplanter och konceptet med en karusell från MagMat. Kapaciteten i MagMat 1.0 är åtta stycken HIKO V-93 kassetter, se figur 2.5 nedan. (Wennberg 2013). Figurerna 2.5 och 2.6 nedan illustrerar ramp samt karusell separat. Figur 2.5 MagMat 1.0s Ramp i vilken kassett hissas upp CHALMERS, Produktutveckling, 2014 6 Figur 2.6 Karusell med plats för åtta kassetter. Illustrerad karusell användes vid både MagMat version 1.0 och 1.5. De erfarenheter som drogs utifrån konstruktion av MagMat 1.0 samt de försök som genomfördes resulterade i en vidareutveckling, MagMat 1.5. De huvudsakliga ändringar som gjordes var främst på konstruktion då matning av rampen ändrades funktionsmässigt från en sluten bana till en bana med två ändlägen samt styrningsmässigt i form av mjukvara. MagMat 1.5 illustreras i se figur 2.7 och mäter 1960 mm i diameter och 925 mm i höjd. MagMat 1.5 väger ca 140 kg utan kassetter, men viktmässigt skulle 200 kg inte medföra något problem. (Wennberg 2013) Figur 2.7 MagMat 1.5 med gjorda förändringar De konstruktionsmässiga ändringarna som gjordes var följande: Ett mekaniskt stopp lades till för att låsa karusellen i rätt läge efter rotation; Brygga i överkant av ramp för att styra ändlägen vid matning av ramp; Momentbegränsande koppling vid drift av bana i ramp för att möjliggöra ny funktion; Ytterligare styrningar under plantans väg mot planteringsröret; Kapsling för styrning, kassett för luftventiler samt utveckling av mjukvaran i styrenheten. Plantans väg i aktuell version är mycket likt den i MagMat 1.0 och de ändringar som gjordes syftade främst till att medge en högre tillförlitlighet för bytet av kassett. Kapaciteten för MagMat 1.5 var likt sin företrädare 8 stycken HIKO V-93 kassetter. De gemensamma erfarenheterna från MagMat 1.0 och MagMat 1.5 har genererat ett antal rekommendationer inför vidare utveckling. (Wennberg 2013) CHALMERS, Produktutveckling, 2014 7 Användandet av induktiva lägesgivare bör eftersträvas samt att antalet skruvförband bör minimeras. Istället bör svetsförband användas där det är möjligt. Vidare bör plantans väg från kassett till planteringsrör optimeras. Likaså trattens utformning som bör vara rundare och brantare. En fålla som sluter runt plantan för att begränsa plantans potentiella flyktvägar bör konstrueras. Infästning mot Bracke P11.a bör omöjliggöra förskjutning av magasinet i samtliga riktningar samt operatören borde få information om magasinets status under drift. Det bör vara enklare att fylla på magasin med kassetter samt förflyttning av kassett mellan dess rader bör förfinas. Fjäderkraft bör undvikas för ändamålet. Slutligen rekommenderas ett bättre styrsystem samt en skyddsbarriär som medger möjlighet att fylla på och plundra magasin på kassetter, samt att söka en alternativ lösning till karusell för lagring av kassetter då antalet underfunktioner bör minskas. (Wennberg 2013) Identifierade delfunktioner i MagMat 1.0 & MagMat 1.5 är fem stycken till antalet och är disponerade över två huvuddelar, ramp och karusell. Funktionerna benämns: klargöra kassett i ramp; avskiljning av planta från kassett; orientering av planta; lämna planta; positionering av kassett. Vid analys konstaterades att karusellens delfunktion, positionering av kassett, är direkt oberoende av huvudfunktionen, det vill säga sekundär. En slutsats som drogs av MagMat 1.5 var att de lösningar som valts fungerade mycket väl i verkstadens kontrollerade miljö, dock fungerade de sämre i fält p.g.a. påverkan från yttre fysiska faktorer. De dellösningar som identifierats som väl fungerande och därför aktuella inför nyutveckling är följande: avskiljning av planta från kassett genom utstötning med hjälp av cylinder och orientering samt avlämning av planta med hjälp av en vikbar fålla. MagMat 1.5 består av totalt 2503 detaljer, spritt över 368 olika materialslag. Uppgifterna tillhandahållna av Fagerström 1 . 2.1.4 Tidsstudie Vid de två fälttester som genomförts på MagMat 1.0 och MagMat 1.5 har Back Thomas Ersson genomfört tidsstudier för att enligt Ersson et.al (2014) kunna utvärdera tidsvinsten med att ladda Bracke P11.a med HIKO V-93 kassetter via MagMat istället för manuell laddning plantvis som man idag gör med Bracke P.11a 70car. Tidsstudierna genomfördes enligt Ersson et.al (2014) med hjälp av tre operatörer med olika erfarenhet och både laddning av 70car och MagMat mättes. Processen startade då operatören satt i maskinen med stängd dörr och avslutades då operatören laddat magasinen och återvänt till förarhytten. Resultatet av studien gav att total tid per laddad planta var 57 procent lägre för MagMat än 70car. (Ersson et.al 2014). Vidare studerade Ersson et.al (2014) hur många kassetter en framtid prototyp behöver genom att från sina mätresultat kontrollera hur antal laddade kassetter påverkar tidsvinsten mot 70car i total tid per laddad planta då Ersson et.al (2014) tror att färre antal kassetter leder till en mer robust och driftsäker konstruktion. 1 Carl Johan Fagerström VD Fagerström industrikonsult AB, konstruktionsmöte den 2 maj 2014. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 8 Diagrammet ovan beskriver resultatet av Erssons et.al (2014) tidsstudier där MagMat med olika antal kassetter och 70cars tid per laddad planta visas. Resultatet visar enligt Ersson et.al (2014) att om MagMat håller fyra eller sex kassetter istället för åtta stycken minskar enbart tidsvinsten marginellt. Ersson 2 framförde också under samtal att MagMat med två kassetter ger tillräcklig tidsvinst förutsatt att tiden för automatiskt kassettbyte inte överstiger 33 sekunder. 2.2 Egenskaper hos cylinder och tryckmedier Då det finns både pneumatiska samt hydrauliska cylindrar bör hänsyn tas till de skillnader som råder mellan teknikerna inför val av system. Cylinderns verkan skiljer sig stort beroende på vilket tryckmedium som väljs. Om pneumatisk används, d.v.s. en gas används som tryckmedium medför detta ett antal egenskaper. Den största skillnaden mot ett hydrauliskt system med en vätska som tryckmedium är att gas går att komprimera, men vätska approximeras som inkompressibel. På grund av att gasen kan komprimeras kommer den pneumatiska cylindern att verka fjädrande och ansättningen av kraft kommer ske mjukt, till skillnad från en hydraulisk cylinder där kraftansättningen sker direkt och stumt. Ytterligare skillnader är att gas som tryckmedium lätt medför höga kolvhastigheter samt att hastigheten varierar över slaget beroende på cylinderns belastning. Vätska som tryckmedium medför i stället jämna kolvhastigheter och hastigheten varierar mycket lite beroende på cylinderns belastning. Pneumatiska system lämpar sig därför bäst för arbeten med låg belastning och höga hastigheter. Hydrauliska system är bäst lämpade för arbeten med hög belastning utan samma krav på hastighet. (Bergstrand 1969) 2 Back Tomas Ersson doktorand vid Svenska lantbruksuniversitet, videokonferens 1 november 2013. 0 1 2 3 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 TOTAL TID PER LADDAD PLANTA [S/PLANTA] TID FÖR KASSETTBYTE VID KONFIGURATION >1 KASSETT [S] 70Car MagMat 1 kassett MagMat 2 kassetter MagMat 4 kassetter MagMat 6 kassetter MagMat 8 kassetter CHALMERS, Produktutveckling, 2014 9 3 METOD I kapitlet beskrivs de metoder som används för att genomföra en produktutveckling av ett nytt automatiserat magasin för planteringsaggregat (AMP). Inledningsvis nyttjas metoder som kan ses som konventionella metoder inom konceptutveckling och slutligen nyttjades en metod för att eliminera tekniska kontradiktioner. Metoderna nedan kan uppfattas som generellt beskrivna, dock är det på det sätt metoderna använts i projektet och därför med litteraturen väl överensstämmande. 3.1 Datainsamling Inledningsvis fördes samtal med Rikard Wennberg på Fagerström Industrikonsult, ansvarig för utvecklingen och konstruktionen av MagMat 1.0 samt MagMat 1.5. Rikard medverkade även under det ursprungliga projektet, Transplanter, där en metod för att flytta plantor från kassetter ute i fält söktes. Fältförsök genomfördes i tre omgångar, ett försök med Transplanter, ett med MagMat 1.0 och ett med MagMat 1.5 respektive. Detta gav en bra bild av problematiken samt ett antal dokument från konstruktion och försök. Det gav även information om ytterligare individer, vilka hade varit involverade i projekten MagMat 1.0 och MagMat 1.5. Ursprungligen är MagMat 1.0 konstruerad med en konceptutveckling utförd i form av ett examensarbete, Konceptutveckling för kostnadseffektiv och tidseffektiv mekanisk skogsplantering, vid Luleå tekniska universitet som ram. Rapporten återfanns i elektroniskt format vid Luleå tekniska universitet. Back Tomas Ersson, doktorand vid Svenska lantbruksuniversitetet har medverkat vid fälttester av MagMat 1.0 och MagMat 1.5 för att genomföra tidsstudier med syfte att jämföra tillgänglighet mellan befintlig lösning där planta för planta fylls på (70car) och MagMat som fylls på kassett för kassett. Från Back Tomas erhölls resultatet från dessa studier. Ytterligare två dokument, en artikel och som behandlar fördelarna med ett magasin på planteringsaggregat som medger påfyllnad kassettvis samt en rapport som beskriver mekaniserad återplantering i södra Sverige. För problem rörande teknisk och konstruktionsmässig natur har samtal förts med ingenjörer på Fagerström Industrikonsult. 3.2 Framtagning av kravspecifikation Med stöd av uppgifter från kapitel 2 framställs en kravspecifikation. Olsons kriteriematris nyttjades för att ta hänsyn till hela produktlivscykeln. Metoden bygger på en matris som beskriver samtliga faser i en produkts livscykel och ett antal eventuella produktaspekter i respektive fas. Cellerna är numrerade från 1.1-1.4 till 5.1-5.4. Vid framställan av kravspecifikationen tas hänsyn till samtliga celler i matrisen och eventuella kriterier formuleras. Faser under livscykeln som beaktas är följande: alstring, framställning, avyttring, brukning, eliminering. De aspekter som beaktas under respektive fas är följande: process, miljö, människa, ekonomi. Därefter fastställs om kriterierna är krav, respektive önskemål samt om definierade krav är av typen funktionella (F), eller begränsande (B). Slutligen viktas önskemålen, där 5 prioriteras högst och 1 lägst. (Johannesson et.al. 2004). 3.3 Kundcentrerad planering Quality Function Deployment eller kundcentrerad planering är en metod för att strukturera och systematisera produktutvecklingsprocessen med kundens önskemål i fokus (Bergman & Klefsjö, 2007). Bergman och Klefsjö (2007) beskriver vidare kundcentrerad planering som ett system för att översätta kundens önskemål till relevant data för varje steg i CHALMERS, Produktutveckling, 2014 10 produktutvecklingsprocessen. Enligt Bergman och Klefsjö (2007) kan kvalitetshuset användas och beskrivs som en vidareutveckling av matrisdiagram som tar formen av ett hus där kundönskemål listas mot produktegenskaper. Därefter anges sambanden mellan dem i form av symboler som är värda olika poäng. Med denna metod får man således reda på vilka produktegenskaper som är de mest centrala att arbeta med för att nå kundens önskemål (Bergman & Klefsjö 2007). För att identifiera produktegenskaperna beskriver Johannesson et.al (2004) dessa genom att lista kundens önskemål. Genom att sedan översätta dessa till konstruktionskriterier erhålls de produktegenskaper som bör användas vid arbetet med kundcentrerad planering. För att sedan upprätta ett kvalitetshus skall man enligt Bergman och Klefsjö (2007) lista de identifierade produktegenskaperna i husets överkant, kundens önskemål listas vid husets vänsterkant. I området mellan poängsätts nu relationen mellan kundönskemål och produktegenskap (Bergman & Klefsjö 2007). Johanneson et.al (2004) beskriver den vanligaste förekommande poängskalan som 9 = stark koppling, 3 = medelstark koppling, 1 = svag koppling och 0 = ingen koppling. Kundönskemålen viktas sedan och de poäng de tilldelats genom samband multipliceras med viktningsfaktorn. En vanlig viktskala på kundens önskemål är 1-5 (Bergman & Klefsjö 2007). Johanneson et.al (2014) beskriver metoden som lämplig under en konceptutveckling då produktegenskaper blir värderade utefter kundens upplevelse av en produkt och materialet kan användas som stöd för att säkerställa hög kvalité genom fortsatt konceptutveckling. 3.4 Funktionsanalys För att inte begränsa sin lösningsrymd och hitta mer generellt giltiga lösningar bör de funktionella krav som definieras i kravspecifikationen formuleras om så att kraven blir mer breda och abstrakta. Utifrån de breda och abstrakta funktionella kraven kan nu en mening av den framtida produktens huvudfunktion formuleras. Denna formulering ligger sedan till grund för att finna de framtida konceptets funktionsstruktur. Där konceptets samtliga funktioner samt dess samverkan framgår. (Johannesson et.al 2004). Enligt Johannesson et.al (2004) definieras ofta funktionerna som transformerande funktioner och med detta menas att en input i ett givet tillstånd omvandlas av funktionerna till en output med ett annat tillstånd. Funktionerna kan då ses som en "black box" där "Black boxen" innehåller en funktionsstruktur som omvandlar ett tillstånd till ett annat. Denna metodik kan enligt Johannesson et.al (2004) nyttjas för att genomföra en funktionsanalys. Resultatet bör då bli en funktionsstruktur där de transformerande funktionerna i "black boxen" består av de delfunktioner som krävs för att transformera input till önskad output. Då huvudfunktion bryts ner till ett antal delfunktioner blir det enligt Johannesson et.al (2004) betydligt enklare att söka dellösningar som uppfyller delfunktionerna istället för att söka en komplett lösning från start. 3.5 Släktskapsanalys Metoden lämpar sig enligt Bergman och Klefsjö (2007) då stora mängder verbaldata så som idéer, kundönskemål eller åsikter önskas struktureras. Målet med metoden är att indata ska få ett naturligt släktskap. Med detta menar Bergman och Klefsjö (2007) att diagrammet visar samband mellan den ingående data utifrån association istället för logiska samband. På detta sätt får man en tidig helhetsbild av ett analyserat problem. Släktskapsanalys lämpar sig då man önskar svar på varför vissa problem uppkommer eller varför vissa saker kan gå fel. Som första steg formuleras denna fråga. Arbetet med denna analys skall ske i grupp och efter att önskad fråga formulerats skall deltagarna genom brainstorming identifiera svar till frågan. Svaren skrivs ner på post-it-lappar som sedan fästs på CHALMERS, Produktutveckling, 2014 11 en tavla eller vägg. Gruppens uppgift blir nu att gruppera de lappar med besläktat innehåll. Grupperingen sker i itereringar tills gruppen är nöjd och då samtliga lappar tillhör en grupp. Grupperna skall sedan namnges med ett för innehållet i gruppen passande namn. Samma indelning genomförs sedan på nytt, men nu med de namngivna grupperna. Då deltagarna färdigställt grupperingen rangordnas de ingående lapparna. På detta sätt kommer de problemområden eller svar som av gruppen anses vara viktigast för att lösa befintligt problem fram (Bergman & Klefsjö 2007). 3.6 Framtagning av dellösningar Utifrån de delfunktioner som intensifierats i funktionsanalysen skall lösningar på respektive delfunktion nu arbetas fram. Johannesson et.al (2004) rekommenderar för denna uppgift den kreativa metoden brainstorming. Brainstorming utförs enligt Johannesson et.al (2014) av en grupp individer som gemensamt utvecklar varandras idéer genom att stimulera deltagarnas kreativitet för att nå ett bättre resultat än vad den enskilda individen kan åstadkomma. För ett lyckat resultat bör alla idéer som framkommer under sessionen enligt Johannesson et.al (2014) dokumenteras och deltagarna bör också ha förberett ett antal idéer innan sessionens början. Det är även enligt Johannesson et.al (2014) viktigt att de idéer som uppdagats under brainstormingen bearbetas och utvecklas ytterligare direkt efter sessionen. 3.7 Morfologisk analys Morfologisk analys beskrivs av Johannesson et. al (2004 s. 431) som ett hjälpmedel i problemlösningsprocessen där risken för att missa lösningsalternativ minskas. De delösningar som identifierats kan enligt Johannesson et.al (2004) kombineras till totallösningsförslag. Enligt Johanneson et.al görs detta lämpligt genom att placera delfunktionerna med respektive dellösningar i en morfologisk matris, där en dellösning från varje delfunktion kan kombineras ihop till en totallösning. Antalet olika kombinationer fås enligt Johannesson et.al (2004) genom att antalet dellösningar för varje delfunktion multipliceras med varandra. Då alla kombinationer tas fram bör de totallösningar som inte uppfyller ställda krav, inte är geometriskt och fysikaliska kompatibla eller som av något annat skäl är orimliga enligt Johanneson et.al (2004) sorteras bort. Målet med metoden är enligt Johannesson et.al (2004) att skapa ett antal totallösningsalternativ som uppfyller alla krav och där dellösningarna är geometriskt och fysiskt kompatibla. 3.8 Pughs relativa beslutsmatris De lösningsalternativ som genom Morfologisk analys gått vidare i urvalsprincipen skall nu utvärderas ytterligare och Johanneson et.al (2004) rekommenderar att detta görs med hjälp av Pughs beslutsmatris. I denna metod jämförs lösningarna utifrån de kriterier i kravspecifikationen mot en referens som bör vara en känd fungerande, befintlig eller konkurrerande produkt. Johannesson et.al (2004) rekommenderar att de kriterier som lösningarna skall utvärderas utifrån är önskemål samt de krav som går att överuppfylla. Exempelvis om ett krav på högsta vikt ställs på en detalj och detaljen väger betydligt mindre än ställt krav, kan detta anses vara överuppfyllt. Kriterierna samt konceptlösningarna förs in i en matris tillsammans med referensprodukten och utvärderas sedan genom poängsättning på hur de uppfyller kriterierna jämfört med referensprodukten (Johannesson et.al 2004). Lösningsförslagen skall enligt Johannesson et. al (2004) ges ett plus om de uppfyller kriteriet bättre än referens, en nolla om de uppfyller kriteriet likvärdigt med referens och ett minus om de uppfyller kravet sämre än referens. Poängen summeras sedan och de lösningsförslag som får negativ poäng är enligt Johannesson CHALMERS, Produktutveckling, 2014 12 et.al (2004) utifrån kriterierna sämre än referensprodukten och kan därför elimineras. De lösningsalternativ som får positiva poäng eller en nolla är bättre eller lika bra som referensprodukt och bör därför kvarvara i utvärderingsprocessen. Lösningsalternativen kan också enligt Johannesson et.al rangordnas och eliminering sker då utefter den framtagna rangordningen. 3.9 Kesselrings metod Som avslutande utvärderingsmetod rekommenderar Johannesson et.al (2004) Kesslerings metod. I denna metod utvärderas lösningsförslagen mot ett idealfall som till högsta grad uppfyller alla kriterier (Johanneson et.al). Urvalet av kriterier sker enligt Johanneson et.al (2004) på samma sätt som vid utvärdering med Pughs relativa beslutsmatris. Det första steget i Kesselrings metod är enligt Johannesson et.al (2004) att vikta kriterierna för att få en kvantitativ och en rättvis bedömning. Det är enligt Johannesson et.al (2004) viktigt att inte godtyckligt vikta kriterierna utefter en förbestämd skala då detta ger en oönskad subjektiv verkan. Johannesson et. al (2004) rekommenderar därför att viktning av kriterier sker med hjälp av en viktbestämningsmatris där kriterierna jämförs och poängsätts parvis mot varandra. Kriterierna viktas mot varandra och ges enligt Johannesson et. al (2004) poäng 1 om det ena kriteriet är viktigare än det andra medan det mindre viktiga kriteriet således får poäng 0. Om kriterierna anses vara lika viktiga ges poäng 0.5. Kriteriernas poäng summeras därefter och delas på den totala summan av alla kriteriers poäng enligt nedan: (1) Det framräknade σ-värdet används sedan enligt Johannesson et.al (2004) för att skala viktfaktorerna till önskad gradering genom att den skalade viktfaktorn Wi räknas fram enligt: (2) Där Wimax är största viktfaktorn i vald skala och σimax är det högsta framräknade värdet i ekvation 2 ovan. Resultatet av dessa beräkningar blir ej subjektiva viktfaktorer efter önskad skala. De olika lösningsförslagen kan nu utvärderas i en Kesselring matris där de poängsätts utifrån hur bra de uppfyller de olika kriterierna (Johannesson et.al 2004). Poängskalan kan enligt Johanneson et.al bestämmas godtyckligt men en vanlig förekommande skala är 1-5. Ideallösningen skall enligt Johannesson et.al (2004) ges högsta betyg på samtliga kriterier och lösningförslagen poängsätts sedan utefter hur nära idealfallet de är. De satta poängen multipliceras sedan med viktningsfaktorn och summeras sedan för respektive lösningförslag. De summerade poängen divideras sedan med ideallösning summerade poäng för att få en faktor på hur nära de olika lösningsförslagen är ett idealfall. För att underlätta betygsättning rekommenderar Johannesson et.al (2004) att för de kriterier det är möjligt sätta upp betygen på förhand, med lämpliga gränsvärden så att kriterierna får förbestämda betygsskalor. 3.10 Triz En innovationsmetodik utvecklad av Genrich Altshuller. Metoden bygger på 40 stycken principer vars mål är att lösa problem utan att tvingas till begränsande kompromisser. Metoden och principerna kommer ursprungligen från slutet av 1940-talet och har modifierats och utvecklats mycket sedan dess (Altshuller, 2005). Johannesson et. al (2004) beskriver metoden CHALMERS, Produktutveckling, 2014 13 som TIPS, Theory of inventive problem solving, översatt till svenska, Styrd kreativitet och hävdar att metoden lämpar sig väl i kombination med konventionella, systematiska metoder. Grundläggande bygger Triz på att allting som utför en funktion är ett tekniskt system oavsett hur enkel uppgiften är. Det tekniska systemet kan bestå av endast en delfunktion som då är tillika huvudfunktion, eller ett antal delfunktioner med underfunktioner till respektive delfunktion. Om ett tekniskt system kräver förbättring är första steget att förenkla systemet. Inom Triz består det enklaste tekniska systemet av endast två komponenter samt någon form av energi som överförs mellan de två komponenterna. Vidare är målet med Triz att driva det tekniska systemet mot det ideella stadiet, dvs. endast två komponenter med energi överförs mellan dessa. (Altshuller, 2005). Detta eftersträvas genom följande devis: "It is required to deliver such and such a function without introducing a new mechanism or device into the system" (Altshuller, G. 2005, s. 16). För att metodisk lösa ett innovativt problem används en Ariz, Algorithm to solve an inventive problem. Algoritmen är uppbyggd i totalt nio steg som beskrivs kort nedan. Steg 1, analysera problemet och beskriv det utan industrispecifika beteckningar som kan vara lösningsfokuserade. Steg 2, analysera problemets utsträckning och definiera den zon i vilken konflikten uppkommer. Steg 3, Formulera det ideala, färdiga resultatet. Steg 4, försök lösa problemet med yttre krafter, system eller substanser som ingår i överordnade system till vilket analyserat problem tillhör. Steg 5, försök lösa problemet med hjälp av standarder eller tidigare liknande lösningar. Om lösning ej funnits, använd matrisen för tekniska kontradiktioner för vägledning. Steg 6, Om ingen lösning funnits bör problemet formuleras om och processen göras om från början. Steg 7, analysera lösningen på problemet, var nyttjad lösning mest optimal? Steg 8, implementering av funnen lösning. Steg 9, kontroll av funnen lösning. Stämmer praktiskt använd arbetsgång överens med den teoretiskt föreslagna av algoritmen? (Altshuller, 2005). För att definiera ett problem används enligt Altshuller (2005) ett antal attribut, vilka är de som kan förbättras inom ett tekniskt system. Attributen har identifierats genom analys av ett stort antal patent. Då metoden inte är vitt spridd listas för tillgängligheten samtliga attribut nedan. 1. Wight of a mobile object. 2. Weight of a stationary object. 3. Lenght of a mobile object. 4. Lenght of a stationary object. 5. Area of a mobile object. 6. Area of a stationary object. 7. Volume of a mobile object. 8. Volume of a stationary object. 9. Speed. 10. Force. 11. Tension / pressure. 12. Shape. 13. Stability of composition. 14. Strength. 15. Time of action of a moving object. 16. Time of action of a stationary object. 17. Temperature. 18. Brightness. 19. Energy spent by a moving object. 20. Energy spent by a stationary object. 21. Power. 22. Loss of energy. 23. Loss of substance. 24. Loss of information. 25. Loss of time. 26. Amount of substance. 27. Reliability. 28. Accuracy of measurment. 29. Accuracy of manufacturing. 30. Harmful factors acting on an object from outside. 31. Harmful factor developed by an object. 32. Manufacturability. 33. Convenience of use. 34. Repairability. 35. Adaptability. 36. Complexity of a device. 37. Complexity of control. 38. Level of automation. 39. Capacity / productivity CHALMERS, Produktutveckling, 2014 14 Med hjälp av attributen ovan kan vid eventuell teknisk kontradiktion en princip till lösning sökas i matrisen för tekniska kontradiktioner. Matrisen består av 39 x 39 celler, där samtliga attribut förekommer i både x- och y-led. Det attribut som önskas förbättras markeras på y- axeln och det som blir sämre längs x-axeln. Där de två attributen möts ges eventuella förslag på princip för att lösa problemet. Principerna är 40 stycken till antalet och är utformade för att ge vägledning i hur aktuellt problem kan lösas utan oönskade kompromisser (Altshuller, 2005). CHALMERS, Produktutveckling, 2014 15 4 KONCEPTGENERERING I kapitlet nedan beskrivs arbetsgången med resultaten från respektive metod under genomförd konceptgenerering. Inledningsvis presenteras en kravspecifikation baserad på uppgifter från tidigare utvecklingsprojekt, därefter följer de metoder som nyttjats under projektet. 4.1 Framställan av kravspecifikation Baserat på uppgifter från kapitel 2 har följande kravspecifikation enligt tabell 4.1 nedan framställts. Kriterierna är littererade från A till X och indelade enligt Olssons kriteriematris (Johannesson et. al. 2004). "K" står för krav och "Ö" står för önskemål. "B" står för begränsande krav- önskemål och "F" står för funktionellt krav. Tabell 4.1. Kravspecifikation Cell Kriterium K/Ö Vikt F/B A 1.1 Dimensioner i xy-planet ej större än 1960 x 1960 mm K - B B 1.1 Dimensioner i z-led ej större än 925 mm K - B C 1.1 Vikt ej överstigande 200 kg Ö 2 B D 1.1 Monteringskompatibel med Bracke P11.a panteringsaggregat K - B E 1.1 Kompatibel med Hiko V93-kassetter (tom och påfylld) K - B F 1.1 Minst två kasetter i magasinet (2 x 40 plantor) K - F G 1.1 Färre antal detaljer än MagMat 1.5 Ö 4 B H 1.1 Medger kompatibilitet för någon av följande driftkällor: 24 V likström, 6 bar pneumatik, 125 bar hydraulik K - B I 1.1 Hydraulisk- och elektrisk drift av rörliga komponenter Ö 4 B J 1.1 Om plantan vid laddning av planteringsrör släpps ned skall dess väg vara vertikal från punkt A, till B. K - F K 2.1 Undvik skruvförband där justeringsmån ej krävs Ö 5 B L 2.4 Tillverkningskostnad ~200'. Ö 1 B M 3.1 Anpassad för att underlätta transport och installation Ö 2 B N 3.3 Handtag / fästpunkter monterade för att underlätta transport och installation Ö 3 B O 4.1 Möjlighet att fylla på samt plundra magasin på kassetter utan verktyg K - B P 4.1 Ladda planteringsrör på befintlig signal från Bracke P11.a K - F Q 4.1 Planta skall lämnas i planteringsrör orienterad i z-led med torvklumpen nedåt och skottet uppåt K - F R 4.1 Ett kassettbyte överskrider ej 33 s K - B S 4.1 Medge planteringsfrekvens på 8 s K - B T 4.2 Strukturellt tåla praktiskt arbete utan att ta skada från direkta yttre stötar K - F U 4.2 Strukturellt tåla de vibrationer som uppkommer vid praktiskt arbete K - F V 4.2 Funktion ej påverkad av de vibrationer som uppkommer vid praktiskt arbete K - F X 4.3 Ge återkoppling av status på magasin till operatör under arbete Ö 1 B CHALMERS, Produktutveckling, 2014 16 I tabell 4.2 nedan redovisas samtliga referenser till kriterier ingående i kravspecifikationen. Tabell 4.2. Referenser till kriterier Kriterier Referens A, B, C, D, I, J, K, O, P, X Wennberg 2013 E, S Lideskog & Safrani 2011 F, R, S Ersson et.al 2014 G, L, M, N Fagerström 3 H, Q Bracke forest 2014 4.2 Kundcentrerad planering Kriterier från kravspecifikationen översätts till kundönskemål. Önskemålen ställs därefter mot tekniska egenskaper som påverkar respektive önskemål i en QFD där viktning i form av svårighet att uppnå samt prioritering av kundönskemål gjorts. Fem betyder högst prioriterat och ett betyder lägst prioriterat. Slutligen har de tekniska egenskaper som genom analysen bedömts som viktigast för en lyckad utformning av ett automatiserat magasin för användning tillsammans med ett planteringsaggregat Bracke P11.a rangordnats som tänkt vägledning inför eventuell detaljkonstruktion. För fullständig analys se bilaga 1. De tre tekniska egenskaper som rangordnades högst var följande: 1. Utformning/geometri 2. Antal detaljer 3. Kompatibel infästning med Bracke P11.a. Då utvecklingen av ett planteringsmagasin med kassetthantering fortfarande befinner sig i forskningsstadiet och inga befintliga produkter finns på marknaden har konkurrensanalys inte tagits i beaktande under arbetet med QFD diagrammet. 4.3 Funktionsanalys Funktionsanalysens första steg var att abstraktisera de funktionella krav som framkommit i kravspecifikationen enligt tabell 4.1. Målet med detta var att eliminera de begränsande faktorerna i kraven så att lösningsökningen blir bredare. I tabell 4.3 nedan visas de abstraktiserade funktionella krav från kravspecifikationen. Tabell 4.3. Abstraktiserade funktionella krav Cell Abstraktiserat kriterium F 1.1 Magasinet rymmer flera kasetter J 1.1 Laddning genom släpp av planta sker vertikalt P 4.1 Ladda planteringsrör på signal Q 4.1 Planta lämnas med torvklumpen nedåt T 4.2 Ej utsättas för direkta yttre stötar U 4.2 Strukturellt ej påveras av vibrationer V 4.2 Funktion ej påverkas av vibrationer 3 Carl Johan Fagerström VD Fagerström industrikonsult AB, konstruktionsmöte den 2 maj 2014. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 17 De abstrakta krav som visas i tabell 4.3 ovan användes sedan för att formulera önskad huvudfunktion i en abstrakt och bred mening. Huvudfunktionen för en framtida produkt är således: AMP påfylld med flera kassetter skall på signal ladda planteringsrör med torvklumpen nedåt utan att påverkas av yttre stötar eller vibrationer, varken strukturellt eller funktionellt. Utifrån den nu definierade huvudfunktionen konstruerades en "black box" där ingående operand är, flera kassetter och önskad utgående operand är planta i planteringsrör. Huvudfunktionens uppgift är således att från ett flertal kassetter avskilja plantorna och ladda dem i planteringsröret, en och en, se figur 4.1 för huvudfunktion. ⇒ ⇒ Figur 4.1. Black box beskrivande huvudfunktion. För att lättare finna en komplett lösning bryts huvudfunktionen ner i delfunktioner så att lösningar och tekniker som endast löser en delfunktion kan identifieras. Delfunktionerna blir nu de transformerande funktioner inuti black boxen som ser till att input transformeras till önskad output. Funktionsanalys med ingående funktionsstruktur samt de delfunktioner som definierats presenteras i figur 4.2 nedan. Figur 4.2. Funktionsschema, delfunktioner med respektives underfunktioner De fyra identifierade delfunktionerna F1, F2, F3 och F4 presenteras schematiskt i figur 4.2 ovan. Delfunktionerna är uppdelade i ett antal underfunktioner som krävs för att uppfylla önskad delfunktion. Underfunktionerna littereras Fx.i. Ytterligare två operander, en ingående samt en utgående krävs för att uppfylla huvudfunktionen. De är den signal som meddelar att planta ska laddas och den att tömda kassetter lämnar systemet. De fyra delfunktionerna samt dess underfunktioner beskrivs nedan: F1. Klargöra kassetter för att avskilja plantor. För att kunna avskilja plantor från kassetterna måste kassettens position vara känd samt att kassetten ska ha intagit position för lossning (F1.1). CHALMERS, Produktutveckling, 2014 18 F2. Skilja planta från kassett. För att kunna leverera en planta till planteringsrör måste plantorna skiljas från kassett, vilket görs genom att skapa motriktade krafter mellan kassett och planta (F2.1). F3. Orientera planta för avlämning. För att plantan ska leveras rätt måste den efter avskiljande från kassett positioneras genom att den orienteras i x- (F3.1), y- (F3.2) och z-led (F3.3) till ett stående läge med torvklump nedåt. F4. Lämna planta i planteringsrör på signal. När inväntad signal att ladda planta ges, skall denna mottagas (F4.1) och en planta levereras till planteringsröret (F4.2). 4.4 Identifiering av problemområden i magasinets arbetscykel För att identifiera eventuella problemområden i magasinets arbetscykel nyttjades metoden släktskapsanalys. Analysen beskriver de fel som kan uppstå under processen planta i kassett till planta i planteringsrör. Resultatet presenteras i figur 4.3 nedan och beskriver ett antal olika fokusområden där fel bedöms uppstå. Områdena lyder som följer: yttre faktorer, kassett, initiering, kassett till planta och planta till planteringsrör. Samtliga eventuella fel har prioriterats inbördes inom respektive fokusområde, där högst prioriterat fel ligger högst upp och bör därför främst undvikas. Därefter enligt fallande prioritering och lägre klassat problem som blir aktuellt först efter att högre prioriterat fel har hanterats. Figur 4.3. Släktskapsdiagram beskrivande möjliga problemområden i process. Används som stöd vid framtagning av dellösningar samt vid inbördes bedömning av lösningar i senare metoder. 4.5 Framtagning av dellösningar Utifrån de delfunktioner som identifierats i funktionsanalysen arbetades olika dellösningar till respektive delfunktion fram med hjälp av brainstormning. De eventuella problem som uppdagats i släktskapsanalysen togs även i beaktande under brainstormingen. Sessionen började med en stunds enskilt arbete med framtagning av olika dellösningar som sedan diskuterades och utvecklades gemensamt. Dellösningarna är namngivna med första siffran Kassett Initiering Kassett > planta Planta > Plantrör Yttre faktorer Saknar fysisk kontroll över kassett. Kassett ligger i fel läge. Kassetter fastnar och hindrar nästa att nå rätt läge. Alla kassetter är tomma. Fler plantor än önskat lossas på signal Tar inte emot signal för att lossa planta. Misslyckas med att skilja planta från kassett. Planta trillar ur kassett. Saknas planta på plats i kassett redan vid laddning. Misslyckas att orientera plantan utefter önskemål. Planta lämnas i planteringsrör vid fel tid. Planta fastnar på väg till planteringsrör. Planta går sönder i hantering. Får inte signal för att lossa planta. Planta utsätts för påverkan utifrån i känsligt läge. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 19 utefter vilken funktion de löser, andra siffran i fallande ordning och ett A som står för att det är en dellösning. Detta kan beskrivas genom att den första dellösningen som löser delfunktion 2 namnges till A21. Dellösningarna med tillhörande skisser som uppkommit vid brainstormning och utvecklats efter sessionen presenteras nedan. 4.5.1 Funktion 1 - Klargör kassetter för att avskilja plantor Nedan presenteras de lösningar som ser till att kassetten befinner sig i rätt position för att kunna avskilja plantor från kassetter. Dellösning A11 – Radmagasin Figur 4.4. Radmagasin. Radmagasinet i figur 4.4 består av en yttre ram som förflyttas vertikalt och en inre skena med plats för tre kassetter som förflyttas horisontellt inuti den yttre ramen. På detta sätt löser den inre och yttre ramen både kassettbyte och att alla plantrader kan nås för utstötning av planta. Magasinet står med en vinkel mindre 90 grader mot xy-planet. Kassetterna fylls på genom att de matas in från sidan. Dellösning A12 – Pyramid Figur 4.5. Pyramidmagasin. Magasinet i figur 4.5 består av fyra stycken kassettplatser placerade i en pyramid runt en kvadratisk platta. När en kassett tömts på plantor roterar pyramiden ett kassettsteg så att nästa kassett når position för att lossa. Varje kassett kan förflytta sig vertikalt för att samtliga CHALMERS, Produktutveckling, 2014 20 plantrader skall kunna nås för avskiljning. Kassetterna plundras och laddas i sina fasta positioner och magasinet kan roteras manuellt så att alla kassettpositioner blir lätta att nå. Dellösning A13 - Rörligt bord Figur4.6. Rörligt bord. Rörligt bord i figur 4.6 består av ett inre bord med två fasta platser för kassetter som kan röra sig horisontellt. Det inre bordet rör sig inuti en yttre ram som medger vertikal förflyttning. Rörligt bord kan på detta sätt förflyttas så att samtliga plantpositioner i de två kassetterna kan nås och medger då utstötning från endast en position. Dellösning A14 – Halvmåne Figur 4.7. Halvmåne. Halvmånen i figur 4.7 består av en ram formad som en halvmåne med plats för tre kassetter där en av kassettplatserna är position för att lossa. Varje kassettplats kan förflyttas vertikalt för att medge lossning av samtliga plantrader. Då en kassett tömts roterar halvmånen ett kassettsteg och nästa kassett kan lossas. Halvmånen befinner sig in mot grävmaskinen då de är laddade och roterar utåt när de tömts, vilket underlättar både laddning och lossning. 4.5.2 Funktion 2 - Skilja plantor från kassetter Nedan beskrivs de alternativ som kan avskilja plantan från kassett för att sedan kunna orientera den till planteringsröret. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 21 Dellösning A21 – Cylinder Figur 4.8. Cylinder, hydrualisk eller pneumatisk. Cylinder används för att avskilja plantan från kassett med stöt eller skjuvning på torvklumpens undersida. Denna dellösning är inspirerad av MagMat 1.5:s dellösning för avskiljning av plantor (kap 2.1.5) och illustreras i figur 4.8. Dellösning A22 – Klo Figur 4.9. Klo. Klo i figur 4.9 används för att avskilja plantan från kassett genom att klon greppar tag i skottet och drar ut plantan från kassetten. 4.5.3 Funktion 3 - Orientera planta för avlämning Nedan beskrivs de dellösningar som orienterar plantan efter utstötning med rätt orientering till planteringsröret på Bracke P11.a. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 22 Dellösning A31 – Pendel Figur 4.10. Pendel för tvåaxlig orientering. Plantorna skjuvas ut en och en i varsin cylindrisk kammare tillhörande en pendel, illustrerad i figur 4.10. Plantan pendlas sedan ner och släpps i en tratt ovanför planteringsröret. Tratten har fem kanaler, en för varje kammare i pendeln för att säkerställa att plantan ej hamnar på tvären under fallet mot planteringsröret. Dellösning A32 - Konisk revolver Figur 4.11. Konisk revolver med två kammare för treaxlig orientering. Plantan skjuvas ut från kassett in i en konisk revolver med två kammare illustrerad i figur 4.11. När en kammare fylls med en planta roterar revolvern 90 grader. Plantan befinner sig nu i kammaren och vilar på en plåt som följer revolverns rörelse. För att lämna plantan roterar revolvern ytterligare 90 grader där den följande plåten upphör och plantan släpps vertikalt ner i planteringsröret. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 23 Dellösning A33 – Fålla Figur 4.12. Fålla för att tvåaxlig orientering. Fållan i figur 4.12 är den dellösning som MagMat och Transplanter (kap. 2.1.4) nyttjar för att utföra orientering av planta. Plantan stöts ut på en fålla som sedan viker ner plantan i planteringsröret med torvklumpen först. Dellösning A34 – Rullband Figur 4.13. Rullband för treaxlig orientering. Plantorna skjuvas ut fem åt gången liggand på ett rullband, illustrerat i figur 4.13. Rullbandet har fack för plantorna och gör sedan en 90 graders vridning för att ge dem en stående position. Slutligen släpps plantorna i planteringsröret med torvklumpen först. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 24 Dellösning A35 – Revolver Figur 4.14. Revolver för tvåaxlig orientering. I figur 4.14 ovan skjuvas plantorna in i en revolver med ett antal kammare som sedan roterar för att orientera plantan till planteringsröret. Revolverns kammare ligger parallellt med rotationsaxeln. Dellösning A36 – Plockrobot Figur 4.15. Plockrobot för treaxlig orientering. Plockroboten i figur 4.15 plockar plantorna ur kassetter, orienterar och släpper dem sedan rätt orienterade i planteringsröret. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 25 Dellösning A37 – Tratt Figur 4.16. Tratt för treaxlig orientering. Plantan stöts i figur 4.16 ut i en tratt och då torvklumpen har högre vikt än skottet ser gravitationen och tratten till att plantan orienteras med torvklumpen först till planteringsröret. 4.5.4 Funktion 4 - Lämna planta i planteringsrör på signal Nedan presenteras de dellösningar som ser till att plantan lämnas på given signal i planteringsröret. Dellösning A41 – Buffert Figur 4.17. Buffert Plantorna lämnas i figur 4.17 i en buffert som sedan släpper plantorna en och en till planteringsröret. Bufferten är svår att ge en generell utformning då den är helt beroende av de lösningar med vilka den kombineras. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 26 Dellösning A42 – Grind Figur 4.18. Grind. En grind ovanför planteringsröret öppnas på signal av Bracke P11.a så att plantan släpps. Grinden är illustrerad i figur 4.18 ovan. Dellösning A43 – Klo Figur 4.19. Klo En klo håller i plantan tills signalen från Bracke P11.a ges då plantan släpps ned i planteringsröret. Klon är illustrerad i figur 4.19 ovan. 4.6 Framtagning av lösningsförslag För att kombinera och ta fram kompletta lösningsförslag användes morfologisk analys där en morfologisk matris beskriver samtliga delfunktioner tillsammans med samtliga lösningar för respektive delfunktion. Se figur 4.20 nedan. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 27 Figur 4.20. Morfologisk matris med samtliga dellösningar Antalet möjliga kombinationer fastställdes med hjälp av multiplikationsprincipen inom kombinatoriken. Exempel: Antal dellösningar för delfunktion F1 multiplicerat med antal dellösningar för delfunktion F2 ger totalt antal kombinationer [F1(2st) * F2(2st) = 4st komb.] Därefter användes Matlab för att med hjälp av en matematisk funktion, Allcomb definiera samtliga möjliga kombinationer. För redogörelse av funktionen, se bilaga 2. Därefter genomfördes manuellt en eliminering av lösningskombinationer som innehöll redundant funktionalitet. Det vill säga att flera dellösningar uppfyllde, eller kunde uppfylla samma delfunktion. I de fall då ingående dellösningar i aktuellt alternativ direkt stred mot varandras teknik föll även de bort. Se bilaga 3 för samtliga möjliga kombinationer. Sammanlagt genomfördes fyra itereringar under den morfologiska analysen och de kombinationer som föll bort beskrivs nedan. Eliminerade kombinationer oberoende av typ av magasin är följande: A21 i kombination med A43., nyttjade av klo för funktion F4 när cylinder nyttjats för F2. A22 i kombination med A31, A32, A33, A34, A35, A37 och A43. Nyttjas klo för funktion F2 och funktion F4 bör greppet inte släppas under plantans väg från kassett till planteringsrör för att mellanlagra denna då detta medför ökad risk för fel i orienteringen. A33 i kombination med A41 då båda dellösningarna uppfyller delar av funktion F3. A37 i kombination med A41 då även de båda uppfyller funktion F3. A13 i kombination med A36 då de båda uppfyller funktion F3. A21 i kombination med A36 då de båda uppfyller funktion F2. A31 i kombination med A41 då A31 kan nyttjas som buffert. A22 i kombination med A31, A32, A33, A34 och A35 då nyttjande av klo för funktion F2, utan att använda A36, eller A37 för funktion F3 elimineras då greppet även här bör hållas tills funktion F4 skall uppfyllas. A42 i kombination med A32, A34 och A35 då mellanlagring med efterföljande grind, eller mellanlagring båda uppfyller funktion F4. Dellösning A35 uppfyller inte funktion F3 under realistiska förhållanden och samtliga kombinationer med A35 elimineras. A36 i kombination med A43 då inget arbete kan utföras mellan planteringarna samt med tanke på eventuella skador på plantan då den hanteras med klo. A22 i kombination med A37 då båda uppfyller funktion F3. A36, plockrobot elimineras helt då den ej anses lämpad för vibrationsrik miljö med stora deaccelerationer. A11 i kombination med A32 då dellösning A32 kräver påfyllnad av sin kammare från en och samma position. A12 i kombination med A32 då dellösning A32 kräver påfyllnad av sin kammare från en och samma position. A13 i kombination med A31 till fördel för A13 i kombination med A32 på grund av mindre fördröjning. A13 i kombination med A33 då båda dellösningarna uppfyller funktion F3. A13 i kombination med A34 då båda dellösningarna uppfyller funktion F3. A15 i kombination med A32 då konisk revolver kräver att påfyllnad av dess kammare sker från en och samma position CHALMERS, Produktutveckling, 2014 28 De kombinationer som återstod efter genomförd eliminering är beskrivna nedan. Anledningen till att de undgick eliminering är främst att de saknade direkt redundant funktionalitet samt att de anses vara bäst bland alstrade realistiska kombinationer. De dellösningar som kvarstår klassas som möjliga fullständiga lösningar och littereras Bi. B1. A11, A21, A31, A42, Radmagasin med 5 cylindrar, pendel och grind. B2. A11, A21, A33, A42, Radmagasin med 5 cylindrar, fålla och grind. B3. A11, A21, A34, A41, Radmagasin med 5 cylindrar, rullband och grind. B4. A11, A21, A37, A42, Radmagasin med 5 cylindrar, tratt och grind. B5. A12, A21, A31, A42, Pyramid med 5 cylindrar, pendel och grind. B6. A12, A21, A33, A42, Pyramid med 5 cylindrar, fålla och grind. B7. A12, A21, A34, A41, Pyramid med 5 cylindrar, rullband och buffert. B8. A12, A21, A37, A42, Pyramid med 5 cylindrar, tratt och grind. B9. A13, A21, A32, A41, Rörligt bord med 1 cylinder, konisk revolver och buffert. B10. A14, A21, A31, A42, Halvmåne med 5 cylindrar, pendel och grind. B11. A14, A21, A33, A42, Halvmåne med 5 cylindrar, fålla och grind. B12. A14, A21, A34, A41, Halvmåne med 5 cylindrar, rullband och buffert. B13. A14, A21, A37, A42, Halvmåne med 5 cylindrar, tratt och grind. Efter ytterligare analys av återstående kombinationer konstaterades att det fortfarande existerade viss redundant funktionalitet, vilken eliminerades genom att minska antalet dellösningar i samtliga kombinationer. Det var uteslutande funktion F4 som uppfylldes av dellösning ämnad för funktion F3 samt F4. Då dellösningen ämnad för funktion F3 i samtliga fall även kunde uppfylla funktion F4 eliminerades en delfunktion från alla 13 kombinationer. Exempelvis ansågs rullband uppfylla funktionen som buffert samt avlämnande av planta kan ske genom stegning av bandet. Lösningarna littereras nu Ci och bedöms uppfylla samtliga krav. Se bilaga 4 för fullständig redogörelse för kombination C1 t.o.m. C13. C1. A11, A21, A31, Radmagasin med 5 cylindrar och pendel. C2. A11, A21, A33, Radmagasin med 5 cylindrar och fålla. C3. A11, A21, A34, Radmagasin med 5 cylindrar och rullband. C4. A11, A21, A37, Radmagasin med 5 cylindrar och tratt. C5. A12, A21, A31, Pyramid med 5 cylindrar och pendel. C6. A12, A21, A33, Pyramid med 5 cylindrar och fålla. C7. A12, A21, A34, Pyramid med 5 cylindrar och rullband. C8. A12, A21, A37, Pyramid med 5 cylindrar och tratt. C9. A13, A21, A32, Rörligt bord med 1 cylinder och konisk revolver. C10. A14, A21, A31, Halvmåne med 5 cylindrar och pendel. C11. A14, A21, A33, Halvmåne med 5 cylindrar och fålla. C12. A14, A21, A34, Halvmåne med 5 cylindrar och rullband. C13. A14, A21, A37, Halvmåne med 5 cylindrar och tratt. 4.7 Rangordning av lösningsförslag I detta kapitel visas resultatet för lösningsförslag som utvärderades och rangordnas med hjälp av Pughs beslutsmatris och Kesselrings metod. 4.7.1 Rangordning med hjälp av Pughs relativa beslutsmatris För att rangordna kombinationer ställdes C1-C13 mot referensprodukten, 70car från Bracke forest, i en relativ beslutsmatris. 70car användes som referens då den är en i dag fungerande CHALMERS, Produktutveckling, 2014 29 lösning som används, dock uppfyller den inte samtliga krav på funktionalitet som ställs på nyutveckling av magasin, vilket också är den grundläggande anledningen till aktuell nyutveckling. För att uppnå ett mer rättvist resultat användes utöver önskemål från kravspecifikationen även ett antal kriterier i form av krav som är möjliga att "överuppfylla". Önskemålen var följande: O, T, U, V. Ett krav uteslöts från beslutsmatrisen då det är svårt att uppskatta tillverkningskostnad för lösningsalternativ samt för referensensprodukt. För att ytterligare säkerställa att likvärdig bedömning görs nyttjades ett antal tekniska bedömningsgrunder som littereras Qi. Beteckningarna inom parentes beskriver för vilka kriterier de tekniska bedömningsgrunderna nyttjades. Q1. Krav på toleranser (V). Q2. Antal detaljer (T, U). Q3. Krav på noggrannhet i rörelse (V). Q4. Svårighet att uppnå noggrannhet i rörelse (V). Q5. Antal rörelser för att tömma kassett (V). Q6. Antal rörelser för att byta kassett (V). Q7. Antal dellösningar (T, U). Q8. Fysisk kontroll över planta efter utstötning ur kassett (V). Q9. Ej utsatt placering av magasin (T). Q10. Yttergeometri i x- y-led större än Bracke P11.a (T). Q11. Tidsfördröjning i avlämnande av planta efter given signal (V). De lösningsförslag som presterade lika bra resultat, eller bättre än referens behölls för vidare utveckling och utvärdering. Fullständigt resultat av beslutsmatrisen presenteras i tabell 4.4 nedan. Tabell 4.4. Relativ beslutsmatris Lösningsalternativ Kriterium ref C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 F + + + + + + + + + + + + + G - - - - - - - - - - - - - I 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 K 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 N 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O + + + + + + + + + + + + + T 0 0 0 + 0 0 - 0 0 - - - - U - - - - - - - - 0 - - - - V 0 - 0 - - - - - 0 - - - - X + + + + + + + + + + + + + ∑ + 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ∑ 0 7 6 7 5 6 6 5 6 8 5 5 5 5 ∑ - 2 3 2 3 3 3 4 3 1 4 4 4 4 ∑ tot 0 1 0 1 1 0 0 -1 0 2 -1 -1 -1 -1 Rang 2 3 2 2 3 3 4 3 1 4 4 4 4 Vidare JA JA JA JA JA JA NEJ JA JA NEJ NEJ NEJ NEJ CHALMERS, Produktutveckling, 2014 30 Nedan följer de åtta lösningsförslag som presterade lika bra, eller bättre resultat än referens i besultsmatrisen. Presentation av de alternativ som inte tog sig vidare framkommer i tabell 4.4 ovan och på vilka punkter de brast. De åtta lösningsförslag som gick vidare i processen genomgick ytterligare en itterering för att definieras ytterligare och littereras Di. Lösningsförslag D1, Radmagasin med 5 cylindrar för utstötning och pendel. Magasinet består av en yttre ram som förflyttas vertikalt och en inre skena med plats för tre kassetter som förflyttas horisontellt inuti den yttre ramen. Kassetterna fästs på högkant med en vinkel mindre än 90 grader mot xy-planet i den inre skenan med hjälp av fjädrande låsklackar där kassetten förs in från sidan. Avskiljning av plantor från kassetten sker med fem hydrauliska cylindrar, en per plantrad, där de en i taget skjuvar ut en planta. När en rad tömts flyttar sig den yttre ramen ett plantsteg negativt i yz-led. När en kassett är tömd återgår den yttre ramen till grundposition och den inre ramen förflyttas i x-led en kassettbredd för att påbörja lossning av nästkommande kassett. Förflyttning av den yttre och inre ramen utövas av hydrauliska cylindrar där givare fastställer korrekt position. På signal från Bracke P11.a skjuvas plantan ut från kassetten och in i en cylindrisk pendel som under svängning följer en plåt utefter pendelns bana och släpper slutligen plantan i planteringsröret. De fem platserna på en rad i en kassett motsvaras var och en av en cylindrisk kammare i pendeln. Plantan släpps i en tratt för att orientera plantan i y-led mot planteringsrörets centrum. Då samtliga kassetterna är tömda på plantor byts de ut genom att låsklacken lyfts manuellt och kassetterna puttas ut ur skenan från sidan. Placeringen av magasinet är på Bracke P11.a parallellt med x-axeln och avlämnande av plantan sker centrerat i planteringsröret, se figur 4.21 nedan. Figur 4.21. Lösningsförslag D1. Lösningsförslag D2, Radmagasin med 5 cylindrar för utstötning och fålla. Magasinet består av en yttre ram som förflyttas vertikalt och en inre skena med plats för tre kassetter som förflyttas horisontellt inuti den yttre ramen. Kassetterna fästs på högkant med en vinkel mindre än 90 grader mot xy-planet i den inre skenan med hjälp av fjädrande låsklackar där kassetten förs in från sidan. Avskiljning av plantor från kassetten sker med fem hydrauliska cylindrar, en per plantrad, där de en i taget skjuvar ut en planta. När en rad tömts flyttar sig den yttre ramen ett plantsteg negativt i yz-led. När en kassett är tömd återgår den yttre ramen till grundposition och den inre ramen förflyttas i x-led en kassettbredd för att påbörja lossning av nästkommande kassett. Förflyttning av den yttre och inre ramen utövas av hydrauliska cylindrar där givare fastställer korrekt position. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 31 Hantering av plantan är här lik den som används i funktionsmodellerna, MagMat och Transplanter (se kap 2.2.3). Där stöts plantan ut från kassetten, en i taget, in i en fålla som sedan viks ned och plantan faller ned i planteringsröret. Utstötningen startar på signal från Bracke P11.a. Placeringen av magasinet är på Bracke P11.a parallellt med x-axeln och avlämnandet av plantan sker centrerat i planteringsröret, se figur 4.22. nedan. Figur 4.22. Lösningsförslag D2. Lösningsförslag D3, Radmagasin med 5 cylindrar för utstötning och transportband. Magasinet består av en yttre ram som förflyttas vertikalt och en inre skena med plats för två kassetter som förflyttas horisontellt inuti den yttre ramen. Kassetterna fästs på högkant med en vinkel mindre än 90 grader mot xy-planet i den inre skenan med hjälp av fjädrande låsklackar där kassetten förs in från sidan. Avskiljning av plantor från kassetten sker med fem hydrauliska cylindrar, en per plantrad, där de samtidigt skjuvar ut fem plantor åt gången ur kassetten. När en rad tömts flyttar sig den yttre ramen ett plantsteg negativt i yz-led. När en kassett är tömd återgår den yttre ramen till grundposition och den inre ramen förflyttas i x-led en kassettbredd för att påbörja lossning av den andra kassetten. Förflyttning av den yttre och inre ramen utövas av hydrauliska cylindrar där givare fastställer korrekt position. När plantorna lämnat kassetten skjuvas de ut på ett transportband med separata fack som ger plats för de fem plantorna. Bandet drivs med en hydraulisk motor. På väg mot planteringsröret gör transportbandet en vändning på 90 grader vilket för plantorna från liggande till stående läge. Bandet är inkapslat med ett skyddande hölje som även utgör det golv plantorna står på då de nått stående läge. Bandet är placerat så att det med plantorna i stående läge passerar planteringsröret.När ett fack på transportbandet passerar bredvid transportbandet faller således plantan ner i röret. Vid signal från Bracke P11.a förflyttas bandet ett steg vilket motsvarar avståndet mellan två plantfack och en givare vid bandets slut beordrar ytterligare förflyttning om något fack saknar planta. Då lossningsposition är tömd på plantor beordras automatiskt avskiljning av nästa rad plantor i kassetten och ytterligare fem plantor skjuvas ut på transportbandet. Placeringen av magasinet är på Bracke P11.a parallellt med x-axeln och avlämnandet av plantan sker centrerat i planteringsröret, se figur 4.23 nedan. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 32 Figur 4.23. Lösningsförslag D3. Lösningsförslag D4, Radmagasin med 5 cylindrar för utstötning och tratt. Magasinet består av en yttre ram som förflyttas vertikalt och en inre skena med plats för tre kassetter som förflyttas horisontellt inuti den yttre ramen. Kassetterna fästs på högkant med en vinkel mindre än 90 grader mot xy-planet i den inre skenan med hjälp av fjädrande låsklackar där kassetten förs in från sidan. Avskiljning av plantor från kassetten sker med fem hydrauliska cylindrar, en per plantrad, där de en i taget skjuvar ut en planta. När en rad tömts flyttar sig den yttre ramen ett plantsteg negativt i yz-led. När en kassett är tömd återgår den yttre ramen till grundposition och den inre ramen förflyttas i x-led en kassettbredd för att påbörja lossning av nästkommande kassett. Förflyttning av den yttre och inre ramen utövas av hydrauliska cylindrar där givare fastställer korrekt position. Då plantan stötts ut styrs skottet mot ena väggen i den tratt vilken leder mot planteringsröret. När plantans torvklump är helt utstött ur kassetten börjar den falla mot trattens förträngning. Då skottet sedan tidigare har stöd mot trattens vägg ser gravitationen till att plantan faller med torvklumpen först på sin väg ner i planteringsröret. Placeringen av magasinet är på Bracke P11.a parallellt med x-axeln och avlämnandet av plantan sker centrerat i planteringsröret, se figur 4.24 nedan. Figur 4.24. Lösningsförslag D4. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 33 Lösningsförslag D5, Pyramid med 5 cylindrar för utstötning och pendel. Magasinet består av fyra stycken kassettplatser placerade i en pyramid. I toppen bildas en kvadratisk platta och i botten en oktogon. Plantorna skjuvas ut, en i taget med hjälp av fem hydrauliska cylindrar. Kassetten töms rad för rad och när en rad är tom förflyttas kassetten med hjälp av en hydraulisk cylinder i negativ xz-led. Varje kassettplats har varsin cylinder för förflyttning i xz-led. När en kassett är tömd roterar pyramiden ett steg och nästa kassett når då positionen för avskiljning. Kassetterna låses i pyramiden med fjädrande låsklackar och plundras genom att låsklacken lyfts manuellt. På signal från Bracke P11.a skjuvas plantan ut från kassetten och in i en cylindrisk pendel som under svängning följer en plåt utefter pendelns bana och släpper slutligen plantan i planteringsröret. De fem platserna på en rad i en kassett motsvaras var och en av en cylindrisk kammare i pendeln. Plantan släpps i en tratt för att orientera plantan i y-led mot planteringsrörets centrum, se figur 4.25 nedan. Magasinet placeras på Bracke P.11a likt 70car och MagMat (se kap 2.1.1 och 2.1.4). Figur 4.25. Lösningsförslag D5. Lösningsförslag D6, Pyramid med 5 cylindrar för utstötning och fålla. Magasinet består av fyra stycken kassettplatser placerade i en pyramid. I toppen bildas en kvadratisk platta och i botten en oktogon. Plantorna skjuvas ut, en i taget med hjälp av fem hydrauliska cylindrar. Kassetten töms rad för rad och när en rad är tom förflyttas kassetten med hjälp av en hydraulisk cylinder i negativ xz-led. Varje kassettplats har varsin cylinder för förflyttning i xz-led. När en kassett är tömd roterar pyramiden ett steg och nästa kassett når då positionen för avskiljning. Kassetterna låses i pyramiden med fjädrande låsklackar och plundras genom att låsklacken lyfts manuellt. Hantering av plantan är här lik den som används i funktionsmodellerna, MagMat och Transplanter (se kap 2.2.3). Där stöts plantan ut från kassetten, en i taget, in i en fålla som sedan viks ned och plantan faller ned i planteringsröret, se figur 4.26 nedan. Utstötningen startar på signal från Bracke P11.a. Magasinet placeras på Bracke P11.a på samma sätt som 70car och MagMat (se kap 2.1.1 och 2.1.4). CHALMERS, Produktutveckling, 2014 34 Figur 4.26. Lösningsförslag D6. Lösningsförslag D8, Pyramid med 5 cylindrar för utstötning och tratt. Magasinet består av fyra stycken kassettplatser placerade i en pyramid. I toppen bildas en kvadratisk platta och i botten en oktogon. Plantorna skjuvas ut, en i taget med hjälp av fem hydrauliska cylindrar. Kassetten töms rad för rad och när en rad är tom förflyttas kassetten med hjälp av en hydraulisk cylinder i negativ xz-led. Varje kassettplats har varsin cylinder för förflyttning i xz-led. När en kassett är tömd roterar pyramiden ett steg och nästa kassett når då positionen för avskiljning. Kassetterna låses i pyramiden med fjädrande låsklackar och plundras genom att låsklacken lyfts manuellt. Då plantan stötts ut styrs skottet mot ena väggen i den tratt vilken leder mot planteringsröret. När plantans torvklump är helt utstött ur kassetten börjar den falla mot trattens förträngning. Då skottet sedan tidigare har stöd mot trattens vägg ser gravitationen till att plantan faller med torvklumpen först på sin väg ner i planteringsröret, se figur 4.27 nedan. Magasinet placeras på Bracke P11.a på samma sätt som 70car och MagMat (se kap 2.1.1 och 2.1.4). Figur 4.27. Lösningsförslag D8. Lösningsförslag D9, Rörligt bord med 1 cylinder för utstötning och konisk revolver. Magasinet i aktuellt lösningsförslag består av ett bord med två fasta platser för kassetter. Kassetterna fästs på högkant bredvid varandra och fixeras med hjälp av fjädrande låsklackar. Vinkeln mellan kassettbordet och xy-planet är mindre än 90 grader och större än 30. Plantorna skjuvas endast ut från en och samma position med hjälp av en hydraulisk cylinder vilket medför att kassetten måste flyttas efter varje planta som avskiljs innan ytterligare en CHALMERS, Produktutveckling, 2014 35 kan skjuvas ut. Detta görs genom att hela bordet flyttas i x-led ett plantsteg vid varje utstötning. Eftersom kassetterna fixeras tätt ihop kan samma rad tömmas på båda kassetterna innan förflyttning i yz-led krävs. När båda kassetters rader är tömda förflyttas hela bordet negativt i yz-led ett plantsteg för att möjliggöra lossning av nästkommande rader. Förflyttningarna i både x-led och yz-led utförs av hydrauliska cylindrar där givare fastställer korrekt positionering. Tomma kassetter byts genom att manuellt lyfta låsklackarna. Plantan skjuvas ut från kassetten och in i en konisk revolver med två kammare. När en kammare fylls med en planta roterar revolvern 90 grader. Plantan vilar då på ett underlag som följer revolverns rörelse. Vid signal från Bracke P.11a roterar revolvern ytterligare 90 grader där det följande underlaget upphör och plantan faller vertikalt ner i planteringsröret. Samtidigt som den ena revolverkammaren befinner sig ovanför planteringsröret och fäller en planta, befinner sig den andra kammaren vid position för avskiljning och kan således ta emot nästa planta som skjuvas ut. Kamrarna är således separerade med 180 grader i axiell led. Placeringen av magasinet är på Bracke P11.a parallellt med x-axeln och avlämnande av plantan sker centrerat i planteringsröret, se figur 4.28 nedan. Figur 4.28. Lösningsförslag D9. 4.7.2 Eliminering av lösningar med Kesselrings metod För att ge en rättvis utvärdering viktades kriterierna enligt parvis jämförelse, se tabell 4.5 nedan. Tabell 4.5. Parvis jämförelse av kriterier med skalade viktfaktorer C G I K F O M N X T U V ∑ σi Wi C - 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 3 0,05 3 G 1 - 0 0,5 0 0 1 1 1 0 0 0 4,5 0,08 4 I 1 1 - 1 0 1 1 1 1 1 0 0 8 0,14 1 K 1 0,5 0 - 0 1 1 1 1 0 0 0 5,5 0,10 5 F 1 1 1 1 - 1 1 1 1 1 0 0 9 0,16 8 O 1 1 0 0 0 - 1 1 1 1 0 0 6 0,11 5 M 0 0 0 0 0 0 - 0 0 0 0 0 0 0 0 N 0 0 0 0 0 0 1 - 0 0 0 0 1 0,02 1 X 0 0 0 0 0 0 1 1 - 0 0 0 2 0,04 2 T 1 1 0 1 0 0 1 1 1 - 0 0 6 0,11 5 U 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 0 10 0,18 9 V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 11 0,20 10 ∑ 56 1 - CHALMERS, Produktutveckling, 2014 36 De lösningar som presterade lika bra, eller bättre än referensprodukten, 70car utvärderads med Kesselrings metod enligt kap. 3.8. Betygsskalor för kriterier användes där det ansågs praktiskt genomförbart samt för att underlätta utvärdering. Följande kriterier betygsattes: (C) vikt - genom uppskattad vikt på ingående dellösningar, (G) detaljer - genom uppskattat antal detaljer på ingående dellösningar, (I) drift - antal typer av kraftkällor samt totalt antal enheter för utförande av arbete, (K) toleranser - bedömt antal kritiska toleranser med hänsyn till rörliga detaljer samt givarpositioner som ej kan svetsas, (F) kassetter - antal kassetter i magasinet. Då ett antal kriterier anses vara produkter av andra kriterier sammantaget är det svårt att ge dem betygsskalor och bedömningen har där gjorts individuellt. Se tabell 4.6 nedan för betygsskalor. Tabell 4.6. Betygsskalor Vikt (C) Detaljer (G) Kassetter (F) Drift (I) Kritiska förband (K) 1 < 300 1 < 1000 1 2 st 1 >2typ(>10) 1 ≥ 20 2 < 250 2 < 800 2 3 st 2 2typ(<10) 2 < 20 3 < 200 3 < 600 3 4 st 3 1typ(≥10) 3 < 10 4 < 150 4 < 400 4 6 st 4 1typ(<10) 4 < 5 5 < 100 5 < 200 5 8 st 5 1typ(≤ 5) 5 0 Resultatet av Kesselrings kriterieviktmatris presenteras i tabell 4.7 nedan. Samtliga lösningsförslag vägs mot en ideal lösning, benämns ref i tabell 4.7. Tabell 4.7. Kesselrings kriterieviktmatris Lösningsalternativ ref D1 D2 D3 D4 D5 D6 D8 D9 K Wi T V T V T V T V T V T V T V T V T C 3 15 2 6 2 6 2 6 3 9 2 6 2 6 2 6 3 9 F 8 40 2 16 2 16 1 8 2 16 3 24 3 24 3 24 1 8 G 4 20 3 12 3 12 3 12 4 16 2 8 2 8 3 12 3 12 I 1 5 4 4 4 4 3 3 4 4 3 3 3 3 3 3 5 5 K 5 25 3 15 3 15 2 10 3 15 2 10 2 10 2 10 3 15 M 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 N 1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 O 5 25 5 25 5 25 5 25 5 25 3 15 3 15 3 15 4 20 T 5 25 3 15 3 15 2 10 3 15 4 20 4 20 4 20 3 15 U 9 45 4 36 4 36 4 36 4 36 4 36 4 36 4 36 4 36 V 10 50 3 30 2 20 2 20 2 20 2 20 1 10 1 10 4 40 X 2 10 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 ∑ T 265 168 158 139 165 151 141 145 169 ∑ T/∑ Tmax 1 0,63 0,60 0,52 0,62 0,57 0,53 0,55 0,64 Rang 2 4 8 3 5 7 6 1 Efter genomförd eliminering var det två lösningsförslag som presterade mycket lika resultat och därför beslutades att de båda skulle utvärderas ytterligare. De alternativ som presterade bäst var D1 och D9. Det visade sig att de båda lösningsförslagen innehöll en intressant teknisk kontradiktion. Det ena förslagets svagheter var det andra förslagets styrkor och omvänt. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 37 Motsättningen besår i att lösningsförslag D9 kräver förflyttning av kassetten mellan varje avskild planta för att orientera denna i x-led mot planteringsröret. Detta ger hög noggrannhet i plantans förflyttning efter det att den lämnat kassetten, men medför ett stort antal förflyttningar av kassetterna. Lösningsförslaget D1 som nyttjar fem stycken cylindrar för avskiljning av plantan behöver inte förflytta kassetten mellan varje avskild planta. Detta medför att ett mycket litet antal förflyttningar behöver genomföras med kassetterna, samtidigt medför det att plantan måste orienteras i x-led mot planteringsröret efter det att den lämnat kassetten. Vilket medför en högre risk för att plantan inte når planteringsröret enligt krav. 4.8 Eliminering av tekniska kontradiktioner Då de två kvarvarnde lösningarna innehåller en teknisk kontradiktion valdes att utvärdera de två med hjälp av Triz, steg 5. Lösningarna formulerades i Triz formulär ett och två för att identifiera de atribut som skall förbättras enligt de 39 egenskaper som går att förbättra i ett tekniskt system och för att formulera lösningarnas tekniska kontradiktion för att sedan söka lösningar till motsättningarna. Då nackdelen med lösning D1 är att då plantan lämnat kassetten måste den fortfarande orienteras i x-led genom tratten för att nå planteringsröret valdes attribut #31"Harmful factors developed by an object" till att elimineras. Detta då pendeln tillsammans med tratten som med dess skiljeväggar kan skapa faktorer som gör att plantan fastnar och därför inte når planteringsröret. Vidare formulerades den tekniska kontradiktionen genom att ett konventionellt sätt för att eliminera attribut #31 angavs som D9 dellösning A13 – rörligt bord då denna inte kräver någon orientering i x-led efter att plantan lämnat kassetten. Dellösning A13 kräver dock en extra rörelse för att utföra sin givna uppgift. Då denna konventionella metod används valdes attribut #37 "Complexity of control" som de attribut som försämras då de rörliga bordet kräver komplex styrning för att magasinet skall finna samtliga plantors positioner. Den tekniska kontradiktion som då utformades är följande: Om problem under plantans väg elimineras genom att en extra rörelse adderas kommer komplexiteten i styrningen att försämras då orientering i matris krävs. Se bilaga 5 för fullständigt ifyllda formulär. De rekomenderade principerna hämtades därefter ur Triz contradiction matrix för eliminering av attribut #37 samt den egenskap som försämras om problemet reduceras konventionellt är attribut #39. Enligt matrisen blev principerna som bör nyttjas för lösningssökning följande: 1 segmantation, 2 Extraction, 21 rushing trough och 27 disposable. Den princip som användes för att lösa contradiktionen var Extraction där rekomendationen var att ta bort den störande delen eller egenskapen från ett objekt. Detta applicerades på tratten (A31) och vid djupare analys framgick det att skiljevägarna som styr plantan kräver en viss vinkel vid trattens avsmalnande och kan därför orsaka att plantan fastnar. Skiljevägarna i lösning D1s tratt tas således bort och tratten kan nu utformas för att optimera plantans väg ner i planteringsröret. Lösning D9 utverderades på liknande sätt som D1 men här valdes istället att atributet #37 "Complexity of control" skall förbättras och den konventionella metod för att förbättra detta är lösning D1 utstötningsprincip med fem positioner och fem cylindrar. De attribut som försämras med denna konventionella lösning valdes till attribut #36 complexity of a device då plantan nu måste orienteras i x-led eftersom den stöts ut från fem olika positioner vilket ökar komplexiteten i orientering och avlämnande av plantan. Den tekniska kontadiktionen blev således: Om komplexiteten i styrningen förbättras genom att addera 4 cylindrar för utsötning, kommer komplexiteten i orientering samt avlämnande av planta att öka (negativt). För fullständigt ifyllda formulär se bilaga 6. Triz contradiction matrix gav sedan följande CHALMERS, Produktutveckling, 2014 38 principer att arbeta med: 10 Prior action, 15 Dynamicity, 28 Replacement of Mechanical System och 37 thermal expansion. Prinip 15 säger att om ett objekt är fast så gör det istället rörligt, eller att dela upp två element genom att ändra dess position relativt mot varandra. Med dessa principer utvecklades koncpetet genom att göra utstötningscylindern och den koniska revovlern rörliga i x-led medan magasinet bara rör sig i zy-led. På så sätt har rörelserna delats upp till två delar som utför en endimensionell rörelse var vilket minskar komplexiteten i styrningen. De genom Triz utvecklade förslagen littereras Ei och är följande: E1 - Radmagasin med 3 kassetter och 5 cylindrar med en 5 kammrad pendel och tratt utan skiljeväggar. E9 - Rörligt bord med 2 kassetter. Magasinet är rörligt i zy-led. En vagga, rörlig i x-led bär med sig en cylinder för utstötning och en 1 kammrad pendel som lämnar plantan direkt i planteringsröret. CHALMERS, Produktutveckling, 2014 39 5 DISKUSSION I följande kapitel diskuteras de resultat som framkommit under konceptgenereringen och de faktorer som varit avgörande för resultatets utformning. Vidare diskuteras de två vinnande koncepten för att komma fram till ett slutgiltigt koncept. Vid eliminering av lösningförslag i kapitel 4.7 visade det sig att de kriterier som kom att spela en avgörande roll var kriterierna som behandlade att funktion samt struktur inte får påverkas negativt av rådande miljö vid praktiskt arbete. Dessa kriterier var, kriteriet T att strukturellt tåla praktiskt arbete utan att ta skada från direkta yttre stötar, kriteriet U att strukturellt tåla de vibrationer som uppkommer vid praktiskt arbete och kriteriet V att funktion ej påverkas av de vibrationer som uppkommer vid praktiskt arbete. Vid utvärdering med Pughs relativa beslutsmatris var det endast vid dessa kriterier som de olika lösningsförslagen skilde sig åt när de jämfördes mot Bracke Forests befintliga lösning 70car. Detta fick således en betydande roll i vilka lösningsförslag som gick vidare från den första elimineringen. Vidare då kriterierna vik