EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK,

Industriell Ekonomi och Produktion, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2019

Simuleringsverktyg för toleransoptimering

Adela Gredic

Gabriella Tasci

Simuleringsverktyg för toleransoptimering

av

Adela Gredic Gabriella Tasci

Examensarbete 2019:356

KTH Industriell teknik och management

Hållbar produktionsutveckling

Kvarnbergatan 12, 151 81 Södertälje

Sammanfattning Målet med detta examensarbete har varit att utvärdera ett simuleringsverktyg för toleranskedjeanalyser i 1D, följt av en jämförelse med dagens metod att beräkna toleranskedjor i 1D med kalkylark i Excel. Simuleringsverktyget heter EZtol och har funnits sedan ett och ett halvt år tillbaka. Examensarbetet utfördes på uppdrag från Scania CV AB, som ville undersöka om mjukvaran kan ersätta den nuvarande metoden. Examensarbetet utfördes under 10 veckor och delades upp i tre huvudområden: Upplärning i form av webkurs och internkurs på Scania, simulering av olika toleranskedjor i mjukvaran samtidigt som beräkningar i kalkylark gjordes och till sist rapportskrivning. Rapporten är uppdelad i sex kapitel. I det första kapitlet beskrivs bakgrunden till problemet, mål och syfte. Det andra kapitlet redogör för nuläget som påvisar att det finns ett visst behov av en mjukvara. Konstruktörer intervjuades för att få en bild över vilka behov som inte uppfylldes i kalkylarket. Dessa visade sig främst sig vara grafisk visualisering och bidragslista över toleranser (en lista som visar vilka toleranser som påverkar utfallet mest). I det tredje kapitlet beskrivs teorierna som använts som grund till arbetet. Teorierna är Användarguiden i EZtol, Grundläggande om toleranser, toleranskedjor, Simulering och CATIA V5. I kapitel fyra beskrivs genomförandet vilket till största del bestått av upplärning samt simulering i mjukvaran. Det femte kapitlet redogör resultatet vilket presenteras i form av för-och nackdelar. De främsta fördelarna har visat sig vara grafisk visualisering av toleranskedjor samt bidragslista över toleranser. Dock visade det sig att den främsta nackdelen var att mjukvaran inte klarar av att hantera långa och mer komplicerade toleranskedjor, vilket har lett till slutsatsen att mjukvaran inte rekommenderas till Scania i dagsläget. Scanias krav uppfylls inte då mjukvaran inte kan hantera företagets alla toleranskedjor. Men eftersom konceptet kring EZtol är intressant bedöms ändå mjukvaran ha potential att passa in på Scania om några år. En rekommendation är därför att simuleringsmjukvaran bör utvärderas om på nytt i framtiden. Nyckelord:Toleranskedja, EZtol, Simulering, Monteringssäkring, Statistik, Kalkylark, Analys, Lathund, Prisindikation.

Examensarbete 2019:356

Simuleringsverktyg för toleransoptimering

Adela Gredic

Gabriella Tasci

Godkänt

2019-06-03

Examinator KTH

Claes Hansson

Handledare KTH

Claes Hansson

Uppdragsgivare

Scania CV AB

Företagskontakt/handledare

Bertil Tamm

Abstract The aim with this thesis work has been to evaluate a simulation tool for 1D-analysis of tolerance-chains, followed by a comparison with the current method to calculate tolerance-chains in 1D with spreadsheets in Excel. The simulation tool is named EZtol and has existed for one and a half year. The thesis work has been carried out on assignment from Scania CV AB. The company wanted us to evaluate if the software could replace the current method. The thesis work has been carried out during 10 weeks and was divided in three main sections: Education in terms of a web-course and internal course, simulation of different tolerance-chains in the software as well as calculations in the spreadsheet and finally make a scientific report based on the thesis work. The essay is divided in six chapters. The first chapter describes the background, aim and purpose of the thesis work. The second chapter describes how the situation of tolerance-chain calculations looks today, which has shown that there is a certain need of a software. The designers were interviewed so that the thesis workers could establish what the spreadsheet could not fulfill, which was graphic visualization of tolerance-chains and also a list with the contributions of all tolerances. The third chapter describes the theories that have been used for this thesis work. The theories are TutorialinEZtol, Fundamentalfactsabouttolerancesandtolerance‐chains and SimulationandCATIAV5. In the fifth chapter the results of this thesis work are featured, which are presented as advantages and disadvantages. The main advantages with the software are graphic visualization of the tolerance-chains as well as a list that shows the contributions of every tolerance. The primary disadvantage though is that the software cannot handle long and more complicated tolerance-chains. Which has led to the conclusion that the thesis workers do not recommend the software to Scania at present time. Scanias requirements cannot be fulfilled with the software because it has not been able to handle all of Scanias tolerance-chains. But since the EZtol concept is good the software is estimated to potentially fulfill Scanias needs in a few years. A recommendation is that the software ought to be reexamined in the future. Keywords:Tolerance-chain, EZtol, Simulation, Assembly Assurance, Statistics, Spreadsheet, Analysis, Reference Card, Price Indication.

Bachelor of Science Thesis HPU 2019:356

Simulation tool for tolerance optimization

Adela Gredic

Gabriella Tasci

Approved

2019-06-03

Examiner KTH

Claes Hansson

Supervisor KTH

Claes Hansson

Commissioner

Scania CV AB

Contact person at company

Bertil Tamm

Förord Detta examensarbete är den slutgiltiga examinationen för Högskoleingenjörsprogrammet i Maskinteknik, Industriell Ekonomi & Produktion vid Kungliga Tekniska Högskolan. Examenarbetet har omfattat 15 högskolepoäng och utfördes på uppdrag av Scania CV AB i Södertälje under våren 2019. Vi vill rikta ett särskilt stort tack till våra handledare på Scania, Bertil Tamm och Erik Kjellander, samt gruppchefen på RTMI Sara Ekman, som har hjälpt oss under arbetets gång. Vi vill även tacka konstruktörerna på NT för stöd under examensarbetet. Vi vill rikta ett stort tack till vår handledare på KTH, Claes Hansson, för god handledning. Kungliga Tekniska Högskolan 2019-05-25 _______________________________ _______________________________ Gabriella Tasci Adela Gredic

Ordlista/Nomenklatur

Förkortningar Beskrivning

3D Experience Databas för konstruktörsritningar

CAD Computer Aided Design

CATIA V5 CAD system som används av Scania

DX Växellåda bearbetning

GP Geometry Position

InLine Scanias intranät

Inventor Konverteringsformat av 3D modell till EZtol

IPP-modeller Olika beredningssteg för en artikel (≠ assembly)

NT Transmission Konstruktion

R&D Research and Development

RD&T Robust Design and Tolerancing (3D analysprogram för toleranssimulering)

STC Scania Tekniskt Centrum

Innehåll

1.Inledning ................................................................................................................................... 1 1.1 Scanias företagshistoria ................................................................................................................ 1 1.2 Bakgrund ....................................................................................................................................... 1 1.3 Målformulering ............................................................................................................................. 2 1.4 Avgränsningar ............................................................................................................................... 2 1.5 Metoder ......................................................................................................................................... 2

1.5.1 Litteratur ................................................................................................................................ 2 1.5.2 Scanias intranät ..................................................................................................................... 2 1.5.3 Internkurs - F&L toleranser .................................................................................................... 3 1.5.4 Utbildning hos leverantör ...................................................................................................... 3 1.5.5 Simulering .............................................................................................................................. 3 1.5.6 Intervjuer ............................................................................................................................... 3 1.5.7 Prisindikation ......................................................................................................................... 3 1.5.8 Lathund .................................................................................................................................. 3

2. Nulägesbeskrivning ................................................................................................................... 5

3. Teori ........................................................................................................................................ 7 3.1 Grundläggande om toleranser och toleranskedjor ....................................................................... 7

3.1.1 Toleranser .............................................................................................................................. 7 3.1.2 Toleranskedjeanalys .............................................................................................................. 9 3.1.3 Duglighet ................................................................................................................................ 9

3.2 Allmänt om EZtol ......................................................................................................................... 10 3.3 Kalkylark ...................................................................................................................................... 11 3.4 Simulering och CATIA V5 ............................................................................................................. 12

3.4.1 Datorsimulering ................................................................................................................... 12 3.4.2 Skapa CATIA V5 sammanställningar .................................................................................... 12 3.4.3 Snitt i CAD-modeller ............................................................................................................ 14

4. Genomförande ....................................................................................................................... 17 4.1 Webutbildning ............................................................................................................................. 17 4.2 Upplärning och användning av kalkylark .................................................................................... 17 4.3 Intern kurs på Scania Academy ................................................................................................... 17 4.4 Studiebesök hos Ariadne Engineering AB .................................................................................... 17 4.5 Intervjuer ..................................................................................................................................... 18 4.6 Arbete i CATIA V5 ........................................................................................................................ 18 4.7 Arbete i EZtol ............................................................................................................................... 18

4.7.1 Toleranskedja 8 .................................................................................................................... 19 4.7.2 Toleranskedja 18 .................................................................................................................. 20 4.7.3 Toleranskedja Övrigt rad 127 .............................................................................................. 20

4.8 Kostnadskalkyl för licenser .......................................................................................................... 20 4.9 Lathund ....................................................................................................................................... 20 4.10 Test av EZtol i beredning ........................................................................................................... 21

5. Resultat och Analys ................................................................................................................ 23 5.1 Kalkylarket ................................................................................................................................... 23 5.2 Resultat toleranskedjor ............................................................................................................... 23

5.2.1 Toleranskedja 8 .................................................................................................................... 23 5.2.2 Toleranskedja 18 .................................................................................................................. 24 5.2.3 Toleranskedja övrigt ............................................................................................................ 24

5.3 Jämförelse i form av för-och nackdelar ....................................................................................... 24 5.3.1 Fördelar ................................................................................................................................ 25

5.3.2 Nackdelar ............................................................................................................................. 27 5.4 Prisindikation licenser ................................................................................................................. 29 5.5 Lathund ....................................................................................................................................... 30 5.6 Test av EZtol i beredning ............................................................................................................. 30

6. Slutsats .................................................................................................................................. 31

Källförteckning ........................................................................................................................... 33

Bilagor .......................................................................................................................................... i Bilaga I. ................................................................................................................................................ i Bilaga II. ...............................................................................................................................................ii Bilaga III. ............................................................................................................................................. iii Bilaga IV. ............................................................................................................................................. iii Bilaga V. .............................................................................................................................................. iv Bilaga VI. .............................................................................................................................................. v

1

1.Inledning I detta kapitel beskrivs bakgrunden till examensarbetet, mål, avgränsningar och metoder.

1.1 Scanias företagshistoria Scanias verksamhet började redan 1891 i Södertälje när Philip Wersèn grundade företaget

VABIS (Vagnfabriks-aktiebolaget i Södertälje) som till en början tillverkade järnvägsvagnar.

Maskinfabriksaktiebolaget Scania som tillverkade cyklar grundades 1900 i Malmö. VABIS och

Scania sammanslöts 1911 och tillverkade bussar, lastbilar och personbilar samtidigt som

tillverkningen av cyklar och järnvägsvagnar lades ned. Redan innan sammanslutningen mellan

VABIS och Scania, hade båda företagen tillverkat person-och lastbilar. 2014 köptes

aktiemajoriteten av tyska bilkoncernen Volkswagen, men huvudkontoret befinner sig

fortfarande i Södertälje.

STC är Scanias forsknings- och utvecklingscentrum. RTMI är en avdelning på STC där de

anställda i huvudsak utför Dimensional Engineering (toleransberäkningar), Weight Calculation

samt Individual Chassis Drawing. Toleransberäkningar är grundläggande för att säkerhetsställa

kvalitet och monteringsbarhet av lastbilens artiklar, resultatet av toleransoptimeringen

påverkar egenskaper som hållbarhet, lagkrav, monterbarhet, passning och estetiska krav.

Området Weight Calculations är betydande på grund av olika certifieringar och uppfyllnad av

lastkrav och lastkapacitet. Det huvudsakliga syftet med Individual Chassi Drawing är att tidigt

kunna ge information till kund och påbyggare om hur lastbilen ser ut och dess

påbyggargränssnitt.

1.2 Bakgrund Konstruktörens uppgift är att bland annat själv ansvara för mått och geometrisk kravsättning på

artiklar så att de uppfyller funktioner och villkor för specifika behov. Då ingen artikel går att

tillverka perfekt när ritning går från konstruktion till produktion, måste den tillåtna avvikelsen

(med bibehållen funktion) beskrivas på konstruktionsritningen. Detta benämns som tolerans.

Hur mycket en artikel får avvika från det nominella måttet beskrivs med geometriska toleranser.

Toleranserna för en artikel kommer att spegla artikelns funktion och kvalitetssäkra artiklar. En

uppställning av flera toleranser summeras ihop och kallas för en toleranskedja, resultatet av

summeringen kallas spel. För att säkerställa att de enskilda geometriska kraven uppfyller

funktionen, kan det göras genom en geometrisk toleranskedjeanalys.

På Scania används idag Excel för att göra en toleranskedjeanalys i 1D. När konstruktören har

gjort en toleranskedjeanalys kommer resultatet att värderas efter önskad funktion på artikeln.

Det kalkylarket har varit som grund för toleranskedjeanalys. Användningen av kalkylarket har

inte varit lika flitigt som önskas. Det ger inte en fullkomlig förståelse för toleranskedjans

uppbyggnad för en utomstående. Det Scania vill se med simuleringsverktyget EZtol som inte ges

i kalkylarket är ett mervärde i form av grafisk visualisering, statistiskt resultat och bidragslista.

Scania har under de senaste åren börjat använda sig av 3D-analysverktyg. Verktygen används

för analys av komplexa geometrier. Mjukvaran kräver en specialistroll för att analysen skall

kunna genomföras. För 1D-analyser i enklare form finns mjukvaruprogram där konstruktören,

med viss specialiststöd skall kunna ersätta Excel. Ett påstående är att en visualisering i en 1D-

programvara med grafisk representation underlättar förståelsen för toleranskedjeanalys

2

samtidigt som det också ger svar på enskilda toleransers bidrag till totala toleransutfall, vilket

inte förekommer i Excel.

Programvaran som skall utvärderas heter EZtol och marknadsförs av Sigmetrix i USA. Den

svenska distributören av EZtol heter Ariadne Engineering i Västerås, där kommer att ha en

närmare kontakt för att kunna uppfylla målen för examensarbetet. Ariadnes beskrivning av

mjukvaran är att konstruktören direkt skall kunna utföra toleransanalyser i CAD-miljö och

sedan analysera effekten på de villkor och funktioner detaljen skall ha. Resultatet presenteras i

form av en graf och möjliggör ett fortsatt optimeringsarbete. Vidare kan konstruktören iterera

sig fram tills funktionsvillkoren säkras samtidigt som hänsyn för kostnader tas i analysen.

1.3 Målformulering Målet med detta arbete är att utvärdera ett simuleringsprogram som heter EZtol för beräkningar

av toleranskedjor i 1D och sedan jämföra med det kalkylark som används på Scania idag. Målet

med jämförelsen är att undersöka om mjukvaran ger ett mervärde, vilket kommer att beskrivas i

form av för-och nackdelar.

Ytterligare mål med detta examensarbete är att:

Ta fram en form av lathund över hur simuleringsverktyget används på enklaste sätt.

Ta fram en prisindikation för licenser.

1.4 Avgränsningar Inom Scania Södertälje R&D, NT och DX.

Enbart jämförelse med kalkylark i Excel och EZtol, detta innebär att dessa är de enda

mjukvarorna som kommer att hanteras.

Endast CATIA V5 R26-Viewer mode kommer att användas.

Inga egna uträkningar av nya toleranskedjor. Möjligen förenkla befintliga toleranskedjor.

Inga köp/orderavtal kommer att ingås under examensarbetet.

1.5 Metoder Nedan presenteras de metoder som har använts för utförandet av examensarbetet.

1.5.1 Litteratur

Litteratur från tidigare kurser som är relevanta till examensarbetet har använts tillsammans

med det material som arbetsgivaren delat ut. All litteratur har lånats via KTH:s bibliotek.

Områden som har varit intressanta för arbetet var produktionsutveckling, mätteknik och

ekonomiska kalkyler samt en del statistik.

1.5.2 Scanias intranät

Scanias intranät InLine har varit en kunskapskälla för genomförandet av arbetet på Scania.

InLine har bidragit till ökad förståelse för konstruktörernas arbete. Där fanns bland annat en

allmän webbaserad kurs för konstruktörer (i detta fall med fokus på Form & Läge), kalkylark för

toleransanalyser, mallar och tidigare kostnadskalkyler för licenser samt lathundar för andra

projekt som inspiration och värdefull information hittats från. Tillsammans med litteratur och

3

intranätet har en ordentlig och vetenskaplig slutsats beskrivits med korrekt bakomliggande

ingenjörsvetenskap.

1.5.3 Internkurs - F&L toleranser

För att kunna förstå sig på programmet EZtol samt Scanias kalkylark i Excel är kunskaper kring

grunder om toleranser viktiga. Första delen av upplärningen kring området genomfördes via en

webkurs, men för att öka förståelsen ytterligare har en tredagarskurs på Scania Academy

genomförts. Under internkursen har alla grunder kring toleranser genomgåtts som sedan

testades via olika gruppövningar samt ett övningshäfte.

1.5.4 Utbildning hos leverantör

Ett studiebesök hos leverantören för simuleringsverktyget EZtol har skett under genomförandet.

Studiebesöket har varit fundamentalt för examensarbetet eftersom enbart det tillfället fanns för

upplärning direkt av leverantören. Leverantören hade en grundlig genomgång över hur

programmet fungerar och vilka möjligheter simuleringsprogrammet kunde ge Scanias

konstruktörer. Det fanns även tillfälle för frågor om kostnader för licenser, som sedan följdes

upp med kontakt via mail.

1.5.5 Simulering

Det här momentet under avsnitt ”metoder” har vägt tyngst i tidsplanen och prioriteringar.

Simuleringen har gjorts i mjukvaran EZtol och där redan beräknade toleranskedjeanalyser, från

kalkylarket, simulerats i mjukvaran. Simuleringen var central för att målen till examensarbetet

skulle uppnås. Handledare på Scania var tillgängliga, men eftersom simuleringsverktyget inte

används på företaget var kontakt med leverantören väsentlig vid hinder och svårigheter med att

hantera programmet. I simuleringen har verkliga artiklar från Scania varit till grund för

utvärderingen av mjukvaran.

1.5.6 Intervjuer

Intervjuer med fastställda frågor genomfördes med berörda konstruktörer inom företaget som

hanterar och utför toleransanalyser. Intervjuerna hade fokus på kalkylarkets inflytande på

konstruktörens engagemang samt vad konstruktörerna upplevde fattades i kalkylarket. Det var

viktigt att fastställa vad som fattades i kalkylarket för att veta vad som skulle uppfattas som för-

och nackdelar i mjukvaran.

1.5.7 Prisindikation

Återkommande kontakt med leverantören skedde för att fastställa kostnaden för investering av

licenspaket för simuleringsmjukvaran. Prisindikationen har presenterats i en enkel tabell i

genomförandet.

1.5.8 Lathund En förenklad lathund har skapats så att konstruktörer och beredare, snabbt skall kunna komma

igång med simuleringsverktyget. Lathundar på Scanias intranät har använts som inspiration.

Lathunden har gjorts med hänvisning till det som ansetts vara relevant, exempelvis sådant som

inte beskrivs i EZtol Tutorial eller EZtol Support.

4

5

2. Nulägesbeskrivning Idag på Scania finns det flera metoder att beräkna toleranser på, en metod konstruktören

använder sig av är ett anpassat kalkylark i Excel. I kalkylarket matar konstruktören in värden

manuellt som sedan beräknas automatiskt genom bakomliggande formler.

Resultatet av den totala toleransen beräknas med tre metoder:

Additionsmetoden (Worst Case) ger den mest kritiska situationen som beräknas genom

summering av alla toleranser. Både de nedre och de övre toleranserna summeras. Svaret blir i ±

format.

Kvadratrotsmetoden innebär kvadrering, summering och sedan kvadratroten ur respektive

övre och undre toleranser. Det innebär som regel ett mer sannolikt och mer ekonomiskt utfall

än med additionsmetoden.

Den statistiska metoden är egentligen enbart ett medelvärde av de två andra metoderna.

För att kunna bestämma vilka toleranser som skall matas in i kalkylarket måste konstruktören

ta hänsyn till artikelns material, utförande, funktion och om möjligt även tillverkningsmetod.

Detta kräver god förståelse över artiklarna och deras funktion samt toleranser överlag.

Den andra metoden att beräkna toleranskedjor är med en mjukvara i 3D som heter RD&T

(Robust Design and Tolerancing). Den används av ett fåtal personer på STC som är

specialiserade inom området. Mjukvaran är betydligt mer komplicerad och inte användbar av

alla konstruktörer eftersom daglig användning krävs för korrekt hantering.

Fördelarna med kalkylarket är att det är en lättillgänglig metod samt att den är lätt att lära sig.

En konstruktör med viss kunskap och erfarenhet får inga större svårigheter att utföra en

toleranskedjeanalys. Konstruktörerna upplever att friheten med att skapa, ändra och spara

toleranskedjan utan begränsningar ger en fördel och underlättar arbetet.

En nackdel med kalkylarket (enligt konstruktörerna) är att det inte följs upp eller underlättar för

konstruktörer eftersom resultat redovisas enbart i form av siffror och korta benämningar.

Kalkylarkets utfall är även svår för utomstående att förstå eftersom ingen grafisk presentation

görs. Efter en tid kan det också vara svårt att sätta sig in i resonemanget, speciellt om

konstruktören inte gjort noteringar över vad som beräknats och hur konstruktören tänkte

eftersom kalkylark fulla med siffror inte tilltalar lika mycket som en bild eller figur gör. Därför

kan det underlätta förståelsen för beräkningarna om det visualiseras grafiskt. Vilket innebär att

nya konstruktörer som inte räknat på kedjan tidigare lättare kan förstå tanken kring analysen.

Ytterligare en nackdel är att kalkylarket inte ger en bidragslista, det innebär att information om

toleransernas bidrag till utfallet saknas. Med hjälp av bidragslistan kan konstruktören fördela

om och prioritera toleranser med störst påverkan på utfallet. En procentuell fördelning av

bidragen möjliggör en smidigare förståelse. I nuläget hittar konstruktören själv egna lösningar

till fördelning av utfallet.

6

Konstruktörer önskar att kalkylarket kunde visa en bidragslista på alla toleranser, sannolikheter

för olika toleransutfall och råd kring vilken beräkningsmetod som bör användas för bäst

resultat.

3D programmet kräver daglig användning, men samtidigt är kalkylarket enkelt och visar inte all

information som konstruktören behöver för att optimera toleranserna på artiklar.

7

3. Teori Här beskrivs det aktuella kunskapsläget inom området, en fördjupning på tidigare utbildning

från Högskolan och utförd utbildning under arbetets gång.

3.1 Grundläggande om toleranser och toleranskedjor I detta kapitelavsnitt beskrivs teori och bakgrund kring området toleranser.

3.1.1 Toleranser

Rent praktiskt går det inte att tillverka en artikel perfekt, därför används toleranser som avgör

hur mycket en geometrisk egenskap får avvika från ett nominellt (faktiskt) läge. En tolerans

anger den tillåtna variationen (en gräns) från en artikels nominella läge, till exempel linjär

dimensionstolerans eller form-och lägetolerans, och skall anges direkt på

konstruktionsritningen.

Figur 1, Illustration av geometrisk variation med penna som exempel. (Geometrical Calculation Introduction,

PE Geometry, 2018)

Bestämning av toleranser speglar i regel ett funktionskrav, vilket innebär att större toleranser

ger lägre kvalitet och lägre tillverkningskostnader. Ur kostnadsaspekter för tillverkning är det

högre kostnader om variationen minskas. (Bergman, 1992, s.177)

Tillämpning och uppföljning av toleranser ger en sorts garanti för att kvalitetssäkra en artikel

efter varje produktionsprocess vid bearbetning samt montering. Toleranser är uppdelade i

dimensionstoleranser, toleranser för ytstruktur och form-och lägetoleranser. Ytstruktur

beskriver mindre avvikelser på en ytan av en artikel och används inte vid beräkning av

toleranskedjor. (Assembly Assurance, Scania InLine, 2019).

Formtoleranser: Tolerans som definierar ett elements formvariation. I gruppen ingår planhet,

rakhet, rundhet, cylindricitet, linjeprofil och ytprofil. Formtoleranser är aldrig relaterat till en

referens.

8

Figur 2, Formtoleranser (ISO 1101, 2019)

Riktningstoleranser: Definierar ett elements riktningsvariation. I denna grupp ingår

parallellitet, vinkelräthet och vinkelriktighet. (Bild)

Figur 3, Riktningstoleranser (ISO 1101, 2019)

Lägetoleranser: Definierat ett elements lägevariation. I gruppen ingår lägeriktighet, koaxialitet,

koncentricitet, symmetri, linjeprofil, och ytprofil.

Figur 4, Lägetoleranser (ISO 1101, 2019)

9

Kasttoleranser: Definierar ett roterande elements form-och riktningsvariation. Till detta ingår

cirkulärt kast och totalkast.

Figur 5, Kasttoleranser (ISO 1101, 2019)

3.1.2 Toleranskedjeanalys

Toleranskedjor är summeringen av flera toleranser och kan sägas beskriva den geometriska

variationen i en monteringsprocess och ytterst funktion mellan artiklar. Konstruktionslösningar

eftersträvar att minska toleranskedjors längd. Kortare toleranskedjor och mindre toleranser i

exempelvis en motor och växellåda minskar vibrationer som i sin tur leder till längre hållbarhet

och mindre buller.

Oftast finns det många källor till variation, där var och en ger ett additivt bidrag till variationen

hos en resultatvariabel. Dessa bidrag kan teoretiskt staplas upp till ett histogram. Grafen visas

oftast i form av en kontinuerlig fördelning som kallas normalfördelning. Normalfördelningar

används flitigt inom förbättringsarbeten och ur teoretiska perspektiv innebär det en

undersökning av en variabel som utsätts för slumpmässiga variationer där dess parametrar

består av medelvärde och spridning. (Bergman, 1992, 238-239)

3.1.3 Duglighet Duglighet, men även benämnt kapabilitet, är benämningen för en maskins förmågan att tillverka

artiklar i förhållande till den angivna toleransgränsen. Processkapabilitet mäts i både 𝐶 𝑝 och

𝐶 𝑝𝑘 under en lång tidsperiod. Processkapabilitet (𝐶 𝑝)är summan av flera maskiners (en

process) duglighet och ger ett värde på antalet gånger en spridning får plats mellan övre och

undre toleransgräns, toleransvidden. Om ett korrigerat processkapabilitetsvärde(𝐶 𝑝𝑘) är högt

innebär det en liten spridning och bra process. (Statistisk Processtyrning, 2019)

Figur 6, Exempel på 𝐶 𝑝 och 𝐶 𝑝𝑘. (Statistisk Processtyrning, 2019)

10

Här nedan redovisas ingående formler för 𝐶 𝑝 och 𝐶 𝑝𝑘.

𝐶 𝑝 - Processkapabilitet 𝐶𝑝 =𝑇𝑉

𝑃𝑆

Ekvation 1, Process kapabilitet ur formelsamling i kursen HM1016.

𝐶 𝑝𝑘 - Korrigerad Processkapbilitet 𝐶𝑝𝑘 = [ 2×Ö𝑇𝐺−�̅�

𝑃𝑆 ] ; [

2×𝑈𝑇𝐺−�̅�

𝑃𝑆 ]

Ekvation 2, Korrigerad Processkapabilitet ur formelsamling i kursen HM1016.

TV - Toleransvidd

PS - Processpridning

ÖTG - Övre toleransgräns

UTG - Undre toleransgräns

3.2 Allmänt om EZtol EZtol är ett simuleringsverktyg framtaget av det amerikanska mjukvaruföretaget Sigmetrix.

Mjukvaran är ett endimensionellt verktyg för sammanställning och beräkning av toleranskedjor.

EZtol kan användas av både konstruktörer och beredare eftersom båda yrken innefattar

toleransberäkningar.

EZtol konverterar olika CAD-format till Inventorformat (Autodesk) innan de läggs in i EZtol och

kan användas antingen som enbart Konverterad modell eller Referensmodell vilket innebär att

ändringarna som sker i ursprungsfilen på CATIA V5 sker även på EZtol. En förutsättning för en

lyckad konvertering från CAD-programmet till EZtol av en CATIA V5 sammanställning är att alla

part-filer och sammanställningen är placerade i samma mapp. EZtol klarar i dagsläget endast att

hantera filer från CATIA R26, Scania använder sedan en månad CATIA R28.

Arbetet i Eztol kan beskrivas i form av en analys i CAD-miljö. Analysen startar med att det

nominella måttet (utgångsmåttet som en dimension markeras med) mellan vilka toleransutfallet

skall simuleras definieras. Sedan väljs artiklarna i ordning (valfri riktning) till toleranskedjans

sluts. Det sista steget innefattar att kontaktytor väljs, alltså vilka ytor som är mot varandra. Det

är mellan kontaktytorna som toleranserna sätts ut. När toleranskedjan är klar tar programmet

automatiskt in mått och toleranser från CAD-modellen som artikeln är skapad i. Skulle

toleranserna bli fel är det lätt att ändra manuellt i efterhand. Efter detta sker beräkningarna av

olika toleransfall och en bidragslista över alla toleranser genereras automatiskt i programmet.

Arbetet i EZtol går parallellt med avläsningen av ritningarna för ingående artiklar. Om hänsyn

inte tas till ritningarna är sannolikheten stor att toleranskedjan inte kommer omfatta rätt mått

och ytor, vilket är betydande för att analysen skall bli rätt. (EZtol, 2019)

På nästa sida visas en bild på hur en sammanställning kan se ut, samt de olika beräkningarna och

bidragslistan.

11

Figur 7, Bild över hur en sammanställning i EZtol kan se ut.

3.3 Kalkylark Kalkylark i Excel används på Scania idag vid toleransberäkningar i 1D. Nedan beskrivs teorin

bakom kalkylarket.

Resultatet av en toleranskedja redovisas med beräkningar kallade:

Additionsmetoden som ger den mest kritiska situationen så kallad Worst Case (toleransvärde

med risk för haveri). Beräknas genom summering av alla toleranser. (För Exempel: se Bilaga III.)

±𝑇𝑎 = ±(𝑡1 + 𝑡2 + 𝑡3 + ⋯ )

Ekvation 3, Formel för additionsmetoden (bilaga I)

Kvadratrotsmetoden innebär kvadrering, summering och sedan kvadratroten ur respektive

övre och undre toleranser. Det innebär som regel ett mer sannolikare och mer ekonomiskt

resultat än med additionsmetoden, Worst Case. (För Exempel: se Bilaga IV.)

±𝑇𝑘 = ± (√𝑡12 + 𝑡2

2 + 𝑡32 + ⋯ )

Ekvation 4, Formel över kvadratrotsmetoden (Bilaga I)

Den Statistiska metoden är egentligen enbart ett medelvärde av de två ovanstående metoder i

figur 6 och figur 7. (För Exempel: se Bilaga V.)

12

±𝑇𝑠 = ± (𝑡1 + 𝑡2 + 𝑡3 + ⋯ + (√𝑡1

2 + 𝑡22 + 𝑡3

2 + ⋯ )

2)

Ekvation 5, Formel över statistiska metoden (Bilaga I)

För att kunna bestämma vilka toleranser som skall matas in i kalkylarket måste konstruktören

ta hänsyn till artikelns material, utförande, funktion och om möjligt även tillverkningsmetod.

Detta kräver god förståelse över artiklarna och området toleranser överlag.

3.4 Simulering och CATIA V5 I detta delkapitel beskrivs kort vad simulering innebär och även nödvändiga funktioner i CATIA

V5 som kommer att användas under arbetets gång. Arbetet i simuleringsverktyget förutsätter att

en korrekt sammanställning(med toleranskedjans ingående artiklar) i CATIA V5 gjorts.

3.4.1 Datorsimulering

Datorsimulering innebär att med hjälp av en mjukvara försöker efterlikna en verklig situation

och möjliga händelser, i det här fallet en toleranskedja, genom att iterera sig fram till bästa

optimala lösning med givna förutsättningar. Därefter undersöks variationen av händelserna.

(ML2200, 2018)

3.4.2 Skapa CATIA V5 sammanställningar

Toleranskedjorna som skall simuleras i EZtol är delsammanställningar från större

sammanställningar i CATIA V5. Det är omständligt att behöva jobba direkt i en

huvudsammanställning om man inte skall räkna på alla ingående artiklar. Därför är det

nödvändigt att veta hur man skapar sammanställningar med enbart berörda artiklar i

toleranskedjan. Metoden kring att skapa sammanställningar beskrivs lättast stegvis.

Steg 1. Skapa en ny sammanställning

Figur 8, Träd CATIA V5 (CATIA V5, 2019)

Öppna CATIA V5 och skapa en ny sammanställning genom att använda funktionen Insert new

Scania Part. Namnge din nya sammanställning.

13

Steg 2. Ladda komponenter

Öppna fliken där de berörda artiklarna kan hämtas. Öppna genom att bocka in inställningarna In

Context och With children at all levels.

Figur 9, CATIA V5: Öppna sammanställning (Wikiinline, 2019)

Steg 3. Kopiera komponenter till den nya sammanställningen

Markera de komponenter du vill ha med i din nya sammanställning.

Figur 10, CATIA V5: Kopiera artiklar (Wikiinline, 2019)

Byt till fönstret där du skall göra din nya sammanställning och klistra in artiklarna du kopierade.

14

Figur 11, CATIA V5: Klistra in artiklar (Wikiinline, 2019)

De nya artiklarna bör komma upp på skärmen direkt som enligt bilden nedan. (Wikiinline, 2019)

Figur 12, Bild över färdig sammanställning (Wikiinline, 2019)

Denna sammanställningsmetod fungerar om artiklarna som ingår i den nya sammanställningen

inte finns på flera platser i den ursprungliga sammanställningen. Om ett kugghjul endast finns på

ett ställe i växellådan kommer kugghjulet automatiskt att positioneras, men om kugghjulet finns

på fem ställen och endast en väljs ut till den nya sammanställningen, kommer CATIA V5 inte

hitta positionen för kugghjulet(eftersom det har fem platser att välja mellan). I sådana fall

behöver artiklarna positioneras manuellt, vilket endast CATIA V5 användare med kunskap om

funktionen bör göra. (Tamm, 2019)

3.4.3 Snitt i CAD-modeller

Snittverktyget har använts flitigt och kommer också att beskrivas stegvis.

Steg 1.

Välj Insert Sectioning från menyn, eller välj snittikonen i DMU Space Analysis. En ruta som

heter Sectioning Definition kommer automatiskt upp.

15

Figur 13, Snittfunktion CATIA V5 (CATIA V5 doc, 2019)

Steg 2.

I fliken Positioning kan du välja i vilket plan du vill att snittet skall vara.

Steg 3.

När du har valt snittplan klickar du på Volume Cut ikonen för att snittet skall genomföras.

(CATIA V5 doc, 2019).

16

17

4. Genomförande I detta kapitel redogörs vad som har hänt under arbetets gång, samt hur arbetet utförts

beroende på vilken toleranskedja som varit aktuell.

4.1 Webutbildning Webkursen finns tillgänglig på internet hela tiden för Scaniaanställda vilket innebär att kursen

utfördes efter eget ansvar i mån av tid. Detta lämpades bra eftersom tidsplanens första utkast

över projektet var planerad att göras samtidigt. Webkursen pågick under sammanlagt en vecka.

Kursens fokus låg på grundläggande teori kring toleransberäkningar. Syftet med webkursen var

att färdigställa en grund för arbetet samt ge en första inblick i området toleranser som

förberedelse inför den interna kursen.

4.2 Upplärning och användning av kalkylark Simuleringsprogrammet skulle jämföras med kalkylark, vilket betydde handledare hade en

genomgång om beräkningarna bakom kalkylarket samt hur det används. Kalkylarket är

lätthanterligt, därför krävdes det inte mer än ett par timmars övning innan metoden kändes

hanterbar.

Kalkylarket har används parallellt med simuleringsverktyget EZtol och konstruktörernas

kalkylark (de redan beräknade toleranskedjorna av ansvariga konstruktörer). Det vill säga att

det finns två olika kalkylark med olika upplägg och redovisningsformat. Det ena är en standard

(se bilaga I.) och används för hela Scania. Konstruktörernas kalkylark liknar mer en visuell

beräkning i Excel (se bilaga II.). Konstruktörernas kalkylark är mer flexibelt och ändringsbart,

men svårare att förstå för någon som inte är insatt, medan Scanias standard kalkylark har låsta

funktioner och är enbart en kalkylmall som fylls i.

4.3 Intern kurs på Scania Academy Den interna kursen på Scania som lagt grunden för arbetet hete GPS- Toleranser- Dimension och

Form & Läge och sträcker sig över två och en halv arbetsdagar. Kursen var utformad på så sätt

att kursansvarig hade korta föreläsningar följda av gemensamma övningar. Under kursens gång

utfördes sammanlagt 159 övningar följda av ett flertal lärorika diskussioner. Syftet med kursen

var att vidga kunskapen från webkursen för att tillämpa i mer komplexa sammanhang och

därmed öka förståelsen för toleranssättning.

4.4 Studiebesök hos Ariadne Engineering AB Studiebesöket hos återförsäljaren i Västerås planerades för en hel arbetsdag. Där skapades

kontakt med den försäljningsansvariga chefen och utbildningsingenjören för mjukvarorna.

Förberedelse inför studiebesöket skedde i form av medhavda CATIA V5 filer i en bärbar dator

med lånade testlicenser samt frågor relaterade till EZtol som kommit upp i samband med

simulering.

Återförsäljaren presenterade företaget och mjukvaruleverantören Sigmetrix. Återförsäljaren gav

en grundlig genomgång över hur programmet startas, hur konstruktörer skall öppna upp filer

med rätt funktioner och inställningar före upphämtning av CATIA V5 filer. Även strategin bakom

uppbyggnad av en ny toleranskedja gicks igenom. Vilket innefattar hur en toleranskedja

18

påbörjas och avslutas, hur toleranser och funktioner/villkor till toleranser ändras i efterhand

och vad resultatet representerar i form av statistik, grafer, mätvärden och beräkningar. Till sist

gick utbildningsingenjören igenom hur resultatet kunde presenteras i form av ett protokoll.

Under hela dagen nämnde utbildningsingenjören både för-och nackdelar med programmet.

Även kontakt med den ekonomiansvariga kunde skapas vilket blev källan till en prisindikation

för simuleringsverktyget, vilket är ett av målen med examensarbetet.

4.5 Intervjuer Frågorna till intervjuerna skickades ut via mejl efter konstruktörernas önskningar. På detta sätt

fick konstruktörerna fundera över frågorna och förklara hur det själva har upplevt

utvärderingen av toleranskedjorna. Syftet med intervjuerna var att få konstruktörerna att

förklara hur deras arbete har sett ut vid beräkningar av toleranskedjor genom ett kalkylark samt

vilka styrkor och svagheter de ser med den metoden. De besvarade frågorna från

konstruktörerna var till god hjälp för att fastställa nuläget och för att öka förståelsen om

kalkylarket och vilka behov konstruktörerna har av en simuleringsmjukvara.

4.6 Arbete i CATIA V5 Arbetet i CATIA V5 har varit betydande eftersom det är via det programmet som

sammanställningar av artiklar har skapats samt rätt artikelnummer till ritningar har hittats.

Självständigt arbete med programmet har skett till viss del, men i de flesta fall har handledarna

på Scania fått hantera problem relaterade till CATIA V5. Viss självständigt arbete har kunnat

utföras som exempelvis skapa snittvyer.

4.7 Arbete i EZtol Resultatet från en avslutad toleranskedja i EZtol jämfördes med toleranskedjans resultat i

kalkylarket. Sammanlagt tre toleranskedjor har utförts och utvärderats. Tidsåtgången för

arbetet i EZtol med de olika toleranskedjorna har tagit olika lång tid beroende på hur

komplicerade toleranskedjorna varit. I två av tre toleranskedjor har handledning från

återförsäljaren(i Sverige) varit nödvändig. Detta har skett via Skype med hjälp av skärmdelning.

Företaget som tillverkat programmet har en Support på deras hemsida och även den har använts

flitigt under arbetets gång.

Alla toleranskedjor kommer ursprungligen från avdelningen NT. De ansvariga konstruktörerna

på den avdelningen har själva rekommenderat vilka toleranskedjor som är lämpliga att jobba

med i EZtol. Kalkylarket(se bilaga I.) som jämfördes med programmet fylldes i med värden (mått

och toleranser) som konstruktörerna skickat i en Excel fil (som representerade deras egna

kalkylark, se bilaga II.).

En viktig punkt att nämna med EZtol är att programmet importerar CAD-modeller i ett

neutralformat (Inventor). Detta har inte fungerat rätt alla gånger, eftersom Inventorfilen plockar

Instance ID (som ibland råkar var detsamma som GP nummer) istället för artikelnummer. Rätt

fil läses in, men skapar förvirring i de fall då instansnumret = GP-numret. Se figur 14 på nästa

sida.

19

Figur 14, CATIA V5: Properties (CATIA V5, 2019)

4.7.1 Toleranskedja 8

Detta var den första toleranskedjan som simulerades i programmet och även den som tagit

längst tid. Toleranskedja 8 är en liten sammanställning av växellådan med sex artiklar bestående

av kuggar, rullager, ringar och ett växellådshus. Toleranskedja 8 gick till på följande vis.

1. Ansvariga konstruktörer kallades till ett möte för att rekommendera en lämplig

toleranskedja att börja jobba med.

2. Ritningar uppsöktes via Scanias ritarkiv 3D Experience. Snabbt upptäcktes det att

artikelnumren som konstruktörerna skickade var av äldre version och hade uppdateras

till ett nytt artikelnummer. I CATIA V5 kunde rätt artikelnummer hittas och därefter

kunde rätt ritningar laddas ner från 3D Experience.

3. Sammanlagt två sammanställningar gjordes eftersom den första sammanställningen inte

hade med en artikel som ingick i toleranskedjan. Examensarbetarna klarade av att göra

den andra sammanställningen själva eftersom artiklarna inte behövde positioneras.

4. Simuleringen i EZtol påbörjades och parallellt med detta utfördes beräkningen i

kalkylarket.

5. Eftersom svårigheter stöttes på kontaktades återförsäljaren Ariadne.

20

4.7.2 Toleranskedja 18

Vid påbörjan av den andra toleranskedjan för utvärderingen, toleranskedja 18, utfördes inte

förberedelserna på samma sätt som toleranskedja 8.

1. Toleranskedja 18 började med en dialog med konstruktörerna som rekommenderat

toleranskedjan. Anledningen till att ett möte bokades var så att rätt artikelnummer

kunde fås fram direkt, samt för att öka förståelsen över hur just den toleranskedjan

fungerar. Till exempel var det nominella måttet skall definieras samt utifrån vilken

ordning kedjan skall byggas upp.

2. Handledaren på Scania fick göra en sammanställning av artiklarna som ingår i

toleranskedjan, eftersom artiklarna behövde positioneras i CATIA V5.

3. Utvärderingen och simuleringen påbörjades. Parallellt med detta utfördes

beräkningarna i kalkylarket av de mått och toleranser som angetts i Excelfilen

(kalkylarket) som konstruktörerna hade skickat.

4. Eftersom svårigheter stöttes på kontaktades återförsäljaren Ariadne.

4.7.3 Toleranskedja Övrigt rad 127

Denna toleranskedja är den tredje och sista toleranskedjan som utvärderades i EZtol. Processen

började likt de andra två toleranskedjor och gick till som nedan beskrivet.

1. Ansvariga konstruktörer föreslog vilken sammanställning som var lämplig att ta härnäst

efter information om hur de två andra toleranskedjor har gått.

2. Även i detta fall behövde artiklarna i sammanställningen positioneras rätt, alltså

behövde handledaren på Scania göra sammanställningen.

3. Toleranskedjeanalysen utfördes samtidigt som beräkningar i kalkylarket gjordes.

4. Till sist jämfördes resultatet i EZtol med resultatet i kalkylarket.

En punkt att notera med denna toleranskedja är att en varningstriangel för möjliga 3D effekter

dök upp. Detta innebär att resultatet kan bli annat i verkligheten jämfört med det som

beräknades i EZtol.

4.8 Kostnadskalkyl för licenser Genom diskussion med återförsäljaren har priset delats upp i alternativ som finns för

införskaffning av simuleringsverktyget. Alternativen har inkluderat priserna för CPU låsta och

flytande licenser samt olika paket. CPU låst innebär att licenser är låsta på en dator och går inte

att använda på flera datorer. En testlicens erhölls (flytande). Programmet var nedladdat på tre

olika datorer, men simuleringsverktyget kunde samtidigt enbart användas på en dator åt

gången.

4.9 Lathund På grund av en redan existerande inbyggd Tutorial i EZtol för skapandet av ny toleranskedja, har

inte det varit fokus i lathunden. Fokus har istället varit på saknade funktioner som inte beskrivs i

Tutorial eller EZtol Support. Många funktioner upptäcktes efter en tids arbete, vilket har gjort att

arbetet med de olika toleranskedjorna förlängts. En tidigare slutsats hade tagits om kännedom

kring de okända funktionerna funnits.

21

4.10 Test av EZtol i beredning Under de sista veckorna presenterades EZtol för konstruktörer inom transmission och beredare

på transmissionsbearbetningen. Reaktionerna var positiva kring mjukvarans koncept och

funderingen var ifall programmet skulle kunna vara till hjälp för toleransoptimering efter varje

bearbetningssteg i en artikels bearbetningsprocess.

En ihopsatt sammanställning (IPP-modellering) efter varje bearbetningsprocess av en och

samma artikel försökte simuleras i EZtol, för att undersöka om transmissionsbearbetningens

artiklar kunde optimeras med hjälp av mjukvaran.

22

23

5. Resultat och Analys I det här kapitlet kommer resultatet av genomförandet att presenteras och analyseras.

5.1 Kalkylarket Vid genomförandet av de utvalda toleranskedjorna från ansvariga konstruktörer har

jämförelsen med EZtol och kalkylarkets resultat gjorts parallellt med varandra.

Till jämförelsen med Eztol har toleranser tagits från konstruktörernas kalkylark (Bilaga II.) och

förts in i det allmänna kalkylarket (Bilaga I.) för att få fram rätt Worst Case. Värdena på Worst

Case kunde jämföras eftersom de beräknades i både EZtol och kalkylarket. På så sätt kunde en

slutsats dras direkt om toleranskedjan beräknats rätt och om simuleringsverktyget hanterat

sammanställningen rätt.

Fördelen med kalkylarket i förhållande till EZtol är att det resultat som tillkommer är baserat på

vilka mått och toleranser konstruktören själv väljer En annan fördel är att konstruktören kan

göra approximationer och justera toleransvärden som inte EZtol tillåter. I programmet kan inte

konstruktören välja helt fritt vilka mått som skall tas med i beräkningen eftersom EZtol själv tar

in mått som passar in. Det är möjligt att lägga till mått, men oönskade mått går inte att ta bort,

vilket har upplevts som en stark nackdel då det har omöjliggjort många beräkningar.

Ytterligare en fördel med konstruktörens kalkylark är att konstruktören själv kan lämna

kommentarer och benämningar, vilket underlättar förståelsen för vilka kontaktytor

toleranskedjan är uppbyggd med. Det är även användbart att möjligheten till att ändra färg på

mått, toleranser eller text finns, eftersom det kan bli lättare att förstå en beräkning om vissa

mått är färgsatta.

5.2 Resultat toleranskedjor Nedan presenteras resultatet från simuleringen av de olika toleranskedjorna i EZtol.

5.2.1 Toleranskedja 8 Den första toleranskedjan tog längst tid, en anledningen till det

är att granskningen av konstruktionsritningar,(leta efter mått

och toleranser samt tolka vilken ytor som har kontakt), var

tidskrävande. Det är dock något som kanske en välinsatt

konstruktör inte behöver lägga ned lika mycket tid på.

Problemen som dök upp med toleranskedjan var att

programmet tog in ett snett mått och det nominella måttet blev

aldrig rätt. När det nominella måttet sattes ut var det rätt (3,0

millimeter), men när toleranskedjan var klar ändrades måttet

och kunde variera mellan 2-60 millimeter. En annan anledning

till problemet med toleranskedjan var att alla mått inte kunde

tas med. Trots funktionen add feature, kunde inte vissa mått

som fattades läggas ut. De mått som kunde läggas ut blev ändå

inte helt rätt utan var fel med plus minus några Figur 15, Reducerad bild övertoleranskedja 8.

24

millimeter. Orsaken till detta kunde inte redas ut eller förklaras fullständigt.

Efter en veckas arbete togs personlig kontakt med tillverkarna i USA (Sigmetrix befann sig på

företaget av andra skäl, men ingen större konversation kunde tas i det tillfället) samt

återförsäljaren i Sverige. Kontakten med USA gav inga större framsteg eftersom filer och bilder

på problemet kunde inte delas via mejl. Med återförsäljaren var det dock möjligt att dela skärm

via Skype (sekretessavtal fanns) och återförsäljaren kunde ta kontroll över skärmen för att själv

arbeta med toleranskedjan. Det visade sig efter sammanlagt 3,5 timmar att problemet inte gick

att lösa. Enligt återförsäljaren är problemet lösbart, men eftersom det viktigaste kravet med

programmet var att det skall vara användarvänligt kunde ändå en slutsats dras.

Anledningen till att toleranskedja 8 inte gick att lösa är att det ingick för många komponenter.

Jämfört med hur en vanligare toleranskedja brukar vara anses inte sex komponenter vara av den

svårare typen, men det blev begränsat av mjukvaran. Det gick inte att få med alla ytor och mått

som skulle vara med i beräkningen och vid försök att lägga till dem i efterhand uppkom många

andra problem. Det största problemet var dock att det nominella måttet ändrades, något som

ingen kunde ge svar på varför det skedde, samt att programmet tog in mått som inte skulle vara

med i beräkningen, vilket inte går att exkludera i efterhand.

Ytterligare en nackdel som påverkade toleranskedja 8 är att alla artikelnummer inte lästes in

korrekt, utan två artiklar fick ett GP nummer istället vilket försvårade arbetet vid olika tillfällen.

5.2.2 Toleranskedja 18 Denna toleranskedja var enklare att utföra än toleranskedja 8, men inte helt problemfri.

Tidsmässigt tog den mycket kortare tid än toleranskedja 8 eftersom det nu var känt att

återförsäljaren direkt skall kontaktas vid problem.

Innan Skype mötet med återförsäljaren var toleranskedjan inte lösbar. Med handledning blev det

dock bättre. Det största problemet som uppkom med toleranskedja 18 var att det inte var

möjligt att lägga in glapp (offset) på önskat sätt. Mjukvaran är programmerad på så vis att den

själv väljer ut var glapp kan placeras och i detta fall hade EZtol inte valt där konstruktörerna

ville ha det. Detta ledde till att beräkningarna inte kunde bli rätt vilket då blev en begränsning.

Det nominella värdet blev dock rätt, till skillnad från toleranskedja 8, och inga onödiga mått

lästes in av programmet.

5.2.3 Toleranskedja övrigt Toleranskedja övrigt tog bara några timmar att utföra, förklaringen till den korta arbetstiden är

på grund av att det är av den simplare formen av toleranskedja. Toleranskedjan bestod av

endast tre olika artiklar och alla beräkningar blev rätt efter första försöket. Anledningen till att

det gick så smidigt var som sagt på grund av att den bestod av få artiklar och att den inte hade

något glapp som behövde läggas till, samt att inga mått behövde heller läggas till vilket också

bidrog till att resultatet blev rätt från början.

5.3 Jämförelse i form av för-och nackdelar I detta delkapitel presenteras resultatet från EZtol i form av för-och nackdelar.

25

5.3.1 Fördelar

1. Grafisk visualisering i form av en normalfördelningskurva är en fördel, speciellt om ett spel

finns mellan artiklar. Normalfördelningskurvan flyttar sig vid ändring av toleranser efter att en

toleranskedja har utförts.

Figur 16, Normalfördelningskurva (EZtol, 2019)

2. Programmet har en bidragslista över alla toleranser, vilket är bra eftersom konstruktörer då

kan se vilka toleranser de skall fokusera på. Bidragslistan ändrar sig vid ändring av toleranser

efter att en toleranskedja har utförts. Förs musen över ett bidrag lyses toleransen som hör till

upp i sammanställningen på skärmen.

Figur 17, Bidragslista (EZtol, 2019)

26

3. Grafisk Visualisering av antalet godkända och icke godkända toleranskedjor.

Figur 18, Godkända samt icke-godkända toleranskedjor (EZtol, 2019)

4. Förutom uträkning av Worst Case, kvadratrotsmetoden och statistiskt resultat fås även ett 𝐶 𝑝-

och 𝐶 𝑝𝑘 värde.

Figur 19, Uträkning av 𝐶 𝑝𝑘 (EZtol, 2019)

27

5. EZtols Support ger snabba svar på frågor om hur programmet fungerar och möjligheten till att

bifoga dokument eller bilder finns. Frågor har i de flesta fall besvarats inom 20 minuter till två

timmar.

Figur 20, EZtols Support (EZtol, 2019)

6. Möjligheten att arbeta i snittvy finns, vilket är nödvändigt vid vissa sammanställningar. Om

inte funktionen hade funnits hade vissa artiklar varit omöjliga att ta med i analysen eftersom de

inte syns sammanställningen.

Figur 21, Snittfunktion (EZtol, 2019)

5.3.2 Nackdelar

1. Om en toleranskedja är lång är det stor sannolikhet att det blir fel, eftersom toleranskedjan

måste byggas upp i en viss ordning så att alla kontaktytor blir rätt (ett problem som inte uppstår

med kalkylark). Problemet här är att det i vissa fall varit omöjligt att hitta rätt ordning (inte

heller med support från USA och Sverige har det fungerat) vilket resulterar i att fallet inte går att

lösa med programmet.

2. Det nominella värdet ändrar sig efter avslutad toleranskedja, inget konkret svar på orsak till

förändringen har kunnat fås. Detta har påverkat alla tre toleranskedjor.

3. EZtol namnger artiklarna fel ibland. En del artiklar namnges inte med sitt artikelnummer i

trädet utan får ett GP (instansnummer) som namn. Orsaken är att CAD-konverteringen sker med

28

ett plug-in program, vilket läser in filnamnet från instansfältet istället för filnamnsfältet i File

Properties.

Figur 22, Fel namngivning av artiklar (EZtol, 2019)

4. Det finns ingen support i Sverige vid problem. Vid större problem med programmet kan

tillverkaren i USA kontaktas vilka oftast svarar snabbt, men det är inte särskilt lätt att beskriva

ett problem utan att filer eller bilder skickas. Hade mer support funnits i Sverige hade

konstruktörer kunnat ha Skypemöten med distributören, men det är tidskrävande.

5. Om en viss kontaktyta inte väljs i en stack-up kommer måttet från den ytan inte följa med,

detta måste korrigeras och läggas till i efterhand vilket kan vara tidskrävande.

6. En annan nackdel är att offset funktionen är begränsad. EZtol väljer själv ut var en offset kan

placeras (se bild nedan).

Figur 23, Offset (glapp) funktion (EZtol, 2019)

7. När en ny toleranskedja påbörjats går det inte att backa eller ångra funktioner stegvis om

något blivit fel. Detta betyder att en toleranskedja måste raderas och göras om på nytt. Dock går

det att ångra hela sorteringen eller antalet valda artiklar mitt under skapandet av en

toleranskedja, vilket ändå underlättar.

8. EZtol klarar inte av sneda mått, utan enbart raka mått med toleranser i samma riktning för att

ge rätt toleranskedja. Beräkningarna sker enbart i 1D men ger en anmärkning när

toleranskedjan kan påverkas av 3D effekter.

29

Figur 24, Varning för 3D-effekter (EZtol, 2019)

9. Det går inte att byta färg på enskilda mått. Inställningen för färgändring innebär att alla mått

ändrar färg (förutom det nominella som förblir svart).

10. Det går inte att lägga in egna kommentarer eller noteringar på områden i sammanställningen

eller vid resultatfönstret. Detta görs regelbundet i kalkylarket för att underlätta för

konstruktörer att förstå sig på toleranskedjeberäkningarna.

5.4 Prisindikation licenser Här redovisas siffror som mailades av återförsäljarens

försäljare/ekonomiansvarig. Licenspaketeringen består av inköpspriset och utöver det

tillkommer en årlig underhållskostnad. Det förekommer inga installationskostnader, eftersom

installationen kan skötas av IT personalen på företaget som köper in licenserna.

Om en licens är CPU låst innebär det att den är låst till datorn den installerades på. Om licenser

är flytande kan de installeras på flera datorer, men beroende på hur många licenser som köps in

kan olika många personer jobba med simuleringsverktyget samtidigt. Fem testlicenser kan vara

installerade på till exempel 10 datorer, men endast fem personer kan använda mjukvaran

samtidigt.

Aktivitet Inköpspris [USD] Årlig Underhållsavgift [USD]

Flytande licenser 5-pack 22 500 4 500

Låsta(CPU) licenser 5-pack 9 000 1 800

Flytande licenser 10-pack 37 500 7 500

Låst(CPU) licenser 10-pack - -

Figur 25, Prisindikation för licenser

Kostnad för 5 flytande licenser blir då: 22 500 + 4 500 = 27 000 USD första året.

Resultatet är baserat på det arbetsgivaren har uppgett vara rimligt för avdelningen, det vill säga

flytande 5-pack licenser.

30

5.5 Lathund Lathunden är bifogad i rapporten. Se bilaga VI.

5.6 Test av EZtol i beredning På grund av tidsbrist framgick att IPP-modelleringen från transmissionsbearbetningen inte

direkt gick att simulera i EZtol. Detta på grund av att IPP strukturen skiljer sig från en vanlig

CATIA V5 sammanställning, vilket troligen var orsaken till att simuleringsverktyget inte tog in

korrekta mått och avslutade toleranskedjan innan den var färdig.

31

6. Slutsats I det första kapitlet i denna rapport presenterades följande mål vilka har varit grund för

examensarbetets riktning:

Målet med detta arbete är att utvärdera ett simuleringsprogram som heter EZtol för beräkningar

av toleranskedjor i 1D och sedan jämför det med ett kalkylark som används på Scania idag. Målet

med jämförelsen är att undersöka om mjukvaran ger ett mervärde, vilket kommer att beskrivas i

form av för-och nackdelar.

Ytterligare mål med detta examensarbete är att:

Ta fram en form av lathund över hur simuleringsprogrammet används på enklaste sätt.

Ta fram en prisindikation för licenser.

Författarna bedömer att målen med detta examensarbete har uppnåtts. Simuleringsverktyget

har utvärderats och jämförts med kalkylark och resultatet har presenterats i form av för-och

nackdelar. Även en lathund och prisindikation har gjorts.

Författarna anser att simuleringsverktyget inte passar in för toleransoptimering på Scania idag

eftersom det inte kan hantera längre och mer komplicerade toleranskedjor. Den slutsatsen har

författarna diskuterat fram under arbetets gång och sedan fått det bekräftat från dem ansvariga

konstruktörerna. Syftet med arbetet har varit att undersöka om kalkylarket med beräkningar i

1D kan ersättas, vilket innebär stora krav på simuleringsverktyget, bland annat att det skall vara

lätthanterligt för en konstruktör utan specialistroll. Författarna märkte relativt snabbt att kravet

inte uppfylldes eftersom många hinder dök upp redan vid första toleranskedjeanalysen. Syftet

med att ersätta arbetet i kalkylarket med simuleringsverktyget var att det skulle vara smidigt att

använda simuleringsverktyget. En konstruktör skall därför inte behöva lägga ner tid på

regelbunden kontakt genom Skype-skärmdelning och diskussion med återförsäljarens

utbildningspersonal. Konstruktören skall heller inte behöva gå in i file properties i CATIA V5

filerna för att få det att fungera som avsett. Ytterligare en faktor som påverkat författarnas

slutsats är att EZtol endast kan importera filer från CATIA R26, vilket inte lämpar sig bra på

Scania eftersom företaget i nuläget använder sig av CATIA R28.

Författarna bedömer att simuleringsverktyget är grundat på ett bra koncept och har god

potential att utvecklas och bli användbart på Scania. Då mjukvaran är relativt ny

rekommenderar författarna att simuleringsverktyget utvärderas om på nytt inom viss framtid

eftersom det för tillfället har för många felkällor och inte uppfyller Scanias krav. Trots denna

slutsats har ett prisförslag och lathund gjorts för eventuell framtida användning.

Utbildningen som tilldelats till författarna har konstaterats som nödvändig om inte en

förutsättning till att nå examensarbetets mål för att sedan dra slutsatsen i samband med

konstruktörernas specialistkompetens.

32

33

Källförteckning

Litteratur

Bergman, Bo. 1992. Industriell försöksplanering och robust konstruktion. 5. uppl. Lund:

Studentlitteratur.

Internetkällor

2017. 4.1 Exercise 2: Create an Assembly Structure

(Intern material)

Creating 3D Section Cuts

CATIA V5 doc

http://CATIA V5doc.free.fr/online/cfyugspa_C2/cfyugspabt0202.htm (Hämtad 2019-05-

09)

2017. ISO standard 1101

(Internt material)

Ordlista

Statistisk Processtyrning

https://www.statistiskprocesstyrning.se/ordlista.html (Hämtad 2019-05-13)

Assembly Assurance

Scania InLine

https://inline.scania.com/scripts/cgiip.exe/WService=inline/cm/pub/showdoc.p?docfol

derid=25937&docname=home (Hämtad 2019-05-16)

Muntliga källor

Tamm, Bertil; Technical Manager, Scania. 2019. Samtal 9 maj.

Informant 1: Utbildningskonsult, Ariadne. 2019. Skypesamtal 30 april, 2 maj, 6 maj.

Informant 2: Konsult, Scania. 2019. Intervju via mail 12 april.

Informant 3: Anställd, Scania. 2019. Intervju via mail 9 april.

Övrigt

34

Help Support EZtol (Sigmetrix). 2019. (Inbyggd material)

HM1016 Produktion fk. 1. Formler och tabeller HM1016 prod.forts. Bertil Wanner.

Formelsamling sammanställd av Torbjörn Eriksson. Mars 2010. KTH.

ML2200 Produktion fk. 2. Föreläsning: Simulerings i Extend. 2014-09-24. Per

Mårtenström och Karin Lindström. KTH 2018.

Bilagor

Bilaga I. Assembly Assurance, Scania InLine, 2019

Bilaga II. Assembly Assurance, Scania InLine, 2019

Bilaga III. Scania Standard, STD3745, 02-04-2012. Scania InLine. 2019.

Bilaga IV. Scania Standard, STD3745, 02-04-2012. Scania InLine. 2019.

Bilaga V. Scania Standard, STD3745, 02-04-2012. Scania InLine. 2019.

Bilaga VI. Författarnas egna sammanställning, EZtol 2019.

i

Bilagor Bilaga I.

ii

Bilaga II.

iii

Bilaga III.

Bilaga IV.

iv

Bilaga V.

v

Bilaga VI.

Komma igång med Eztol

För att komma igång och arbeta med Eztol måste först en CAD-sammanställning göras för alla

artiklar i den toleranskedja som skall simuleras. Spara sammanställningen tillsammans med

part-filerna i samma mapp.

Om inte alla part-filer från sammanställningen är inkluderade kommer programmet inte klara av

att konvertera sammanställningen från CATIA V5 till Inventor fullständigt. Ett felmeddelande

dyker då upp med vilka artiklar (part-filer) som inte gick att öppna upp tillsammans med

sammanställningen.

1. Uppstart: Öppna fil -Importera sammanställning från CATIA V5 - Import CAD filer

vi

2. Referens eller konverterad modell? Refrence Model: innebär att

sammanställningen ändrar på sig vid

ändring av ursprungsmodellen på CATIA V5.

Convert Model: innebär att Eztol

konverterar sammanställningen från CATIA

V5 till inventor.

3. Ändra Enhet - Edit Length Units Innan konverteringen sker till Inventor, bör

enheten vara i millimeter om

sammanställningen är från Scania. Om

enheten blir fel dock kan

sammanställningen öppnas på nytt och

enheten kan ändras i rutan som kommer

upp.

7

4.Påbörja en stack-up Detta steg beskrivs tydligt och bra i EZtols

egna tutorial. Kortfattat ser arbetsgången ut

som nedan beskrivet i punktform.

CAD-sammanställningen

importeras.

Det nominella måttet identifieras.

Artiklarna som skall vara med i

toleranskedjeanalysen väljs ut i rätt

ordning.

Kontaktytor väljs.

Stack-up är klar. Efter det kan

extrafunktioner läggas till. Dessa

beskrivs efter detta avsnitt.

viii

Funktioner som inte beskrivs i EZtol

Snitt - Section view Vissa sammanställningar kan vara svåra att utföra eftersom artiklar kan vara svårtillgängliga.

Sådana problem löses snabbt med hjälp av den inbyggda snitt-funktionen. Sedan väljs vilken typ av

snitt som önskas samt vilket plan snittet skall vara i (det väljs i trädet).

Släcka artiklar - Visibility (ctrl+v) I vissa fall räcker det inte att bara göra ett snitt för att vissa artiklar skall vara lättåtkomliga. Till

dessa typer av problem kan släckningsfunktionen användas. Artikeln som önskas släckas

högerklickas och sedan bockas visibility av. Ett annat alternativ är att kortkommandot ctrl+v utförs.

ix

Lägg till mått - Add feature Ibland tas inte alla mått med i en stack-up. I sådana fall kan mått i efterhand läggas till manuellt

med hjälp av funktionen add feature.

x

När funktionen valts behöver ytor mellan vilka ett mått skall ligga definieras. Ange först ena ytan,

tryck sedan på +tecknet och ange sedan den andra ytan. Bocka för.

På bilden nedan visas de nya måtten som kom upp efter att add feature funktionen användes.

xi

Lägg till Avstånd - Add Offset Denna funktion används på liknande sätt som add feature. Funktionen innebär att ett glapp mellan

två artiklar läggs till.

Programmet identifierar själv var glappen kan finnas och därför kan bara glapp mellan förvalda

artiklar i en lista väljas. I listan står det mellan vilka artiklar glappet kommer att hamna.

xii

Resultat

I bilderna nedan visas olika sätt som resultaten kan presenteras på.

xiii

Ladda ned rapport - Snapshot and generate report När en stack-up är färdigställd kan en rapport som visar beräkningarna laddas ned. Önskas andra

bilder (än de som programmet själv väljer ut) i rapporten kan snapshot verktyget användas.

Inställningar – Settings Det finns en ikon för inställningar där bland annat måttdimensioner och vilka beräkningar som

önskas utföras på en stack-up kan ändras.

xiv

Layout I funktionen nedan kan olika typer av skärminställningar ändras.

xv

Support Vid frågor till supporten kan symbolen som visas på bilden nedan klickas för att hänvisas direkt till

EZtols hemsida, där problembeskrivningen kan göras.