EXAMENSARBETE2005:268 CIV

BRITTA MARTINEZ

Separering avsprutpräglade detaljer

CIVILINGENJÖRSPROGRAMMETIndustriell ekonomi

Luleå tekniska universitetInstitutionen för Tillämpad fysik • Maskin- och materialteknik

Avdelningen för Produktionsutveckling

2005:268 CIV • ISSN: 1402 - 1617 • ISRN: LTU - EX - - 05/268 - - SE

-FÖRORD-

Förord Denna rapport är resultatet av ett examensarbete inom civilingenjörsutbildningen Industriell Ekonomi med examensinriktningen produktionsutveckling vid Luleå tekniska universitet. Arbetet har utförts vid Trelleborg Skega under 20 veckor mellan juni och oktober 2005. Utförandet av examensarbetet har varit väldig intressant och lärorikt och jag hoppas att mitt arbete och mina rekommendationer kommer att var till nytta för Trelleborg Skega. Jag vill rikta ett stort tack till berörd personal på Trelleborg Skega och då speciellt till min handledare Jörgen Enmark, för stort stöd och hjälp under arbetets gång. Jag vill också tacka Torbjörn Ilar, min examinator vid Luleå tekniska universitet för de synpunkter och kommentarer som lämnats på mitt arbete. En egen rad vill jag tillägna Nils-Gunnar Gustafsson för många givande diskussioner under projektets gång. Vidare vill jag tacka Anna Kers och Josefin Persson som hjälpt mig korrekturläsa rapporten, samt alla andra som på något sätt varit inblandade i mitt examensarbete. Slutligen vill jag tacka min make Namyr Martinez för hans gränslösa uppmuntran och stöd. Luleå den 21 oktober 2005 ………………………………….. Britta Martinez

-SAMMANFATTNING-

Sammanfattning Det här examensarbetet behandlar tillverkningsmetoden sprutprägling och utvecklandet av en automatiserad produktionscell vid Trelleborg Skega i Ersmark. Under 2005 har behovet av en ny tillverkningsmetod, sprutprägling vuxit fram. Eftersom det är en kostsam metod kommer den endast att användas för vissa applikationer där det ställs extremt höga krav på ytfinhet och hållfasthet. Efter tillverkning genom sprutprägling sitter detaljerna fast i en så kallad sprutpräglingsplatta från vilken de måste separeras. Detta sker vanligtvis genom stansning. Innan detaljerna bearbetas måste dessa avsvalna till rumstemperatur. Det sista steget i processen är att produkterna går vidare till härdning. Målet med projektet var att utveckla en metod som helt eliminerar den manuella hanteringen av sprutpräglingsplattor. Metoden för förflyttning, kylning och separering av detaljer ska vara helt automatiserad. Arbetet har avgränsats till att gälla utveckling av gripdon och kylbuffert. Någon utveckling av separeringsutrustningen skulle inte ske. För att utröna om det redan existerar några separeringsmetoder för sprutpräglade detaljer gjordes först informationssökning om olika bearbetningsmetoder för polyuretan. Då det visade sig att stansning var den bästa metoden att använda, påbörjades utvecklingen av den automatiserade produktionscellen. Efter teoristudier och analys kunde förslag till kylbuffert och gripdon till robot utformas. Vid analysen framkom att vissa förändringar behöver göras på sprutpräglingsplattan för denna lättare ska kunna hanteras automatiskt. Analysen visade även att gripdonen till roboten bör vara av pneumatiskt typ med sugkoppar. Vid utvecklandet av gripdon gjordes en prototyp med vilken empiriska studier utfördes. Vid dessa framkom att funktionsdugligheten hos gripdonen var mycket hög. Dessutom gjordes försök för att ta reda på vilken dimension som krävs på sugkopparna för det bästa greppet. Det slutliga konceptet för hantering av sprutpräglingsplattor från tillverkning till härdning är ett system där de redan kända positionerna från tillverkningen bevaras. Genom att sprutpräglingsplattan inplaceras och fastlåses i en kassett direkt efter sprutpräglingen kan de positioner som redan är kända från tillverkningen bevaras till efterföljande steg i produktionen. För förvaring och avsvalning av plattor rekommenderas ett litet paternosterverk i vilket kassetterna integreras. Förflyttning in och ut från paternosterverket sker med hjälp av den robot som redan finns i produktionscellen. Vid vilken tidpunkt sprutpräglingen kommer att ske helt automatiskt är vid tryckningen av denna rapport ännu oklart. Men, med hjälp av detta examensarbete har företaget en mycket bra grund för vidare utveckling av produktionscellen.

-ABSTRACT-

Abstract This Master’s Thesis concerns injection compression moulding and the development of an automated production cell at Trelleborg Skega in the village of Ersmark. During 2005 the need for a new production method, injection compression moulding, has appeared. Since this is an expensive method, it will only be used when requirements of wear resistance and surface quality are extremely high. After production, the components remain attached to a so called injection compression sheet, from which they have to be separated. This is usually done by punching. Before this happens, the newly manufactured items have to cool down to room temperature. The final step of the process is hardening of the products. The purpose of this project was to develop a method that completely eliminates the manual handling of injection compression sheets. The work has been limited to the development of robot grippers and a cooling buffer. Any further development of the separation equipment is not included in this work. An information search took place to find out if there are existing methods for separating items produced by injection compression molding. It turned out that punching is the best method to use. A theoretical look at automation led to the suggestion of a cooling buffer and robot grippers. The analysis indicated that the injection compression sheet needs to be redesigned for easier handling by the automated equipment. The analysis also showed that that the grippers for the robot ought to be of pneumatic kind with suction cups. A gripper prototype was made with which practical studies where conducted. These showed that the capability of the grippers where very high. Trials where also made to find out the dimension needed of the suction cups to get the best grip. The final concept for handling the injection compression sheets from manufacturing to hardening is a completely automated system. To buffer and cooling the sheets, it is being recommended to keep them in a small paternoster in which cassetts is being integrated. Moving the cassetts in and out of the paternoster is done by the robot, already in the production cell. When the process of injection compression molding will be completely automated is at the time of printing still not decided. However with the help of this Master’s Thesis the company has a very good base for futher development of the automated material handeling system.

-TERMINOLOGI-

Terminologi I denna förteckning förklaras ord som används i rapporten. Den är främst avsedd för personer med liten inblick i det plasttekniska området. Delningsplan = Plan utefter vilket en form är delad. Formverktyg = Don bestående av väggar som omsluter avgränsad hålighet som skall fyllas med material för att erhålla visst utseende. Formsprutning = Formning av material genom värmning och insprutning under tryck i en luten form. s

Härdning = Process vid vilken en polymerblandning ges ett formstabilt tillstånd genom polymerisation. Ingöt = Öppning från vilket material införs till formrummet. Inloppskanal = Matarkanal från forms utsida till fördelningskanaler eller formrumsintag. Operat = Tillverkat föremål som robot ska gripa och förflytta. O-ring = Tätningsring med cirkulärt tvärsnitt. Plast = Polymermaterial med begränsad elastisk töjbarhet som under något stadium i sin bearbetning är plastiskt formbart. Polymer = Ämne vars molekyler, bortsett från ändgrupper, är uppbyggda av upprepade mindre enheter av ett eller flera slag, i ett sådant antal att tillägg eller minskning med en eller ett fåtal enheter ej nämnvärt påverkar egenskaperna. Skott = Materialmängd som tillförs under en formningscykel. Skägg = Kvarsittande, från yta utskjutande flytavfall i formdelningen på ett formstycke. Sprutprägling = Formningsmetod där materialet först satsas i en halvöppen form, vilken sedan pressas samman för att forma detaljen. Sprutpräglingsplatta = Platta i vilken detaljerna sitter fast efter sprutprägling. Skruv = Maskindel i formsprutningsmaskinen med uppgift att mata fram polymermaterial. PUR = Uretanplast baserad på polyuretan eller sampolymer med uretankomponenter. Plundring = Avlägsnande av färdigformade produkter ur formar. Överskottsspalt = Spel mellan mötande ytor i planform avsett att ge utrymme åt överkottsmaterial och därigenom möjliggöra slutning av formen.

-INNEHÅLLSFÖRTECKNING-

Innehållsförteckning 1. INLEDNING ..................................................................................................................................................... 1

1.1 BAKGRUND ................................................................................................................................................... 1 1.2 SYFTE............................................................................................................................................................ 1 1.3 AVGRÄNSNINGAR.......................................................................................................................................... 1 1.4 MÅL .............................................................................................................................................................. 1

2. METOD OCH VERKTYG .............................................................................................................................. 2 2.1 METOD.......................................................................................................................................................... 2

2.1.1 Tillvägagångssätt ................................................................................................................................. 2 2.1.2 Handledning ......................................................................................................................................... 2 2.1.3 Litteraturstudier ................................................................................................................................... 2 2.1.4 Empiriska studier.................................................................................................................................. 2

2.2 VERKTYG ...................................................................................................................................................... 3 2.2.1 Dataverktyg .......................................................................................................................................... 3 2.2.2 Handverktyg ......................................................................................................................................... 3

4. TRELLEBORG SKEGA - FÖRETAGET...................................................................................................... 4 4.1 ALLMÄNT...................................................................................................................................................... 4 4.2 PRODUKTER OCH VOLYMER .......................................................................................................................... 4 4.3 FORMSPRUTNING........................................................................................................................................... 4

4.3.1 Maskinen............................................................................................................................................... 5 4.3.2 Formsprutningscykeln .......................................................................................................................... 5 4.3.3 Formverktyg ......................................................................................................................................... 6

4.4 SPRUTPRÄGLING ........................................................................................................................................... 6 4.5 SKILLNADER MELLAN DE TVÅ TILLVERKNINGSMETODERNA ......................................................................... 7

5. NULÄGESBESKRIVNING ............................................................................................................................. 8 5.1 TILLVERKNINGSMETOD................................................................................................................................. 8 5.2 BEFINTLIG PRODUKTIONSCELL...................................................................................................................... 9 5.3 MATERIAL..................................................................................................................................................... 9 5.4 ROBOT OCH GRIPDON .................................................................................................................................. 10 5.5 PROBLEM VID TILLVERKNING...................................................................................................................... 10

6. TEORI.............................................................................................................................................................. 11 6.1 SEPARERINGSMETODER............................................................................................................................... 11

6.1.1 Frystrumling ....................................................................................................................................... 11 6.1.2 Laserbearbetning................................................................................................................................ 11 6.1.3 Vattenskärning.................................................................................................................................... 11 6.1.4 Ultraljudsbearbetning ........................................................................................................................ 12 6.1.5 Stansning ............................................................................................................................................ 12 6.1.6 Sammanfattning separeringsmetoder ................................................................................................. 12

6.2 GRIPDON ..................................................................................................................................................... 13 6.2.1 Uppkomst............................................................................................................................................ 13 6.2.2 Vakuumgripdon .................................................................................................................................. 13 6.2.3 Klämgripdon....................................................................................................................................... 13 6.2.4 Kombinations och dubbelgripdon....................................................................................................... 13 6.2.5 Val av gripdon .................................................................................................................................... 14 6.2.6 Sensorer.............................................................................................................................................. 15 6.2.7 Anpassning av operat ......................................................................................................................... 15

6.3 POLYURETAN .............................................................................................................................................. 15 6.4 LAYOUT ...................................................................................................................................................... 16

6.4.1 Utnyttjande av tillgänglig yta ............................................................................................................. 16 6.4.2 Materialhantering............................................................................................................................... 17 6.4.3 Produkter i arbete och genomloppstid................................................................................................ 17 6.4.4 Positionering och fixering .................................................................................................................. 17

6.5 AUTOMATISERING....................................................................................................................................... 18 6.5.1 Grader av automatisering .................................................................................................................. 18

-INNEHÅLLSFÖRTECKNING-

6.5.2 Drivkrafter för automatisering ........................................................................................................... 18 6.5.3 Förutsättningar för automatisering .................................................................................................... 18 6.5.4 Tillvägagångssätt ............................................................................................................................... 19 6.5.5 Flexibilitet........................................................................................................................................... 20 6.5.6 Produktutformning.............................................................................................................................. 20

6.6 ARBETSMILJÖ.............................................................................................................................................. 21 6.7 SIMULERING................................................................................................................................................ 22

6.7.1 För och nackdelar med simulering..................................................................................................... 22 6.7.2 Användningsområden ......................................................................................................................... 22 6.7.3 Simuleringsverktyg ............................................................................................................................. 22

7. ANALYS .......................................................................................................................................................... 23 7.1 VAL AV SEPARERINGSMETOD ...................................................................................................................... 23 7.2 GRIPDON ..................................................................................................................................................... 23 7.3 UTFORMNING AV SPRUTPRÄGLINGSPLATTA ................................................................................................ 25 7.4 LAYOUT ...................................................................................................................................................... 27

7.4.1 Utnyttjande av tillgänglig yta ............................................................................................................. 27 7.4.2 Materialhantering............................................................................................................................... 28 7.4.3 Produkter i arbete och genomloppstid................................................................................................ 29 7.4.4 Positionering och fixering .................................................................................................................. 29

7.5 AUTOMATISERING....................................................................................................................................... 30 7.5.1 Grader av automatisering .................................................................................................................. 30 7.5.2 Drivkrafter.......................................................................................................................................... 30 7.5.3 Förutsättningar................................................................................................................................... 30 7.5.4 Tillvägagångssätt ............................................................................................................................... 31 7.5.5 Flexibilitet........................................................................................................................................... 32

7.6 ARBETSMILJÖ.............................................................................................................................................. 32 7.7 SIMULERING................................................................................................................................................ 32 7.8 SAMMANFATTNING ANALYS........................................................................................................................ 32

8. DETALJUTFORMNING AV PRODUKTIONSCELL............................................................................... 33 8.1 GRIPDON ..................................................................................................................................................... 33 8.2 UTFORMNING AV SPRUTPRÄGLINGSPLATTA ................................................................................................ 34 8.3 LAYOUT ...................................................................................................................................................... 34

8.3.1 Utnyttjande av tillgänglig yta ............................................................................................................. 34 8.3.2 Materialhantering............................................................................................................................... 35 8.3.2 Fixering och positionering ................................................................................................................. 35

9. RESULTAT ..................................................................................................................................................... 37 11. DISKUSSION................................................................................................................................................ 38

11.1 ARBETETS GENOMFÖRANDE...................................................................................................................... 38 11.2 REKOMMENDATIONER............................................................................................................................... 38

12. REFERENSER.............................................................................................................................................. 39 12.1 TRYCKTA KÄLLOR..................................................................................................................................... 39 12.2 INTERNETKÄLLOR ..................................................................................................................................... 39 12.3 MUNTLIGA KÄLLOR................................................................................................................................... 39

BILAGOR Antal sidor BILAGA A: Tidsplan MS Project 1 BILAGA B: Ritningar produktionscell nuläge 2 BILAGA C: Tekniska data Engel Robot 2 BILAGA D: Materialegenskaper Polyuretan 6 BILAGA E: Ritningar gripdon 2 BILAGA F: Ritningar kylbuffert 2 BILAGA G: Ritningar ny layout 1 BILAGA H: Investeringskalkyl 1 BILAGA I: Empiriska studier 1

-INLEDNING-

1. Inledning Här beskrivs examensarbetets bakgrund, syfte och de avgränsningar som gjorts.

1.1 Bakgrund Examensarbetet har blivit aktuellt i och med den nya tillverkningsmetod som Trelleborg Skega har för avsikt att påbörja under sommaren 2005. I stället för den tidigare tillverkningen av polyuretandetaljer i formsprutningsanläggningen, kommer detaljer att tillverkas genom sprutprägling. Den nya metoden är något nytt för företaget och man har behov av kunskap och utveckling av den nuvarande anläggningen för att tillverkningen ska kunna automatiseras. Detaljer som tillverkats genom sprutprägling sitter efter tillverkning fast i en sprutpräglingsplatta och måste separeras från densamma.

1.2 Syfte Examensarbetet går ut på att i första fasen söka information om alternativa separeringsmetoder av detaljer. Om alternativa separeringsmetoder inte finns skall den befintliga anläggningen utvecklas till en helt automatiserad produktionscell. I informationssökningsfasen ingår även informationssökning om materialegenskaper, gripdon, automatisering och arbetsmiljö. Därefter ska förslag på gripdon till en befintlig robot utvecklas. Dessa ska utformas för en säker positionering av sprutpräglingsplattan i de olika tillverkningsmomenten. Dessutom ska förslag på en kylbuffert utformas. Denna ska vara skapad för att förvaring och kylning ska ta minsta möjliga plats samt hjälpa till med positioneringen av sprutpräglingsplattan innan stansningen.

1.3 Avgränsningar • Någon utveckling av separeringsutrustning kommer inte att ske. • Utprovning av kyltid i kylbufferten kommer inte att ske, utan de tider som givits från

leverantören kommer att användas. • Simulering av produktionscellen kommer endast att ske om det finns tid över. • Vid layoutförslag skall hänsyn tas till den befintliga lokalen. • Examensarbetet omfattar 20 veckors heltidsarbete.

1.4 Mål Målet är att vid examensarbetets slutförande ha tagit fram en metod som eliminerar den manuella hanteringen av sprutpräglingsplattor. Metoden för förflyttning, kylning och separering av detaljer ska vara helt automatiserad.

1

-METOD OCH VERKTYG-

2. Metod och verktyg Här beskrivs den metod och de verktyg som använts för att genomföra arbetet.

2.1 Metod Här förklaras tillvägagångssätt för examensarbetet samt hur handledning, litteraturstudier och empiriska studier gått till.

2.1.1 Tillvägagångssätt Examensarbetet inleddes med ett möte med personal på Trelleborg Skega, däribland handledare Jörgen Enmark och produktionschef Nils Brännström. På mötet diskuterades den nya produktionen av sprutpräglade detaljer och vilka de huvudsakliga uppgifterna för examensarbetet var. Därefter skedde ett besök till den formsprutningsmaskin som kommer att användas för sprutprägling. Vid mötet diskuterades de olika problem som uppkommit i och med den nya produktionen. Till att börja med skedde informationssökning om olika bearbetningsmetoder. Detta för att finna svar på frågan om stansning är en bra metod att använda. För att komma fram till det slutgiltiga resultatet gällande gripdon, kylbuffert och layout togs flera olika förslag fram. Dessa utvärderades sedan och ett vinnande alternativ utvecklades vidare till det slutliga lösningsförslaget. Utvärderingen har skett i enighet med de teorikapitel som tagits upp i examensarbetet samt med hjälp av sambandsdiagram.

2.1.2 Handledning Veckorapport över utfört arbete har skickats till handledare på företaget en gång i veckan. Vid problem eller frågor har dessa i första hand lösts via telefon eller e-postkontakt. Besök till företaget har skett ungefär en gång i månaden eller då särskilt behov för detta funnits. Under projektets gång har även kontinuerlig kontakt funnits med examinator på skolan, Torbjörn Ilar.

2.1.3 Litteraturstudier Under arbetets gång har litteraturstudier skett inom områdena formsprutning, gripdon, layout, separeringsmetoder, polyuretan, automatisering, arbetsmiljö, kylbuffert och simulering. Litteraturinsamling har främst skett på Luleå universitetsbibliotek och Internet. Den största informationskällan har varit böcker. En del information har även inhämtats från företagets hemsida och direkt via företaget. Vilka böcker, tidskrifter, databaser och Internetsidor som använts framgår av referenserna i kapitel 11.

2.1.4 Empiriska studier Vid utveckling av gripdon har empiriska studier gjorts för att försäkra sig om duglighet och noggrannhet vid positionering och förflyttning av sprutpräglingsplattan. Dessa har ägt rum på skolans produktionslaboratorium. Till hjälp för dessa studier har en robot av märket Hitachi används. För de empiriska studierna byggdes en enkel gripdonsprototyp som användes för utprovning och duglighetsstudier. Under dessa försök förekom även ett besök av handledare Jörgen Enmark från Trelleborg Skega.

2

-METOD OCH VERKTYG-

2.2 Verktyg Nedan beskrivs de olika verktyg som använts i form av data- och handverktyg.

2.2.1 Dataverktyg Tidplan över arbetet har gjorts i Microsoft Project, denna kan även ses i bilaga A. Rapporten är skriven i Word. Material till redovisningen är gjort i PowerPoint. Tabeller och diagram är gjorda i Excel. För 3Dmodellering och ritningar har IDEAS-11 och SketchUp 5 använts. Dessutom har simuleringsprogrammet I-GRIP använts för simulering av produktionscellen. För bildbehandlig har Adobe Photoshop använts.

2.2.2 Handverktyg Vid utveckling av gripdon och kylbuffert har i första stadiet idéer ritats upp för hand med hjälp av enkla blyertsskisser. Därefter har de färdiga idéerna färdigställts med hjälp av dataprogram. Vissa tekniska ritningar har även färdigställts för hand. Vid utveckling av den slutliga gripdonsprototypen har manuella verktyg använts för bearbetningen. Prototypen har tillverkats dels vid skolans produktionslaboratorium samt vid privat verkstad.

3

-TRELLEBORG SKEGA-FÖRETAGET-

4. Trelleborg Skega - företaget Här ges en kort bakgrund om företaget och de produkter som tillverkas. Dessutom beskrivs de två tillverkningsmetoderna formsprutning och sprutprägling som används i den aktuella produktionscellen.

4.1 Allmänt Skega grundades 1932 i Ersmark, norr om Skellefteå. Den ursprungliga produktionen bestod av gummihandskar, som användes i den lokala skogs- och gruvindustrin. I samråd med lokala industrier påbörjades kort därefter tillverkning av infordringar. Sedan dess har ett stort antal olika produkter tillverkats till gruv-, mineral och processindustrin. Under andra världskriget togs beslut om att tätningar till det svenska flygvapnet skulle tillverkas i Sverige och det företag som skulle utveckla och designa dessa blev Skega. 1948 började företaget tillverka specialutformade O-ringar till det svenska flygvapnet. Under åren har man utvecklat material och produkter anpassade för tätning av gaser, vattenånga och olja. Sedan den första O-ringen tillverkades har Trelleborg Skega fortsatt att jobba i ett nära samarbete med sina kunder och utvecklat tätningar för krävande applikationer. Försäljningen har i huvudsak skett i de nordiska länderna och inriktningen har varit att tillverka och utveckla material och tätningar för hårda förhållanden. Många stora företag såsom Volvo, Scania, ABB, och Ericsson har valt Trelleborg Skega som sin leverantör av tätningar. 1980 upphörde Skega att vara ett familjeföretag och blev del av the Incentive Group, som i sin tur, under sommaren 1995 köptes upp av Svedala group. Numera är företaget en division av Trelleborg Sealing Solutions, TSS och har 235 anställda. Under 2003 hade företaget en omsättning på 185 MSK. All produktion, forskning och produktutveckling sker vid företagets anläggningar i Ersmark [16].

4.2 Produkter och volymer Produktionen på Trelleborg Skega kan delas in i fyra huvudgrupper; O-ringar, gummi och metalltätningar, statiska tätningar samt gjutna produkter. Dessa tillverkas bland annat genom horisontell eller vertikal formsprutning. Trelleborg Skega är idag den enda stora tillverkaren av O-ringar i Skandinavien. Företaget producerar cirka 120 000 000 O-ringar per år i ett flertal olika material och storlekar, de största med en diameter på 1300 mm. Gummi och metalltätningar har tillverkats sedan 1992. Fördelen med den här typen av tätningar är att de ger optimal tätning samtidigt som de är enkla att använda vid automatisk montering. Dessa tillverkas i tre olika varianter. Förutom tillverkning av produkter utövar Trelleborg Skega även forskning, testning av material och färdiga produkter samt materialutveckling. I sina laboratorier kan de testa både de fysiska, optiska och kemiska egenskaper hos produkterna. Företaget håller extremt hög standard och alla produkter genomgår kvalitetskontroll före leverans till kund. Företaget har fyra olika marknadssegment som man i huvudsak vänder sig till, vilket betyder att de är specialinriktade på att analysera applikationer inom dessa segment. Dessa marknadssegment är; pneumatik, energi, vatten- och rörsystem, diesel och lastbilar [16].

4.3 Formsprutning Här beskrivs hur maskinen för formsprutning är uppbyggd, hur formsprutningsprocessen går till samt hur ett formverktyg är uppbyggt.

4

-TRELLEBORG SKEGA-FÖRETAGET-

4.3.1 Maskinen Vid formsprutning sprutas massa in i den slutna formen under högt tryck. På formgods i plast ställs stora krav på toleranser och utseende. Detta gör att det ställs stora krav på maskinen och tillverkningsprocessen. Den måste därför ha både hög repeterbarhet och precision. Maskinen som används av företaget är av modellen Engel Victory 80/120 Power. En maskin består vanligtvis av de komponenter som visas på bild 1, dock kan vissa variationer förekomma. I numerisk ordning visas; tryckkraftcylindern, öppnings- och stängningscylinder, maskinstativ, låsenhet, lagring, formverktyg, styrenhet, skruv och insprutningsenhet. Maskinstativet är en helsvetsad stålkonstruktion som utgör själva underlaget för lås- och insprutningsenheten. Insprutningsenheten har till uppgift att plasticera, dosera och spruta in material i formen. Styrenheten samordnar och reglerar formsprutans rörelser. Låsenheten öppnar, stänger och låser formen. Skruven som blandar och tillför material till formen är vanligtvis en standardskruv som är anpassade för de flesta tillverkningssituationer. Normalt drivs formsprutans enheter med hjälp av hydraulik, men det finns även de som är elektriskt drivna. För att hantera övriga rörelser, som till exempel utstötning finns även elektromekaniska och pneumatiska styrdon [2].

Bild 1. Maskin för formsprutning [18]

4.3.2 Formsprutningscykeln En formsprutningscykel består i huvudsak av följande steg: dosering, insprutning, eftertryck och utstötning. Vid dosering matas materialet, som består av pellets eller granulat, från påfyllningstratten till munstycket med hjälp av skruvens rotation. Materialet plasticeras dels genom den friktionsvärme som utvecklas mellan materialet och skruven, dels genom värme från värmebanden på cylinderns utsida. Detta bidrar även till att materialet blir bättre homogeniserat. För att det nya materialet som doseras ska få plats måste skruven röra sig bakåt till ett förutbestämt doseringsläge. Doseringsläge och skottvolym måste justeras in vid formbyte. När sedan själva insprutningen sker trycks skruven framåt utan att rotera. Smältan trycks därmed in i formens hålrum genom munstycket. Under formsprutningscykeln hålls formverktyget stängt. Hastigheten med vilken smältan trycks in regleras via insprutningscylindern. Under eftertrycksfasen kompenseras för den krympning som sker då materialet kyls från smälta till fast fas. Kompensation sker genom att skruven rör sig långsamt framåt. Den volymmässiga krympningen kan variera mellan 1.5 % till 7 % [7].

5

-TRELLEBORG SKEGA-FÖRETAGET-

När intaget stelnat och maskinens eftertryck inte längre kan påverka detaljen är eftertrycksfasen slut. Därefter måste detaljen kylas ytterligare för att uppnå tillräcklig stabilitet för att kunna lösgöras ur formen. När detaljen kylts utstöts den sedan ur formen med hjälp av de ejektorer som finns i den ena formhalvan. Processen kan verka enkel men för att få förväntat resultat måste alla stegen optimeras noggrant [2]. Nedan visas princip för formsprutningen, bild 2.

Bild 2. Principen för formsprutning

4.3.3 Formverktyg De verktyg som används för formsprutning kan utformas enligt olika principer och innehålla mer eller mindre komplicerade konstruktionslösningar. I stort sett är dock själva grundprincipen den samma. Längst bak mot maskinen sitter de yttre plattorna, dessa skruvas fast mot maskinen och kallas för fästplattor. I fästplattorna sitter sedan en formplatta, som utgör formen för detaljen/detaljerna. En form har mellan 2 och 15 formrum som ser likadana ut. Dessa kan antingen vara fasta eller i form av lösa insatser som kan bytas ut. Formen består av två delar; den ena sitter fast monterad och genom denna formhalva fylls formen på med plastmassa vid tillverkning. Den andra halvan är rörlig och används för att stänga formen. Delningsplanet där de två formhalvorna möts kan vara plant eller ha en kurvform. Från inloppskanalen, som ofta placeras i formens mitt, fördelas sen plastmassan via fördelningskanaler till formrummen. Ingötssystemet kan utformas på olika sätt. Antingen kan alla formrummen fyllas samtidigt eller så kan påfyllnaden regleras via ventiler. I formen finns också ett antal kylkanaler för kylning av detaljen samt en utstötare som skjuter ut den färdiga detaljen ur formen. Därefter sker plundring av formen och detaljen går vidare till eventuell efterbehandling. Ett problem med den här tillverkningsmetoden är att det bildas ingötspunkter på detaljen där intaget släpper in material i formrummet. Detta kan bidra till en lägre hållfasthet hos den tillverkade detaljen [2].

4.4 Sprutprägling Sprutprägling är en ny tillverkningsmetod för Trelleborg Skega och branschen i övrigt. Eftersom det är en extremt dyr och materialkrävande tillverkningsmetod kommer den endast att ske när kunderna är i behov av detaljer med extremt hög kvalitet utan ingötspunkter i materialet. Sprutpräglingscykeln är i stort sett den samma som vid formsprutning. Till skillnad från formsprutning hålls formen vid sprutprägling halvöppen vid satsning av material. I formverktygen för sprutprägling finns alltså inte några intag utan allt material tillförs formrummet via inloppet. Bild 3, nedan, visar ett exempel på hur ett formverktyg kan se ut. Därefter pressas formen ihop, varvid plastmassan trycks ut i formrummen och detaljerna formas. När de två formhalvorna pressas samman lämnas en överskottsspalt, där överblivet material hamnar. Detta gör att detaljerna efter tillverkning sitter fast i en så kallad

6

-TRELLEBORG SKEGA-FÖRETAGET-

sprutpräglingsplatta och måste separeras från densamma innan de anses som färdiga. För att undvika skägg på detaljerna efter separering måste dessa kylas innan separering sker.

Bild 3. Exempel på hur ett formverktyg kan se ut Källa: Trelleborg Skega

4.5 Skillnader mellan de två tillverkningsmetoderna Vid både formsprutning och sprutprägling kan samma maskin användas. Dock måste formverktygen bytas ut och maskininställningarna justeras innan tillverkning kan påbörjas. Nedan ses en bild (bild 4) över hur tillverkningen av detaljer går till från tillverkning till kvalitetskontroll. De två stegen kylning och stansning är unika för sprutprägling och används alltså inte vid vanlig formsprutning. Den största skillnaden mellan de två tillverkningsmetoderna är formverktygen. Ingötssystemet är det som gör att detaljerna skiljer sig åt i utseende och kvalitet. För att ge en tydligare bild över denna skillnad ses i bild 4 exempel på de två olika ingötssystemen.

Bild 4. Exempel på ingötssystem för formsprutning respektive sprutprägling.

7

-NULÄGESBESKRIVNING-

5. Nulägesbeskrivning Nedan återfinns en nulägesbeskrivning där det beskrivs varför Trelleborg Skega har påbörjat en ny tillverkningsmetod samt vilka problem som uppstått i och med den nya tillverkningen.

5.1 Tillverkningsmetod Trelleborg Skega tillverkar detaljer genom formsprutning av polyuretan. Vid formsprutning ”gjuts” detaljerna genom att massa trycks in genom ett intag i gjutformen, vilket ger en ingötspunkt i detaljen (se bild 5). Företaget har för avsikt att öka kvaliteten hos vissa detaljer genom att istället använda sig av sprutprägling vid tillverkningen. Eftersom detta är en kostsam tillverkningsmetod kommer den endast att vara ett komplement för speciella applikationer. Vissa polyuretanmaterial och artiklar kan dessutom vara svåra att tillverka genom vanlig formsprutning. Sprutprägling ger en bättre ytfinhet utan ingötspunkter i materialet.

Bild 5. Ingötspunkt på detalj Bild 6. Sprutpräglingsplatta efter sprutprägling Källa: Trelleborg Skega Vid tillverkning av detaljer genom denna metod får man en slutprodukt i form av en cirkulär platta, en så kallad sprutpräglingsplatta, se bild 6. Efter tillverkningen sitter detaljerna fast i gummiplattan och därför måste separering ske. Normalt sker separering med hjälp av stansning. När sprutpräglingsplattan kommer från maskinen har den en temperatur på 60 grader. Innan separering sker måste plattan kylas ner i cirka 30 minuter. Avsvalning kommer därför att ske i en separat kylstation. Vid kylning ska plattorna svalna av till rumstemperatur. Denna process kan inte forceras genom stark nedkylning eftersom detta kan medföra förändringar av materialegenskaperna hos detaljerna. Förflyttning mellan kylstation och tillverkning respektive separeringsstation måste idag ske manuellt för att få en exakt positionering av plattan. Efter separering går detaljerna vidare till en härdningsugn, som är belägen utanför själva tillverkningscellen. Härdningen tar 24 timmar eller 48 timmar beroende på vilket material som detaljerna tillverkats i. Härdningen sker vid en temperatur av 110 eller 120 grader. Detaljerna måste härdas inom fyra timmar efter tillverkning. Efter härdning går produkterna vidare till kvalitetskontroll. Företaget har för avsikt att starta den nya tillverkningen under sommaren 2005 och kommer då att använda sig av den redan befintliga formsprutningsanläggningen. Den stansningsutrustning som kommer att användas för operationen är vid examensarbetets start

8

-NULÄGESBESKRIVNING-

inte i bruk. De detaljer som tillverkas kommer endast att användas i PR-syfte och separeras helt manuellt. Detta gör att vissa antaganden och krav måste ställas på den framtida utrustningen för att de övriga operationerna skall fungera som planerat.

5.2 Befintlig produktionscell Den existerande produktionscellen är belägen i Trelleborg Skegas fabrik i Ersmark. Den består av en formsprutningsmaskin som i den kommande produktionen kommer att användas för sprutprägling. Dessutom finns en robot som idag används för plundring av formverktyget efter formsprutning. Roboten sitter monterad på en balk ovanför själva maskinen. Cellen har en yta på drygt 12m2 varav maskinen upptar 6 m2. Cellen är på maskinens baksida begränsad av en skyddsinhägnad, genom vilken ett transportband löper ut till den omgivande lokalen. Nedan (bild 7) ses produktionscellens nuvarande layout (se bilaga B för utförliga ritningar över anläggningen).

Bild 7. Produktionscellens layout Källa: Trelleborg Skega

5.3 Material Det material som används för sprutprägling är Polyuretan, vilket har särskilt goda nötnings och hållfasthetsegenskaper. På grund av dessa egenskaper är materialet också svårt att efterbearbeta. Trelleborg Skega använder sig av tre olika sorters Polyuretan, Zurcon se tabell 1 nedan. I tabellen visas egenskaperna för de olika materialen. För fullständiga uppgifter se bilaga E. Egenskap Z20 Z22 Z24 Elastomer bas AU AU PU Brotthållfasthet, N/mm2 ≥45 ≥45 48,4 Förlängning innan brott % ≥450 ≥450 ≥560 Dragmotstånd N/mm2 ≥70 ≥70 - Töjning % ≥40 ≥42 - TR 10-punkt ºC <-30 <-46 <0

Tabell 1. Materialegenskaper

9

-NULÄGESBESKRIVNING-

5.4 Robot och gripdon Till den befintliga formsprutningsanläggningen finns en robot av märket Engel. Det är en fyraxlig robot av kartesisk typ som är integrerad i maskinen. Robotens energiförsörjning kommer från maskinen. På bild 8 nedan ses en ritning över roboten. X-axeln som löper parallellt med maskinen drivs med en kuggrem av en servomotor och kan röra sig med en maximal hasighet av 2.5 meter per sekund. Den har en räckvidd av 300 mm. Z-axeln löper vinkelrät mot maskinen och är 1400 mm lång. Även den drivs med kuggrem av en servomotor och har en maximal hastighet på 3 meter per sekund. Y-axeln är den vertikala axeln och har en total längd av maximalt 1000 mm. Drivningen är densamma som för föregående och den maximala hastigheten är 3 meter per sekund. Den fjärde axeln, C (svängningsaxeln) drivs av en pneumatisk cylinder och kan vinklas 90 grader. I bilaga C kan ytterligare ritningar över roboten ses. På C-axeln fästes robotens gripdon som bland annat kan används för plundring, förflyttning och positionering av tillverkade detaljer.

Bild 8. Robot hos Trelleborg Skega Källa: Trelleborg Skega

5.5 Problem vid tillverkning Det finns i huvudsak fem stycken problem som uppkommit i och med den nya tillverkningsmetoden;

• Det finns begränsad kunskap om andra metoder för separering av detaljer, eftersom all information kommer från leverantören av den nuvarande anläggningen.

• När stansning ska ske måste sprutpräglingsplattan vara exakt positionerad. • Arbetet vid stationen blir väldigt monotont om det ska göras manuellt, alltså är det

även ett arbetsmiljöproblem. • Eftersom kylningen tar så pass lång tid är det svårt att göra detta i samma moment som

tillverkningen. Det måste därför finnas en separat kylningsstation. Sprutpräglingsplattan måste komma till härdning inom fyra timmar efter tillverkning, därför bör tiden mellan tillverkning och härdning användas så effektivt som möjligt.

• Dessutom är utrymmet för kylning och stansning i begränsat. Detta beror delvis på de begränsningar som finns i produktionscellens storlek, men även robotens räckvidd.

Utformningen av sprutpräglingsplattan är också ett problem som påverkar flera av de tidigare nämnda. Eftersom den är väldigt tunn och därmed föränderlig försvåras flera av momenten på grund av detta.

10

-TEORI-

6. Teori Teorin har använts för att hitta möjliga lösningar på de problemen som beskrivs i nulägesanalysen. Dessutom är avsikten att skapa underlag för analys av nuläget och ge en teoretisk grund att bygga problemlösningen på. Teorin ska förklara bakgrunden till de förslag och rekommendationer som ges till företaget, samt verifiera giltigheten hos dessa. Här beskrivs teorier om separeringsmetoder, gripdon, polyuretan, automatisering, layout, arbetsmiljö och simulering.

6.1 Separeringsmetoder Det finns många olika bearbetnings- och separeringsmetoder för detaljer tillverkade i plast och polymera material. Här förklaras de vanligast förekommande.

6.1.1 Frystrumling Frystrumling används främst för att separera detaljer i gummi. Genom att kyla ner de tillverkade detaljerna till en temperatur där materialet styvnar blir tunna skikt såsom skägg och andra utstick väldigt sköra. Tillsammans med någon form av slipgranulat får detaljerna sedan rotera i en centrifugeringsstation. Detta gör att skägget bryts sönder och slipas bort. Därefter kvarstår endast att sortera ut detaljer från skräp innan processen är klar för vidare bearbetning eller leverans. Processen i sig är enkel och ingen positionering krävs av detaljerna. Den går dock bara att använda för specifika material som är styvnar vid nedkylning. Trots att processen kan verka enkel är den dock kostsam [7].

6.1.2 Laserbearbetning Laserbearbetning har blivit allt vanligare inom industrin och används inom alla upptänkliga områden. Laserskärning är en process där materialet förångas inom ett mycket litet område genom att den optiska energin fokuseras till arbetsstyckets yta. Den högintensiva energin gör att arbetstycket förångas bit för bit på ett kontrollerat sätt. Det finns ett antal olika lasertyper som används vid bearbetning av både metalliska och ickemetalliska material. Laserskärning kombineras ofta med ett gasflöde av till exempel syrgas eller argongas när man skär i tunna material. Vid laserskärning i metaller ger gasflödet materialet en ökad svetsbarhet och för alla material gäller att gasen blåser bort överflödigt material från arbetsstyckets yta [6]. Hål så små som 0,005 mm kan göras i specifika material, men oftast sätts en nedre gräns på 0,025 mm. Viktigt att tänka på vid laserbearbetning är risken för arbetsskador även vid låg energi. De största fördelarna med laserbearbetning är den höga flexibiliteten samt enkel fixturering med korta ställtider som följd. Utrustning för laserbearbetning är dock mycket kostsam, vilket kan ses som den största nackdelen med metoden [7].

6.1.3 Vattenskärning Vid vattenstråleskärning används kraften av en jetstråle för skärande operationer. Vattenstrålen fungerar som en såg och skär genom materialet. Diametrarna på vattenstrålen kan variera mellan 0,05 och 1 mm. Med den här tekniken kan ett stort antal olika material bearbetas, som till exempel plast, gummi, träprodukter, papper och kompositer. Tjocklekar upp till 25 mm kan skäras. De största fördelarna med den här bearbetningsmetoden är att bearbetningen kan påbörjas var som helst på arbetsstycket utan någon förbearbetning. En annan fördel är att ingen värme produceras vid bearbetningen och övriga delar förblir helt opåverkade. Dessutom är det både miljövänligt och säkert ur arbetsmiljösynpunkt. I vissa fall kan det höga vattentrycket vara ett problem, eftersom vatten kan tränga in i materialet.

11

-TEORI-

Dessutom krävs noggrann fixering av arbetsstycket innan bearbetning. Anskaffningskostnaden för den här typen av anläggning är relativt hög [7].

6.1.4 Ultraljudsbearbetning Vid ultraljudsbearbetning tas material bort från materialets yta genom nötning med abrasiva partiklar. Verktygets spets vibrerar med en hög frekvens (20kHz) och en låg amplitud (0,05-0,125 mm). Vibrationerna ger en hög hastighet till abrasiva partiklar mellan verktyget och arbetsstycket. De partiklar som används är normalt Borkarbid, men ibland används Aluminiumoxid. Partiklarna blandas i en lösning med vatten till en koncentration mellan 20 och 60 %. Blandningen transporterar även bort avverkat material. Den här typen av bearbetning passar bäst för bräckliga material så som glas och keramer. Vid användandet av mycket fina korn kan man nå toleranser på 0,0125 mm och bättre. Detta är möjligt genom den snabba strömmen av partiklar som träffar ytan. Tiden för kontakt mellan partiklarna och materialet är mycket kort (10 till 100 μs) och kontaktytan är väldigt liten [7].

6.1.5 Stansning Genom stansning kan material skäras genom den kraft som uppstår mellan stämpel och mothåll. Själva stansen kan ha olika former med antingen runda eller raka blad. Det som skiljer olika stansningsprocesser åt är stämpelkraften, hastigheten, stämpelns material och kondition och stämpelns hörnradie. Dessutom är det av stor betydelse vilket mellanrum som finns mellan stämpel och mothåll. Kvaliteten hos den stansade detaljens snittyta blir bättre om mellan rummet är litet. Den minsta skärbredden varierar med materialets tjocklek. Normalt beräknas 2 % till 10 % av materialets tjocklek vara lika stort som mellanrummet storlek. Det skulle alltså innebära att om materialet som stansas är 3 mm tjockt blir skärbredden 0,06 till 0,3 mm. Resultatet är också beroende av vilket material som stansas [7].

6.1.6 Sammanfattning separeringsmetoder För att ge en tydligare översikt sammanfattas de olika separeringsmetoderna i tabell 2, nedan. Tabellen visar de största för och nackdelarna med de olika metoderna.

Tabell 2. Sammanfattning separeringsmetoder

12

-TEORI-

6.2 Gripdon Här beskrivs olika typer av gripdon och användningsområden samt hur val av gripdon bör ske. Dessutom beskrivs sensorer för gripdon samt hur operat kan utformas för att förenkla gripförfarandet.

6.2.1 Uppkomst I och med uppkomst och ökad användning av industrirobotar under början av 70-talet började de första gripdonen utvecklas. Ofta har den mänskliga handen studerats och stått som modell för olika mekaniska gripdonskonstruktioner. Man kan dela upp gripdon i tre huvudgrupper; vakuum-, magnet och klämgripdon [13]. Eftersom denna rapport endast redogör för plastoperat kommer beskrivning av magnetiska gripdon inte ske.

6.2.2 Vakuumgripdon Det primära kravet för att vakuumgripdon skall kunna användas är att greppytan är jämn, tät, torr och ren. Fördelar med vakuumgripdon är att de ger en jämn ytlastfördelning och har låg vikt, är billiga och driftsäkra. En annan fördel är att endast en operatyta behöver användas. Det vanligaste och enklaste är att arrangera ett antal sugkoppar i ett mönster anpassat efter operatet. Dessa är i sin tur anslutna till en vakuumpump. Det finns ett stort antal sugkoppar i olika storlekar, material och infästningar som kan användas. Vid val av sugdon bör hänsyn tas till operatets form och yta, den aktuella miljön och de krafter som kan uppstå. Om operatets yta är ojämn eller vågig bör en sugkopp med lång tätläpp användas. Om operatet är mycket tunt och böjligt är det lämpligt att använda sugkopp med mothåll i form av utskott eller ribbor i sugplanet för att förhindra att detaljen böjs in [13]. Vakuumgripdon har en begränsning i lyftkraft. Om operaten är stora och tunga kan andra typer av gripdon vara bättre lämpade.

6.2.3 Klämgripdon Gripdon som på något sätt klämmer fast operatet är utan tvekan den vanligaste typen i industrin i dag. Det första som krävs för att denna typ av gripdon ska fungera är att operatet tillåter greppning på två mot varandra stående sidor. De olika typerna av klämgripdon skiljer sig främst åt gällande antalet ”fingrar”. Fastklämningen bygger på att ge ett yttryck mot operatet på in eller utsidan. Själva rörelsen kan utföras på flera olika sätt, till exempel genom tvåledsrörelse, flerledsrörelse eller gejderrörelse. Den enklaste typen av tvåledsgripdon skiljer sig inte mycket från en vanlig plattång. För att aktivera gripningen används pneumatik eller hydraulik, vilket har fördelen att det ger stora klämkrafter. Kraftens storlek kan dock vara svårare att styra än vid pneumatiskt aktiverade gripdon. Tvåledsgripdon finns i en uppsjö av modeller och storlekar, allt från specialanpassade gripdon för varma operat till gripdon för stora operat, men själva principen är dock den samma. Om gripdonet ska betjäna en bearbetande maskin krävs mer än bara gripning och lossning. Då kan det vara aktuellt med flerledsgripdon med tre eller flera fingrar. Detta är särskilt lämpligt för runda eller sfäriska operat. Gejderstyrda fingrar är ett bra alternativ när operat av olika storlekar ska gripas. Dessa är enkla och mångsidiga. Konstruktionsprincipen är ofta rör i rör med den aktiverande delen i ena änden och själva gripdonet i den andra. [13].

6.2.4 Kombinations och dubbelgripdon Det finns förutom ovan beskrivna gripdon också en mängd kombinationsgripdon. Det finns många kombinationsmöjligheter och den enda begränsningen är konstruktörens fantasi och uppfinningsrikedom. Vanligt är också att en robot kan ha dubbla gripdon för att kunna utföra olika arbetsmoment samtidigt eller kunna utföra flera olika typer av jobb [14].

13

-TEORI-

6.2.5 Val av gripdon Det finns inte några generella regler för hur ett gripdon skall vara utformat eftersom antalet variabler för olika operat är allt för många. Detta gör att det inte finns någon enkel urvalsmetodik. Valet kan underlättas genom användandet av en checklista, se tabell 3 nedan [9]. När valet av gripdonstyp för det aktuella arbetsmomentet är gjort kvarstår utformandet av det samma. Att bygga ett gripdon som kan utföra lika komplicerade operationer som en människa är knappast realistiskt. Därför måste man i en teknisk lösning anpassa det som ska göras och den information som ska behandlas till en sådan omfattning att det blir realistiskt både ur ekonomiskt och tekniskt perspektiv [15]. För att kunna placera operatet på en godtycklig position krävs minst sex frihetsgrader plus möjlighet att gripa föremålet [13]. Förutom utformande av gripdon krävs oftast operatanpassning, vilket omskrivs i kapitel 6.2.7. Faktor Övervägande Operat som ska hanteras

Vikt, storlek och form Förändring av form under bearbetning Ytans beskaffenhet, känslighet

Greppmetod

Mekaniskt Vakuum Magnet

Kraft och signalöverföring

Pneumatiskt Elektriskt Hydrauliskt Mekaniskt

Gripkraft Operatets vikt Gripmetod Friktion mellan gripdon och operat Hastighet och acceleration under arbetscykel

Positioneringsproblem

Fingrarnas längd Repeter- och positioneringsnoggrannhet hos robot Tolerans hos operatet

Service avtal

Antal gripningar under gripdonets livscykel Utbytbarhet hos komponenter Underhåll och reparerbarhet

Omgivande miljö Temperatur Smuts, kemikalier och luftfuktighet

Temperaturskydd

Värmesköldar Långa fingrar Forcerad kylning Användande av värmetåliga material

Tillverkade material

Styrka, varaktighet, styvhet Utmattningsstyrka Kostnad och svårighet vid tillverkning Friktionstal hos fingrarnas yta Kompabilitet med processen i övrigt

Andra överväganden

Användande av utbytbara fingrar Standard design Montering av kopplingar till robot Risk för designförändringar hos produkten Ledtid för design och tillverkning Reservdelar och service Utprovning av gripdon i produktion

Tabell 3. Checklista för val av gripdon [9]

14

-TEORI-

6.2.6 Sensorer För att en robot ska kunna utföra förflyttningar och positioneringar på bästa sätt krävs inte bara bra gripdon. När ett operat lagts på avsedd plats behövs konfirmation på att det verkligen är perfekt positionerat. Som stöd bör därför finnas ett antal sensorer som talar om att arbetet utförts på ett korrekt sätt. För att skapa en tillförlitlig automatiserad produktion är det inte bara rekommenderat, utan helt nödvändigt med sensorer. Sensorer påvisar om ett operat upphämtats, lagts i rätt position för bearbetning eller vidare transport. Det finns allt från enkla givare som indikerar närvaro av objekt till mer komplicerade som utför mätningar av operatet. Det flesta givare är av optisk typ. Den främsta orsaken till varför orientering utförs av ett gripdon är att det finns begränsat utrymme eller att en kort cykeltid krävs. För små positioneringsfel kan infästningen av gripdonet utformas på ett sådant sätt att korrigering sker mekaniskt automatiskt, till exempel med hjälp av V-block för runda operat eller med fjädrande material [14].

6.2.7 Anpassning av operat För att detaljer lättare ska kunna gripas av robot krävs ibland att man anpassar operatet för att underlätta gripning. Vid utformning av gripdon för ett specifikt operat inser ofta konstruktören att en förändring av operatet både skulle göra gripningen och det efterföljande handhavandet enklare. Förutom att operatet skall kunna gripas lättare kan även anpassning ske för att förenkla positionering inför efterföljande bearbetning samt montering [14].

6.3 Polyuretan Polyuretan är ett av de mest mångsidiga material som finns idag. De tillverkas i allt från flexibla skum och elastomerer till termoplastisk polyuretan som används i medicinsk utrustning. Polyuretan tillverkas genom en reaktion mellan polyol (en alkohol med mer än två reaktiva hydroxylgrupper per molekyl) och diisocyanat eller polymerisk isocyanat. Figur 1 nedan visar den kemiska sammansättningen hos polyuretan.

Figur 1. Kemisk sammansättning hos polyuretan [12] Dessutom tillsätts olika additiv såsom pigment, katalysatorer och brandreduceringsmedel vilket ger ett ännu bredare spektrum hos materialet. Eftersom en stor variation av diisocyanter och polyoler kan användas för att producera polyuretan så kan ett stort spektrum av material tillverkas för att möta krav på specifika applikationer. De flesta polyuretaner är härdplaster [19]. Detta innebär att molekylkedjorna försetts med tvärbindningar. Genom förnätningen blir en härdplast så stark att molekylkedjorna inte kan lösgöras från varandra genom uppvärmning. Detta medför att materialet inte kan smälta eller formas på nytt genom uppvärmning till skillnad från termoplastiska material. Det som kännetecknar en uretanplast är god kemikalieresistens, goda nötnings- och hållfasthetsegenskaper. En stor fördel med

15

-TEORI-

polyuretaner är att de ofta kan komponeras så att de svarar mot specifika tekniska önskemål [2]. Vid tillverkning brukar man skilja på skummad och solid polyuretan. Dessa kan skilja sig så mycket som från 1,2 till 6 kg/m3 i densitet, med en styvhet från mycket flexibla elastomerer till hårdplast, fler uppgifter om materialegenskaper ses i bilaga E. De vanligaste användningsområdena för polyuretan är stoppning i möbler, skor, komponenter till bilindustrin och i byggbranschen [3].

6.4 Layout Med layout menas planering av alla arbetsmoment som upptar fysisk yta i en lokal. Det finns många vinster att göra med en god layout, även om dessa ibland kan vara svåra att mäta. En bra layout kan förenkla flödet av material mellan stationer och öka effektiviteten hos arbetskraft eller utrustning. Det kan också ge en säkrare arbetsmiljö och öka arbetsmoralen. Här beskrivs olika teorier för hur planering av layout bör gå till.

6.4.1 Utnyttjande av tillgänglig yta Layout involverar beslut om de fysiska arrangemangen runt en process. Det kan inkludera allt som använder utrymme: en person, en arbetsstation, en trappa eller en maskin. Målet med layoutplanering är att göra så att dessa personer, arbetsstationer och maskiner på bästa möjliga sätt arbetar tillsammans. Innan beslut om layout tas bör följande fyra frågor besvaras:

• Vilka olika stationers ska layouten inkludera? • Hur mycket utrymme och kapacitet behöver varje station? • Hur ska varje stations utrymme användas? • Var ska stationer placeras?

Om en station tilldelas för liten yta kan det i vissa fall minska produktiviteten eller rent av leda till säkerhetsrisker. Var varje station placeras är av stor betydelse för produktiviteten. Att skapa en trevlig atmosfär på arbetsplatsen är också en del i layoutplaneringen. Placeringen av stationer har två sidor: dels var de placeras i förhållande till varandra och dels var i själva lokalen de står [11]. För att definiera relationen mellan olika aktiviteter är det lämpligt att göra en grafisk bild över sambandet. Detta kan göras genom ett sambandsdiagram, där antalet linjer mellan olika aktiviteter definierar den önskade närheten mellan dem. Denna typ av diagram kan utökas till att även ta med hur stort utrymme varje aktivitet behöver, i så kallade bubbeldiagram. Storleken på varje bubbla representerar vilken area som behövs. I figur 2, nedan visas exempel på hur ett sambandsdiagram kan se ut. Ett av de primära målen med en layoutplan ska vara att reducera de aktiviteter som inte är värdeskapande. Några exempel på den typen av aktivteter är att justera, leta, positionera eller vänta. Det är också viktigt att vid layoutplanering ha en möjlig expansion i åtanke. Om produktionen ökar är det viktigt att det finns möjlighet för utvidgning utan att den påverkar närliggande aktiviteter. En expansion kan i värsta fall ge en dominoeffekt, som leder till att andra stationer måste flyttas, vilket blir mycket kostsamt. Därför är det viktigt att tänka långsiktigt vid layoutplanering [4].

16

-TEORI-

Figur 2. Till vänster visas ett sambandsdiagram och till höger ett bubbeldiagram

6.4.2 Materialhantering Det finns en mängd olika utrustningar för förflyttning och förvaring av material. De mest använda är transportband, lagerautomater, pallställ, motorstyrda traverser, truckar och utskjutande hyllsystem. Transportband används för att flytta material kontinuerligt längs en fix bana. Fördelen med transportband är hög kapacitet, justerbar hastighet och att de kan monteras i alla tänkbara höjder. Det går även att använda för andra syften så som sortering, inspektion och tillfällig förvaring. Nackdelen med transportband är att de kan vara i vägen för annan rörlig utrustning och endast betjänar en begränsad area. Truckar används för att förflytta enhetligt gods längs banor med passande yta. De primära funktionerna är förflyttning, lyftning och laddning av material. Nackdelar med truckar är att de har en begränsad kapacitet, kräver fria ytor och är svåra att kombinera med andra operationer. Traverser är takmonterade anordningar för förflyttning av gods och material inom en bestämd area. De används främst för lyft och omplacering. Fördelar med kranar är att de inte interfererar i arbetet på golvet och kan utföra tunga lyft. Nackdelar är de höga investeringskostnaderna och att de bara kan röra sig över en bestämd yta [9]. I system med komponentbuffertar kan komponenterna lagras på lastpall eller med dubbla transportband. Den här typen av förvaring bevarar arbetsstyckets position och ger försiktig hantering. Med en lämplig sammanställning kan alla variationer av cykeltider uppvägas [10]. För mindre komponenter används ofta lagerautomater eftersom de är platsbesparande. Dessa finns i form av hissautomater, paternosterverk eller horisontella karuseller. Hissautomater är avsedda för tungt smågods, paternosterverk för lätt smågods och horisontella karuseller är avsedda för kompakt förvaring av stora mängder gods [20].

6.4.3 Produkter i arbete och genomloppstid Genomloppstiden är den tid det tar från det att material hämtats från förråd tills tillverkningen är avslutad och leverans skett. Det kapital som binds i form av material under själva tillverkningen brukar kallas PIA (produkter i arbete). Genom att minska PIA kan genomloppstiden minskas vilket kan leda till stora förtjänster för ett företag. En ytterligare effekt av att minska genomloppstiden är att behovet av säkerhetslager minskar vilket minskar behovet av rörelsekapital. Dessutom kan den totala ledtiden minskas, vilket är en konkurrensfördel. Det är därför viktigt att hålla PIA och genomloppstiden så låga som möjligt [1].

6.4.4 Positionering och fixering Vid bearbetning och förflyttning av komponenter och material krävs det att de befinner sig i rätt position samt är fixerade. Det finns många olika sätt att lösa detta på. Vid förflyttning av basobjekt placeras dessa vanligtvis in någon form av fixtur, vilken förflyttas med hjälp av en lastbärare. Transporten kan antingen ske via linjebunden eller fri transportutrustning. Det finns normalt två val då det gäller säker positionering av ett operat. Valet står mellan att

17

-TEORI-

antingen behålla en redan känd position eller skapa en helt ny. Om en redan känd position används, till exempel från ett tidigare tillverkningssteg, kan påföljande steg integreras eller utföras på samma plats. Alternativet är att medföra operatet till en ny plats där föremålet identifieras på nytt. Små komponenter kan ofta tillföras och positioneras via vibrationsmatare medan större föremål måste placeras i en fixtur där positioneringen säkras. Det finns även system där råmaterialet fixeras redan i första tillverkningssteget och sedan används samma fixtur för alla påföljande bearbetningsmoment. På detta sätt är en känd position inbyggd i fixturen vilken sedan lätt kan identifieras i påföljande steg [16].

6.5 Automatisering Här beskrivs drivkrafter och förutsättningar för automatisering. Dessutom förklaras olika automatiseringsstrategier, de krav som finns på flexibilitet samt hur produktutformning kan gå till för att förenkla montering och positionering av detaljer.

6.5.1 Grader av automatisering Det finns olika nivåer av automatisering ute i industrin. Dessa kan delas in i manuell, automatisk och halvautomatisk tillverkning. Manuell hantering innebär att arbetet sker för hand med enkla hjälpmedel. Manuell hantering kan ibland vara lönsamt vid komplicerade operationer och små produktvolymer. Vid större volymer är helautomatisering mer lönsamt, särskilt om det handlar arbetsmoment som är relativt enkla. Ett system som är delvis automatiserat sköts automatiskt med manuella inslag vid mer komplicerade arbeten. Till vilken grad automatisering sker är ofta en fråga om lönsamhet [9].

6.5.2 Drivkrafter för automatisering Automatisering låter ofta som någonting negativt, men det finns många starka skäl till varför automatisering sker i så stor utsträckning som det gör idag. Genom att automatisera kan produktiviteten per arbetstimme öka, vilket också ger kortare genomloppstid och minskade kostnader för produkter i arbete. Ständigt ökande lönekostnader gör det allt mer lönsamt att investera i maskinutrustning. Automatisering leder till att maskiner utnyttjas under en större del av dygnet och att ledtiden kan förkortas eftersom flera operationer kan utföras i en följd. Tunga och smutsiga arbeten som det tidigare varit svårt att hitta personal för ger också ett stort behov av automatisering [8]. Genom automatisering uppnår man också ökad kvalitet hos produkter, genom en minskad manuell hantering, samtidigt som materialutnyttjandet ökar. Det finns stora konkurrensmässiga skäl till att automatisera och eftersom det ger både ekonomiska och fysiska tillkortakommanden att inte genomföra en automatisering, blir det i slutändan dyrare att låta bli [9]. I takt med den teknologiska utvecklingen blir det också allt enklare att automatisera. Några av de största argumenten för automatisering är att det leder till förbättrad arbetsmiljö, ger färre mänskliga ingrepp i produktionen och minskat behov av skiftarbete. Dessutom ger automation billigare produkter och i längden en ökad levnadsstandard genom den ökade produktiviteten [10].

6.5.3 Förutsättningar för automatisering För att automatisering ska vara möjlig ställs ett antal krav på verkstadsupplägg, utrustning, produktutformning och människans roll. Dessa krav bör uppfyllas för att automationen ska kunna genomföras på ett lönsamt sätt och vara fördelaktig för berörda parter. Det krävs god framförhållning och planering för en lyckad automatisering. Genom att kombinera eller utföra flera moment samtidigt kan antalet operationer reduceras, vilket minskar maskinens ställtid. Denna kan även reduceras genom att likartade produkter sammanförs till samma utrustning,

18

-TEORI-

men då krävs även flexibilitet hos maskinen. Det gäller att utnyttja ny produktionsteknik och att de nya produkter som konstrueras gör att man kan använda den effektivt. Dessutom ger maskiner med höga investeringskostnader behov av ett högt maskinutnyttjande [10]. En hög automatiseringsnivå ger höga investeringskostnader, men ju fler enheter som tillverkas desto mer sjunker kostnaden per styck. Det är detta som gör att det på lång sikt lönar sig att automatisera [9]. Förhållandet mellan antal tillverkade enheter och kostnaden för olika automatiseringsnivåer visas i figur 3. Den tid när detaljer inte bearbetas kan utnyttjas genom automatiska materialhanteringssystem som minskar genomloppstiden. Ju högre automatiseringsgrad och flexibilitet som krävs av utrustningen desto mer komplicerade beslut måste fattas av den personal som arbetar vid utrustningen. Det är då viktigt att klargöra för personalen hur dessa beslut ska tas och med vilken information som grund [10].

Figur 3. Automatiseringsnivåer [10]

6.5.4 Tillvägagångssätt Automatisering implementeras generellt sett på två olika typer av tillverkningsprocesser. Vid planering för nya lokaler, processer eller produkter kan nya rutiner och utrustning implementeras rutinmässigt. Mer vanligt är dock att automatisering utvecklas för redan befintliga lokaler och processer. Följande fem steg bör beaktas: inledande undersökning, kvalificering, urval, ingenjörskonst och implementering. Vid ny produktion följs ofta inte de tre första stegen exakt. Den inledande undersökningen ska svara på om automationen är fysiskt möjlig. Här sker ett avgörande vilka av de ingående momenten som kan komma i fråga för automatisering. Vid kvalificeringen ska sju faktorer tas i beaktande. Dessa är:

• Operationens komplexitet • Grad av oreda • Produktionshastighet • Produktionsvolym • Rättfärdigande • Långsiktighet • Kriterier för acceptans

Det tredje steget är att göra ett urval för vilket av de olika momenten automatisering ska komma att ske. Om de två första stegen görs noggrant kan urvalet ske mer eller mindre automatiskt. Därefter kommer steget ingenjörskonst vilket innebär att finna lösningar på de ursprungliga uppgifterna. För att lösa detta krävs noggranna studier av följande punkter:

19

-TEORI-

• Alternativ till dyra standardrobotar • Alternativ till robotens höjd • Alternativ till den existerande processen • Backup • Miljö • Utrymme • Layout • Säkerhet • Slumpartade händelser

Till sist kvarstår det sista steget, implementering, vilket omfattar det praktiska arbetet med plockrobotar, matare av delar, modifiering av maskiner, nydesign av delar och produkter samt processrevision. Om de föregående stegen utförts noggrant och korrekt innebär det att själva implementeringen blir relativt enkel och problemfri [10].

6.5.5 Flexibilitet För att en automatisering ska bli lönsam krävs en hög beläggning hos utrustning och maskiner samt kortare genomloppstid för tillverkade produkter. För att detta ska kunna uppfyllas krävs flexibilitet hos systemet. Det går att urskilja ett antal olika förändringar i produktionen med tillhörande krav på flexibilitet. Vid byte mellan produkter eller varianter inträffar ett satsbyte. Möjlighet att möta en sådan förändring kallas satsflexibilitet. Produktflexibilitet innebär förmågan att tillverka helt nya produkter. System som gör det möjligt att tillverka olika antal enheter kalla kapacitetsflexibilitet. Till sist talar man om variantflexibilitet när det finns möjlighet att tillverka nya produktvarianter. Flexibilitet kan uppnås genom geometrisk, och teknisk anpassning, det vill säga genom att öka förmågan hos utrustningen att utföra olika operationer. Det handlar i första hand om anpassning av gripdon, verktyg, fixturer och materialtillförsel. Genom att ha hög utbytbarhet kan man få fram system som ger möjlighet till utbyte av hela eller delar av maskiner och utrustning [4].

6.5.6 Produktutformning En viktig del i automatiseringsprocessen består i att granska och utveckla de produkter som tillverkas. När en produkt konstrueras fastställs också vilka möjligheter det finns för automatisk hantering. Om produkter konstrueras så att de inte bara uppfyller krav på funktion och design utan även är anpassade för automatisk hantering ger detta stora fördelar. Få ingående komponenter, standardisering, moduluppbyggnad, staplingsbarhet och inplacering uppifrån är några av de krav som finns vid konstruktion. Få detaljer är det kanske viktigaste kravet för att förenkla för automatisering. Detta kan uppnås genom att funktioner integreras i produkten. Genom att standardisera och begränsa antalet gängdimensioner kan till exempel antalet verktyg minskas. Där det är möjligt bör lösa fästelement undvikas. I stället är snäpplösningar att föredra. Eftersom automatisering kräver stora volymer för att bli lönsamt gäller det att skapa varianter av en produkt genom att ha basvarianter som kan utökas genom detaljer. Ett annat sätt är att genom moduluppbyggnad av produkter skapa olika varianter. Ytterligare en egenskap som förenklar automatisk hantering är att möjliggöra magasinering, matning och stapling av produkter. Vid magasinering av detaljer är det viktigt att konstruera bort hakar och sådant som kan försvåra när detaljerna sedan ska separeras och matas fram till nästa tillverkningsmoment [8]. För att sedan underlätta positionering och matning kan orienterbarhet skapas hos produkten, se bild 9. Detta kan ske antingen genom att göra

20

-TEORI-

produkten osymmetrisk eller med hjälp hål eller klackar som kan positioneras automatiskt [10].

Bild 9. Exempel på hur en produkt kan anpassas för automatisk hantering [10]

6.6 Arbetsmiljö Allt fler företag inser vikten av en god arbetsmiljö. Speciellt då antalet sjukskrivningar ökar och därmed också kostnaderna. Det kan också konstateras att antalet sjukskrivningar till följd av stressrelaterade sjukdomar har ökat kraftigt de senaste åren. Detta gör att även den psykosociala arbetsmiljön hamnat i fokus. Följande punkter kan anses vara av särskilt stor vikt när arbetsmiljön ska ses över.

• Buller • Arbetsställningar • Lyftarbete • Klimat • Belysning • Psykisk arbetsmiljö • Säkerhet

Ljudnivån måste ligga på en sådan nivå att den inte kan vara skadlig eller åsamka hörselskada. Dessutom bör ljudnivån ligga på en sådan nivå att det inte leder till trötthet eller andra besvär. För trivseln är det även viktigt att ljudnivån ligger på en sådan nivå att det finns möjlighet till samtal. Vad gäller arbetsställningar är det framför allt viktigt att det finns möjlighet till variation. Att sitta eller stå i samma ställning allt för länge kan både leda till arbetsskador och tristess, vilket i sin tur inverkar på trivsel och produktivitet. Arbetsbord där arbetet sker bör vara lätta att reglera så att en ergonomiskt riktig arbetsställning kan intas samt ge möjlighet till att göra arbetet både sittande och stående. Även ljusförhållandena har stor betydelse för en god arbetsmiljö. Rätt utformad belysning leder till minskad risk för olycksfall samtidigt som det förhindrar syntrötthet. Med rätt typ av belysning kan även trivseln ökas. Förutom detta bör även hänsyn tas till den psykiska arbetsmiljön. Viktiga faktorer som påverkar den psykiska arbetsmiljön är möjlighet till variation, medinflytande och ansvar. Men

21

-TEORI-

det finns även en direkt koppling mellan den fysiska och den psykiska arbetsmiljön. Inom alla de nämnda områdena finns gränsvärden som måste följas för att skapa säkra och trivsamma arbetsplatser. Om personalen trivs på arbetsplatsen leder detta till minskad stress med en ökad produktivitet och minskade sjukskrivningstal som följd. [5].

6.7 Simulering Simulering är ett ingenjörsverktyg för att utvärdera och optimera produktion och produkter. Nedan beskrivs fördelar med simulering och vilka slags simuleringsverktyg som finns.

6.7.1 För och nackdelar med simulering Simulering ger ingenjörer möjlighet att studera en produkt innan den byggts, så att dess design kan optimeras. Simulering kan också användas för att öka förståelsen för fördelar, kostnader och attribut av de designkrav som givits produkten. Simulering kan användas för specifika operationer, med avsikten att avgöra duglighet hos processen eller för optimering. Det finns ett flertal orsaker till varför simulering bör användas. När en ny produkt utvecklas kan det finnas olika sätt att lösa olika konstruktionsproblem. Med simulering kan man testa flera olika lösningar utan att det blir kostsamt [9]. De största fördelarna med att simulera är att det spar tid och pengar när en modell kan testas innan den tillverkas. Man slipper tillverkning av dyra prototyper och kan ändå skapa en god visualisering av den nya produkten eller produktionen. Detta ger dessutom en säkrare produktion då man kan upptäcka risker och svårigheter innan någon produktion skett. Det finns dock en del problem och svårigheter med simulering. För att simuleringen ska ge ett riktigt utfall krävs att de ingångsdata som används är korrekta, vilket ibland kan vara svårt. Det är inte alltid lätt att tolka de resultat som ges av simuleringen. Det krävs personal med speciell träning för att simulering inte ska bli allt för kostsam både vad gäller tid och pengar [7].

6.7.2 Användningsområden Simulering har många olika användningsområden inom industrin. Med hjälp av simulering kan man testa nya produkter, nya investeringar och organisera. Simulering kan också användas för att avgöra batch och buffertstorlekar, var det finns risk för flaskhalsar i produktionen, beräkna ledtider och personalbehov. Simulering kan också användas för att designa helt nya system och för effektfulla presentationer.

6.7.3 Simuleringsverktyg Simuleringsverktyg kan indelas i två grupper, 2 och 3D-simulering. Dessa kan i sin tur delas in i händelsestyrd respektive tidsstyrd simulering. Händelsestyrd simulering uppdateras vid en specifik händelse, till exempel när material ankommer eller en operation börjar. Tidsstyrd simulering uppdateras fortlöpande vid vissa förutbestämda klockslag. Förutom rena beräkningar av kötid, flaskhalsar och hållfasthet, kan även andra problem förutses såsom layout och utrymmesproblem.

22

-ANALYS-

7. Analys Med teorikapitlet som grund analyseras här de problemområden som finns i produktionen. En diskussion förs även kring tänkbara problem samt hur de olika momenten bör utformas för att ett optimalt resultat ska uppnås. Analysen ligger till grund för det slutliga lösningsförslaget och de rekommendationer som ges till företaget.

7.1 Val av separeringsmetod Det finns en mängd olika bearbetnings och separeringsmetoder för plaster. Det som avgör vilken metod som väljs är i första hand följande:

• Detaljens utformning • Detaljens storlek • Toleranskrav • Budget • Materialegenskaper

Vilken storlek detaljer tillverkade genom sprutprägling kommer att ha är inte helt klart. Det föreligger dock en begränsning vad gäller formens storlek. Detta gör att detaljerna kan komma att variera mellan 3 och 100 mm i diameter. Toleranskraven vid separering är mycket höga, eftersom dessa applikationer endast är avsedda för extremt hårda förhållanden. Materialet är hygroskopiskt och därför bör fuktiga miljöer undvikas vid tillverkning innan materialet härdats. Efter härdning har materialet extremt hög nötnings och brotthållfasthet. Om flera separeringsmetoder är likställda bör den ur ekonomisk synvinkel lämpligaste väljas. På grund av dessa olika egenskaper kan flera av separeringsmetoderna uteslutas. Frystrumling och ultraljudsbearbetning kan direkt uteslutas. Frystrumling är en bra och enkel separeringsmetod, men fungerar inte för den här typen av material. Ultraljudsbearbetning kräver vätska, vilket inte lämpar sig på grund av materialets hygroskopiska egenskaper. Det samma gäller naturligtvis även vid vattenskärning. Med vattenskärning är det också svårt att nå ner till de toleranser som krävs. Efter detta kvarstår två bearbetningsmetoder; laserskärning och stansning. Laserskärning av olika typer av polyuretan är vanlig, dock främst för detaljer tillverkade av skummad polyuretan. Laserskärning kan uppfylla de toleranser som krävs och skulle vara ett bra alternativ för separering. Det är dock en dyr bearbetningsmetod. En annan nackdel är att det vid bearbetning tillförs värme till detaljen, vilket inte är önskvärt. Om denna metod ska kunna användas krävs ingående studier av vilka egenskaper som skulle tillföras materialet. Stansning är en för materialet beprövad metod som fungerar. Det uppfyller de toleranskrav som finns samt medför en mindre investering än laserskärning. Alltså är stansning att föredra i detta fall.

7.2 Gripdon Som tidigare framgått av teorin, finns inte något facit för hur ett gripdon bör utformas. Det finns dock många variabler att väga in som kan ge en god vägledning till den slutliga lösningen. Den första frågan att besvara är om det finns några standardgripdon som kan användas. Detta kan håll nere kostnaden betydligt. Vanligare är dock att ett specialanpassat gripdon krävs, vilket är fallet för Trelleborg Skega. Detta beror främst på operatets utformning och de positioneringskrav som finns. Även om inte hela gripdonet kan vara standardutformat, kan kostnaden ändå hålls nere genom användandet av standardkomponenter

23

-ANALYS-

i konstruktionen. Med vägledning av tabell 3 kan valet av gripdon struktureras upp och delas in i ett antal punkter. Av särskilt stor vikt i detta fall är följande:

• Operatets utformning. Operatet är mycket lätt och ostabilt med en ungefärlig diameter av 130mm. Ytan på operatets framsida är slät med ett antal uppstickande piggar samt ett stag i centrum. På baksidan finns fem stycken utstick, varifrån operatet utstöts ur maskinen. Dessa egenskaper medför både för och nackdelar i efterföljande operationer.

• Metod för gripning. Operatet kan gripas mekaniskt och pneumatiskt, magnetiskt är

dock inte rimligt eftersom operatet är av plast. Mekanisk gripning sker rimligtvis runt mittstaget. Problem med detta är dels att operatet inte är stabilt vilket ger möjlighet till positionsförändring under efterföljande förflyttning. Dessutom bör staget avlägsnas för att minimera utrymmesbehov vid avsvalning. Vid pneumatisk gripning kan denna antingen ske med hjälp av ett antal sugkoppar eller en stor sugkopp som täcker hela operatets yta. Ett problem är de uppstickande piggar som kan försvåra gripning. Med flera sugkoppar kan dessa positioneras mellan piggarna och problemet undvikas. Det krävs dock god positioneringsnoggrannhet hos roboten för att göra detta möjligt. Även vid användandet av en stor sugkopp kan piggarna utgöra ett problem. Empiriska studier krävs för att skapa klarhet i frågan. Fördelen med ett pneumatiskt gripdon är att operatet kan gripas på endast en yta. Detta gör det även möjligt att avlägsna centrumstaget med en i gripdonet integrerad avklippare. Andra fördelar med pneumatisk gripning är att positioneringen kan säkras genom att operatet inte ges möjlighet till positionsförändringar, då den böjliga ytan är fixerad.

• Grip och sugkraft. Operatet är lätt och kommer inte att förflyttas med någon större

hastighet. Friktion mellan gripdon och operat kan betecknas som normal. Detta gör att den kraft som krävs för att hålla operatet på plats inte behöver vara särskilt stark.

• Positioneringsproblem. Operatet måste kunna positioneras exakt, vilket kan komma

att skapa problem. Det är viktigt att gripdonen och roboten har god repeternoggrannhet.

• Omgivande miljö. Den omgivande miljön innebär inte något problem eller förändring

av gripegenskaperna.

• Gripdonets temperaturegenskaper. Efter tillverkning har operatet en temperatur av 60 grader Celsius. Det är viktigt att gripdonet är utformat av ett sådant material att detta inte innebär något problem.

• Andra överväganden. Andra överväganden som bör tas i beaktande är risk eller behov

av designförändringar hos produkten. Det som i första hand kan komma ifråga är piggarna på operatets yta. Dessa kan bli till problem vid gripning och förflyttning dels genom att de försämrar möjligheten till vakuumgripning men även då det finns risk för att de hakar fast i varandra och försvårar förflyttning. Vid tillverkning utstöts sprutpräglingsplattan mellan 15 till 20 mm. Eftersom det redan finns en säker positionering i tillverkningen är det nödvändigt att sprutpräglingsplattan redan gripits innan utstötning sker, annars går positioneringen förlorad.

24

-ANALYS-

Sammanfattningsvis kan sägas att gripningen med fördel bör ske pneumatisk, antingen med en eller flera sugkoppar. Valet av sugkoppar bör utprovas. Dessutom är det lämpligt att integrera en avklippare i gripdonet för att förenkla efterföljande bearbetning och förflyttning. Gripdonet måste vara fjädrande för att kunna hålla kvar operatet och följa med under utstötning. I bilaga I ses resultatet av de empiriska studierna som utförts.

7.3 Utformning av sprutpräglingsplatta Det finns flera olika skäl till varför operatet bör förändas inför en förestående automatisering. Det som är avgörande är vilka olika operationer som operatet ska utsättas för under tillverkningscykeln. I detta fall kommer följande ske i nämnd ordning; tillverkning, utstötning, förflyttning till kylstation, avsvalning, förflyttning från kylstation till stansning, positionering i stansen och till sist förflyttning till härdningsstation utanför produktionscellen. Det som krävs av produkten är att det går att gripa, mata fram och positionera. När produkten just tillverkats har den en känd position. Denna position kan helt eller delvis bevaras till efterföljande steg. Det är endast vid stansning som operatet måste ha en säker och tydlig positionering, för att inte komma till skada i processen. I var och en av processerna finns följande krav på sprutpräglingsplattan;

• Tillverkning. Operatet har en känd position när tillverkningsprocessen är klar. På operatets ena sida sitter ett mittstag som är en rest från tillverkningsprocessen, detta fyller ingen funktion. Inga krav på sprutpräglingsplattans utformning finns i detta moment.

• Utstötning. Operatet har en säker position innan utstötning skett. Om denna position

ska utnyttjas och bevaras till efterföljande produktionssteg måste detaljen gripas innan utstötning sker. Utstötning sker horisontellt och vinkelrätt ut från formverktyget. På operatets ena sida sitter fem stycken stödpunkter vid vilka utstötning sker. Dessa är nödvändiga för att ge tillräcklig stabilitet så att utstötning ska kunna ske, den nuvarande utformningen av dessa går dock att förändra vid behov.

• Förflyttning till kylstation. Efter tillverkning förflyttas operatet till en kylstation. Det

är viktigt att sprutpräglingsplattan inte ges möjlighet till positionsändring i förhållande till gripdonet under detta arbetsmoment så att positioneringen kan säkras. Sprutpräglingsplattan måste vara utformad för säker gripning med hög repetitionsnoggrannhet.

• Avsvalning. Vid detta moment är det av särskilt stor vikt att tillämpa principen först in

först ut, eftersom detaljerna måste ankomma till härdning inom fyra timmar. Här är det alltså av stor vikt att hålla reda på i vilken ordning produkterna tillverkats. Om den från tidigare processer kända positionen ska bevaras, krävs någon form av kassett eller magasin där produkten placeras. Detta eftersom sprutpräglingsplattan är allt för instabil för att placeras helt löst i en buffert. Det är dock viktigt att analysera om det är lönsamt att bevara tidigare kända positioner. Innan avsvalning bör mittstaget avlägsnas för att minimera utrymmet som krävs.

• Förflyttning till stans. Här gäller samma som förflyttning till kylstation. Om

förflyttning sker genom matning istället för med robot, kan de piggar som finns på operatets yta skapa problem, eftersom det finns risk att dessa hakar fast i underlaget

25

-ANALYS-

och varandra. Detta kan undvikas genom förändring av operatet eller genom rätt typ magasinering i kylstationen.

• Positionering i stans. I stansen bör en slutkontroll av operatets position ske,

lämpligtvis med hjälp av sensorer. Beroende på vilken typ av sensorer som används kan operatets utseende behöva anpassas.

• Stansning. Vid operationen är det viktigt att detaljen är fixerad. De utstötspunkter som

redan finns på operatet är mycket lämpliga att även använda för att säkra fixering. Det är vid stansningen av stor vikt att piggarna på operatets yta avlägsnas, eftersom de kan ge ett försämrat resultatet.

• Förflyttning till härdningsugn. När stansning skett kommer ingen ytterligare

bearbetning ske. De färdiga detaljerna går vidare till härdningsugn. Detta ska ske inom fyra timmar efter tillverkning och därför krävs att detaljerna går vidare till härdning i samma ordning som de tillverkats.

Sammanfattningsvis kan sägas att mittstaget bör avlägsnas innan operatet kyls. Piggarna på operatets yta bör avlägsnas genom förändringar hos formverktyget, detta för att förenkla både gripning, matning och stansning av operatet (se bild 10).

Bild 10. Piggar på sprutpräglingsplattans yta Utstötspunkterna är lämpliga att använda för positionering och fixering i stansen, men de kan behöva förändras för att passa fixeringssystemet i stans och kylbuffert. Om man väljer att bevara detaljens orientering genom hela tillverkningsprocessen krävs att densamma placeras in någon form av kassett, som ger detaljen stabilitet. Om detaljen i stället ges en ny position i stansen, förenklas detta lämpligast genom att göra den osymmetriskt och därmed lättare orienterbar. Dessutom krävs att detaljen ska var anpassad för att kunna identifieras av sensorer, detta sker lämpligtvis genom att operatet förses med en spalt eller ett hål som kan urskiljas visuellt.

26

-ANALYS-

7.4 Layout Här analyseras de för layoututformningen viktiga frågorna med hjälp av de tidigare teoriavsnitten.

7.4.1 Utnyttjande av tillgänglig yta De stationer som ska finnas med i layoutplanen är tillverkningsstation, robot, kylstation, och stansningsstation. Dessutom kan orienteringshjälpmedel inför stansningsstationen tillkomma. I produktionscellen finns också ett transportband. Detta är helt flexibelt och går att placera på valfri plats i cellen. Både robot och tillverkningsstation har idag redan fasta positioner, även om vissa smärre förändringar är möjliga, är dessa av liten skala och kommer inte tas med i layoutplanen i detta läge. Tillverkningsstationen upptar en yta av 6m2 vilket motsvarar nästan halva produktionscellen. Roboten är fäst ovanför maskinen och har ett arbetsområde som är drygt 0,4 m2. Roboten kommer att utföra delar av jobbet ovanför och vid de andra stationerna och det är därmed viktigt både att det finns utrymme för roboten, men även att robotens räckvidd tas med i beräkningarna. Stansningsstationen är ännu inte i bruk, en yta av 1 m2 bör avsättas för denna. Vad beträffar kylstationens yta måste den ha kapacitet att förvara sprutpräglingsplattor från 30 minuters produktion, det vill säga 60 st. Förvaringen av dessa upptar en yta av 0,5 till 1 m2, beroende på om förvaringen sker horisontellt eller vertikalt. Det viktigaste sambandet som finns i cellen är mellan roboten och tillverknings- respektive stansningsstationen, vilket kan ses i sambandsdiagrammet nedan.

. Figur 4. Sambandsdiagram över produktioncellen hos Trelleborg Skega. Förklaring 1=maskin, 2=robot, 3=kylbuffert 4=stans Eftersom produktionscellen är liten och flera av de olika stationerna redan har en fast position i denna, är det inte mycket i layouten som kan förändras. I detta fall är det roboten som utgör den största begränsningen, på grund av räckvidden. Detta gör att roboten bör utgöra mittpunkten i produktionscellen, med övriga stationer placerade i förhållande till denna. Dessutom har tillverkningsstationen en redan fast plats i produktionscellen och robotens placering är gjord i förhållande till denna. Då kvarstår alltså endast stansning och kylstation, samt tillhörande positioneringshjälpmedel. Nedan (figur 5) finns ett förslag på tänkbar layout.

27

-ANALYS-

Figur 5. Tänkbar layout för produktionscellen hos Trelleborg Skega. Förklaring. Transportbandets nuvarande position är markerat med en streckad linje.

7.4.2 Materialhantering Det som avgör hur materialhanteringen i produktionscellen ska gå till är dels hur stor den tillgängliga ytan är, samt vilket utrymme som krävs för de detaljer som ska tillverkas. Dessutom påverkar de krav som finns gällande toleranser, fixering och positionering. På grund av det begränsade utrymmet måste utrustning som är allt för utrymmeskrävande uteslutas. Materialhanteringen mellan tillverkningsstation kommer att skötas av roboten med hjälp av ett för uppgiften utvecklat gripdon. I samband med kylning bör tiden utnyttjas för att förbereda förflyttning till stansningsstationen. Ett paternosterverk eller transportband är lämpligt att använda för uppgiften, eftersom de kan mata fram detaljer i samma ordning som dessa har tillverkats och därmed spara tid och minska det arbete som annars måste utföras av roboten. Varje sprutpräglingsplatta har en diameter på 130 mm. Till detta bör även adderas storlek på kassett eller magasin i vilken den ska placeras. Att räkna med att varje platta inklusive kassett kräver ett utrymme av 150 * 150*10 mm är en rimlig approximation. Olika sätt att inplacera operaten ses i figur 6 nedan. Vid inplacering i höjdled (alternativ a) krävs ett utrymme av 600*150*150 mm. Vid längsgående inplacering (alternativ B) behövs ett utrymme av 150*600*150 mm. Vid horisontell längsgående inplacering av operaten (alternativ C) skulle det behövas ett utrymme av 10*9000*150 mm. Alternativ A innebär att kassetten inplaceras i ett paternosterverk medan både alternativ B och C innebär att kassetterna förflyttas med hjälp av ett transportband.

Figur 6. Alternativ för transport av sprutpräglingsplattor mellan kylstation och stansning Eftersom roboten endast har en räckvidd på 631 mm utanför maskinen innebär detta att både alternativ B och C kan uteslutas direkt eftersom det kräver allt för stort utrymme. Det bästa alternativet för uppgiften att transportera och förvara sprutpräglingsplattor mellan tillverkning och stansning är därmed alternativ A, ett paternosterverk. Detta måste dock vara specialanpassat för både kassetternas storlek och utrymmet som finns tillgängligt i

28

-ANALYS-

produktionscellen. Detta måste även ha ett integrerat ventilationssystem för att ett effektivt utbyte av luft ska kunna ske mellan paternosterverket och den omgivande miljön.

7.4.3 Produkter i arbete och genomloppstid Det viktigaste att tänka på vad gäller produkter i arbete och genomloppstid är att de olika tillverkningsstegen i produktionscellen håller jämn takt med varandra så att inga onödiga fördröjningar eller köer bildas. Genom att granska och analysera alla kända fakta kan dessa frågor besvaras på ett enkelt sätt. Följande kvantiteter kommer att passera de olika stationerna: 2 sprutpräglingsplattor om max 15 detaljer tillverkas varje minut 2 plattor kan stansas varje minut Härdningsugnen rymmer 12 plåtar med en kapacitet att förvara 700*700*50 mm3 gods Dessa tider är kända gällande de olika processerna: Varje platta måste kylas 30 minuter Detaljerna måste härdas inom 4 timmar Härdningen tar 24 eller 48 timmar beroende på materialet hos den tillverkade detaljen. Man vill kunna köra produktion dygnet runt och därför baseras alla beräkningar på att tillverkning sker 24 timmar per dygn. Genomloppstid för en detalj (sprutpräglingsplatta) med 24 timmars härdningstid, räknat i minuter = tillverkningstid + kyltid + stansning + härdning = 0,5 + 30 + 0,5 + 1440 = 1471 minuter Produkter i arbete (antal): Antal detaljer som kommer att tillverkas per dygn = 2*60*24 = 2880 stycken Antal detaljer som kommer att tillverkas på 4 timmar = 2*60*4 = 480 stycken Det är viktigt att stansen kan hålla minst jämn takt med tillverkningen för att ingen flaskhals skall uppstå där. Eftersom detaljerna måste härdas inom fyra timmar efter tillverkningen är det lämpligt att samla ihop detaljer från fyra timmars tillverkning. Om detaljerna som tillverkas är små kan dessa rymmas på en plåt. Detta innebär det att det ankommer detaljer till härdningsugnen sex gånger per dygn och att inte mer än halva ugnen kommer att utnyttjas. Om detaljerna som ankommer till härdningsugnen i stället härdas 48 timmar kommer hela ugnen att utnyttjas. Härdningsugnen innebär alltså inget kapacitetsproblem i nuläget.

7.4.4 Positionering och fixering Vad gäller positionering och fixering av sprutpräglingsplattan måste följande problem lösas:

• Ska positionen från maskinen bevaras? • Om den ska bevaras, ska detta då ske helt eller delvis? • Hur ska sprutpräglingsplattan lagras i kylbufferten för att säkra positioneringen? • Om en kassett eller ett magasin ska användas, hur ska detta vara utformat? • Hur ska förflyttning av sprutpräglingsplattan från kylbufferten till stansen ske på ett

säkert sätt? • Hur ska sprutpräglingsplattan fixeras och positioneras i stansen?

På grund av att sprutpräglingsplattan inte är helt formstabil samt på grund av dess nuvarande utformning är det nödvändigt att bevara positionen från maskinen. Det är mycket svårt att mata och förflytta plattan automatiskt, om orienteringen gått förlorad. Eftersom det visat sig

29

-ANALYS-

att det är mest lämpligt med pneumatiska gripdon är detta extra viktigt, då de piggar som finns på operatets yta annars kan förhindra säker gripning. Att bevara sprutpräglingsplattans position till hundra procent från maskinen är inte rimligt eftersom det kräver en allt för kostsam och komplicerad process i kylbufferten. Det är dock viktigt att positionen bevaras i en så hög grad att fixering i stansen kan ske på ett enkelt sätt. Genom att utnyttja stagen för utstötning som finns på plattans undersida och låta dessa fixeras i sidled genom inplacering i en specialanpassad kassett kan detta åstadkommas. För att sedan säkra att plattan inte kan förflyttas under kylningsprocessen krävs även fixering i höjdled med hjälp av en låsanordning. På grund av sprutpräglingsplattans låga vikt behövs ingen stor kraft för att fixera denna. Öppning och stängning av låset bör vara något som sker helt automatiskt när kassetten förflyttas till den för tömning eller påfyllning avsedda platsen. På detta sätt kan plattans orientering från maskinen bevaras och sedan på ett enkelt sätt flyttas vidare till stansen. För att stansningen sedan ska fungera krävs det att sprutpräglingsplattan fixeras samtidigt som roboten håller fast denna. Detta på grund av den tenderar att fjädra upp från underlaget. I samband med fixering bör även en slutlig kontroll ske av plattans position med hjälp av sensorer.

7.5 Automatisering

7.5.1 Grader av automatisering Vilken grad av automatisering som är lämplig är i första hand beroende av hur stora kvantiteter som kommer att tillverkas. När tillverkningsvolymerna är små är det både ekonomiskt och arbetsmiljömässigt försvarbart att ha hela eller delar av tillverkningen sker med manuella medel. Med ökande volymer ökar de totala kostnaderna och automatisering blir ett mer attraktivt alternativ.

7.5.2 Drivkrafter De främsta drivkrafterna för automatisering är kostnads och arbetsmiljöfördelar. Den manuella hanteringen skulle bli väldigt monoton och i längden kan detta leda till arbetsskador. Det bör dock påpekas att arbetsmiljön i övrigt är god. Arbetsmomenten innebär ingen tung fysisk belastning, bullernivån är relativt låg, lokalen är öppen och ljus och för att vara en industrilokal är det väldigt rent. På kort skikt kan arbetet utföras manuellt utan några större problem. När orderkvantiteterna ökar är det dock mer lönsamt att övergå till en automatisk lösning. Om det finns pålitliga prognoser som säger att försäljningen kommer att öka, kan det ofta vara lönsamt att investera i automatisering redan innan brytpunkten uppnåtts. Detta ger ju en möjlighet att göra förändringar och förbättringar av anläggningen redan innan densamma är i full produktion. Det gäller naturligtvis också att väga förtjänsten av att skjuta upp investeringen mot den kostnad som kan komma att uppstå för produktionsstopp och uteblivna eller försenade ordrar. Detta är svåra avvägningar att göra eftersom framtida ordrar trots allt bara är en prognos. Hänsyn bör även tas till payofftid för investeringen, det vill säga den tid det tar att tjäna in investeringen.

7.5.3 Förutsättningar För att avgöra när automatisering blir lönsam vill man då ta reda på var de två kostnadskurvorna för manuell respektive automatisk hantering skär varandra. Om investeringskostnaden för automatisk hantering är känd och även styckkostnaden för automatisk respektive manuell hantering är detta lätt att räkna fram. På bild 11 nedan ses en grafisk modell över det aktuella problemet.

30

-ANALYS-

Figur 7. Brytpunkten för när automatisering blir lönsam ses där det två linjerna skär varandra.

Genom att sätta de två ekvationerna Y1 = Y2 kan brytpunkten när automatisering är mer lönsamt än manuell hantering räknas fram numeriskt. Ekvation 1 (Y1 = k1x+m1) är kostnaden för automatiskt hantering och ekvation 2 (Y2 = k2x+m2) är kostnaden för manuell hantering, där Y = totala kostnaden, k = kostnaden per styck, m = investeringskostanden och x = antal produktionstimmar. Detta ger alltså k2x+m2 = k1x+m1 Det som är intressant i detta sammanhang är att ta reda på vid vilken tillverkningsvolym, x som automatiseringen ska införas. Om x bryts ut från ekvationen ovan ges att x = m1-m2/k2-k1. Genom att approximera kostnaderna för Trelleborg Skega med k1= 20 kr/timme, k2= 260 kr/timme, m1=210 000 kr, m2=798 000 kr ger detta att x = 2450 timmar. Detta innebär att efter 2450 timmar (294 000 sprutpräglingsplattor) eller fler det inte längre lönsamt med manuell hantering, utan man bör övergå till automatisk hantering. 2450 timmar motsvarar 102 dygns produktion och drygt 4,4 miljoner detaljer (vid användandet av en verktygsform med 15 stycken formrum). I bilaga H kan en investeringskalkyl ses.

7.5.4 Tillvägagångssätt Operatets komplexitet gör att en automatisering kan bli kostsam. Därför är det av särskilt stor vikt att volymen av produkter och hastigheten med vilken dessa produceras är tillräckligt hög för att rättfärdiga automatisering. Det finns goda förutsättningar för att denna typ av produkter kommer blir mycket efterfrågade och på lång sikt räknar företaget med att inte bara automatisera den omskrivna tillverkningsstationen utan även att utöka produktionen med ytterligare maskiner. På lång sikt kommer alltså en automatisering vara absolut nödvändig. Vad gäller de olika arbetsmomenten är det egentligen stansningen som är mest komplex, eftersom operatet måste vara så noggrant positionerat. Det är här det är störst risk att problem uppstår. Svårighetsgraden hos de andra operationerna är beroende av hur stansningen löses. Nästa steg i automatiseringsprocessen är att välja hur de olika ingenjörsproblemen ska lösas. Även om flera av de ingående momenten redan har en lösning är det viktigt att utvärdera dessa och ta reda på om de går att förändra och på så vis förenkla övriga arbetsmoment. I produktionscellen finns en treaxlig robot av enklare typ. För enkla förflyttningar och positionering är den fullgod. Ett problem är dock att gripdonet inte går att vrida runt y-axeln. Dessutom är räckvidden väldigt begränsad. Om nya celler av samma typ ska byggas är det lämpligt att välja en annan typ av robot. På så sätt kan positioneringen förenklas och utföras av roboten, vilket ger ett minskat behov av andra positioneringshjälpmedel. Det finns endast 6 m2 ledigt utrymme i cellen. Detta utgör inte något problem eftersom kylbufferten endast behöver rymma 60 sprutpräglingsplattor.

31

-ANALYS-

7.5.5 Flexibilitet I den aktuella produktionscellen är flexibiliteten mycket hög. Maskinen används till två helt olika tillverkningsmetoder. Produkter av olika material och storlekar tillverkas. Vid byte mellan formsprutning och sprutprägling byter man ut formverktygen. Dessutom finns det en insats i verktyget som kan bytas ut utan att detta lösgörs från formen. Detta utnyttjas bland annat när man vill tillverka likadana detaljer i olika storlekar. Det verktyg som används i dagsläget är en provform, som kommer att bytas ut när den automatiserade produktionscellen tas i drift. I den nya formen kommer det inte att finnas utbytbara insatser. I stället kommer det att finnas ett fromverktyg för varje ny produkt. Produktionscellen har mycket hög flexibilitet både vad det gäller antalet detaljer, tillverkningsmetod och typ av produkt som tillverkas. Exakt vilken typ av produkter och vilka kvantiteter som kommer tillverkas är inte känt i nuläget. Därför är det viktigt att den goda flexibiliteten bevaras när det ska ske förändringar och utbyggnad av processen. Detta är speciellt viktigt då magasin och kassetter designas, men även vid utveckling av systemet för positionering och fixering i stans. Genom att utnyttja de positioner som är varaktiga både gällande utrustning och tillverkade detaljer kan flexibilitet skapas för den kommande tillverkningen. I detta fall är punkterna för utstötning det som oföränderligt och därmed mest lämpat att använda för både gripning, positionering och fixering. Detta innebär alltså i praktiken att operaten både bör gripas, fixeras och positioneras vid eller med hjälp av dessa stag, för att systemet ska bli så flexibelt som möjligt.

7.6 Arbetsmiljö Arbetsmiljön hos Trelleborg Skega är god. Miljön där arbetet sker är ljus och öppen och ljudnivån är bra. Trots att det inte förekommer några tunga lyft finns det risk för arbetsskador, eftersom tillverkning med manuella medel skulle innebära ett väldigt monotont jobb. Detta innebär att det finns stora risker för förslitningsskador i längden. Dessutom finns det risk för låg produktivitet och tristess till följd av det enformiga arbetet. Ur arbetsmiljösynpunkt är därför en automatisering det bästa alternativet.

7.7 Simulering Vid igångsättning av en ny typ av produktion kan en simulering vara till stor hjälp för att hitta problem innan dessa uppstår. För att välja vilken typ av simulering som är aktuell gäller det att identifiera de problemområden där det är svårt att få en helhetssyn. I detta fall är maskinen som styr tillverkningstakten och de övriga processerna måste anpassas efter denna. Eftersom flödet är enkelt och överskådligt finns inte något behov av att göra en tidsstyrd simulering. Däremot är det av stort intresse att göra en 3Dsimulering för att upptäcka problem som rör layout och robotens räckvidd i produktionscellen.

7.8 Sammanfattning analys Genom analysen har problem lyfts fram och utretts för att de slutgiltiga lösningsförslagen ska bli så bra som möjligt. Som komplement till analysen har även empiriska studier genomförts. Vid dessa har gripdonens funktion analyserats. Resultatet av de empiriska studierna kan ses i bilaga I. Inom ramarna för det som framkommit i analysen har de förslag som varit mest lämpade utvecklats vidare till detaljutformade förslag.

32

– DETALJUTFORMNING AV PRODUKTIONSCELL-

8. Detaljutformning av produktionscell Genom den analys som utfördes i föregående kapitel framkom ett antal problem och krav vid utvecklingen av den automatiserade produktionscellen hos Trelleborg Skega. De alternativ som enligt analysen var ultimata vidareutvecklas nedan. Detaljutformning och lösningar har skett i enighet med det som framkommit i analysen. Dessutom ges en kortfattad förklaring till de olika detaljlösningarna.

8.1 Gripdon Följande begränsningar och önskemål finns gällande gripdonet:

• gripningen bör ske pneumatiskt • för att underlätta efterföljande processer bör en avklippare vara integrerad i gripdonet • gripning bör ske i höjd med de stag som finns på operatets baksida • gripdonet måste kunna fjädra 20 mm när operatet utstöts från maskinen • utrymmet mellan formplattorna är 400 mm, av vilket roboten upptar 150 mm

För att uppfylla de ställda kraven bör gripdonet ha 4 stycken sugkoppar som är placerade med samma avstånd från centrum som stagen på operatet. På detta sätt blir kraften jämnt fördelad när sprutpräglingsplattan utstöts och risken att sugkopparna glider i sidled minimeras. Genom en konstruktion med en fjädrande distans mellan fästplattan till roboten och fästplattan för sugkopparna kan en avklippare integreras i gripdonen. Detta gör samtidigt att det är flexibelt och kan fjädra när operatet utstöts ur maskinen. Kraftöverföringen hos avklipparen bör ske pneumatiskt med hjälp av en luftcylinder. Gripdonet bör ha en diameter av 150 mm för att ge tillräcklig plats för infästning i robot samt stag och avklippare. För utstötning och sugkoppar krävs en maximal höjd av 75mm. Detta gör att gripdonen med god marginal ryms mellan formplattorna både i uppfällt och rakt läge. Genom konstruktionen på bild 12 nedan uppfylls samtliga krav. I de tekniska ritningarna i bilaga E återfinns mer detaljerade uppgifter och måttsättning.

Bild 11. Förslag på gripdon till Engel C-15Nm

33

– DETALJUTFORMNING AV PRODUKTIONSCELL-

8.2 Utformning av sprutpräglingsplatta För att underlätta automatisk hantering av sprutpräglingsplattan bör följande förändringar ske:

• piggarna på operatets yta bör avlägsnas • spalt för igenkänning av sensorer bör integreras • utstötningsstagen bör anpassning av för fixering i stans

Piggarna på operatets yta försvårar gripning genom att dessa kan komma i vägen för sugkopparna. Dessutom försämras resultatet av både positionering och stansning då piggarna gör att sprutpräglingsplattan hindras från att ligga helt plant mot underlaget. Utstötningsstagen på operatets baksida fungerar redan i nuläget bra för positionering i kylbuffert/kassett. Beroende på vilken typ av stans som kommer att användas kan det finnas behov av att dimensionerna på dessa anpassas. Genom att sprutpräglingsplattan placeras i kassett för kylning direkt efter tillverkningen kan positionen från maskinen bevaras. Det är viktigt att plattan grips innan utstötning sker, samt att den låses fast i kassetten innan roboten släpper taget. Genom en svag avfasning på utstötningsstagens underkant kan inplacering i kassetten förenklas. På detta sätt säkras positionen och kan bevaras till dess att stansning skett och de separerade delarna går vidare till härdning.

8.3 Layout Här visas hur layouten bör se ut för att uppfylla de krav och begränsningar som finns i produktionscellen. Dessutom presenteras detaljlösningar för materialhantering, fixering och positionering.

8.3.1 Utnyttjande av tillgänglig yta Eftersom produktionscellen är relativt liten och både robot och maskin redan har fasta positioner i produktionscellen finns det mycket små valmöjligheter vad gäller placering av de olika stationerna. Robotens korta räckvidd påverkar dessutom placeringen av stans och kylbuffert. Bild 13 visar ett layoutförslag där alla sambandskrav är uppfyllda och det finns gott om utrymme för reparationer och ytterligare utbyggnad av de olika stationerna. I bilaga G ses ytterligare information om layouten.

Bild 12. Ny layout i produktionscellen för sprutprägling.

34

– DETALJUTFORMNING AV PRODUKTIONSCELL-

8.3.2 Materialhantering Vid analysen framkom att den bästa lösningen i detta fall är att använda ett mindre paternosterverk för transport och tillfällig förvaring av sprutpräglingsplattor. För att detta även ska fungera som kylbuffert krävs att ventilationen är god, så att den luft som värms upp av de nytillverkade operaten kan transporteras ut från bufferten. Kylbufferten måste vara dimensionerad för minst 60 stycken plattor, vilket motsvarar 30 minuters produktion. Det är lämpligt att göra den något större än så, för att skapa flexibilitet. Eftersom sprutpräglingsplattorna måste härdas inom fyra timmar kan någon stor buffert inte byggas upp innan stansningen, eftersom det skulle leda till att detaljerna inte ankom till härdningen i tid. Det är däremot viktigt att ta hänsyn till förändringar som kan komma att ske i själva tillverkningsprocessen. Genom en buffert som är avsedd för 120 plattor med anpassningsbar hastighet kan de flesta förändringar hanteras utan större problem. Genom en enkel anordning högst upp i paternosterverket kan kassetterna låsas mekaniskt (bild 14). När kassetten förflyttas neråt passerar den en låsklack som tvingar låsanordningen i kassetten att slå igen. På samma sätt öppnas kassetten när den är i sitt översta läge och sprutpräglingsplattan är klar för transport till stansen.

Bild 13. Kylbuffert. Till vänster ses en detaljbild över systemet för öppning och stängning av kassett.

8.3.2 Fixering och positionering På grund sprutpräglingsplattans utformning och beskaffenhet är det både svårt att ompositionera och förflytta denna om positionen från tillverkningen gått förlorad. Därför måste sprutpräglingsplattan förflyttas till en kassett direkt efter tillverkning. I kassetten bör plattan låsas fast både i horisontellt och vertikalt led. Fastlåsningen kan gå till på flera olika sätt, men en enklare och billigare lösning är naturligtvis att föredra om denna fungerar lika bra. Genom att plattan inplaceras i kassetten och fixeras horisontellt med hjälp av försänkningar kan fixering ske. Dessa försänkningar är placerade i samma mönster som utstötningsstagen på plattans baksida. För att sedan låsa fast plattan i höjdled kan en mekanisk låsanordning av typen som ses i detaljbilden (bild 16) nedan användas. Påfyllnad av kassetten sker när låset är öppet, se bild 16 till vänster. När sedan plattan lagts på plats slår låset igen genom att de klackar som finns på kylbuffertens insida tvingar låsen inåt, se bild 15 till

35

– DETALJUTFORMNING AV PRODUKTIONSCELL-

vänster. Genom en fjädrande låsmekanism hålls låset kvar i sin position till dess att låsklacken i kylbuffertens slutposition pressar låset till öppet läge. Därefter förflyttas plattan vidare till stansen i vilken den återigen låses fast innan stansning. Ritningar med detaljerad information kan ses i bilaga F.

Bild 14. Förslag på utformning av kassett till kylbuffert. Till höger ses en detaljbild över låsanordningen

36

-RESULTAT-

9. Resultat Att implementera det nya produktionssystemet skulle leda till att man helt undviker manuell hantering vid sprutprägling. Cellen är dimensionerad för tillverkning av 120 sprutpräglingsplattor per timme, vilket motsvarar den beräknade tillverkningshastighen i maskinen. Kylbufferten rymmer 120 plattor, därmed finns en god säkerhetsmarginal för eventuella förändringar i produktionen. Det är viktigt att stansen kan hålla jämn takt med maskinen så att inte några flaskhalsar uppstår. Eftersom plattorna måste härdas inom fyra timmar kan ingen större buffert byggas upp innan stansen. Tillverkning och implementering av sprutpräglingscellen skulle kosta företaget ungefär 800 000 kronor. Den metod som är mest lämpad för att separera detaljer efter sprutprägling är stansning. Detta beror till största delen på de specifika materialegenskaper som polyuretanet har. Genom stansning kan de krav som finns på toleranser och ytfinhet uppfyllas. Dessutom är det en beprövad metod. Vid stansning ställs det stora krav på operatets position och fixering. Detta är en av orsakerna till varför operatets position bör bevaras genom hela tillverkningsprocessen. Dessutom gör sprutpräglingsplattans instabilitet det svårt att återskapa dess position. Därför krävs det att den fixeras i en kassett under kylning. För att säkra förflyttning mellan stationerna bör gripdonen till roboten vara av pneumatisk typ. På så sätt kan sprutpräglingsplattans yta fixeras under förflyttning och positionering. Sprutpräglingsplattans utformning är i dagsläget inte ultimat. Detta är främst de piggar som finns på operatets yta som bör avlägsnas för att förenkla den automatiska hanteringen. Dessutom bör en avkännare för sensorer integreras redan vid tillverkningen. Det är viktigt att tänka på att den automatiska stansningsutrustningen är anpassad till det arbetet som ska utföras i cellen. När inplacering av sprutpräglingsplattan sker med hjälp av robot kan detta ske med goda toleranser. Det är därför viktigt att utnyttja detta vid fixering. Genom att låsa fast sprutpräglingsplattan medan den fortfarande hålls fast av roboten elimineras risken för att detta sker på ett felaktigt sätt. För att få en verifikation på att inplaceringen skett korrekt bör sensorer med visionssystem användas. Vid utveckling av ytterligare produktionsceller av samma typ kan det vara av intresse att fundera på om det finns möjlighet att dessa utnyttjar vissa stationer gemensamt. Detta gäller för både stans och paternosterverk. Eftersom det i detta fall krävs ett paternosterverk med lite ovanliga dimensioner och krav, skulle kostanden kunna hållas nere kostanden om flera celler kan använda ett gemensamt. Detsamma gäller för stansningsutrustningen.

37

-DISKUSSION-

11. Diskussion Här förs en diskussion om arbetets genomförande och rekommendationer till företaget. Egna åsikter och problem som uppkommit under arbetets gång tas också upp.

11.1 Arbetets genomförande Vid examensarbetets start upprättades följande målspecifikation: ”Målet är att vid examensarbetets slutförande ha tagit fram en metod som eliminerar den manuella hanteringen av sprutpräglingsplattor. Metoden för förflyttning, kylning och separering av detaljer ska vara helt automatiserad”. Detta kan anses vara uppfyllt genom den metod som författaren rekommenderar. Det är dock viktigt att belysa att trots att lösningsförslaget uppfyller alla de ursprungliga kraven, kan det finnas andra sätt att lösa problemen. Genom väl använda teorier under utvecklingen av den nya produktionscellen har bra och effektiva förslag utarbetats. Trots att de arbetsuppgifter som skulle utföras var väl specificerade och begränsade innan arbetet påbörjades så har det under arbetets gång ibland varit svårt att hålla sig inom dessa ramar. Detta har mestadels berott på att produktionscellen för sprutprägling inte befunnit sig i färdigt skick under arbetets utförande. Alla steg inom en och samma cell är ju på många sätt beroende av varandra och att göra allt optimalt när man inte har alla fakta kan vara svårt. För att mitt arbete ska tillföra största möjliga värde till företaget har därför även ett antal råd lämnats angående sprutpräglingsplattan och stansningsutrustningens utformning.

11.2 Rekommendationer Företaget rekommenderas att implementera den nya metoden så snart som möjligt. Genom att bygga upp den nya produktionscellen kan all manuell hantering undvikas. Att utföra dessa operationer manuellt är inte något bra alternativ eftersom det blir ett väldigt monotont arbete. Dessutom är det kostsamt då anläggningen är personalkrävande. Innan förslaget implementeras bör man dock ha mer utförliga uppgifter om framtida försäljningssiffror. Man bör även i framtiden se över härdningsprocessen och automatisera den. Genom att göra detta ges möjlighet att ha produktionen igång hela dygnet utan manuell hantering. Med en ökad produktion bör man även hänsyn tas till de miljömässiga aspekterna. Vid sprutprägling bildas mycket restprodukter, det bör därför utredas vilka möjligheter det finns att tillvarata dessa.

38

-REFERENSER-

12. Referenser Här framgår vilka källor som använts för examensarbetet. De bilder och ritningar i rapporten som inte har någon angiven källa är gjorda av författaren.

12.1 Tryckta källor [1] ”Produktion” 1992 John Andersson, Bert Audell

[2] ”Producera i plast” 2002 Hans-Erik Strömvall

[3] ”The polyurethanes book” 2002 Huntsman International

[4] “Manufacturing plant layout” 1997 Edward J. Phillips

[5] ”Arbetsmiljölagen" 2004 Hans Gullberg, Karl-Ingvar Rudqvist

[6] ”Laser in manufaturing” 1988 Prof H Hügel

[7] ”Manufacturing Processes for Engeneering Materials” 2003 S Kalpakjian, S Schmid

[8] “Framgångsrik automatisering” 1984 Sveriges automatiseringsförbund

[9] “Handbook of Design, Manufacturing and Automation” 1994 R Dorf, A Kusiak

[10] “Affordable Automation” 1996 Sabrie Soloman

[11] ”Operations management” 2005 Lee J. Krajewski, Larry O. Ritzman

[12] ”Plaster Gummi” 1994 Anne-Maj Lindberg

[13] ”Gripdon för industrirobotar” 1977 Göran Lundström

[14] ”Gripdon för monteringsrobotar” 1986 Jesper Skantze

[15] ”Verktyg och gripdon vid automatisk montering” 1983 Christer Johansson

[16] ”Systemlösningar för flexibel automatiserad montering” 1983 Lars Papinski Marcus

Landqvist

12.2 Internetkällor [17] Trelleborg Skegas hemsida 2005-06-14 http://www.skegaseals.se/

[18] Engels hemsida 2005-07-06 http://www.engel.at

[19] APIs hemsida 2005-08-04 http://www.polyurethane.org/

[20] Constructor Sveriges hemsida 2005-08-13 http://www.constructor.se/

12.3 Muntliga källor Samtal med Jörgen Enmark, Handledare, Trelleborg Skega, löpande juni-oktober 2005

Samtal med Torbjörn Ilar, Examinator, LTU, löpande juni-oktober 2005

Samtal med Bengt Josefsson, LogiTec, 0370-491 75, den 27 september 2005

39

Bilagor Bilaga A: Tidsplan över examensarbetet i MS Projekt

Visuell disposition över projektet från projektstart i juni till presentation i oktober 2005.

Beräknad tidsåtgång för de olika arbetsuppgifterna i projektet, samt startdatum.

Bilaga B: Ritningar produktionscell nuläge

B1. Produktionscell sedd uppifrån

B2. Produktionscell sedd framifrån

B3. Produktionscell sedd från vänster sida

Bilaga C: Tekniska data Engel Robot

Bilaga D: Materialegenskaper polyuretan

Jämförelse mellan några vanliga material gällande densitet, användningstemperatur, draghållfasthet och styvhet [12].

BilagaE:RitningarGripdon

Bilaga F: Ritningar kassett kylbuffert

Bilaga G: Ritning ny layout

Bilaga H: Investeringskalkyl Nedan ses en enkel investeringskalkyl för automatisk respektive manuell hantering i produktionscellen för sprutprägling. Någon hänsyn till kalkylränta har inte tagits. Investeringskostnad för automatisk hantering: Gripdon 10000 Paternosterverk 228 000 60 stycken kassetter till kylstation 60000 Stans 500 000 Summa investeringskostnad 798 000 Timkostnad 20 Investeringskostnad för manuell hantering: Kylförvaringssystem 10000 Stans 200 000 Summa investeringskostnad 210 000 Timkostnad 260

Bilaga I: Empiriska studier Här visas de hur de empiriska studierna bedrivits samt hur valet av sugkoppar gått till. Funktionsduglighetstest Vid funktionsduglighetstest skedde förflyttning av sprutpräglingsplattor mellan två på förhand inprogrammerade positioner. Vid den ena positionen fanns försänkningar med samma mönsterbild som i de tänkta kassetterna. Plattan flyttades från den ”säkra positionen” till position 2, där de sedan släpptes. Därefter gick roboten för att förflytta dessa tillbaks till position 1. När en platta återgått till position 1 kontrollerades om detta läge överensstämde med startpositionen. Val av sugkoppar SUGKOPP, storlek

SUGKRAFT 1-5, där 1=mycket svag

GREPPROBLEM VID PIGGAR? (J/N)

POSITION 1 OK? (J/N)

GREPP VID KORREKT POSITION (J/N)

FLS 5 1 J J N FLS 8 2 J J J FLS 9 3 J N J FLS 12 4 J J J FLS 20 2 J - J (m. vakuum *

4) FLS 50 1 J - J (m. vakuum *

4) Anmärkning: Vakuumejektorn som användes vid försöket kunde inte generera nog stor vakuumkraft för att gör testet helt rättvisande. I ovanstående tabell är osäkra positioner markerade med -. Dock kunde ändå flera viktiga slutsatser dras, genom att koppla all vakuumkraft till en och samma sugkopp testades de FSL 20 och FSL 50. När den största sugkoppen användes böjdes plattan inåt, detta kan komma att skapa positioneringsproblem, vilket inte är bra. Sammanfattning: De empiriska studierna visade att gripningen fungerade mycket bra. Det största problemet som kan uppstå är när piggarna på sprutpräglingsplattan kommer mycket nära kanten av sugkoppen. Detta medförde att samtliga sugkoppar tappade greppet. Detta kan undvikas genom att sugkopparna är av en sådan storlek att de kan positioneras på rätt ställe. Därför är en sugkopp av storlek 12 att rekommendera, eftersom den både ger mycket god sugkraft och går lätta att placera på rätt position. Det visade sig också att de kortare sugkopparna var säkrare vid positonering än de av längre, mer böjlig typ.