Robotverktøy for å løsne rørflenser

Transkript

1 MAS302 Hovedprosjekt, Mekatronikk Gruppe 9 Våren 2010 Robotverktøy for å løsne rørflenser Gruppedeltakere: Edwin Salazar, Elias Bjerke, Jan-Inge Omland og Knut S.B. Grini Innleveringsdato: Onsdag 26. Mai 2010 Veileder: Geir Hovland og Johan Gunnar

2 I. Forord Rapporten er skrevet i faget MAS-302, som er hovedprosjektfaget til bachelorgraden i mekatronikk ved Univesitetet i Agder. Gruppen hadde mange gode oppgaver å velge mellom, valget falt på den mest interessante og utfordrende oppgaven: Robotverktøy for å løsne rørflenser. Rapporten er skrevet ved UiA for ABB, som stilte til disposisjon både fast veileder og midler til gjennomføring av prosjektet. Gruppen ønsker å takke veiledere Geir Hovland og Johan Gunnar for godt samarbeid. Vi ønsker også å gi en spesiell takk til Roy Werner Folgerø og Eivind Arne Johansen, for gode råd og støtte til både anskaffelse av byggemateriale og god hjelp i maskinlabben. Universitetet i Agder, 25. mai 2010 Edwin Salazar Elias Bjerke Jan-Inge Omland Knut Steinar B. Grini Side 2

3 II. Sammendrag Rapporten er en beskrivelse av følgende hovedprosjekt: Robotverktøy for å løsne rørflenser Rapporten inkluderer følgende hovedpunkter: Organisering av prosjektarbeidet: Det ble valgt gruppeleder og gruppen har faste arbeidstider og møter med veileder hver uke. Det ble laget et Gantt diagram for oversikt og oppgavefordeling, samt fildelingsverktøyet dropbox ble tatt i bruk for å effektivisere prosessen. Kravspesifikasjon: I forprosjektet ble det laget en kravspesifikasjon i samarbeid med ABB som fungerer som gruppens retningslinjer for utviklingen av konseptet. Fra oppgave til løsning: Litt om hvilke verktøy gruppen tok i bruk for å løse oppgaven. Produktutvikling for konseptet: Gruppen gjennomførte en PU for konseptet slik at konseptet utviklet seg i riktig retning, samt for å dokumentere prosessen godt. Gjennomføring, konfigurasjon og løsning: Beskriver hvordan gruppen løste oppgaven. Økonomi: Kostnadene for prosjektet. Konklusjon og diskusjon: Resultater og forslag til videreutvikling. Side 3

4 III. Konklusjon Robotverktøy for å løsne rørflenser har vært et prosjekt med store høyder og utfordringer, derfor var gruppen tidlig ute med en god slagplan for å sikre en god gjennomføring av prosjektet. Med erfaring og lærdom fra forprosjektet klarte vi med mindre endringer i strukturen for samarbeid, arbeids fordeling, samt kommunikasjon å heve nivået i gruppen; noe som er en god erfaring å ha med seg videre. Gjennom ukentlige møter med veileder og god dialog med ABB har gruppen kunne jobbet målrettet for å sikre et godt sluttprodukt. Det ble skrevet agendaer og referater for hvert møte, som også fungerer som en god logg. Ellers ble all informasjon og arbeid delt gjennom fildelingsverktøyet dropbox, som gir en rask oversikt over hva den enkelte har gjort, samt holder gruppen oppdatert. Prosessen for å komme frem til et godt konsept for ABB har vært veldig krevende, men samtidig veldig lærerikt og interessant. Prototypen som har blitt bygget, skal sammen med rapporten gi et resultat ABB er fornøyd med, samt legge et grunnlag for videre utvikling og nye samarbeids prosjekter mellom ABB og Universitetet i Agder. Hoveddelen av rapporten tar for seg produktutviklingen og gjennomføringen av prosjektet. Dette gir en klar gang i rapporten som igjen gjør det lett å se utviklingen steg for steg. Ettersom problemer har dukket opp har de blitt analysert og løst. Et av målene gruppen har jobbet hardt for, er å imøtekomme kravene satt i kravspesifikasjonen. Denne har fungert som en god retningsleder hele vegen, samt sørget for at vi fikk bygget en god prototype som leverer varene. Side 4

5 Innhold 1 Innledning Formål Problemstilling Oppgavens formulering Bilder fra ABB sin test lab i Oslo Begrensninger Forprosjekt til hovedprosjekt - status Organisering av prosjektarbeidet Hovedprosjektplan Kravspesifikasjon Fra oppgave til løsning Produktutvikling for robotverktøy automatisering av ventilbytte Fra forprosjekt til hovedprosjekt Fremdriftsplan for produktutviklingen Forretningsidé: Robotisering av ventil utbytting Kundebehov Målestandardsliste Behov-målestandardsmatrise Benchmarking Foreløpig produktspesifikasjon Foreløpig kostnadsestimat Konseptgenerering Funksjonsløsnings tre Konseptene Grovsiling Resultat av grovsiling Konsept Screening og Scoring Konsept screening matrisen Konsept scoring matrisen Beskrivelse av valgt konsept Konsepttesting Analyse av usikkerhet Endelig produktspesifikasjon Søk i patentdatabaser Side 5

6 6 Gjennomføring, konfigurasjon og løsning Testjigg, verktøyholdejigg og mellomstykke Flens/Rør jigg Verktøyholde jigg Mellomstykke Studie av verktøyet i SolidWorks Simulation Studie av total modell Dimensjonering av sveis Simulering av sveis i SolidWorks Simulering av robotverktøy i Robotstudio Problemstilling Programmeringsprosessen Viktige hjelpemidler for å løse oppgaven Oppsettet av stasjon i robotstudio Rapid Rapid Programmering gjennom Robotstudio Visual Studio = VS Robotstudio Bygging av verktøy Flensstudium rev.hp Skap for ekstern styring av pneumatikk Bakgrunn for bygging av skapet Systemskisse for pneumatisk styreskap Oversikt over bygging og bestilling Økonomi Konklusjon og diskusjon Referanser Vedlegg Side 6

7 1 Innledning Roboter har revolusjonert den industrielle arbeidsplassen. Påliteligheten til robotene er i dag noe tusenvis av bedrifter benytter seg av. De er raske, effektive og har høy ytelse, samt de kan ta seg av oppgaver som er farlige for mennesker. Industriroboter kom så tidlig som i 1954 da George Charles Devol, som blir ansett som the father of robotics utviklet den første. Noen år senere formet Devol og Joseph F. Engelberger det første robotfirmaet, Unimation, og det gikk ikke lange tiden før General Motors tok i bruk teknologien blant annet til støping og sveising. Etter dette gikk det ikke mange år før industrirobotene kom med elektrostyrte motorer og programmerbar bevegelighet, samt bruk av sensorer for å kunne gjøre flere oppgaver. I dag finnes det ca.1 million industriroboter i bruk i verden, og det er forventet en økning i 5 % pr. år. En viktig faktor i robotteknologi er softwaren som styrer de, som har utviklet seg voldsomt de siste årene(se rapid programmering s.58), og videreutviklingen i dag fokuserer mer og mer på kunstlig intelligens. Fremtidens roboter vil bli utstyrt med veldig avanserte læring, syn og sensor muligheter. Dette vil igjen føre til økt produktivitet og bedre produkter. UiA har en stor industrirobot fra ABB, IRB6600(bilde 1), som blir brukt i faget MAS216 Robotteknologi og til bachelor / master prosjekter. Vi skal designe vårt verktøy for bruk på IRB4400(bilde 2) som er lillebroren til IRB6600. Bilde 1: IRB6600 Bilde 2: IRB4400 Side 7

8 1.1 Formål Formålet med MAS302-hovedprosjekt er å få erfaring ved å gjennomføre et større prosjekt i fagdisiplinen mekatronikk. Hovedfokuset i mekatronikken ligger i samspillet mellom mekaniske systemer, elektronikk og data(software). Vi skal gjennom planlegging, markedsanalyser, mekanisk design og integrasjon av aktuatorer og sensorer utforme prosjektet så langt som mulig slik at det kan gjennomføres og utprøves i bedrifter. På den måten oppnås erfaring med praktisk-industriell anvendelse av de teoretiske kunnskaper og et innblikk i industriens behov på dette området. Det er også viktig å oppnå god dialog med ABB i Oslo (Divisjon Olje og Gass), da vi er den første gruppen fra UiA som gjennomfører prosjektsamarbeid med dem, slik at det blir mulighet for fremtidige prosjekter. 1.2 Problemstilling Oppgavens formulering En oppgave som ønskes løst er automatisert bytte av ventiler. For at dette skal kunne gjøres må det utvikles et verktøy som kan løsne på flensene som holder sammen ventiler og rør. Tanken er at studentene i prosjektet skal se på hvilke typer av flenser, av de som finnes på markedet, som passer best for robotautomasjon og deretter designe et verktøy for å automatisere innfesting og åpning av flensen. I denne oppgaven inngår studier av tilgjengelige flenser, mekanisk design, inklusiv integrasjon av aktorater og sensorer. Oppgaven vil bli utført i samarbeid med ABB i Oslo (Divisjon Olje & Gass). Oppgaven passer best for studenter som tar studieprofilen Elektroniske Styresystemer. Veileder ved UiA er Geir Hovland, og veileder ved ABB Oslo er Johan Gunnar. For prosjektet vil det legges inn minimum 1 ukes opphold hos ABB i løpet av prosjektperioden. Dokumentet etablerer krav tilknyttet oppgaven innen mekaniske/tekniske arbeidsomgivelser og miljøet, samt overordnede designtekniske krav. Kravene skal sikre at design og oppbygning bidrar til å fremme teknologi og sikkerhet i olje og gass industri. Kravene gjelder for alle steg i prosessen, men for spesielle komponenter som for eksempel ulike typer ventiler og flenser må det etableres egne krav. Avhengig av resultatet på oppgaven skal løsningen testes og demonstreres på ABB sin testlab i Oslo 16. Juni. Målgruppen for prosjektrapporten er veileder ved ABB og veileder ved UiA. Side 8

9 1.3 Bilder fra ABB sin test lab i Oslo I forprosjektet fikk vi en god omvisning på ABB sin test lab i Oslo( ). Test området brukes for å utvikle morgendagens løsninger for automatisering av olje og gass virksomhet. Bilde 3: ABB sin test lab i Oslo. Foto: ABB Bilde 4: ABB sin test lab i Oslo. Foto: ABB Side 9

10 1.4 Begrensninger Oppgaven er begrenset av problemstillingen(s.8) oppgavens formulering og kravspesifikasjonen(s.12). 1.5 Forprosjekt til hovedprosjekt - status Når forprosjektet var gjennomført hadde gruppen et statusmøte for prosessen der oppgavene for hovedprosjektet ble delt inn i følgende hoveddeler: Gjennomføre en produktutvikling for prosessen(konseptet) o Velge et godt konsept Simulering av konsept og dets funksjoner i RobotStudio Bygging av verktøy, testjigg og styreskap Dokumentasjon av prosessen Side 10

11 2 Organisering av prosjektarbeidet I forprosjektet bestemte gruppen hvordan strukturen i arbeidet skal være. Det ble valgt en leder, og møtetider ble bestemt. Gruppeleder: Ansvar for å skrive agenda: Ansvar for å skrive referater: Fast møtetid med veileder: Elias Bjerke Elias Bjerke Knut S.B. Grini Fredager kl Ellers har gruppen faste dager(mandag, tirsdag, onsdag og fredag) der det jobbes med prosjektet. NB!Agendaene og referatene blir sydd sammen som en fungerende logg for gruppen slik at man lett kan reflektere tilbake på det som ble gjort, samt at den ligger som et eget vedlegg 1 Gantt - diagram. Gruppen benytter seg og av fildelingsverktøyet dropbox som er en online applikasjon der man kan laste opp store mengder materiale som blir automatisk synkronisert for de som er koblet til. 2.1 Hovedprosjektplan Det ble lagd et GANTT diagram(bilde 5) som fungerende tidslinje i forprosjektet, som igjen ble oppdatert med en egen revisjon gjeldene for hovedprosjektet. Bilde 5: GANTT diagram for hovedprosjektet GANTT diagrammet gir en veldig god oversikt over hva som skal gjøres, og hva som er gjort. Diagrammet blir oppdatert fortløpende ettersom nye oppgaver kommer til. De gamle revisjonene blir tatt vare på. Side 11

12 3 Kravspesifikasjon Kravspesifikasjonen inneholder begrensninger definert av oppgaven. Kravene påvirker hvilken retning utviklingen skal gå, og hva som forlanges av enheten som utvikles. Videre skal den fungere som en kontrakt mellom arbeidsgiver(abb), og arbeidstaker(gruppe 9 UiA). I forprosjektet var det viktig å få på plass en god kravspesifikasjon da omfanget på prosjektet er ganske stort. Etter dialog med ABB i hovedprosjektet, og når konseptet ble bestemt, var det nødvendig å lage en oppdatert revisjon av kravspesifikasjonen for hovedprosjektet. Kravspesifikasjonen(tabell 1) gir en rask oversikt over kravene som er satt til løsningen, samt hvilke vekt kravene har. Mykt og Hardt er prioritering: Mykt = Bør, Hardt = Absolutt krav Nr. Krav Mykt Hardt 1 Krav til robot 1.1 Jobben skal kunne utføres av en robot 1.2 Verktøy skal dimensjoneres for ABB Robot IRB Robotens rotasjons akse 5, maks bevegelighet: ±90 grader Robotens rotasjons akse 6, skal begrenses til: ±180 grader 1.4 Maks løftekapasitet: 60kg. Trekker vi fra vekt av vekten til ventil med tilhørende bolter og muttere(ca.20kg), og vekten til toolchangeren(ca.10kg), ser vi at verktøyet kan maks veie 30kg. 2 Krav til verktøy 2.1 Løsne flens/rør fra flens/ventil 2.2 Verktøyet kan veie maks 30kg (hvor mindre er bedre) 2.3 Syklustid for prosess (verktøy / robot), 5-10min 2.4 Verktøy skal ikke miste noe i golvet (bolt/mutter/disk) 2.5 Robust: Verktøyet skal fungere feilfritt under testing og demo ved UiA og ABB 2.6 Verktøyet skal designes slik at dimensjoner, vekt, krefter og moment passer ABB sitt toolchanger system 2.7 Drivkraft: Med hensyn på pris er en pneumatisk løsning ønsket 2.8 Moment: Verktøyet skal stå for kreftene 2.9 Eventuelle aktuatorer skal sitte på verktøy 2.10 Materiale: Stål / Aluminium / Plast 2.11 Maskinering: Deler skal maskineres med en nøyaktighet på 0.1mm 2.12 Temperatur: Skal tåle -20ᵒC < T < +40ᵒC 3 Felles krav for løsningen 3.1 Flens: Standard flenser skal benyttes 3.2 Ventil: Kan bruke disk som simulerer ventilen 3.3 Simulering i ABB RobotStudio skal gjennomføres 3.4 Budsjett: 15000kr Tabell 1: Kravspesifikasjon Side 12

13 4 Fra oppgave til løsning For løsningen til prosjektet er det blitt brukt mange verktøy, både software og hardware. Under kan man se en oversikt(figur 1), samt en mer utdypende forklaring av programmer og enheter underveis. Oppgave Programmer(software): RobotStudio/RobotWare 5.12 Visual Studio 2005 SolidWorks Premium 2010 x64 Edition Microsoft Project Fysiske enheter(hardware): Roboter: IRB6600 og IRB4400 Robotkontrollskap IRC5 Styringsenhet Flexpendant Kraftsensor ATI IA Omega 160 IP60 Notepad (endring av rapid) Løsning Figur 1: Oversikt over applikasjoner som ble brukt for å løse oppgaven Det har også blitt tatt i bruk andre programmer for å lage film og redigere, samt presentere; en av filmene er blant annet forklaringen av det valgte konseptet. Hensikten med å bruke film for å formidle er som ordtaket sier: et bilde sier mer en tusen ord, så da sier vel en film enda mer? Bruk av film for å forklare er en metode som blir mer og mer brukt, blant annet på youtube.com ligger det uendelig mange filmer; hvor mange av dem er instruksjons / hjelpefilmer. Figur 2 viser hva som ble brukt: Programmer som ble brukt: Camtasia Studio 6 Sony Vegas Pro 9.0c Windows Movie Maker 2.6 Microsoft PowerPoint 2007 Film og presentasjon Figur 2: Oversikt over applikasjoner brukt for å formidle oppgaven Side 13

14 5 Produktutvikling for robotverktøy automatisering av ventilbytte Gruppen gjennomførte en produktutvikling av verktøyet for å sørge for at utviklingen gikk riktig for seg. 5.1 Fra forprosjekt til hovedprosjekt Når miniprosjektet var gjennomført var det nødvendig å lage en grov tidsplan(figur 3) for å se når ting skulle gjøres. Figur 3: Grovplan for hovedprosjektet Fra grovplanen kan man se at gruppen var i avsluttende konseptgenerering fase uke 10-12, og i dialogen med ABB tirsdag var hensikten å få på plass de viktigste begrensningene for å kunne avslutte konseptgenereringen. I forprosjektet ble det gjennomført en studie av flenser og løsninger som fantes på markedet, som sammen med kravspesifikasjonen har fungert som en veileder for konseptgenereringen. Det ble også søkt på nett etter verktøy som kunne utføre lignende oppgaver for idéskapning og for å bruke som referanse konsept i produktutviklingen. Søkene ble hovedsakelig gjort i patentdatabaser, men også generelle søk på nettet. Side 14

15 5.2 Fremdriftsplan for produktutviklingen Det var nødvendig å lage en egen fremdriftsplan(tabell 2) for produktutviklingen da det er en vesentlig del av prosjektet. Uke nr: Oppgaver: 10, 11, 12 Fra forprosjekt til hovedprosjekt Fremdriftsplan Forretnings idé Kundebehov Målestandardsliste Behov målestandardsliste Benchmarking Foreløpig produktspesifikasjon Foreløpig kostnadsestimat Konseptgenerering Grovsiling Consept screening Consept scoring Beskrivelse av valgt konsept 13, 14, 15 Konsepttesting Analyse av usikkerhet Endelig produktspesifikasjon Søk i patentdatabaser Tabell 2: Fremdriftsplan for produktutviklingen 5.3 Forretningsidé: Robotisering av ventil utbytting. Produktbeskrivelse: Et verktøy for å automatisere bytte av ventiler Forretningsmål: Lage et verktøy som tilfredsstiller kundens behov Primærmarked: ABB Sekundærmarked: Olje bransje / Industri Rammebetingelser: Funksjonalitet Tilpasset robot Verktøyet skal ikke miste noe under arbeidet Robust design Miljøvennlig Side 15

16 5.4 Kundebehov I forprosjektet ble det laget en kravspesifikasjon(s.12). Disse kravene blir under integrert i produktutviklingen. Basert på de myke og harde kravene i kravspesifikasjonen har det blitt bestemt viktighetsgrader(tabell 3). Behov Nr. Behov Tabell 3: Kundebehov for verktøyløsning hentet fra kravspesifikasjon Viktighetsgraden går fra 1-5, der 5 er viktigst. Viktighetsgr ad(1-5) 1 Verktøy skal dimensjoneres for ABB Robot IRB Verktøyet skal kunne løsne flens/rør fra flens/ventil 5 3 Verktøyet kan veie maks 30kg (hvor mindre er bedre) 5 4 Syklustid for prosess (verktøy / robot), 5-10min 2 5 Verktøy skal ikke miste noe i golvet (bolt/mutter/disk) 5 6 Robust: Verktøyet skal fungere feilfritt under testing og demo ved UiA og ABB 7 Verktøyet skal designes slik at dimensjoner, vekt, krefter og moment passer ABB sitt toolchanger system 8 Drivkraft: Med hensyn på pris er en pneumatisk løsning ønsket 4 9 Moment: Verktøyet skal stå for kreftene 3 10 Eventuelle aktuatorer skal sitte på verktøy 4 11 Materiale: Stål / Aluminium / Plast 2 12 Maskinering: Deler skal maskineres med en nøyaktighet på 0.1mm 3 13 Temperatur: Skal tåle -20ᵒC < T < +40ᵒC 1 14 Simulering i ABB RobotStudio skal gjennomføres 5 15 Budsjett: 15000kr Side 16

17 5.4.1 Målestandardsliste Målestandardslisten(tabell 4) er koblet sammen med kundebehovslisten på forrige side. Listen viser de enhetene som er kjent. Det er disse behovene som gruppen tar i betraktning under konseptgenereringen Enhet Nr. Behov Nr. Målbare enheter Viktighetsgrad Enhet (1-5) 1 15 Produksjonskostnader 3 Kr 2 1, 7 Lengde 5 Cm 3 1, 7 Bredde 5 Cm 4 1, 7 Høyde 5 Cm 5 8, 9, 10 Drivkraft 4 Bar 6 6, 11, 13 Deler levetid 4 År 7 6 Kvalitet 4 Kr, Tid 8 3 Vekt 5 kg 9 4 Syklustid 2 Sek Maskinering 3 mm Temperatur 1 Tabell 4: Målestandardsliste Viktighetsgraden går fra 1-5, der 5 er viktigst Behov-målestandardsmatrise Behov-målestandardslisten representer forholdet mellom kundebehov(se tabell 3, s.16) og målestandardsliste(tabell 4). Listen kan sees på side Side 17

18 Behov / Målestandard Produksjonskostnader Lengde Bredde Høyde Drivkraft Deler levetid Kvalitet Vekt Syklustid Maskinering Temperatur 1 Verktøy skal dimensjoneres for ABB Robot IRB.4400 x x x x 2 Verktøyet skal kunne løsne flens/rør fra flens/ventil x 3 Verktøyet kan veie maks 30kg (hvor mindre er bedre) x 4 Syklustid for prosess (verktøy / robot), 5-10min x 5 Verktøy skal ikke miste noe i golvet (bolt/mutter/disk) 6 Robust: Verktøyet skal fungere feilfritt under testing og demo ved UiA og ABB x x 7 Verktøyet skal designes slik at dimensjoner, vekt, krefter og moment passer ABB sitt toolchanger system x x x x 8 Drivkraft: Med hensyn på pris er en pneumatisk løsning ønsket 9 Moment: Verktøyet skal stå for kreftene x x 10 Eventuelle aktuatorer skal sitte på verktøy x 11 Materiale: Stål / Aluminium / Plast x x x 12 Maskinering: Deler skal maskineres med en nøyaktighet på 0.1mm x x x Side 18

19 13 Temperatur: Skal tåle -20ᵒC < T < +40ᵒC x x 14 Simulering i ABB RobotStudio skal gjennomføres 15 Budsjett: 15000kr x x Tabell 5: Behov-målestandardsmatrise Benchmarking Benchmarking vil si en sammenlikning av produkter. Man forsøker å finne lignende produkter i forhold til det man utvikler, for så å sammenlikne dem ved vurdering og vektlegging(også kjent som geodetiske kontrollpunkter). Man finner vanligvis sine funn på nettet. Dette gjør man for lettere å tilpasse seg kundens behov, samt få en pekepinn i hvilken retning man beveger seg, eller vil bevege seg. I dette tilfellet, var det ikke mulig å gjennomføre en benchmarking da gruppen ikke har funnet noen lignende produkter. I stedet kan man her se bilde av såkalte grippers, som i mindre grad kan utføre en del av arbeidet. ROBOT GRIPPERS Robot grippers(bilde 6) er et typisk verktøy som brukes til å flytte deler fra ett sted til et annet. De kan være drevet hydraulisk, elektrisk og pneumatisk. Bilde 6: Robot grippers Side 19

20 5.5.1 Foreløpig produktspesifikasjon Disse spesifikasjonene er hentet fra listen over behov som vi som utviklere ønsker å imøtekomme. Tabellen viser videre marginale og ideelle verdier med hensyn på behov. Disse verdiene er det viktig å jobbe opp mot under hele produktutviklingen. Enhet Behov Målbare enheter Viktighetsgr Enhet Marginal Ideell Nr. Nr. ad(1-5) verdi verdi 1 15 Produksjonskostnader 3 Kr < , 7 Lengde 5 Cm <60 >50 3 1, 7 Bredde 5 Cm <40 >35 4 1, 7 Høyde 5 Cm <45 >40 5 8, 9, 10 Drivkraft 4 Bar , 11, 13 Deler levetid 4 Tid(år) Kvalitet 4 Kr, Tid Vekt 5 kg <30 > Syklustid 2 min <10 > Maskinering 3 mm 0,1 0, Temperatur 1 ±40 ±40 Tabell 6: Foreløpig produktspesifikasjon Side 20

21 5.5.2 Foreløpig kostnadsestimat Målet med dette steget i prosessen er å sørge for at produktet kan produseres med et kostnadsestimat(tabell 7). Kostnadsestimatet er produksjonskostnad, der selskapet og distribusjonspartnere kan ha en tilstrekkelig fortjeneste samtidig. De kan tilby et sluttprodukt til kunde for en konkurransedyktig pris. Dette er altså en kalkyle av enhetskostnadene, og gruppen antar at totalkostnaden for verktøyet vil ligge et sted mellom lav og høy total kostnad. Del Antall Høy(kr) Lav(kr) Høy total(kr) Lav total(kr) Pr stk. Pr stk. Ramme Adapterplate Aktuatorer Luftskralle Slange Reduksjons ventiler Muttere og 1 sett bolter Sum Tabell 7: Foreløpig kostnadsestimat Side 21

22 5.6 Konseptgenerering Konseptgenereringsprosessen tar utgangspunkt i et sett med kundebehov og preliminære produktspesifikasjoner og resulterer i en rekke produktkonsepter som det endelige konseptet velges fra. Et produktkonsept er en beskrivelse av funksjonsprinsippet, teknologien og formen til et produktforslag. I hvilken grad et produkt vil tilfredsstille kundene og kunne bli kommersialisert på en vellykket måte avhenger sterkt av konseptet. - Kompendium i Markedsorientert produktutvikling, utarbeidet av Karsten Jacobsen Utgangspunktet for prosessen er kundebehov og den preliminære produktspesifikasjonen. En effektiv produktutviklingsgruppe vil kunne generere massevis av forskjellige konsepter. Deretter grovsiles konseptene slik at gruppen sitter igjen med noen få konsepter. For å få et godt resultat er det viktig at produktutviklingsgruppen: Generer mange ideer Ville ideer er velkomne Benytt grafiske og fysiske media Anvend likheter Løs konflikter under prosessen Anvend relaterte impulser Formuler kvantitative mål Bytt ideer i gruppen Hold tilbake kritiske bemerkninger 5.7 Funksjonsløsnings tre For å gjennomføre en god konseptgenerering er det en stor fordel å benytte seg av et funksjonsløsnings tre(figur 4, s.23). Treet viser de fire hovedkategoriene(drivkraft, flenstype, funksjonalitet og sikkerhet) løsningen vil basere seg på, som igjen har sine undergrupper med kombinasjoner av løsninger. Side 22

23 L-1,1,1 Lineær aktuatorer L-1,1 Pneumatisk L-1,1,2 Roterende aktuator F-1 Drivkraft L-1,2,1 Roterende aktuator L-1,2 Elektrisk L-1,2,2 Lineære aktuatorer L-2,1,1 Bolt festing L-2,1 Standard F-2 Flenstype L-2,1,2 Klemme koblinger L-2,2 Redesign L-3,1 Design L-3,1,1 Levetid Verktøy for utbytting av ventiler L-3,2 Vedlikehold L-3,2,1 Ofte L-3,2,2 Sjeldent F-3 Funksjonalitet L-3,3,1 Overdimensjonert L-3,3 Dimensjonering L-3,3,2 Underdimensjonert L-3,4 Klarer oppgaven L-3,3,3 Ikke beregnet L-4,1 Kollisjon sensor L-4,2 Flens Lås F-4 Sikkerhet L-4,3 EX sikkert type 1 eller 0 L-4,4 Deksler / Isolasjon Figur 4: Funksjonsløsnings tre Side 23

24 Funksjonene fra funksjonsløsningstreet blir deretter koblet mot konseptene som blir generert. Eksempel på funksjonene til konsept 20(figur 5). Konsept 20: Pneumatisk drevet verktøy basert på diskløsning. Et forholdsvis kompakt verktøy designet for å klare mesteparten av jobben. Bilde 7: Konsept 20 Eksempel på funksjoner fra funksjonsløsningtre: L-1,1,1 Lineær aktuatorer L-2,1,1 Boltfesting L-3,2,2 sjeldent L-3,3,1 overdimensjonert L-3,4 Klarer oppgaven L-4,4 deksel / isolasjon Figur 5: Funksjonsløsninger for konsept 20 Side 24

25 5.8 Konseptene Gruppen kom frem til 18 konseptløsninger i forprosjektet, samt 2 konseptløsninger i overgangen fra forprosjektet til hovedprosjektet. Forklaringen på konseptene, samt grovsiling og screening/scoring ble levert til veileder ved ABB mandag 22.mars. NB! Da konseptgenereringen med forklaringer opptar ca. 40sider av rapporten, har gruppen valgt å ha det som et eget vedlegg, se vedlegg 2: Konseptgenerering Videre så har gruppen hovedsakelig benyttet seg av programmet SolidWorks Premium 2010 for å generere konseptideéne. Litt mer info om SolidWorks under: SolidWorks Bilde 8: Eksempel på modell i SolidWorks. Foto: solidworks.com SolidWorks er et 3d-Cad program elevene på UiA får opplæring i under faget MAS127-G 3Dkonstruksjon, modellering og analyse, som enkelt gir mulighet for å modellere opp et tenkt konsept rimelig raskt. Dette er betraktelig bedre for å vise frem sin idé, fremfor en tegning på et ark, da alle har mye lettere for å forstå hva den enkelte tenker. Med SolidWorks intuitive programvare kan designteamet jobbe smartere og raskere, slik at de kan utvikle bedre produkter. Side 25

26 5.9 Grovsiling Grovsilingen tar utgangspunkt i vedlegg 2 fra forprosjektet, konseptgenerering, hvor man kan lese om hvert enkelt konsepts virkemåte. For å sile ut konsepter som ikke når opp til screening og scoring prosessen gjennomførte vi en grovsiling av konseptene. Her eliminerte vi konseptene som enten var veldig kostbare å utvikle, dårlig designmessig, usikre, samt de som var mest tungvinne å bruke. Konseptenes positive og negative egenskaper nevnes, samt en liten oppsummering. NB! Grovsilingen kan sees i eget vedlegg 3: Grovsiling Resultat av grovsiling Ut i fra grovsilingsprosessen skal de mest potensielle konseptene velges ut for å gå videre til screening og scoring prosessen. Vårt viktigste krav for at et konsept skulle velges videre til screening og scoring, var hvor mye av oppgavens utfordringer det løste med hensyn på kravspesifikasjonen. De syv valgte konseptene ble nr: 1, 2, 4, 5, 18, 19 og Concept Screening og Scoring ***** Til konsept screening/scoringen har de 7 beste konseptene fra grovsilingen blitt tatt med. ***** Til Concept Screening matrisen(tabell 8) brukes de viktigste kravene fra kravspesifikasjonen. Denne matrisen fungerer slik at man gir karakterer etter spesifikasjonen på følgene måte: + betyr Klarer - betyr Klarer ikke 0 betyr samme som Etter vi har gitt konseptene karakterer, legger vi sammen plusser og minuser for å få en såkalt Net Score, og så summeres nullene. Fra dette får vi rangert alle konseptene der 1 er første plass og 7 er siste plass. Hvorvidt et konsept er interessant å fortsette med kan vi også avgjøre ved å se på store forskjeller blant vinnerne. Side 26

27 Konsept screening matrisen Tabell 8: Concept screening matrise Side 27

28 Concept Scoring matrisen(tabell 9) viser konseptene fra Concept Screening matrisen vi valgte å gå videre med. De tre beste var: Konsept: 20 Konsept: 4 Konsept: 5 Denne matrisen benytter seg av vektede valgkriterier og en finere karakterskala en Concept Screening matrisen. Velger Konsept 20 som referanse, da den scorer best i Concept Screening matrisen. Bruker følgende metode for matrisen: Utfører analysen mht. valgte kriterier fra Concept Screening matrisen. Vekting med score 1-5 blir som følger: 1=Verst, 2=Verre en referanse, 3=Likt som referanse, 4=Bedre en referanse, 5=Best Total score og Rank avgjør hvilke konsepter som går videre. Er det veldig likt vil de gå til en ny runde med sammenliking av spesifikasjoner for å finne et dominant konsept. Man kan her også blande og improvisere konseptene igjen for å finne rom for forbedringer Konsept scoring matrisen SCORING KONSEPT Selection criteria Vekt Rating Vekt Score Rating Vekt Score Rating Vekt Score Kan utføre 30 % 5 1,5 4 1,2 4 1,2 arbeidsoppgave Solid konstruksjon 15 % 5 0,75 4 0,6 4 0,6 Vekt 15 % 4 0,6 3 0,45 3 0,45 Verktøyets ytelse 20 % ,6 Nødvendige redesign 5 % 5 0,25 2 0,10 3 0,15 av flens Akturatorer sittes på 5 % 5 0,25 4 0,2 4 0,2 verktøy Produksjonskostnader 5 % 4 0,2 3 0,15 5 0,25 Sikkerhet 5 % 4 0,2 2 0,10 3 0,15 Total 4,6 3,3 3,6 Score Rank Forsette? JA NEI NEI Tabell 9: Concept scoring matrise Side 28

29 Man kan se at konsept 20 scorer helt klart best i konsept scoring matrisen. Konsept 20 er det mest potensielle konseptet for løsningen. Når overnevnte var gjennomført leverte gruppen resultatene til ABB, og man kom sammen frem til at det var best å gå videre med konsept Beskrivelse av valgt konsept Konsept 20: Pneumatisk drevet verktøy basert på diskløsning. Et forholdsvis kompakt verktøy designet for å klare mesteparten av jobben. Bilde 9: Konsept 20 L-1,1,1 Lineær aktuatorer L-2,1,1 Boltfesting L-3,2,2 sjeldent L-3,3,1 overdimensjonert L-3,4 Klarer oppgaven L-4,4 deksel / isolasjon Figur 6: Funksjonsløsninger for konsept 20 Side 29

30 Boks for bolter Bilde 10: Her ser vi verktøyet, grønt illustrerer flensene som sitter på rørene. Bilde 11: Tanken er at verktøyet skal begynne jobben på hodet for så å rotere om rørets akse helt til alle boltene er løsnet. Side 30

31 Spesialpipe m/boks for muttere Vippearm Stempel for å dytte ut bolt Bilde 12: Det skal brukes en luftskralle som monteres på vippearm og pipe. Vippearmen skal ha et påmontert stempel, for å vippe opp og ned, samt et lite stempel for å dytte ut bolten. Disk presset tilbake Stempel i front Bilde 13: Når boltene er løsnet(verktøy i nedre posisjon), er disken løs(gull farge), og da går stempelet i front ut for og presse disken inn i et spor på verktøyet, sånn at den står fast og roboten kan kjøre ut. Side 31

32 Konsepttesting Før en sender ut et produkt på markedet må en få en pekepinn om det virkelig kan være salgbart. Da er en konsepttest viktig. Ved å henvende seg til potensielle kjøpere og gi en god forklaring på hvordan produktet fungerer. Med dette får man tilbakemeldinger om man burde fortsette med valgt produkt. Tilbakemeldingene kan også gi positive virkninger til forbedringer av produktet. På flere stadier i utviklingsprosessen kan en konsepttest benyttes: Når den opprinnelige produktmuligheten oppstår Valget mellom to eller flere produktkonsepter Når salgspotensialet til produktkonseptet vurderes Gruppen har bygget en prototype som skal være en works like protoype. Dette vil si at hovedfokuset ligger på funksjonen til prototypen, men også design spiller inn. Testingen av konseptet/prototypen kan gjøres ved bruk av forskjellige verktøy som: Simulering av i SolidWorks simulation Reachability test, kollisjons test, singularity test og vurdering av størrelsen til verktøyet i forhold til roboten i ABB Robotstudio Bruk av testjigg for å teste funksjoner separat fra robot Testing av verktøy montert på robot Side 32

33 Analyse av usikkerhet Funksjon: Gjennom brainstorming og planlegging, har gruppen utarbeidet 20 konsepter som kunne være aktuelle. Etter grovsiling, ConseptScoring og ConseptScreening, var det bare et konsept igjen, og det var konsept 20. Design: Designet var ikke et hett tema, det var funksjonaliteten. Konseptet har et enkelt og greit design, samt at det ser solid ut. Pris: Prisen har ikke vært tema i prosessen. Målet var fra begynnelsen å finne en fungerende løsning for å automatisere utbytting av en ventil, og ikke oppfinnelsen av et kommersielt konsept. Marked: Av tilbakemeldingene vi fikk var det mye positivt og gruppen har troen på at dette er et produkt som kan produseres, utvikles og selges i fremtiden, ved rett markedsføring. Per i dag er prototypen under forbedrings og utviklings fasen, derfor er det ikke relevant å markedsføre konseptet. Produksjon: Teknologien som har blitt brukt er velkjent. Det er ingen nyskapning av komponenter. Konstruksjon: Det var mulighet for å velge blant mange materialer, men grunnet tids og pengepress, samt at det var et ønske om at mesteparten skulle bli produsert på skolen valgte gruppen å gå for standard stål. Side 33

34 Endelig produktspesifikasjon Med hensyn på alle produktutviklings prosessen er dette den endelige spesifikasjonen(tabell 10) gruppen har kommet frem til. Gruppen mener disse spesifikasjonene skal dekke de fleste behov. Enhet Nr. Målbare enheter Enhet Verdi 1 Produksjonskostnader Kr Lengde Cm ±55 3 Bredde Cm ±35 4 Høyde Cm 22 5 Drivkraft Bar 6 bar 6 Deler levetid Tid Minst 2 år 7 Kvalitet Kr, Tid Minst 2 år 8 Vekt kg 9 Syklustid min ±5 10 Maskinering mm 0,1 11 Temperatur Grader ± Tabell 10: Endelig produktspesifikasjon Det neste steget i prosessen blir å designe en endelig modell med tilhørende tegninger i SolidWorks, for så å bygge og teste konseptet. Det er også viktig å gjøre et søk i patentdatabaser for å finne ut om det finnes lignende konsepter. Side 34

35 5.12 Søk i patentdatabaser Målet med patentsøket er å finne lignende produkter med lignende løsninger, samt finne ut hva slags løsninger de har patentert og hvor lenge patentene er eksklusiv hvis det skulle være like løsninger. United States Patent and Trademark Office, - er et statlig amerikansk selskap som gir patenter og trademark - beskyttelse til oppfinnere og næringsdrivende for deres oppfinnelser og forretnings- og produktoppfinnelser. Kilde: Freepatentsonline.com, - The FreePatentsOnline search engine is one of the most powerful, fastest and easiest patent search engines on the web. Our search allows advanced search techniques such as word stemming, proximity searching, relevancy ranking and search term weighting to help you find exactly what you are looking for. And, our account features let you organize, annotate and share documents, and Alerts let you instantly be notified when new documents of interest are published. Kilde: Patentscope, - This facility allows you to search 1,644,853 international patent applications and to view the latest information and documents available to the International Bureau. Kilde: Søkeord som ble brukt var blant annet: Flens verktøy, Flange tool, Automated flange tool, Automated flange tool, flange automation, flens automatisering, robotic flange tool, robot tool, pneumatic wrench, automatic wrench, hydraulic wrench. Søkene ga mange resultater, men gruppen fant ingen konsept som er laget med hensyn på robotautomatisjon, som kan løsne og montere rørflenser. Det nærmeste konseptet som kunne blitt brukt som en del av løsningen var et hydraulisk åpen pipe verktøy(bilde 14). Bilde 14: Hydraulisk åpen pipe verktøy. Foto: fastorq.com Dette konseptet er hydraulisk, og gruppen fant ingen lignende verktøy som brukte pneumatikk eller elektronikk som drivkraft. Side 35

36 6 Gjennomføring, konfigurasjon og løsning Når gruppen fikk klarsignal for å gå for konsept 20 i uke 12 var det viktig å legge en god realistisk plan for arbeidsfordelingen, og Gantt diagrammet ble oppdatert. Målet for påsken var å finmodellere konseptet og løse mindre problemstillinger. Fordelene med å jobbe hardt for en fungerende modell i SolidWorks er mange. Man kan blant annet: 1. Importere CAD filene til ABB RobotStudio, slik at man kan begynne å jobbe med funksjoner, samt kjøre diverse tester. 2. Legge en god plan for bygging av prototypen 3. Lage en oversikt over deler som må bestilles 4. Bygge testjigg 5. Lage tegnigner Etter mye hardt arbeid med modelleringen kom gruppen frem til et resultat som var veldig bra. Under kan man se en tidlig revisjon av konseptet(bilde 15), og på neste side(s.37) kan man se sluttresultatet. Bilde 15: Tidlig revisjon av det valgte konseptet Side 36

37 Under kan man se sluttresultatet av modelleringen i SolidWorks(bilde 16 og 17). Blant annet er de svarte akutatorene man kan se importert fra Festo.no som har et stort utvalg av pneumatiske aktuatorer. Aktuatoren i gull farge er også fra Festo. Bilde 16: Endelig revisjon av det valgte konseptet Bilde 17: Endelig revisjon av det valgte konseptet Side 37

38 Når konseptet var ferdig modellert ble det laget to filmer som ble lastet opp på ftp server og sendt til veileder på ABB, da veilederen ikke har mulighet til å være på stedet, samt at det er veldig vanskelig å forklare et ganske så detaljert og komplekst konsept over telefonen. Med utgangspunkt i at et bilde sider mer en 1000 ord, ble filmene lagd. Film som forklarings medium er en relativt ny metode som har blomstret veldig de siste årene(2007+). Blant annet blir youtube.com brukt til dette, der man kan finne tutorials på det meste. Film 1: Film fra SolidWorks der Elias forklarer konseptet ved bruk av mikrofon. Filmen varer i 09min31sek og gir en veldig god og detaljert forklaring på konseptet med funksjoner. Film 2: Film fra RobotStudio der verktøyet er montert på IRB Testjiggen gruppen har bygd er også med i filmen. Man kan se at roboten med verktøy klarer å bevege seg rundt jigg med flenser. NB! Filmene kan sees på cd-er levert til veileder ved UiA Geir Hovland. For å lage filmene kreves det kunnskap i video og redigeringsprogrammer. Dette er en prosess som er tidkrevende da man kanskje må gjøre flere opptak, samt at den del tid går med til rendering av filmene. Programmene som ble brukt var: Camtasia Studio 6 Camtasia er et program som gir mulighet til å ta opptak av det som skjer på skjermen din. Opptaket blir gjort i full oppløsning og det er dette som blir råmaterialet for filmen. Camtasia har også en egen applikasjon som gjør at man kan ta opp lyd fra pcen, samt bruke mikrofon samtidig. Sony Vegas Pro 9.0c Sony Vegas er et redigerings program som man kan gjøre utallige ting i. I dette tilfellet ble råmaterialet som ble filmet med Camtasia(nevnt over) importert til Sony Vegas, der det ble lagt til myke overganger, introduksjoner, rulletekster og musikk. Når man er ferdig å redigere må man bestemme innstillinger man vil rendere i for så å rendere filmen. Resultatet blir en halvvegs komprimert film i topp kvalitet. Windows Movie Maker 2.6 WMM er et program som lar deg komprimere dine filmer til ønsket format og passende størrelse med hensyn på bruksområde. Her må man i dette tilfellet da ta hensyn på innstillinger og codec valgt for rendering i Sony Vegas. Bilde 18: Programmer brukt for å lage forklarings filmer Side 38

39 6.1 Testjigg, verktøyholdejigg og mellomstykke For å kunne teste verktøyet ble det designet og bygget to testjigger. En flens/rør jigg og en verktøyholdejigg Flens/Rør jigg Flens / rør jiggen(bilde 19 og 20) er dimensjonert ut fra testbordet som roboten utfører diverse oppgaver på i verkstedet. Hensikten er at jiggen skal stå oppå testbordet. Bilde 19: Testjigg Bilde 20: Testjigg nesten ferdig bygget Testjiggen ble bygget med flenser av typen DN50 Plan sveise flens med tilhørende bolter og rør. Side 39

40 6.1.2 Verktøyholde jigg Gruppen fant så ut at en verktøyholde jigg(bilde 21) liknende en motorbukk ville være en god ting og ha. Fordelen med en slik jigg er at man kan feste opp verkøyet for montering, samt teste verktøyet separat fra roboten som er veldig kjekt med tanke på stor pågang på den ene roboten som er på verkstedet. Det ble også bestemt at denne skulle tilpasses flens/rør jiggen slik at man også kan teste verkøyet på en bolt. Bilde 21: Verktøyholde jigg + kombinasjon av jiggene Side 40

41 Bilde 22: Verktøyholde jigg ferdig bygget, umalt Mellomstykke Det måtte også lages et mellomstykke(bilde 23) tilpasset UiAs IRB 6600 med kraftsensor. Merk; bakplaten som sitter mellom verktøy og mellomstykke skal også passe ABBs QC71-toolchanger. Bilde 23: Mellomstykke SolidWorks, ferdig laget og QC-71 Toolchanger Side 41

42 6.2 Studie av verktøyet i SolidWorks Simulation For å undersøke at vår prototype / design er optimal iht. kundens krav og spesifikasjoner, brukte vi SolidWorks Simulation programvare for å utføre ulike tester. SolidWorks Simulation gir muligheten til å teste verktøyet før oppbygning av prototypen starter. Ved å simulere med reelle betingelser i 3D, får man innblikk i resultatene for design, og man kan redusere antall fysiske og mekaniskke belastninger, samt at det gir en god mulighet for å optimalisere produktresultatet raskere. Under kan man se noen av mulighetene til SolidWorks Simulation: Studier og optimalisering av komponenter i alle størrelser: Betraktning av krefter og spenninger mellom deler, inkludert friksjon. Bond komponenter med klaringer eller hull, uten endringer. Bruk laster, krefter, trykk, og dreiemoment. Bruk kontakter eller virtuelle fester, modellere bolter, pins, fjærer og lager. Mesh både deler og sammenstillinger med tilpassede meshing diagnostiserings verktøy. Konvergere til nøyaktig løsninger ved å la SolidWorks automatisk avgrensinger etter behov. Bruk Trend Tracker og design kjennskap for å kjøre optimalt endringer mens man jobber. Analyser monteringsbevegelser for prosess: Bruk den helt nye brukergrensesnittet til å definere bevegelse studier basert på modellen hendelsen. Få større kontroll over modellen aktuatorer med den nye servomotorer. Forstå effekten av temperaturendringer på deler og monteringer: Study ledning, konveksjon og stråling varmeoverføring. Bruk isotrop, orthotropic, og temperatur-avhengige materialegenskaper. Simuler vibrasjoner eller knekking i design: Undersøk hvordan vibrere eller ustabile moduser kan forkorte livet og utstyr forårsake uventet feil. Vurdere effekten av forsterkning under ekstern last på frekvens eller knekking respons. Studere effekter av sykliske lessing opp på produktets levetid: Kontroller systemets forventede levetid eller akkumulert skade etter en bestemt antall sykluser. Importer last historie data fra virkelige fysiske tester for å definere lasting hendelser. Side 42

43 For å kunne gjennomføre studien i SolidWorks måtte kreftene som var kjent brukes: Tyngdekraft: 9.81m/s² Motkraft: forårsaket av disk; Sylinderkraft = motkraft = 40 N Normalkraft : (modellens masse) x (Tyngdekraften) = / ²= N Kreftene vi var spesielt interessert i var kreftene som virker på sveisen mellom hovedrammen og bakplaten, se bilde 24: Bilde 24: Sveis som forbinder hovedramme og bakplate De andre kreftene vi også var spesielt interessert i var kreftene i den ytre buen, se bilde 25: Bilde 25: Ytre bue, det mest utsatte området på hovedrammen Side 43

44 6.2.1 Studie av total modell Først ble det kjørt en simulering av den totale modellen med alle komponenter. Bildene 26, 27 og 28 viser resultatene fra simuleringen av den totale modellen med alle komponenter. Der kan vi se hvordan modellen blir utsatt for spenning, forskyvning og tøyning på grunn av kreftene som ble bestemt på forrige side. Modellen blir mest utsatt for spenningen og tøyning rundt sveiseområdet ved hovedrammen og bakplaten, se bilde 26 og 27 under: Bilde 26: Spenning Bilde 27: Tøyning Side 44

45 Modellen blir også utsatt for forskyvninger i enden av hovedrammen(buen) på grunn av motkraften forårsaket av disken, se bilde 28 under: Bilde 28: Forskyvning Etter simuleringen av totalmodellen, kunne gruppen konkludere med at modellen er riktig dimensjonert, men at det er en del usikkerhet rundt sveise området. Derfor valgte vi å gjennomføre en egen simulering og beregning av sveisen. Side 45

46 6.2.2 Dimensjonering av sveis Dimensjonering av sveis utføres etter NS3472. Avhengig av belastningens angrepspunkt og retning pa en sveist konstruksjon kan folgende spenningskomponenter opptre i en sveis: σ : Normalspenning i rett vinkel på sveisetverrsnittet σ : Normalspenning paralellt med sveisetverrsnittet og med sveisens lengderetning(uavhengig av a- målet). τ : Skjærespenning i rett vinkel på sveisens lengderetning τ : Skjærspenning paralellt med sveisens lengderetning σe:ekvivalent spenning i sveisen Bøyebelastet kilesveis: amaks = 0.7 * minste platetykkelse Fb = 120 N 10mm 173mm Figur 7: Bjelke 437,5mm Figur 8: Tverrsnitt Anta håndsveising og sveisekvalitetsklasse C. Sveiseklasse C: Sveisen skal være fagmessig utført. Materiale: St 52 med σf = 355 Side 46

47 Sveise profil: τb τb Figur 9: Sveise profil σb Figur 10: Dekomponering av spenning, formler a-mål valgt: a = 5mm σb: = I I = Y = Figur 11: Tverrsnitt - Areal Itotal = Iutvendig Iinnvendig Itotal = (BH bh ) = = ( ) = = = 64474,10 = = ,10= ,9 σb= = ,9 = ,1 Side 47

48 σb =τb = Mb 2 = σb 2 = 84,8 2 τ <- Figur 12: Skjærspenning τ= F A = h=(20 183) (10 173)=1930 τ = F A = 120 =0, σ =τ = τ 2 =0,0439 0,044 σe= (σb +σ ) +3 (τ +τb ) +3τ ) σe= 4(σb +σ ) +3τ σe= 4 (84,8+0,44) +3 (0,062) =170,58 Figur 13: Sikkerhetsfaktor Sikkerhetsfaktoren utregnet med hensyn på våre resultater: η= σf σe = ,58 =2,08 2 Side 48

49 6.2.3 Simulering av sveis i SolidWorks Når spenningene sveisen tåler var kjent fra beregningene, gjennomførte gruppen en simulering i SolidWorks for å se hvordan den ville klare seg. Under kommer tre bilder(bilde 29, 30 og 31) der man kan se spenning, forskyvning og tøyning. Bilde 29: Spenning Bilde 30: Forskyvning Side 49

50 Bilde 31: Tøyning Kommentar til resultatet: Spenning: Ser her at høyeste spenning er 20.8 MPa, som er ganske lavt i forhold til spenningen sveisen tåler. Med det kan vi si at det svakeste området ligger i buen av konstruksjonen og ikke i det sveiste området. Forsyvning og tøyning: Når det gjelder forskyvning og tøyning er det liten eller ingen fare for at konstruksjonen blir utsatt for varige deformasjoner. Side 50