Kiristyksen automatisointi : Kiristyslaitteen tuotekehitys
Lindberg, Eetu (2022)
Lindberg, Eetu
2022
Konetekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Mechanical Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-11-21
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202211188469
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202211188469
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää kiristyslaite Sandvik Mining and Construction Oy:lle. Kehitettävän kiristyslaitteen on tarkoitus tulla osaksi hydraulisten iskuvasaroiden kokoonpanoprosessia. Kokoonpanoprosessissa kiristyslaitteella on tarkoitus kääntää samanaikaisesti neljä sidepulttia astekulmaan, joka vaihtelee iskuvasaramalleittain. Kokoonpantavia iskuvasaramalleja on 7 erilaista ja kiristyslaitteen tulee olla säädettävissä näille kaikille sopivaksi.
Diplomityön kirjallisuuskatsauksessa tutkittiin neljää erilaista tuotekehitysmenetelmää, jotka soveltuvat kiristyslaitteen tuotekehitykseen. Näistä tuotekehitysmenetelmistä valittiin tälle työlle sopivin, jonka pohjalta kiristyslaite kehitetään. Valituksi tuotekehitysmenetelmäksi päätyi Christian Weberin kehittämä CPM/PDD (Characteristics-Properties Modeling/Property-Driven Development). CPM/PDD-menetelmän keskiössä ovat kehitettävän tuotteen ominaisuudet ja tunnuspiirteet sekä niiden välinen yhteys. Ennen kiristyslaitekonseptien kehittämistä kiristyslaitteelle kerättiin ideoita patenttiselvityksen ja benchmarking-tutkimuksen avulla. Molempien tiedonkeruumenetelmien tulokset jäivät heikoiksi, eikä vastaavaa kiristyslaiteratkaisua löytynyt. Tulokset tarjosivatkin lähinnä ideoita mahdollisen voimanvälitysratkaisun toteuttamiseksi.
Varsinainen kehitystyö koostui kolmesta kehityskierroksesta, joiden aikana kehitettiin yhteensä 8 erilaista kiristyslaitekonseptia. Konseptien kehitykseen käytetyt tutkimusmenetelmät olivat pääosin mallinnus ja skissailu. Ensimmäisellä kehityskierroksella suunniteltiin 4 karkeaa konseptia. Kehityskierroksen päämääränä oli löytää sopivin voimanlähdevaihtoehto astekulman käännön toteuttamiseen. PDD arviointien perusteella parhaaksi voimanlähdevaihtoehdoksi nousi jokaiselle sidepultille omat sähkömoottorit. Toisella kehityskierroksella panostettiin sähkömoottorien hylsyjen välisen etäisyyden säätöön. Kierroksella kehitettiin 3 konseptia, joista PDD-arvioinnin mukaan parhaassa hylsyjen välinen säätö oli toteutettu ovirakenteen avulla. Ovirakenne mahdollisti yhdensuuntaisilla tasoilla tapahtuvan säädön, mikä paransi säädön tarkkuutta merkittävästi. Kolmannella kehityskierroksella paranneltiin aiemmalla kierroksella hyväksi todettua konseptia. Kierros koostuikin lähinnä yksityiskohtien viilaamisesta paremmiksi. Konseptille suoritetun PDD-arvioinnin perusteella todettiin, että konsepti pystyy vastaamaan kaikkiin vaadittuihin ominaisuuksiin vähintään arvosanalla hyvä, osin jopa kiitettävästi.
Kehitystyön jälkeen käytiin läpi lopullisen konseptin kehityksessä käytettyjä suunnittelufilosofioita sekä perusteltiin muun muassa toimilaitevalintoja. Johtopäätöksissä kehitetty kiristyslaite todettiin varsin onnistuneeksi ainakin teorian tasolla. Lopullinen onnistuminen nähdään vasta prototyypillä toteutettavien testien jälkeen. Myös CPM/PDD-menetelmän käyttö osoittautui varsin hyväksi valinnaksi ja sen käyttöä voidaan suositella kiristyslaitteen kaltaisissa kehityshankkeissa. Kiristyslaitteen kehitystyön seuraavat vaiheet ovat prototyypin valmistus sekä automaatiotoimittajan valinta.
Diplomityön kirjallisuuskatsauksessa tutkittiin neljää erilaista tuotekehitysmenetelmää, jotka soveltuvat kiristyslaitteen tuotekehitykseen. Näistä tuotekehitysmenetelmistä valittiin tälle työlle sopivin, jonka pohjalta kiristyslaite kehitetään. Valituksi tuotekehitysmenetelmäksi päätyi Christian Weberin kehittämä CPM/PDD (Characteristics-Properties Modeling/Property-Driven Development). CPM/PDD-menetelmän keskiössä ovat kehitettävän tuotteen ominaisuudet ja tunnuspiirteet sekä niiden välinen yhteys. Ennen kiristyslaitekonseptien kehittämistä kiristyslaitteelle kerättiin ideoita patenttiselvityksen ja benchmarking-tutkimuksen avulla. Molempien tiedonkeruumenetelmien tulokset jäivät heikoiksi, eikä vastaavaa kiristyslaiteratkaisua löytynyt. Tulokset tarjosivatkin lähinnä ideoita mahdollisen voimanvälitysratkaisun toteuttamiseksi.
Varsinainen kehitystyö koostui kolmesta kehityskierroksesta, joiden aikana kehitettiin yhteensä 8 erilaista kiristyslaitekonseptia. Konseptien kehitykseen käytetyt tutkimusmenetelmät olivat pääosin mallinnus ja skissailu. Ensimmäisellä kehityskierroksella suunniteltiin 4 karkeaa konseptia. Kehityskierroksen päämääränä oli löytää sopivin voimanlähdevaihtoehto astekulman käännön toteuttamiseen. PDD arviointien perusteella parhaaksi voimanlähdevaihtoehdoksi nousi jokaiselle sidepultille omat sähkömoottorit. Toisella kehityskierroksella panostettiin sähkömoottorien hylsyjen välisen etäisyyden säätöön. Kierroksella kehitettiin 3 konseptia, joista PDD-arvioinnin mukaan parhaassa hylsyjen välinen säätö oli toteutettu ovirakenteen avulla. Ovirakenne mahdollisti yhdensuuntaisilla tasoilla tapahtuvan säädön, mikä paransi säädön tarkkuutta merkittävästi. Kolmannella kehityskierroksella paranneltiin aiemmalla kierroksella hyväksi todettua konseptia. Kierros koostuikin lähinnä yksityiskohtien viilaamisesta paremmiksi. Konseptille suoritetun PDD-arvioinnin perusteella todettiin, että konsepti pystyy vastaamaan kaikkiin vaadittuihin ominaisuuksiin vähintään arvosanalla hyvä, osin jopa kiitettävästi.
Kehitystyön jälkeen käytiin läpi lopullisen konseptin kehityksessä käytettyjä suunnittelufilosofioita sekä perusteltiin muun muassa toimilaitevalintoja. Johtopäätöksissä kehitetty kiristyslaite todettiin varsin onnistuneeksi ainakin teorian tasolla. Lopullinen onnistuminen nähdään vasta prototyypillä toteutettavien testien jälkeen. Myös CPM/PDD-menetelmän käyttö osoittautui varsin hyväksi valinnaksi ja sen käyttöä voidaan suositella kiristyslaitteen kaltaisissa kehityshankkeissa. Kiristyslaitteen kehitystyön seuraavat vaiheet ovat prototyypin valmistus sekä automaatiotoimittajan valinta.