Herontwerp Föhn. Roy Schreurs Industrieel Product Ontwerp Summa Engineering

Transcriptie

1 Herontwerp Föhn Roy Schreurs Industrieel Product Ontwerp Summa Engineering

2 Inhoud Inhoud 2 Inleiding 3 Systeem 4 Configuratie 5 CAD-tekenen 7 Deelnaden 9 Productietechniek 10 Materiaalkeuze 11 Onderdelen 12 Montage 13 Failure Mode and Effect Analysis 14 Modificeren 15 CE-markering 16 Compromissen 17 Bijlage 1 19 Bijlage 2 20 Bijlage

3 Inleiding Een industrieel ontwerper moet ook in staat zijn om vanuit een concept een product te realiseren. Bij dit project gaat de student dat doen. Ieder krijgt een concept van een eigenwijze designer die een handvol concepten heeft getekend, waarbij hij er geen moment over heeft nagedacht of zijn concept wel te maken is. In dit project draait het om een föhn en hoewel de buitenkant aparte en uitdagende vormen gaat krijgen, nemen de studenten het systeem van een al bestaande föhn. Dus van binnen zal de föhn precies hetzelfde zijn als iedere andere föhn, maar van buiten een totaal nieuwe beleving. Bovenstaand concept is aan mij toegewezen. De vorm heeft wellicht wat weg van een wasmiddelfles en het handvat geeft een totaal andere houding dan normaal het geval is bij een föhn, een punt waar naar gekeken moet worden of dat wel werkt. Zoals hierboven te zien is, zal er ook naar de knoppen gekeken moeten worden of die ergonomisch goed bereikbaar zijn om de föhn met één hand te kunnen bedienen. Dit concept zal dus nog op vele wijzen veranderen om ervoor te zorgen dat het een goed product wordt. 3

4 Systeem Voordat een ontwerper kan gaan kijken of alle onderdelen wel goed in het concept passen, gaat hij eerst kijken uit welke onderdelen het systeem bestaat. Hieronder vindt u een overzicht van deze onderdelen voorhuis achterhuis knopje diode fan warmte element motor pin stekker rooster weerstand schuif 4

5 Configuratie Hier ben ik bezig geweest met het samenstellen van alle onderdelen. Gebaseerd op het aangeleverde concept heb ik de knoppen op ergonomische wijze geplaatst. Kijkend naar de maakbaarheid en het concept ben ik voor deze configuratie gegaan. Hier staan namelijk alle knoppen centraal op een rij en kan ik een handvat hier aan ontwerpen die oplossingen biedt voor ergonomische houdingen. Ook heb ik geen last van lange bedradingen en ontstaat er genoeg ruimte voor de elektronica. 5

6 Zodra een ontwerper zijn samenstelling heeft bepaald, print hij deze meerdere malen uit zodat hij om alle onderdelen heen kan schetsen en zo de buitenkant kan ontwerpen (zie bijlage 1). Uiteraard dient de ontwerper zich aan het concept te houden. Hieronder ziet u mijn gekozen geschetste configuratie. In de bijlage 1 kunt u al deze geschetste configuraties terugvinden. Deze configuratie heeft een organische vorm, net als in het concept. Zelf heb ik ook goed gekeken naar het handvat. In het concept was deze de smal en te krap. Ook kon je de föhn maar in één houding vasthouden dat onhandig zou worden bij gebruik in de praktijk. 6

7 CAD-tekenen Goed CAD-tekenen is vallen en opstaan. De juiste aanpak is dat je telkens weer opnieuw begint zodra je bestand door foutmeldingen uit elkaar valt. Zo zullen er vele verschillende versies ontstaan, waarbij iedere versie steeds beter in elkaar zit. Hieronder toon ik mijn versies en vertel ik waar het fout ging en hoe ik iedere keer weer verbeteringen heb doorgevoerd. Skeleton 1.1 De eerste poging liep vast op het moment dat het model solid gemaakt moest worden. Omdat enkele oppervlakten niet perfect op elkaar aansloten, kon het programma niet herkennen dat dit één geheel object hoort te zijn. Skeleton 1.2 In dit model zaten alle oppervlakten wel goed in elkaar en zo werd dit ook een solide model. Helaas werd ik door de leraar teruggeroepen naar de tekentafel, hierover meer in het hoofdstuk Compromissen. Skeleton 1.3 Dit model was een poging om de conus beter op te bouwen, helaas faalde deze poging. Skeleton 1.4 Dit model zat vrijwel direct goed in elkaar. Helaas moesten alle scherpe randen mooi vloeiend worden. Hierover vertel ik ook meer in het hoofdstuk Compromissen. 7

8 Skeleton 1.5 In dit model begon het programma een vreemde truc uit te halen. Aan de achterkant van mijn model ontstond een extra rand. Dit is ontstaan doordat enkele lijnen die mijn oppervlakten creëerden niet goed op elkaar aan sloten. Skeleton 1.6 Dit model zat zo goed als in elkaar. Helaas wilde ik hier al direct een radius toevoegen, waardoor er enkele lijnen ontstonden die niet goed aan elkaar sloten en dit model dus niet solide gemaakt kon worden. Skeleton 1.7 Met de radius weggelaten zit het model nu goed in elkaar en lopen de oppervlakten vloeiend in elkaar over. Het afronden van de scherpe randen zal ik later pas toepassen. Hier is dan het resultaat als het systeem in het model wordt geplaatst. 8

9 Deelnaden De volgende stap is het bepalen van deelnaden. Het belangrijke hierbij is de lossing. Het product moet zodanig gebouwd zijn, dat deze gemakkelijk uit de mal kan lossen. Algemeen geld dat zo min mogelijk deelnaden het goedkoopst en het beste is, dit kan alleen nadelig zijn voor het uiterlijk van het product, zo een deelnaad zul je immers ook gaan zien. Als ontwerper is het aan ons om de deelnaden zo goed mogelijk te verbergen. Hier ziet u hoe mijn model opgedeeld wordt en komen er in totaal 3 onderdelen. Hoewel 2 onderdelen ook mogelijk waren, is de voorkeur naar 3 onderdelen uitgegaan. Hierdoor kunnen de deelnaden beter verborgen blijven en kan gemakkelijker met de uitstraling van het oppervlak gespeeld worden. Denk hierbij aan verschillende kleuren en/of een grove structuur. 9

10 De productietechniek die toegepast wordt voor een product speelt ook een belangrijke rol bij het uitwerken van een concept. Iedere productietechniek heeft namelijk zijn beperkingen en voordelen. Zowel op constructief gebied als economisch gebied. Voor de productie van de gehele buitenkant, heb ik gekozen voor spuitgieten. Productietechniek Gezien de hoge oplage en complexiteit, met name de ribben en de eis voor goede stevigheid, maakt het spuitgieten ideaal. Vormvrijheid, snelle productie en de weinig nabewerking zijn de voordelen van deze techniek. De zeer hoge malkosten is dan het nadeel. Ondanks dat spuitgieten de beste productie is. Ben ik toch gaan kijken naar alternatieven. Vooral voor het onderdeel Behuizing Midden zijn er alternatieven. Vacuümvormen is mijn eerste alternatief hiervoor. Dat komt omdat het onderdeel er slechts aan één zijde goed uit moet zien. Ook zijn er geen ribben, enkel flensen. Het nadeel wel is dat het onderdeel nabewerkt moet worden, overbodig materiaal moet worden weggehaald. Verder vergt dit ook een uiterst precies proces, vooral bij de flensen. Als dit niet precies genoeg is, zal de naad in het product veel duidelijker zichtbaar zijn. Vanwege deze redenen is spuitgieten nog altijd de betere productiemethode. 10

11 Dan is er ook nog de materiaalkeuze. Dat dit kunststof wordt, staat vrijwel zeker. Spuitgieten is immers ook het meest rendabel met een kunststof, echter zijn er ook talloos veel verschillende kunststoffen. Het eerste onderscheid dat je tussen de verschillende kunststoffen kan maken, is het verschil in thermoplast, thermoharder of elastomeer. Wat verder ook nog een rol speelt is de smelttemperatuur, rekbaarheid, stevigheid, etc. De eisen die voor mijn product zijn, zijn als volgt: Materiaalkeuze - Hoge smelttemperatuur Dit vanwege de functie van de föhn, namelijk het verhitten van lucht. Volgens meerdere föhn fabrikanten ligt dit tussen de 40 en 60 C. - Stevigheid Het product moet tegen een stootje en een val kunnen. - Rekbaarheid Vooral voor het onderdeel Behuizing Midden is dit belangrijk, bij assemblage wordt dit onderdeel tijdelijk en lichtelijk verbogen. - Thermoplast Thermoplasten vergen een minder dure machine, omdat de ingrediënten niet direct bij het gieten toegevoegd moeten worden. Deze kunnen alvorens gemaakt worden in een andere fabriek. Ook scheelt het in de kosten als het gaat om materiaalkosten en ook de malkosten, de temperatuur tijdens het proces is dan minder hoog dan bij een thermoplast (of elastomeer). Met deze eisen ben ik gaan kijken naar een overzicht van allerlei soorten kunststoffen. Dit overzicht was handig opgesteld in het boek Tabellen en Formules (ISBN: ). Het beste materiaal voor de föhn is Polyetheen. Dit materiaal is hard, stijf en nagenoeg onbreekbaar. Het is een materiaal dat vaker voor huishoudelijke artikelen wordt gebruikt. Het heeft een smelttemperatuur van 130 C. 11

12 Onderdelen Nu het productieproces en de materiaalsoort zijn gekozen, kunnen de onderdelen van het product uitgewerkt worden. Hierbij worden de onderdelen voorzien van ribben, schroefpinnen, groeven, lipjes, etc. Hieronder is dat resultaat bij mijn product te zien. 12

13 Montage In de onderstaande afbeelding valt goed te zien hoe de Föhn geassembleerd gaat worden. Deze volgorde toets ik vervolgens weer met aan een DFA (Design for Assembly). 015 behuizing links fan achterhuis driewegknop knop schuif motor ionisator 006 warmte element diode weerstand rooster knopje cooler voorhuis kabelklem behuizing midden behuizing rechts In bijlage 2 is het volledige DFA terug te bekijken. Hier volgend evalueer ik deze tabellen. Het eindresultaat is dat het assembleren van één föhn 213,3 seconden duurt, ofwel 3 1/2 minuut. De productiekosten per föhn beramen dan op Op zich is dat nog niet veel geld, maar als er 1 miljoen föhns gemaakt moeten worden, dan zou 1 cent al euro besparen. Het idee bij Design for Manufacturing and Assembly (DFMA), is dus dat een ontwerper het product aanpast om de productie beter te optimaliseren. In mijn geval zou ik veel verbeteringen kunnen maken in het assembleren van de knoppen. Deze onderdelen zijn onstabiel, hebben dus altijd één hand nodig om vast te houden. Ook is het lastig om de knoppen in elkaar te zetten, dit gaat namelijk met veel moeite en veel kracht. Op deze manier kan de productie eindeloos geoptimaliseerd worden. Om die redenen kan een product ook naar mate van tijd, goedkoper worden. 13

14 Bij Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) beoordeeld de ontwerper de veiligheid van zijn product. Hij kijkt dan naar de risico s, de herkenbaarheid en hoe vaak deze problemen voor kunnen komen. Dit gaat per onderdeel, gezien ieder onderdeel kan falen. In bijlage 3 kunt u de volledig uitgewerkte tabellen van het FMEA terug vinden. Hieronder evalueer ik deze tabellen. Aan de hand van het FMEA heeft mijn föhn een RPN (Risk Priority Number) van 61 op de 1000 die maximaal te behalen is. Hoewel dat in dit opzicht geen hoog nummer is, moet er ook naar de risico s (severity) gekeken worden. Een risico dat slechts 1 op de miljoen keer voorkomt, maar dat de doodsoorzaak als gevolgd heeft, moet dit onderdeel toch aangepakt worden. Bij mijn föhn zijn de onderdelen met het hoogste risico het rooster, de propeller, en de motor. Failure Mode and Effect Analysis Het gevaar bij het rooster is, dat deze breekt en er haar in de föhn kan komen. Een manier om dit te voorkomen is door de wanddikte hiervan te verdikken en zo dus te verstevigen. Het gevaar bij de propeller is dat deze van de as van de motor los kan raken en geen frisse lucht meer door kan voeren. Hierdoor kan de gebruiker brandwonden oplopen. Een oplossing is simpelweg het gebruik van secondelijm om de propeller op de as vast te zetten. Het gevaar bij de propeller heeft hetzelfde effect als die bij de motor. Als de motor stopt en de propeller niet meer draaien, kan er ook geen frisse lucht meer doorgevoerd worden. Dus kan de gebruiker brandwonden oplopen. Een manier om dit te voorkomen is om een betere kwaliteit motor te kiezen. Maar ook kan het elektronisch systeem zo ontworpen worden dat, zodra de motor kapot is, de föhn het niet meer doet. Deze verbeteringen zorgen voor een hogere kwaliteit en scheelt het bedrijf schadeclaims, ook al is het 1 op de miljoen. 14

15 Buiten het gebruik van DFA en FMEA is er ook een andere manier waarop een ontwerper verbeteringen toepast. Hierbij duid ik meer op de verbeteringen die een ontwerper onbewust al doorvoert in zijn ontwerp. Ervaring speelt hierbij een belangrijke rol. De verbeteringen die een ontwerper eerder maakte, neemt hij ook weer mee in zijn nieuwe ontwerpen. Bovendien ontdekt een ontwerper bij het maken van het CAD-model al vaak fouten en punten die verbeterd kunnen worden Bij het ontwerpen van de föhn heb ik dat ook toegepast. Hoewel dat dus onbewust gaat, zijn hier enkele voorbeelden die ik kan aanduiden: Modificeren - Het gebruik van zo min mogelijk extra bevestigingsmiddelen. Slechts 3 schroeven worden gebruikt om alle onderdelen vast te zetten, alle andere bevestigingen worden gedaan door ribben die in de behuizing zijn verwerkt. - Klemmende gaten, scherpe randen, plekken waar vuil kan ophopen. Deze problemen zijn allemaal in het ontwerp weggewerkt. - De bekabeling voor de stroomtoevoer bevindt zich op de meest gunstige plek om te voorkomen dat de gebruiker last krijgt van de kabel. 15

16 CE-markering is een europees handelsmerk waarmee men er vanuit kan gaan dat een product veilig is. Zo een markering kan een bedrijf zelf uitvoeren (enkele productgroepen uitgezonderd) of door een keuringsbedrijf laten uitvoeren. Voor een CE-markering dienen de volgende producten te worden opgeleverd: CE-markering - Technisch dossier Bevat een risico analyse die is opgesteld aan de hand van toepasselijke Europese normen. - Gebruikershandleiding Stelt de koper op de hoogte van de juiste werkwijze, technische details, onderhoud en gevaren van het product - EG-verklaring Verklaring waarbij een bedrijf zich verantwoordelijk stelt voor zijn product. Ook zijn hier alle gegevens van dit bedrijf vermeld. - CE-label Een label dat op het product wordt aangebracht om duidelijk te maken aan de koper dat het product een CE-markering heeft. Verder bestaat de CE-markering vooral uit richtlijnen die gebruikt worden om het product veiliger te maken. Er zijn ook verschillende richtlijnen voor verschillende type producten. Voor de Föhn geldt de Machinerichtlijn, dit omdat de Föhn bewegende onderdelen bevat. De Machinerichtlijn geeft vervolgens weer aan dat er in het Technisch dossier een risico analyse moet worden opgesteld. Het FMEA komt daar grotendeels mee overeen, alleen richt de risico analyse zich vooral op het gevaar en de herkenning ervan en maakt het verder niks uit wat de kans is dat een defect zich voordoet. Ook moeten de risico s in de risico analyse worden bepaald aan de hand van toepasselijke Europese Normen. De risico analyse en het FMEA kunnen tegelijkertijd gemaakt worden, maar dienen dus wel beiden apart te worden toegepast. 16

17 Compromissen Een industrieel ontwerper is ook geweid aan design. Zelf dient hij, net als designers, eigenwijs te zijn in zijn ontwerpen, risico s te durven nemen en innovatief te denken. Dit gaat dan natuurlijk niet zonder het risico dat je teruggeroepen wordt naar de ontwerptafel en men je nog eens stevig laat herinneren hoe het werkelijke concept er in het begin uit zag. Zo is dit mij ook overkomen, daar waar mijn ontwerp ergonomisch goed in elkaar zat, was het toch teveel afwijkend van het oorspronkelijke concept. Door mijn leraar ben ik dus teruggeroepen en heb me dus meer aan het oorspronkelijke design gehouden. De configuratie die eerder te zien was, was dus de versie die ook uiteindelijk is gebruikt. De configuratie hieronder was dus mijn eerste keus. Alle andere configuraties zijn terug te vinden in bijlage 1. Uiteindelijk is de nieuwe configuratie dus veel meer naar het concept geworden; organische vormen met een strakke rand bij het handvat. De verbetering die ik wel heb kunnen doorvoeren is de vergroting van het handvat. Het handvat was in het concept onpraktisch goed te gebruiken. 17

18 Waar ik ook compromissen heb moeten maken was in de onderstaande CAD-versie. Hier heb ik namelijk de föhn en het handvat met elkaar verbonden door twee strakke lijnen. Dit was programma-technisch stabieler en gaf naar mijn mening ook een modernere toon. Helaas moest alles rond en puur organisch worden, want zo is het ook in het concept. Een meevaller is de verdeling van de deellijnen. Waar het in de productie goedkoper is om zo min mogelijk onderdelen te hebben, vond mijn leraar dat ik creatief kon zijn en voor 3 onderdelen kon gaan. 18

19 Bijlage 1 Bijlage 1 Configuratie leeg Configuratie getekend 1 Configuratie getekend 2 Configuratie getekend 3 Configuratie getekend 4 Configuratie getekend 5 Configuratie getekend 6 Configuratie getekend 7 Configuratie getekend 8 19

20 Bijlage 2 Bijlage 2 DFA 20

21 Bijlage 3 Bijlage 3 FMEA

22 22