Punnitusanturien testikehikon kehitys ja suunnittelu

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Tamtron Group Oy:lle. Työn tavoitteena oli suunnitella testikehikko, jonka tarkoituksena on parantaa Tamtron Group Oy:n valmiutta testata heidän suunnittelemiaan punnitusantureita tulevaisuudessa. Työn teettäjä huomasi, että käytännön testaamisessa oli puutteita, joten tarve opinnäytetyölle syntyi. Testikehikon on tarkoitus vääntää, taivuttaa ja vetää testattavaa punnitusanturia samanaikaisesti. Niistä muodostuivat testikehikon toiminnalliset vaatimukset. Testikehikolla on tarkoitus testata tuotekehityksen prototyyppiantureita ja joitakin tuotannollisia punnitusantureita. Testikehikolla ei ole tarkoitus suorittaa varmennus- tai tyyppitestejä.

Tässä opinnäytetyössä käsitellään yleistä tuotekehitysprosessia ja sen eri vaiheita sekä konseptin valintaprosessia, jossa etsitään paras mahdollinen ratkaisu testikehikon kokonaisuudelle. Tämän työn perustana olivat tuotekehitykseen ja konesuunnitteluun liittyvät teokset sekä yrityksen sisäinen osaaminen. Työssä käsitellään myös testikehikon mittakaavassa olevan mallin FEM-laskentaa tietokoneavusteisilla ohjelmilla. Työssä pohditaan näiden onnistumista, kehitysmahdollisuuksia ja testikehikon hyödyntämistä. Kehitystyöstä saatavia tuloksia pohditaan ja vertaillaan vaatimuksien täyttymiseen konseptivaiheesta lopulliseen rakenteeseen. Työssä pohditaan myös kahden eri tietokoneavusteisen ohjelman antamien FEM-laskujen tulosten eroavaisuuksia.

Työn tuloksena saatiin vanhan testialustan rakenteeseen sopiva ja työhön sisällytetyt toiminnalliset vaatimukset täyttävä testikehikko. Kompromisseja tuotteen konseptisuunnittelusta valmiiseen tuotteeseen tehtiin vähän. Konseptisuunnittelua voi täten pitää onnistuneena, vaikka tuloksia ergonomiasta, huollon tarpeesta ja eliniästä ei voitu todentaa. Mallinnus ja FEM-laskenta osoittautuivat onnistuneiksi, koska testikehikko käyttäytyi suunnitellusti käytännön testeissä. Eroja FEM-laskentaohjelmien välillä ei pystytty tutkimaan niin tarkasti kuin olisi haluttu, mutta tuloksien eroavaisuuksia silti esiintyi.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että yritys sai tarvittavan testikehikon, jonka suunnittelu myötäilee yrityksen vaatimia asetuksia. Testikehikon projekti jatkuu yrityksessä edelleen turvallisuussuunnittelun osalta. Testikehikon jatkokehitysmahdollisuuksia ovat hydraulisylinterien suuntaamisen ja rakenteiden parantaminen. Käyttäjien virheitä FEM-laskennassa voidaan vähentää tai parantaa koulutuksella, lisätyllä suunnitteluajalla tai paremmin kohdennetuilla ohjeilla tietokoneavusteisten ohjelmien sisällä.

This thesis was made for Tamtron Group Oy. The aim of this thesis was to design a test rack, the purpose which was to improve the process of testing the weighing sensors the company manufactures. The need for this thesis was born, when the company noticed problems in testing procedure. The test rack was supposed to bend, twist and pull weighing sensor at the same time. Those became the requirements of the test rack. The test rack´s purpose of use was limited to testing prototype weighing sensors at product development and some of the weighing sensors in production. The test rack is not to be used for any kind of certification or type confirmation tests.

This thesis consisted of the general product development process and its different steps and the concepts selection process, which helped to find the best possible solution for the complete test rack. The data for this study were collected from product development literature, machine design literature and the know-how inside Tamtron. This thesis also deals with the FEM calculations made with a scale model of the test rack, done with computer aided programs. A discussion is given on the success of the project phases, development possibilities, and the utilization of the test rack. Results from development work were considered and compared to the requirements set for the study, from concept to final structure. Also, the differences of the results of the two FEM-calculations provided by two different computer assisted software were discussed.

As a result of this study, a test rack was produced that is compatible with the old test base and fulfills the requirements. There were very few compromises made from start to finish of development. Thus, the concept design can be considered successful, even though the results of ergonomics, maintenance needs and lifetime analyses could not be verified yet. Modelling and FEM-calculation proved to be successful, because the test rack behaved as designed in real world tests. The differences between the results obtained from the two FEM calculation software tools could not be investigated in as much detail as was intended, but notable differences were still observed.

In conclusion, the company received a complete and functioning test rack which was developed according to the company’s requirements. The test rack project continues in the company, with a focus on work safety. The further development possibilities of the test rack include improving the alignment and structures of hydraulic cylinders. User errors in FEM-calculation can be reduced through training, increased design time better-targeted guidance within the calculation software.