Utmaningar med produkter i flera material

Att kombinera olika material i produkter blir allt attraktivare av många skäl; miljö/hållbarhet, prestanda/kostnad, funktionsintegrering, viktbesparing bland annat. Det ger produktutvecklare en möjlighet att optimera produkten efter de olika ingående materialens egenskaper och fördelar. Samtidigt som allt detta är positivt är det också en väldigt komplex utmaning att kombinera olika material.

Projektet ”Storskalig tillverkning av produkter i flera material” belyser de problem och utmaningar som uppkommer när ett företag börjar använda andra/nya material i sina produkter och sin tillverkningsprocess. Projektet ger en generell beskrivning av den tidiga fasen i produktframtagningsprocessen då möjliga konceptuella lösningar tas fram för att definiera tillverkningsprocessens innehåll.

Stora företag ligger ofta i täten av utvecklingen så länge det inte rör sig om väldigt nischade produkter eller processer, där det finns många små och mycket avancerade företag. Alla lite bredare små och medelstora företag kommer att möta samma problematik med flera material så länge de är produktägare. I projektet ingick flera stora företag – Volvo Cars, Scania CV och IAC Group samt Swerea IVF för projektledning – men frågeställningen är alltså aktuell också för små och medelstora företag.

– Kravspecifikationen för en tänkt applikation är styrande för framtagandet av en optimal konstruktionslösning, säger Tomas Luksepp vid Swerea IVF. Även den minsta lilla förändring kring krav, egenskaper, materialkostnader, geometri, teknikframsteg, tillgänglig infrastruktur eller möjlighet till funktionsintegrering kan öppna ett hav av nya möjligheter på lösningar.

Stort fokus ligger idag på miljö- och klimatpåverkan, där den efterföljande lagstiftningen gör att bärkraftiga lösningar blir allt viktigare. Lättvikt kan ge mindre klimatpåverkan under drift men olika material som blandas i produkter behöver kunna demonteras och/eller separeras för återbruk. Att konstruera i flera olika material innebär dessutom flera tekniska och/eller praktiska val och utmaningar. Det gäller såväl olika typer av material, tillverknings-, formnings- och ytbehandlingsprocesser som sammanfogningsteknologier. Det innebär ökade krav på flexibla tillverkningsprocesser med fler avancerade tekniker och processer.

Att mästra alla möjliga tekniker fullt ut är inte möjligt. Bilden visar ett exempel på den bredd av de kunskapsområden som kan vara aktuella för sammanfogning av olika material.

För organisationen krävs det en gemensam riktning då det rör sig om multidisciplinär kunskap med många olika kompetenser engagerade. Det kan dessutom finnas behov av att anlita externa specialist- och kompetensresurser vilket i sin tur ställer krav på utvecklingsteamet, arbetssätt och ledarskap. Vikten av ett strukturerat arbetssätt för att effektivt styra framtagningen mot konkurrenskraftiga produkt- och tillverkningskoncept kan inte nog betonas.

– Med avancerade multimaterialkonstruktioner är det nödvändigt att arbeta i multidisciplinära team, säger Sten Gedda, Manufacturing Engineering, Volvo Cars. Det gäller hela vägen från forskning via koncept- och produktutveckling till produktionsimplementering.

Nya lättviktsmaterial och en blandning av olika material i högvolymstillverkning får även en stor inverkan på produktionssystemet. En processdriven produktutveckling kräver förståelse för tillverkningsprocessen och konsekvenser, vanligen utifrån en befintlig infrastruktur och ett begränsat investeringsutrymme.

I själva konceptvalsprocessen är det viktigt att många koncept genereras som en inventering av möjliga lösningar, där sedan konceptutveckling och evaluering utvärderar och utvecklar lovande konceptförslag ur ett tekniskt, ekonomiskt och långsiktigt hållbart perspektiv. Konstruktionen delas upp i mindre oberoende dellösningar med verifierade tekniklösningar och modulärt tänkande. Det krävs även en kunskapsdokumentation med fakta om vad som är möjligt. Detta arbetssätt syftar till att konceptvalet görs så sent som möjligt när kunskapsnivån är som bäst.

Utvecklingsarbetet måste ske parallellt och interaktivt, där specifikationen kontinuerligt utvecklas och förfinas tills att koncepten har verifierats.

Parallellt med konstruktionsarbetet påbörjas beredningsarbetet där fabriken förbereds för tillverkning av produkten med planering av produktionsceller, layout, flöden, utrustnings- och investeringsbehov. Detta omfattar anskaffning, installation, ombyggnad, tillpassning av lokaler och utrustning liksom intrimning av tillverkningsprocesserna.

– Med helhetssyn i hela produktframtagningsprocessen finns möjligheten att lyckas med produkter nya material, säger Tomas. Detta inkluderar parallellitet mellan produktkoncept och produktionskoncept.

Sammanfattningsvis avgörs en produkts konkurrenseffektivitet till stor del redan vid valet av hur den konceptuellt ska tillverkas. Det krävs både en kraftsamling av multidisciplinära kompetenser och resurser, liksom ett strukturerat arbetssätt för att ta fram riktigt bra konceptlösningar ur ett helhetsperspektiv. Konceptvalen bör ha gjorts innan produkten dimensioneras och tillverkningsprocessen bereds.

Den stora utmaningen är att nya lösningar måste tas fram ur ett helhetsperspektiv, där ett omfattande och strukturerat samarbete krävs, objektivt och faktabaserat. Det omfattar organisationsutmaningar, nuläges- och konkurrensanalys, teknik för aktuella koncept; behov, arbetssätt, verktyg, risker … Sedan gäller det ”bara” att dra rätt slutsatser från alla utmaningar!

flera_material3

Tomas Luksepp, Swerea IVF.

Text: Björn Stenvall



X