Sandvik Ranger DXi on pintaporauslaitteiden uusi sukupolvi, jonka muotoilussa ei jätetty mitään sattuman varaan. Muodonmuutoksella on ollut ilo olla mukana uuden laitesarjan muotoilussa, joka sisälsi useamman konseptointikierroksen ennen varsinaista tuotantoonsaattamista.
Sandvik Ranger DXi -pintaporauslaitteiden muotoilulliset ratkaisut syntyivät monivaiheisen prosessin kautta. Ennen varsinaista muotoiluprojektia pohdittiin syvällisesti, millaisia maan päällä operoivat porauslaitteet ovat vastaisuudessa. Näiden linjausten jälkeen suuntaviivoja ryhdyttiin tekemään todeksi aloittamalla ensimmäisen Ranger DXi -laitteen konseptointi ja suunnittelu.
Projektissa keskityttiin sekä laitteen ulkoasuun kateosineen että ohjaamoon hallintalaitteineen. Tässä artikkelissa käsitellään ennen kaikkea porauslaitteen ulkopuolen muotoilua. Ohjaamon sisäpuoleen ja hallintalaitteisiin paneudutaan tuonnempana julkaistavassa toisessa osassa.
Kaikki alkoi kartoituksella ja tulevaisuuden suuntaviivojen hahmottamisella
Ennen kuin varsinainen Ranger DXi -projekti alkoi, tuotteistoa kartoitettiin ja konseptoitiin kokonaisuutena. Huolella muotoiltu tuotteisto erottuu edukseen, joten eheä ja tunnistettava muotoilu on toimiva tapa kasvattaa kilpailukykyä ja rakentaa vahvaa brändiä.
Kuvallistaminen oli tässä vaiheessa vielä hyvin alustavaa, ja sen tarkoitus oli ennen kaikkea hahmottaa isoja linjoja.
Projektin alussa tehtiin lukematon määrä karkeita luonnoksia, joilla haettiin käyttökelpoisia suuntaviivoja konseptoinnille.
Ensimmäisellä konseptointikierroksella luotiin laitetutkielmia
Kokonaisuuden konseptoinnin jälkeen käynnistettiin Ranger DXi:n alustava konseptointi, jota voitiin tehdä vielä verrattain vapaasti vailla liian suuria rajoitteita.
Alustavassa konseptoinnissa tehtiin nopeita tutkielmia rakenneteknisistä ja muotoilullisista ratkaisuista sekä osien modulaarisuudesta, johon usein pyritään työkoneiden muotoilussa. Toisin kuin autoteollisuudessa, Suomessa valmistettavien työkoneiden tuotantomäärät ovat verrattain pieniä, joten suunnittelemalla koneet modulaarisiksi voidaan parantaa kustannustehokkuutta.
Alustavassa konseptoinnissa tehtiin tutkielmia muun muassa muottityökalulla valmistettavista kateosista sekä levytyökeskuksella valmistetuista kateosista, joita voi muokata ilman muottimuutoksia.
Alustava konseptointi tuotti yhtäältä tarkoituksenmukaiset raamit ja järkevät lähtökohdat Ranger DXi:n varsinaiselle konseptoinnille. Toisaalta tuotekehitysryhmä pystyi nopeiden tutkielmien avulla arvioimaan teknisten ratkaisujen ja eri ominaisuuksien tarpeellisuutta suhteessa valmistuskustannuksiin.
Alustavassa konseptoinnissa tutkittiin myös joitakin koetelluista ratkaisuista poikkeavia ideoita, mutta niistä luovuttiin perusteellisen arvioinnin jälkeen.
Toinen konseptointikierros hahmotteli kokonaisuutta
Isojen linjojen hahmottelun ja ensimmäisen alustavan konseptoinnin jälkeen vaatimusmäärittely Ranger DXi:n konseptoinnille oli valmis, joten oli aika siirtyä eteenpäin.
Toisella kierroksella keskityttiin konseptoimaan varsinaista laitetta sopimaan osaksi kokonaisuutta. Samoin pureuduttiin aiempaa tarkemmin modulaaristen kateosien konseptointiin.
Toisen konseptointikierroksen luonnoksista kannattaa panna merkille muun muassa alatyövalojen välissä oleva ikkuna, joka parantaa näkyvyyttä telan kärkeen, sekä yhteen suuntaan kaareva etulasi, joka jatkuu ohjaamon katolle. Ylätyövalot on integroitu kalterirakenteeseen, mikä yhtenäistää ulkopuolisten rakenteiden ilmettä.
Kakkoskierroksella tutkittiin myös erilaisia vaihtoehtoja katemateriaaliksi. Valinta päätyi lopulta syvävedettyyn teräkseen, sillä kyseisellä tekniikalla saa tuotettua mittatarkkoja ja muotojäykkiä osia, jotka eivät vaadi erillistä runkoa. Ratkaisun muottikustannukset eivät ole edullisimmasta päästä, mutta niitä voi kompensoida kateosien modulaarisuudella ja sillä saavutettavilla suuremmilla tuotantomäärillä. Samaten tuotteen pitkä elinkaari helpottaa takaisinmaksua.
Syvävedetyn teräksen käytöstä oli myös hyviä kokemuksia aiemmista projekteista. Samaten ympäristösyyt puolsivat teräksen käyttöä – se kun on täysin kierrätettävää.
Toisen vaiheen tutkittaviin asioihin lukeutui myös etulasin kallistuksen suunta. Konseptitutkielmien avulla pohdittiin, olisiko taaksepäin kallistuva lasi toimiva vaihtoehto.
Kolmannella konseptointikierroksella keskityttiin modulaarisuuteen
Modulaarisuuden kehittämiseksi nähtiin paljon vaivaa, sillä sen ansiosta eri kokoluokan porauslaitteiden katteet voidaan toteuttaa kustannustehokkaasti.
Suurissa laitteissa katteiden korkeutta kasvatetaan kateosien alareunasta, jolloin kateosat voidaan tehdään samoilla muottityökaluilla kuin pienemmän kokoluokan kateosat. Rungon peräosassa näkyvät myös targakaaret, joilla voidaan säätää laitteen kokoa sekä pituus- että leveyssuunnassa. Takakulmien kateosat ovat samanlaiset kummallakin puolella, mikä osaltaan parantaa kustannustehokkuutta.
Myös ohjaamo suunniteltiin alun perin modulaariseksi, mutta suunnittelun edetessä ohjaamo päädyttiin loppujen lopuksi toteuttamaan yhdessä koossa.
Modulaarisuuspohdintojen lisäksi konseptoinnin kolmannessa vaiheessa ratkaistiin monia muita tärkeitä asioita. Muun muassa etulasin kaltevuuden suunta jalostui lopulliseen kulmaansa – etulasi on alareunastaan sisään vedetty. Eteenpäin kallistetun etulasin ansioista laitteeseen nousu on helpompaa, sillä hartioille jää enemmän tilaa ohjaamon kynnykselle noustessa. Samaten näkyvyys ylös puomistoon paranee, kun kattoikkunan kokoa voi kasvattaa. Eteenpäin kallistettuun lasiin ei myöskään kerry niin paljon pölyä tai muuta likaa.
Etulasi päädyttiin kallistamaan eteenpäin, sillä se helpottaa laitteeseen nousua ja parantaa näkyvyyttä puomistoon. Oveksi valikoitui lasiovi, sillä se takaa hyvän näkyvyyden ja on edullinen valmistaa.
3D-mallinnusta ja prototyyppeilyä
Kun Ranger DXi oli saanut eri konseptointivaiheiden kautta pääpiirteiset muotonsa, oli aika tuottaa 3D-mallit koko laitteesta mekaniikkasuunnittelijoille ja ohjaamon päägeometriasta runkorakenteiden suunnittelua, lujuuslaskentaa ja näkyvyysaluetarkastelua varten.
Muodonmuutos teki myös laitteen syvävedetyistä kateosista 3D-mallinnukset yhdessä Sandvikin mekaniikkasuunnittelijoiden kanssa. Ne helpottivat alihankkijoiden kartoittamista ja mahdollistivat osien valmistettavuuden arvioinnin yhdessä valmistajien kanssa.
Konseptiin keskeisesti kuuluvat modulaariset kateosat 3D-mallinnettiin alihankkijakartoitusta ja valmistettavuuden tarkastelua varten.
Myös laitteen peräosaan tuleva vesisidontasäiliö konseptointiin, ja siitä tuotettiin 3D-malli rotaatiovalutekniikkaa varten.
Vesisidontasäiliön konseptoinnissa syntyi oivallus: samaa rotaatiovalutekniikalla valettua osaa voidaan vaihtoehtoisesti käyttää myös työkalukaappina.
Ranger DXi:n kehitystyössä hyödynnettiin myös fyysisiä prototyyppejä. Kateosista esimerkiksi valmistettiin amino-painomuovaimella alumiiniset prototyypit, joilla tehtiin katteiden käyttö- ja lämpötestit.
Amino-painomuovaimella tehdyt alumiiniset kateosat sopivat hyvin protoiluun. Niiden muotit voidaan nimittäin valmistaa MDF-levystä, jolloin muottikustannukset jäävät erittäin alhaisiksi. Samaten vältetään riski, että lopullisessa tuotannossa tarvittavia kalliita syvävetomuotteja jouduttaisiin muokkaamaan.
Kateosista tehtyjen prototyyppien käyttö- ja lämpötestauksen jälkeen niiden 3D-mallit viimeisteltiin syvävetotekniikkaa varten.
Käyttö- ja lämpötestien jälkeen ja ennen syvävetomuottien valmistusta Muodonmuutos viimeisteli kateosien 3D-mallit useiden simulointikierrosten avulla yhdessä syvävetomuottivalmistajan kanssa. Simuloinnissa uros- ja naarasmuotin väliin puristettavan teräslevyn käyttäytymistä mallinnetaan ohjelmallisesti ja varmistetaan, ettei levy joko veny hallitsemattomasti, tyssäänny tai jopa repeä, kun se puristetaan katteeksi.
Jatkoa seuraa
Tässä artikkelissa käsiteltyjen ratkaisujen lisäksi Ranger DXi:n konseptoinnissa ratkaistiin kymmeniä ja taas kymmeniä muita asioita. Niistä suuri osa liittyi ohjaamon sisäpuoleen ja hallintalaitteisiin, jotka ovat äärimmäisen tärkeät työkoneita muotoiltaessa. Esittelemme niiden kehitysprosessin eri vaiheet Ranger DXi -juttusarjan toisessa osassa, joka julkaistaan tuonnempana.