Demonte olarak üretilmiş çeşitli tiplerdeki ev sandalyelerinin mukavemet özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Sandalye üretiminde, bitmiş ürün tüketiciye monte ve demonte olmak üzere iki farklı yöntemle sunulabilmektedir. Bu iki yöntem, üretim süreci, paketleme, lojistik, bağlantı elemanları vb. süreçlerde farklılıklar içermektedir. Bu farklılıklar ise ürünün maliyetini, kalitesini ve müşteriye sunumu etkilemektedir. Gerek monteli gerekse demonte sandalyeler kullanıcılar için aynı fonksiyona hizmet etmek amacıyla üretildikleri için demonte sandalyelerin mukavemetinin de monteli sandalyelerin mukavemet değerlerine getirilmesi zorunluluktur. Bu çalışmada, Türkiye Mobilya Endüstrisinde faaliyet gösteren, yaklaşık 90 farklı model sandalye üretip yıllık yaklaşık 630.000 sandalye üretimi gerçekleştiren bir üretici firmada demonte olarak üretilen çeşitli tiplerdeki ev içi kullanım sandalyelerinin, mühendislik tasarımı yaklaşımıyla ve ürün mühendisliği yöntemleri uygulanarak mukavemet özelliklerinin geliştirilmesi ve optimizasyonu yapılmıştır. Bu amaçla, firmada Doğu kayını (Fagus orientalis L.) odunundan ve birleştirme yerlerinde mekanik bağlantı elemanları kullanılarak demonte bir şekilde üretilmiş, müşteri şikâyetlerine göre kullanıcılar ve firma tarafından yeterli mukavemete sahip olmadığı belirlenen ve firmanın ürettiği tüm sandalye popülasyonunu temsil edecek özelliklerdeki 10 farklı tipte sandalye seçilmiştir. Öncelikle, firmadan temin edilen sandalyeler, ALA (American Library Association Technology Reports) sandalye mukavemet test yöntemlerindeki prensiplere uygun olarak devirli basamaklı artan yükleme (cyclic stepped increased loading method) metoduna göre performans testlerine tabi tutulmuş ve sandalyelerin mevcut durumdaki mukavemetlerine ilişkin sayısal veriler elde edilmiştir. Sandalyeler, belirtilen metotlardaki yükleme yönlerine göre; `önden arkaya`, `arkadan öne` ve `yanal` yönde yüklemelerle test edilmişlerdir. 10 sandalye modeli, 3 yükleme yönü ve her modelden 5 yineleme olmak üzere toplam 150 adet sandalye performans testlerine alınmış, daha sonra da test edilen sandalyelere ilişkin performans değerleri, ALA' da `hafif`, `orta` ve `ağır` kullanımlar için belirtilmiş olan kabul edilebilir tasarım yükleri ile karşılaştırılarak performansları değerlendirilmiştir. Bu aşamadan sonra, deney sonuçlarından elde edilen maksimum yük değerlerine göre, sandalyelerin, bilgisayar destekli üç boyutlu yapısal analizleri yapılmış ve zayıf noktalar belirlenmiştir. Bilgisayar destekli yapısal analizler için bir sonlu elemanlar analizi (Finite Element Analysis) yazılımı olan `ANSYS Workbench` programından yararlanılmıştır. Aynı program sayesinde, bilgisayar ortamında her bir sandalye modeli için, belirlenen zayıf noktalar dikkate alınarak mukavemet geliştirici optimizasyon alternatifleri gerçekleştirilmiştir. Mukavemet geliştirici optimizasyonlar için ek deneyler de gerçekleştirilerek sonuçta; ön ve yan kayıt genişliklerinin arttırılması, ön ve arka ayaklara vidalanan zamak dübel çapının düşürülmesi, birleştirmelere metal köşe destek elemanı ilavesi, ikilemelerde zıvanalı-tutkallı olan modellerde zıvanaların boşluk (tolerans) bırakılmadan ve pürüzlü yüzeyli olarak üretilmesi olarak belirlenmiştir. Son olarak, optimizasyonlar içerisinden belirlenen rasyonel alternatiflere göre, geliştirilen her bir sandalye modelinin prototipleri, görünüşü değiştirilmeden, orijinal modellerle aynı üretici firmada ve aynı üretim koşullarında üretilmiş olup, yine 150 adet geliştirilmiş model sandalye ALA' daki performans testlerine tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlar, orijinal modellerle ve yapısal analiz sonuçları ile karşılaştırılarak değerlendirilmiş ve yeterli mukavemete getirilemediği tespit edilen sandalyeler için alternatif optimizasyonlara göre istenilen mukavemet değerlerine ulaşılıncaya kadar bu aşama devam ettirilmiştir. Çalışmanın sonucunda, piyasadaki bir üretici firma tarafından üretilen ve yeterli mukavemete sahip olmadığı belirlenen demonte sandalyeler, performans testlerini de kapsayan ürün mühendisliği yöntemleri ile geliştirilmiş ve ev içi kullanımlar için gerekli performans değerlerini karşılamaları sağlanmıştır. Ayrıca, mühendislik tasarımında sonlu elemanlar analizi kullanılmış olup, bilgisayar destekli üç boyutlu yapısal analizlerin sandalyelerin genel mukavemeti açısından makul değerler verdiği sonucuna varılmıştır. Buna göre, yapısal analiz yöntemleri firmanın Ar-Ge süreçlerine dâhil edilmiştir. Çalışmanın, piyasadaki bir üretici firma ile ortak olarak yapılmış olması; direk olarak bilginin ticarileşmesi ve toplumsal yarara dönüştürülmesi dolayısıyla da insanların yaşam kalitelerinin arttırılmasına katkı sağlayacaktır. Ayrıca bu çalışma, Türkiye'de firmalarda Ar-Ge kültürünün yerleşmesini, Ar-Ge' ye gereken önemin verilmesini ve mobilya ürün mühendisliği yöntemlerinin firmalarda sistematik bir biçimde uygulanmasını teşvik etmek adına önem taşımaktadır.

In the chair production, finished product can be served to the customers in two different ways; mounted and portable. These two methods could be differ from different process such as packing, transferring and fasteners. These differences effect the cost, quality and service of the product. Either mounted or portable chairs are produced due to serve to the same function for users, strength of mounted and portable chairs have to be the same. In this study, strength properties of different types of portable household chairs were improved with the engineering design approach and by using the product engineering methodology. All chairs were manufactured in a producer which has manufactured annually 630.000 chairs in 90 different specific models for the Furniture Industry of Turkey. For this purpose 10 different types of chairs were chosen that represent all chair population produced in the company. These chairs were constructed of Turkish beech (Fagus orientalis L.) and assembled as portable by using mechanical fasteners in the related joints. 10 chair models were chosen by taking into consideration of customer feedbacks and confirmation of the company. Primarily, all chairs provided from the company, were subjected to the performance tests by using cyclic stepped increased loading method in terms of ALA (American Library Association Technology Reports). These chairs were tested as it mentioned in the method; front-to-back, back-to-front and sidethrust loads. Totaly, 150 tests were applied (10 chair model, 3 loading direction, 5 replication for each = 150), than performance values of the chairs evaluated by comparing with allowable design loads (light service, medium service and heavy service) in terms of ALA.After this phase, in terms of maximum loads obtained from the tets; computer aided structural analyses of chairs were performed and weak points were determined. For the computer aided structural analysis, ANSYS Workbench was utilized that is finite element method software. Thanks to the same software, considering the determined weak points, strength improvement optimization alternatives were carried out for each chair in virtual environment. After the strength improvement optimizations were made, it was decided that increasing the width of front and side rails, decreasing the diameter of zamak pin, using the additional metal corner support elements and manufacturing the tenon surface as rough and without tolerances. In conclusion, after the optimizations of chair strength, each prototype of imroved chair models were manufactured in the same company and 150 improved chairs were tested in terms of ALA. Results were compared with the results of initial models and the chairs that couldn't achieve the required strength were been continued testing until they reach to the required values. At the end of study, weak portable chairs that manufactured in a company were improved with product engineering methodhology. Furthermore, finite element analysis was used in the engineering design process and results of 3D computer aided structural analyses gave reasonable results in terms of the general strength of chairs. Accordingly, structural analysis methods were integrated to the R&D process of the company. Cooperation with a producer; will enable the knowledge to be transformed to the sector; hence life quality of human will be enhanced. Besides this study, have importance with regards to enhance the R&D culture in Turkish companies and encourage to the companies for giving due importance to apply the furniture product engineering systematically.