4. Analysera alternativa lösningar

Transkript

1 4. Analysera alternativa lösningar 4.1 Inventera kända koncept och idéer För att få en bra översikt och spänna upp hela lösningsmängden inventeras kända koncept utifrån hur väl de utför huvudfunktionen. Då projektet är nytt, och inga tidigare lösningar finns, går det inte att analysera konkurrenter eller tidigare modeller. Istället har huvudfunktionen delats in i olika underfunktioner där det undersöks hur olika koncept löser underfunktionen. I detta fall är huvudfunktionen att skydda och bära motor. Underfunktioner blir då vad den ska skydda motorn mot: Skydda motor mot vatten Skydda motor mot sand/damm Skydda motor mot UV-ljus ar på underfunktionen beaktas och hjälper när konceptet skall genereras. Inventeringen ger en blick över hur olika funktioner kan lösas och skall täcka in alla sätt som finns. Detta för att undvika att konkurrenten kommer med en lösning som inte uppmärksammats. Till en början listas olika koncept som kunde tänkas lösa en delfunktion. Följande koncept framkom: Kända koncept Utombordare Värmesköld på rymdfärja Pansarfordon Motorsåg Djuphavsrobot Gräsklippare Ripasso Energy SES Cleanergy Flygplan Dieselgenerator i öknen Oljepump i öknen Dammsugare Goretex Torktumlare Solfångare Vindkraft MC-väska Gasmask Mobil hajfenan

2 Solkräm Markis Bil MC Marin elmotor Truster Kompositisolatorer Plastdamm Elektriska kretsar Lastpall Spegelpanel Däck Takfärg För att komma vidare undersöks hur de befintliga koncepten löser det specifika problemet. De mest intressanta koncepten listas för att få en bättre översikt tillsammans med deras respektive funktion samt huvudprincipen av hur de löser problemet. 4.2 Fastställande av referenslösning Ett antal lösningar väljs ut till vidare inventering för att sedan elimineras till det bästa konceptet ur respektive underfunktion och en superlösning skapas, en referenslösning. Referenslösningen är alltså ett hopplock av lösningar från olika produkter och dess problem. Dock ska referenslösningen vara en realiserbar lösning så att geometrier och material matchar varandra. Skydd mot vatten Funktion: Skydda motor mot vatten Utombordare Vindkraftverk Goretex Plastdamm Elektriska kretsar Lastpall Tätningslister Avrinnande geometri Vattenavstötande material Gjutna i ett stycke Ingjutning Impregnering (ytbehandling) en avser skydda mot väta i mer eller mindre påfrestande miljöer med olika typer och förutsättningar av nederbörd. Således undersöks kända koncept inom utombordsmotorer, goretex, vindkraft, samt flygplan som fyller samma skyddande funktion mot vattnets påverkan på motorn. I fallet med utombordaren är principen en avtagbar kåpa i ett lätt, korrosionsresistent material (plast, kolfibrer eller aluminium) och med tätningslister vid fogarna. Detta koncept är svagt ur tätningssynpunkt då det ska vara lätt att lossa. Tätningsnackdelarna kompenseras upp av motorns interna komponenter genom speciella ytbeläggningar som ej faller inom projektets ramar.

3 Principen med goretex är att hindra vattendroppar att passera genom att utnyttja porer som är mindre än själva vattendroppen samtidigt som materialet kan andas på grund av att porerna tillåter ånga att passera. Konceptet är intressant men ställer frågor rörande kvalitén. Goretexmaterial kräver underhåll vilket projektet syftar att reducera. Goretex är vanligast i textiler, vilka är ömtåligare mot mekaniska påfrestningar som även vatten kan utgöra i form av is och hagelstormar. Tätningar beror av hur fästningen sker av materialet vilket inte tas upp i frågeställningen om hur goretex skyddar mot väta. Inom flygindustrin är kravet på vattentäta höljen högt. Oftast utnyttjas ytbehandlade metallegeringar för ändamålet och skumplasttätningar är vanligt. Tekniken återfinns inom vindkraftsindustrin som har mycket gemensamt med den aktuella produkten gällande hur funktionen löser vattenproblemet. De generella kraven på livslängd (25år), återvinning och reducerat underhåll på motorskyddet är också att jämföra. En detalj att beakta i vindkraftverken är höljets utformning där den ovala geometrin underlättar strömningen och således avrinningen. Med likheter i krav, miljö och hur funktionen uppfylls är vindkraftverkets motorhus en rimlig referens i avseendet om hur skyddet skyddar mot vatten. Skydd mot sand/damm Funktion: Skydda motor mot sand/damm Ericsson hajfenan Tätningslister i silikon Lagerhus Lagertätningar Elektriska kretsar Ingjutning Plastdamm Gjutna i ett stycke Dammsugare Filter med porer mindre än dammpartiklar en skall även skydda motorn mot sand och damm. För att helt stänga ute partiklar i form av sand och damm bör en solid lösning väljas med så få skarvar och öppningar som möjligt. Det är dock inte möjligt då det krävs någon form av luftgenomströmning i skyddet för att föra ut vätgas vid eventuellt läckage. Luft ska kunna röra sig fritt in och ut ur skyddet medan andra partiklar måste stängas ute. Koncept som har liknande problem är dammsugaren där luften som sugs in tillsammans med damm och smuts måste föras ut igen, separerat från smutsen. Ett liknande problem är när inandningsluften måste renas från skadliga partiklar i gasmasker. Ytterligare exempel på damm- och sandtålig produkt är kulttelefonen hajfenan, här ställs dock inget krav på att någon luftgenomströmning ska kunna ske. Det skyddande höljet bör också vara motståndskraftigt mot de blästringseffekter sand kan medföra i starka vindar. Dammsugare Merparten av damm och smuts som sugs upp med dammsugaren innesluts i dammsugarpåsen. För att ytterligare minimera partikelutsläpp vid utblåset används i dagens dammsugare ett HEPA-filter. Filtret ska kunna rensa bort 99,5% i storlek av 0.3 mikrometer. Större partiklar rensas bort i högre utsträckning.

4 Gasmask Den svenska försvarsmakten använder sig av skyddsmask 90 med NBC filter 381. Masken ska ge skydd mot kemiska och biologiska stridsmedel, radioaktivt damm, tårgas, sotpartiklar och värmestrålning. Hajfenan Ericssons mobiltelefon R310, mest känd som hajfenan, utformades och marknadsfördes för att vara extremt stryktålig. Ett skal av hårdplast med goretexmembran och silikonpackningar förhindrar fukt, damm och smuts från att tränga in i telefonen. I referenslösningen väljs ett filter vid de öppningar som kräver luftgenomströmning. Vid eventuella skarvar och kanter väljs silikonpackningar för att sluta tätt. Skydd mot UV Funktion: Skydda motor mot UV Utombordare Gräsklipparkåpa Markis Spegelpanel Däck Takfärg Solkräm UV-stabilisator Material Skugga Reflektera Kimrök som absorberar UV UV-beständig beläggning Fysikaliskt och kemiskt filter UV-strålning är ljus med kortare våglängd än vanligt synligt ljus och de korta våglängderna kan bryta ner material och därför behövs skydd mot det. Solkräm De vanligast förekommande ämnena i solkräm som verkar som fysikaliskt UV-filter är titandioxid och zinkoxid. Det finns även kemikaliska UV-filter i solkrämer, t.ex. Butyl Methoxydibenzoylmethane och Octocrylene. Takfärg En UV-beständig beläggning som används i takfärg är Noxyde, där skyddar kemiska bindningar mot UV-strålningen. Markis Det är själva tyget i en markis som utgör skyddet mot UV-ljus. Det skuggar det som ska skyddas på distans. Tyget som används kan vara exempelvis nylon eller polyester.

5 Gräsklipparkåpa Kåpan till gräsklippare utgörs ofta av en aluminium eller en aluminiumlegering som står emot UVstrålning mycket bra. Utombordare Skyddet mot UV-ljus för utombordare utgörs av plastkåpan. För att öka plastens resistans mot UVljus tillsätts UV-stabilisatorer vid plastens tillverkning. Dock åldras plast när det exponeras för UVstrålning. Vid en utvärdering av vilken metod som skulle fungera bäst så faller ett par bort omedelbart. Ämnena som skyddar mot UV-ljus i solkräm är miljöfarliga i större mängder vilket gör den till en mindre lämplig metod i detta fall. Projektet strävar efter att inte ha någon miljöpåverkan under drift vilket i så fall inte skulle uppfyllas. Att använda tyg som UV-skydd av stirlingmotorn faller också bort. Det är svårt att producera en typ som stoppar nästintill allt UV-ljus. Då återstår tre metoder, ett skydd i aluminium/stål eller ett av plast, eller något material med en ytbeläggning. Den metod som resoneras fram som referenslösning för exponering av UV-ljus är ett hölje i aluminium pga. dess UV-resistenta egenskaper och pris. Skydd mot solkrona Funktion: Skydda motor mot solkrona Värmesköld på rymdfärja Befintlig lösning (Cleanergy) Extremt värmebeständigt material Keramikplattor Från spegelparabolen i solkraftverket kommer en koncentrerad ljuskrona in i mottagaren. Dock finns det risk att fokus ibland kan ligga utanför mottagaren. Då behövs där ett skydd som klarar uppemot 6000 grader celsius. De två befintliga lösningarna som listas är värmeskölden på en rymdfärja och keramikplattorna på Cleanergys befintliga lösning. Att använda delar från en rymdfärja är att överdimensionera. Därför är keramikplattorna den bästa lösningen för referensen.

6 Bära upp motor Funktion: Bära upp motor Motorcykel Vindkraftsverk Stålram Stålram av profiler En relevant referenslösning som bär upp en motor är olika typer av fordonschassin såsom personbil, motorcykel, lastbil och buss. Hos motorcykeln begrips den enklast där motorn är bultad direkt i ramen (chassit). Motorns fästpunkter är placerade på fördelaktiga ställen för motorns konstruktion och för en balanserad upphängning med avseende på tyngdpunkt och rådande krafter. Motsvarande fästpunkter på ramen måste passa ihop med motorns varför de konstrueras efter dessa. En motorcykels ram består i allmänhet av ett ramverk i stålrör med bitvis fackverkskonstruktion. Vindkraftverks växellåda och generator fixeras genom en bärande ram av stålprofiler. För att kraftverket skall fungera optimalt måste det kunna röra sig efter vinden. En motor som kan rotera maskinhuset och vingarna 360 grader krävs och därmed även en interaktion och infästning med ramen. Denna funktion skall inte höljet till stirlingmotorn ha varför denna referenslösning inte har lika stor betydelse. Ett krav från Cleanergy är att konstruera upphängningen av motorn efter fyra stycken fixa fästpunkter. Här ses stor likhet med upphängningen av motorcykelmotorn vilket gör att detta blir referenslösningen för produktens bärande funktion. Ventilering av motor Delfunktion: Ventilera motor - Fläkt -. Tvärdrag - Öppen lösning Motorskyddet måste vara utrustat med ett ventilationssystem då ett eventuellt vätgasläckage skulle inträffa. För att undvika att gasen blir ståendes i skyddet bör den forslas ut, vilket kan utföras med olika metoder. Det ultimata vore om motorn inte var innesluten, detta är emellertid omöjligt då andra krav måste uppfyllas. Ett naturligt tvärdrag bildas av två öppningar i skyddet, denna metod är dock svår att kontrollera. Övertryck inuti skyddet kan skapas med hjälp av en fläkt som blåser in ny luft och tvingar ut gasen. Valet till referenslösningen blir således ett fläktsystem.

7 Lossa skydd från motor Delfunktion: Lossa skydd från motor - Knäppen -. Glidskena - Gångjärn med knäppen - Bultar - Dragkedja En delfunktion vid service är att lätt kunna lossa skyddet från motorn. Parametrar som vägs in i detta fall är enkelhet att lossa, täthet och geometri. Knäppen Knäppen runt om skyddet pressar ihop höljet och bottenplattan. Knäppen är relativt täta, samtidigt är de enkla att koppla loss vilket kan utföras snabbt med en hand och utan verktyg. Höljet kan därefter lyftas av. Glidskena En annan lösning är att ha en geometriskt utformad glidskena som hakas i. En nackdel är att det aldrig går att göra en glidskena riktigt tät. En annan nackdel är att det tar plats att dra ut höljet från glidskenan. Gångjärn med knäppen Fungerar som med knäppen med skillnaden att ena sidan har gångjärn och knäppen som lossas på motsatt sida. Dock krävs en större geometri vilket är negativt. Bultar Fungerar på samma sätt som med knäppen genom att de pressar ihop höljet och bottenplattan. Nackdelen här är dock att det tar längre tid och behövs verktyg för att lossa höljet. Dragkedja Vid en tyglösning hade en dragkedja kunnat vara ett bra alternativ då den kan göras tät och kräver inga extra verktyg för att lossa. Som referens valdes knäppen då den lösningen hade flest fördelar.

8 Av/påhängning på plattform Delfunktion: av/påhängning på plattform Skruv och mutter Bulta -. Automatiskt interaktion med truck en med motor skall fixeras på solkraftverket. Fyra färdiga fastsättningspunkter är givna varför anpassning efter dem är nödvändig. Automatisk interaktion med truck är en för komplicerad lösning vilket gör att skruv och mutter väljs som referenslösning för att bulta fast produkten. Sammanställning av referenslösning För att sammanställa referenserna: Referenslösning: Hölje i aluminium som knäpps fast med knäppen i en stålram och tätas med silikon. Keramikplatta som skydd mot ljuskrona. Fläkt med filter som ventilation. Höljet och ram bultas sedan fast på plattformen. Referenslösningens kundvärde Referenslösningen som tagits fram är en blandning av de bästa lösningarna som redan finns på marknaden. Alltså skulle alla i princip kunna producera denna idag. För att säkerställa att produkten som utvecklas kommer vara konkurrenskraftig på marknaden ska den minst ha samma kundvärde som referensen men helst bättre. Efter konceptgenerering jämförs de med referenslösningen för att fastställa vilka som har vinnande kundvärde. Kundvärdet definieras som kvoten av täljaren som utgörs av lösningens funktionella prestanda och nämnaren som utgörs av kundens kostnader för lösningen. För att illustrera kundvärdet på referensen skapas en matris där referensens prestanda bedöms utifrån hur väl funktionerna uppfylls.

9 Kundvärdesmatris Funktion Prestandamått Enhet Referens Delsystem Huvudfunktioner: Hölje skyddar motor IPklassificering/beräkningar IP/UVindex IP66*/20** Ram bär motor Simulering/beräkning % 100% Ram Vattenskydd, dammskydd och UVskydd Tilläggsfunktioner: Knäppen fäster hölje Simulering % 100% Öppningsbart hölje Stödfunktioner: Fläkt ventilerar motor CE-klassificering % 100% Fläkt Keramikplatta skyddar hölje/motor Termisk konduktivitet W/mK 0.33 Skydd för ljuskrona Oönskade funktioner: Hölje hindrar service Testpanel % 100% Öppningsbart hölje Kostnader: Tillverkningskostnad SEK <3000 * Dammtät, ingen inträngning av damm. Klara tung sjö eller spolande kraftiga strålar från godtycklig riktning. ** UV-index är ett mått på styrkan av den skadliga delen av solens UV-strålning. I Sverige ligger den på ca 0-8 men i områden runt ekvatorn kan värdet gå upp till 2

10 Lista delsystem för referensen Delsystemen i referenslösningen listas för att få en överblick av innehållande system för att lättare kunna skapa en funktionell modell. De listade delsystemen baseras på huvudfunktionerna och de viktigaste tilläggs- och stödfunktionerna. Vattenskydd Dammskydd UV-skydd Skydd för solkon Ram Ventilation Av-och påhängningssystem Öppningsbart hölje

11 Funktionell modell Nedan beskrivs referensen med avseende på funktioner och system i en så kallad funktionell modell. Den streckade ramen utgör systemgränsen. Funktionerna inom systemgränsen utgörs av huvud-, tilläggs-, stöd- och oönskade funktioner som tidigare är kartlagda. Här tydliggörs deras sammankoppling, vilka som är i direkt kontakt respektive indirekt kontakt med brukaren. Även de oönskade funktionernas inverkan framställs och analyseras genom modellen. Utanför funktionslådan eller black box beaktas vad som är i direkt kontakt med kunden. I detta fall: black box skyddar och bär motorn. För kunden är det som sker inuti lådan irrelevant så länge huvudfunktionerna (skydda och bära) uppfylls. Utanför syns också hur användaren erfar de oönskade funktionerna dvs. hinder för service av motorn. I Funktionsmodellen nedan urskiljs också att service av motorn är en oönskad funktion. Dock är denna oönskade funktion utom projektets ramar ty det tillfaller Cleanergys projekt. Den funktionella modellen ger en god överblick över alla ingående delsystem och hur de samverkar. Detta underlättar vid nästa steg i produktutvecklingen, konceptgenereringen. Där möjliggör den att fokusera på ett delsystem åt gången, utan att tappa helhetsbilden. Detta leder till ett mer strukturerat arbete och ett bättre resultat. De oönskade funktionerna är nödvändiga för referensens funktionalitet. Det är av hög relevans att beakta dessa för att sedan i det egna konceptet eventuellt eliminera dem och på så vis erhålla ett högre kundvärde. Önskad funktion Oönskad funktion Delsystem Funktionsmottagare Brukare Systemgräns

12

13 Källförteckning