Tmax en ny familj effektbrytare med gjuten kapslingttechnology. Simone Ambruschi, Renato Dosmo

Transkript

1 Generation Review Tmax en ny familj effektbrytare med gjuten kapslingttechnology Simone Ambruschi, Renato Dosmo Hård konkurrens och behovet att behålla eller öka marknadsandelen tvingar tillverkare av utrustning för lågspänningsdistribution att ständigt förbättra sina produkter. Många av produkterna har idag nått en viss grad av mognad. En blandning av spetsteknik, återkoppling från marknaden och miljömedvetenhet behövs för att garantera innovativ produktkonstruktion och för att ge verkligt mervärde åt kunderna. Tmax-effektbrytarna med gjuten kapsling har tagits fram med detta och andra krav från moderna användare i åtanke. T vå grupper tillverkare kan urskiljas då det gäller lågspänningsdistribution: en liten grupp väl etablerade globala aktörer och en mycket större grupp av små till medelstora företag som verkar på respektive lokala marknader. Den första gruppen erbjuder höggradigt standardiserade produkter med hög teknisk nivå för de stora tillämpningarna med motsvarande prestanda-, service- och installationsegenskaper. Den senare gruppen erbjuder ett betydligt mer begränsat utbud av lösningar, och de håller lägre teknisk nivå. Å andra sidan är deras lösningar specifikt konstruerade för de krav som respektive hemmamarknad ställer. ABB SACE är av tradition ett starkt företag på hemmamarknaden med sina effektbrytare med gjuten kapsling. Dessa har förblivit marknadsledare trots intensiv konkurrens. På exportmarknaderna ser det emellertid helt annorlunda ut. Här slåss de globala företagen aggressivt om marknadsandelarna, och de slår ut även mycket starka och välpositionerade lokala tillverkare som försöker konkurrera på hemmaplan. Det var mot denna varierade och komplexa bakgrund som ABB SACE utvecklade sin affärsstrategi med ökande marknadsandel över hela världen, insteg på nya områden och förbättrad kundsupport och utbildning. Det ambitiösa syftet som ligger bakom denna strategi var att uppfylla många olika kundkrav, samtidigt som hög prestanda och tillförlitlighet garanteras. Detta realiserades med en ny serie högt standardiserade effektbrytare med gjuten kapsling som även uppfyller lönsamhetsmålen för ett modernt marknadsorienterat företag. Det stod klart redan från början att första steget måste bli att på djupet analysera den rådande marknadssituationen och till fullo förstå kundernas behov. Den globala marknadsplatsen valdes för denna forskning, vilket involverade både ABB:s försäljningsorganisationer och de direkta användarna (utrustningsbyggare, grossister, OEM-kunder etc.). Totalt besöktes mer än 250 kunder. Insamlade data gjorde det möjligt för ABB att fokusera på kundernas precisa behov och på de aspekter och egenskaper som kunderna faktiskt betraktar som viktigast. ABB tidning 2/

2 Technology Review Denna viktiga återkoppling utökade ABB SACEs breda erfarenhet av konstruktion och tillverkning av effektbrytare för lågspänning. Den gjorde det möjligt för ABB SACE att definiera produktkarakteristiken. Så snart detta hade avslutats följde en teknisk genomförbarhetsstudie med avancerade simuleringsverktyg. Nästa steg var en ekonomisk genomförbarhetsstudie, varefter en teknisk produktspecifikation utfärdades. Den tekniska produktspecifikationen definierade funktions- och prestandakraven, liksom aspekter på produktion, kvalitetsledning och styrning allt i enlighet med de procedurer som definieras i kvalitetsstandarden ISO Resultatet av detta arbete, vilket även drog fördel av synergieffekter inom områdena datainsamling, analys och syntes, var Tmax ABB SACEs nya serie effektbrytare med gjuten kapsling 1. Konstruktion och produktion Ett arbetssätt med parallell konstruktion tillämpades under utvecklingen av de nya effektbrytarna, för att standardisera så många av komponenterna som möjligt. Utvecklingen av samtliga produkter, vilken involverade såväl leverantörer som ABB-avdelningar, kunde därför fortgå så gott som simultant. Leverantörerna engagerades i utvecklingen av de olika delarna av effektbrytarna redan från början. Syftet var att förenkla produktkonstruktionen och dra maximal fördel av de avancerade tekniska lösningar som erbjuds av de mest innovativa företagen och specialisterna inom sektorn. Metoden med parallell konstruktion och involvering av leverantörer i rätt tid innebar en betydande minskning av produktens tid till marknad. Detta ger ett antal fördelar: Kundernas behov kan uppfyllas snabbare. Ny teknik kan utnyttjas bättre. Minskad inverkan på produktionen: färre förändringar efter lansering Ökat kassaflöde. 1 Generation T. ABB SACEs nya Tmax-familj av effektbrytare med gjuten kapsling 24 ABB tidning 2/2001

3 2 Strömbaneoptimering. Kopparfördelningen är optimerad 3 Kapslingsmotståndskraft deformation av modellen utgående från beräknade temperaturvärden. Förbättring av marknadsandelen. ABB:s image förbättras. Fjorton projektgrupper skapades inom ABB och fick samma antal projektledare. Projektledarna var direkt involverade i konstruktionen av en specifik effektbrytare eller ett tillbehör. Detta gav extra motivation och stärkte engagemanget hos deltagarna i respektive projekt. Sammantaget hade detta positiv inverkan på specifikationer, tidsplanering och kostnad. En styrkommitté etablerades. Den bestod av fem personer från olika avdelningar, vilka fick till uppgift att koordinera all verksamhet i syfte att uppfylla målen, lösa eventuella problem som tagits upp av projektledarna och att bilägga eventuella resurskonflikter. En viktig ingrediens i allt detta arbete var informationsdelningen: en databas skapades där all information om produkten och dess framsteg lagrades. Med tillgång till all denna information i realtid och genom att göra informationen tillgänglig för samtliga direkt involverade personer i projektet blev det möjligt att förebygga missförstånd. Snabba svar kunde ges i alla sammanhang, framförallt kritiska sådana. Ny konstruktionsteknik och simuleringsteknik Under senare år har livscyklerna blivit allt kortare för elektromekaniska produkter. Detta beror främst på intensiv internationell konkurrens. Denna marknadssituation, tillsammans med behovet av snabb förräntning på investeringar, har utgjort en stark drivkraft att minska tiden till marknad. Samtidigt har nya konstruktionsverktyg, som CAD/CAM, börjat användas i större omfattning inom industrin. Denna situation har lagt grunden till enkel integrering av avancerade simuleringsverktyg. För att minska kostnaderna och förkorta konstruktions-/utvecklingstiden har verktyg tagits fram för att bedöma om ett projekt är sunt. Verktygen gör en virtuell analys av olika lösningar som föreslås av konstruktörerna. Med hjälp av dessa analyser och simuleringar kan konstruktörer verifiera uppträdandet för vissa lösningar och på så sätt inte bara förbättra sitt eget förtroende för projektet under definitionen, men även gå runt de tid-/kostnadsproblem som hör ihop med prototypframtagning. Simuleringsverktyg användes för följande aspekter: Analys av och mekaniskt uppträdande: detta gjordes med hjälp av finita elementmetoden 2, 3. Analys av uppträdandet för öppnings-, slutnings- och frigöringskinematik (multikroppsdynamik 4 ). Analys och optimering av komponentgjutningsprocessen såväl termoplastiska egenskaper som termohärdningen (formfyllnadsanalys 5 ). ABB tidning 2/

4 Technology Review 4 Manöverdon. En dynamisk multikroppsanalys genomförs för att verifiera den totala öppningstiden. 5 Gjutprocessen fiberorientering Miljöinverkan Ökad medvetenhet om miljörelaterade problem och användning av tillgängliga resurser såväl energi som råmaterial - understryker behovet av djup och komplett analys av produktionssystemet. Nödvändigheten av en sådan process bekräftas ytterligare av det ökande arbetet med IEC-standardisering och utkast till EU-direktiv inom detta ämne. Under utvecklingen av den nya generationen effektbrytare med gjuten kapsling gavs därför speciell uppmärksamhet åt alla de aspekter som skulle kunna ha negativ miljöinverkan. Här tillämpades alla regler med avseende på miljöriktig konstruktion. Parallellt med detta genomfördes en livscykelanalys (LCA), genom att jämföra tidigare serier med den nya (dvs. Isomax S1 med Tmax T1). Syftet var att demonstrera att korrekta material hade valts under konstruktionsfasen. LCA-metoden utvärderar på ett tillförlitligt sätt den miljöinverkan som följer av processerna och verksamheterna under en produkts livscykel (från vaggan till graven), dvs. från utvinning av råmaterial, genom tillverkning, transporter, distribution och användning till slutlig eliminering [1]. Miljöriktig konstruktion De regler som gäller för miljöriktig konstruktion lägger speciell tonvikt vid följande: Optimerad miljöprestanda för produkten Ökad användning av återvinningsbara material 26 ABB tidning 2/2001

5 6 Relativa bidrag till olika miljöinverkanskategorier från effektbrytare med gjuten kapsling av typ Isomax S1 och Tmax T1 GWP AP NEP Global uppvärmningspotential Försurningspotential Övergödningspotential Tmax T1 Isomax S1 Övergödningspotential (NEP): PO 4 -emissioner granskades, eftersom dessa är orsaken till övergödning i sjöar och hav. Även om ovannämnda substanser är faktorerna med störst miljöinverkan, måste många andra emissioner tas med i beräkningen. P[kW] GWP 100 [kg CO 2 ] AP [kg SO 2 ] Konstruktion för enklare underhåll Information i handböckerna som förenklar problemen kring urdrifttagning (deponering, återvinning etc.) Jämförande LCA-analys LCA-analysen gav värden för alla emissioner i luft och vatten som är skadliga eller giftiga för människor, djur och miljön. Med dessa data som grund kunde en jämförelse göras mellan de två generationerna effektbrytare. NEP [kg PO 4 ] Referens [1] ISO 14040: Miljöledning Livscykelanalys Principer och struktur De grundläggande miljömässiga parametrarna som utvärderades var följande 6 : Global uppvärmningspotential (GWP): CO 2 -utsläppen utvärderades, eftersom CO 2 är den dominerande växthusgasen. Försurningspotential (AP): SO 2 -emissioner utvärderades, eftersom SO 2 är den grundläggande orsaken till minskande ph-värde (försurning) i växter och träd. Miljövänliga effektbrytare Användare av ABB SACEs effektbrytare med gjuten kapsling drar fördel av miljöriktig konstruktion på två sätt: hantering och underhåll av produkterna blir enklare, samtidigt som urdrifttagningen förenklas genom att produkterna enkelt kan tas isär och de ingående materialen identifieras. Dessutom finns tydliga instruktioner om hantering vid livslängdens slut. Som miljömässig bonus har LCAanalysen möjliggjort en betydande minskning av emissionerna av CO 2, SO 2, PO 4 och andra toxiska ämnen. Authors Simone Ambruschi Renato Dosmo ABB SACE SpA Via Baioni 35 IT Bergamo Italien simone.ambruschi@it.abb.com renato.dosmo@it.abb.com Fax: ABB tidning 2/