Deadline 4 Analysera alternativa lösningar

Deadline 4 Analysera alternativa lösningar 2011-02-23 Grupp E2: Josefin Bertilsson Dennis Carlsson Jacob Lindberg Karin Uhlén Fredrik Öhrby Handledare: Gauti Asbjörnsson

Innehållsförteckning 4 Analysera alternativa lösningar... 2 4.1 Inventera kända koncept och idéer... 2 4.1.1 Huvudfunktioner... 3 4.1.2 Konkurrentinventering... 3 4.1.3 Patentanalys och avhandlingar... 5 4.1.4 Brainstorming... 5 4.1.5 Sammanfattning av alternativa sätt att utföra huvudfunktionen... 6 4.2 Fastställ en referenslösning... 8 4.2.1 Skapa en referens... 8 4.2.2 Beskriv referensens kundvärde... 9 4.2.3 Lista referensens delsystem... 11 4.3 Funktionell modell... 12 4.3.1 Funktionellt bidrag till kundvärdet... 14 4.3.2 Addera perspektiv och rangordna delsystem... 15 1

4 Analysera alternativa lösningar Målet med deadline 4 är att inventera kända lösningar och skapa en helhetsbild över alla "röster". Arbetet ska utmynna i en referenslösning som är den mest optimala kombinerade lösningen som kan åstadkommas med nuvarande teknik och kunskap. 4.1 Inventera kända koncept och idéer Vid inventering av befintliga produkter och lösningar är följande punkter viktiga att se över enligt The Value Model 1 : voice of the solution space voice of the customer value voice of technology voice of the problem and money voice of the organisation Voice of the solution space För att inte missa någon befintlig lösning och lägga onödig tid på att generera denna är det viktigt att se över hela lösningsmängden. Syftet med det här är att få idéer på hur man kan lösa huvud- samt tilläggsfunktioner. Det här kan göras på ett antal sätt enligt The Value Model 2 : interna idéer och lösningar (brainstorming) konkurrerande lösningar nyckelkunder (räddningstjänsten i det här fallet) patent databaser experter och forskare publicerade artiklar Internet Voice of the customer value Här ska kundvärdet ökas genom analysering av befintliga produkter med avseende på hur man löst och förbättrat huvud- och tilläggsfunktioner och även hur man eliminerat supportoch oönskade funktioner och minimerat kostnader. Voice of the technology Två metoder används huvudsakligen för att utveckla produkter, enligt The Value Model 3 : Göra något annorlunda Göra något bättre Voice of the problems and money Här sammanställs och visas kostnader och problem för de olika delsystemen i produkten. Detta för att få en överblick över vilka delsystem som kundvärdet bör ökas i, med avseende på kostnader och problem. 1 Lindstedt P, Burenius J. 2003. The Value Model. Sidan 463 2 Lindstedt P, Burenius J. 2003. The Value Model. Sidan 464 3 Lindstedt P, Burenius J. 2003. The Value Model. Sidan 466 2

Voice of the organisation Här tar man hänsyn till den organisation man utvecklar produkten i. Ett mål med produkten är att spegla organisationens image. 4.1.1 Huvudfunktioner Uppdatering av huvudfunktionerna följer nedan i Tabell 1. Eftersom tidigare huvudfunktionen; kontaktdonet avlägsnar spänningsbelastning, redan är löst av vår beställare Volvo PV AB och kommer därför inte behandlas som en huvudfunktion. Kontaktdonet avlägsnar spänningsbelastning kan dock ses som en tilläggsfunktion, alltså en komplettering av Volvos nuvarande lösning. Tabell 1 Substantiv Verb Substantiv Mäts Kontaktdonet Låser fast Kontakten [N] (i alla riktningar) Kontaktdonet Möjliggör Strömöverföring [A] (konstant ström) Kontaktdonet Bryter Kontakten [mm] (visst avstånd) 4.1.2 Konkurrentinventering Konkurrentinventering syftar till att se över andra och konkurrerande lösningar som finns på marknaden. Här kommer hänsyn enbart att tas till hur samtliga huvudfunktioner har lösts. 4.1.2.1 Studiebesök För att ta reda på hur långt konkurrenterna till Volvo PV AB har kommit i sin utveckling av elbilar och framförallt kontaktdonet, har studiebesök skett hos bland annat Toyota, Mitsubishi, Citroën, Honda, Renault, Nissan, BMW och Volkswagen. Volvos nuvarande lösning som har tagits del av ses också som en konkurrent till projektgruppens utformning av kontaktdonet. 4.1.2.1.1 Toyota Toyota har i nuläget ingen elbil till försäljning men säljer i dagsläget hybridbilarna; Prius och Auris. Vid besöket visades Prius upp som drivs av en bensin- och elmotor. Batteriet har en belastningsspänning på 450-550 Volt och sitter ovanför bakaxeln, man kommer åt batteriet genom bagageutrymmet. Prius motsvarighet till C30 Electrics kontaktdon är en säkerhetsspärr som sitter vid batteriet i bagageutrymmet. Vid olycka ska denna säkerhetsspärr avlägsnas för att bryta strömmen i bilen, om den inte kan nås kan en säkring i motorutrymmet dras ut. Fördelar med att ha batteriet långt bak i bilen är att vikten fördelas i hela bilen och att säkerhetsspärren sitter på ett ställe som oftast inte deformeras vid olyckor. Säkerhetsspärren är orange för att indikera högspänning och man tar ut hela säkerhetsspärren vid spänningsavlägsning, vilket ger en säkerhet att kretsen är bruten. Nackdelar med Prius utformning av kontaktdonet är att det krävs information om var och hur säkerhetsspärren avlägsnas och att det krävs en geléhandske vid bortkoppling för att skydda användaren från ström. Räddningstjänsten ska ha utbildning i detta och är de som 3

har kompetens att avlägsna spänningsmatningen vid en olycka. Vid service behöver vanligtvis inte spänningsmatningen i bilen avlägsnas. 4.1.2.1.2 Fiat 500 (elbilskonverterad) Projektgruppen fick möjlighet att titta på biluthyraren Move Abouts elbilskonverterade Fiat 500. Elbilskonverteringen var utförd av företaget EV Adapt AB. Spännningskablar gick in på flera platser i en säkringsdosa men EV Adapt ville inte ge ut någon ytterligare information som bekräftade hur spänningen bryts. En bra lösning på tilläggsfunktionen; att indikera spänningsbelastning, fanns i motorrummet på Fiat:en, se bild nedan. En lampa indikerar batteristatus och om den är frånkopplad. 4.1.2.1.3 Mitsubishi Hos Mitsubishi fanns deras elbil MiEV. Enligt uppgifter från tillverkaren fanns inget typiskt kontaktdon, eftersom det inte finns någon risk i deras konstruktion att bilens kaross blir strömförande. De har isolerat batteriet och kablarna som går under bilen. Ett frågetecken är vad som händer då isoleringen skadas, men enligt tillverkarna finns ingen risk för personskador, vilket kan ifrågasättas. 4.1.2.1.4 Volkswagen Volkswagen har hybridbilen Touareg V6 TSI Hybrid. Denna bil fanns inte inne och kunde bara beställas eftersom efterfrågan är låg och priset högt. En typ av kontaktdon för bilens högspänningsanläggning kunde skymtas på en bild i deras katalog men dess funktion kunde inte bekräftas av kontaktpersonen på Volkswagen. 4.1.2.1.5 Andra biltillverkare Förutom ovanstående tillverkare har även Citroën, Honda, Renault, Nissan och BMW besökts angående deras hybrid- och elbilar. Tyvärr har ingen relevant information tagits emot av dessa, på grund av att modellerna inte har kommit ut ännu. Honda har hybridbilarna CR-Z och Insight där problemet var liknande som för MiEV. 4.1.2.1.6 Volvo C30 Electric Volvo PV AB har i sina första förseriebilar av elbilen C30 Electric ett kontaktdon som ska avlägsnas vid olycka för att säkra bilen från ström och undvika personskador. Kontaktdonet sitter i motorutrymmet och det krävs verktyg för att avlägsna detta, vilket kan var en nackdel vid stressade situationer. Över kontaktdonet går en spänning av 400 Volt. 4

Samtliga huvudfunktioner ovan i Tabell 1kan lösas på följande vis med nuvarande lösningar som projektgruppen har kommit i kontakt med under studiebesöken. Volvos C30 Electrics befintliga kontaktdon Toyota Prius säkerhetsspärr 4.1.3 Patentanalys och avhandlingar Vid utredning av hur långt marknaden har kommit med utvecklingen av kontaktdon har bland annat patent, avhandlingar och uppsatser genomsökts. Det finns flera patent som handlar om elbilar men det hittades inga om kontaktdonet. Patent är i allmänhet svåra att söka i, då patentägaren inte vill att konkurrenterna ska veta hur långt de har kommit och därför ges patent svåra och ofta obegripliga namn. Kontaktdonet är en liten del av elbilen och då elbilen är i barndomsfasen av S-kurvan, är det inte säkert att alla elbilstillverkare har ett kontaktdon i samma typ som Volvos C30 Electric. Därför är det svårt att hitta information om kontaktdonet även i avhandlingar och uppsatser. Ett par avhandlingar som mastersstudenter på Chalmers Tekniska Högskola 4 har gjort om elbilar har studerats, men inget nämns om kontaktdon. Uppsatsen Utbyggnadsplan för laddinfrastruktur inom Uppsalahem AB:s bostadsområden 5 gav insikt i hur utbrett elbilar är i Sverige och vilka företag som ligger i framkant av utvecklingen. 4.1.4 Brainstorming För att hitta fler koncept som kan integreras i en framtida lösning brainstormas alternativa sätt fram, att lösa samtliga huvudfunktionerna på. Dessa ting har påträffats i andra miljöer än där konkurrenterna finns. Kulkoppling kopplingen mellan bil och släp Flaklås låser till exempel fast olika delar på släpvagnar Cykelhjälmsknäppe Magnet Sprint Nyckelring Karbinhake Knapp som låser - säkring på handborr (ett visst läge låst, i ett annat läge fritt) Hänglås Nyckellås princip som finns på många dörrar VGA-koppling ihopkopplingen mellan dator och bildskärm Nätverkskabel kopplingen in i datorn Knut på ett rep Tejp Bult/skruv Kardborreband Lås till cykelhjulsnav 4 http://publications.lib.chalmers.se/cpl/search/index.xsql?start=0&dosearch=true&query=electric+car&submit 01=S%C3%B6k (110218) 5 http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-145963 Stridh, Ola. Uppsala universitet. 2010 (110218) 5

Cykelkabellås Skruv mot axel låser stativ Fönsterlås (gammaldags) Boxlås 4.1.5 Sammanfattning av alternativa sätt att utföra huvudfunktionen Noggrannare redogörelse av ett antal befintliga lösningar som är bra lösningar för vissa huvudfunktioner, vilka är; Kontaktdonet låser fast kontakten, kontaktdonet möjliggör spänningsöverföring och kontaktdonet bryter kontakten. 4.1.5.1 Volvos befintliga kontaktdon I mitten av kontaktdonet ska en Torx 30 skruv införas och skruvas fast med verktyg. Torx 30 skruv och verktyg 4.1.5.2 Toyota Prius, säkerhetsspärr Spärren kan liknas vid ett flaklås. Den förs in i batteriets sida enligt ovan och ett handtag på den förs uppåt och låser fast hela spärren. 4.1.5.3 Kulkoppling: Denna för samman bil och släpkärra. Kopplingen förs över bilens kula och med hjälp av en vev förs kopplingen nedåt. Vi en viss belastning från kulan (skapad av kärrans tyngd) kommer en fjäder att göra så att kulan åker in i ett utrymme där den sedan hålls fast med hjälp av fjädern. 6

Bild tagen underifrån Här hålls kulan fast 4.1.5.4 Cykelhjälmsknäppe Två elastiska spröt förs in i ett hål där de ska fastna. Efter en viss sträcka får de utrymme att gå tillbaks till sitt ursprungliga läge och det gör att den låses fast i hålet. 4.1.5.5 Magnet Magneten låser ihop kontakten och kan vid tillräcklig kraft tas bort. 4.1.5.6 Sprint Två ytor som ska sättas samman har vardera ett hål i den position man vill att de ska sitta ihop. Genom båda hålen sätts en så kallad sprint som gör att de båda ytorna inte kan röra sig tvärs varandra. 7

4.2 Fastställ en referenslösning En referenslösning ska skapas utifrån de olika rösterna. Referenslösningen ska bestå av en mix av kända lösningar och är den ultimata kombinationen som marknaden i dagsläget kan åstadkomma. Om organisationen är ledande inom sin marknad kan referenslösningen anges som den nuvarande lösningen, möjligtvis med några mindre tillägg eller ändringar. 4.2.1 Skapa en referens I projektet har Volvos befintliga lösning använts som utgångspunkt eftersom många element i konstruktionen är låsta från beställaren. Volvo PV AB är även en av de ledande tillverkarna i utvecklingen av elbilar. Volvos lösning med en Torxskruv som håller ihop konstruktionen uppfyller alla tre huvudfunktioner och är testad för att klara av bland annat vibrationer. Den stora nackdelen med Volvos lösning är tiden det tar för att koppla loss kontakten och behovet av ett verktyg. Trots nackdelarna har Volvos lösning valts som referens, då den uppfyller alla krav som är satta på produkten idag, men med ytterligare förbättringar. Den är stabil och har testats väl samt att det inte funnits tid nog att utvärdera de andra möjliga lösningarna fullständigt med ingående tester. Referensens delsystem sammanfattas i Tabell 2 nedan. Nuvarande produkt i tabellen är Volvos befintliga lösning. Tabell 2 Vald referens Delsystem Referens tagit ifrån Källa till information Skillnad referens - nuvarande produkt Torxskruv Nuvarande Volvo PV Ingen Kontaktdonets Nuvarande Volvo PV Ingen grundkonstruktion Lysdiod Fiat 500 (elkonverterad) Move About Indikerar spänningsbelastning Verktyg (i bilen) Nuvarande Volvo PV Ökar tillgänglighet Orange detalj Prius säkerhetsspärr Toyota Tydlig indikation på högspänning Externt hölje Gelhandske Räddningstjänsten 6 Ökar säkerheten Orange detalj ger en tydlig indikation på högspänning och lysdioden visar om system är slutet eller öppet och detta ger en säkerhet till användaren. Som nämnts tidigare krävs det ett verktyg för att avlägsna Torxskruven och man kan därefter avlägsna kontaktdonet. I referenslösningen behålls denna lösning men ett verktyg kommer att implementeras i motorrummet. Det här innebär en effektivisering vid bortkoppling av kontaktdonet. Eftersom verktyget är nödvändigt för att huvudfunktionen kontaktdonet bryter kontakten ska utföras, väljs verktyget som ett delsystem. I dagsläget behövs en gelhandske för att avlägsna kontaktdonet på ett säkert sätt. Av den här anledningen används gelhandsken som ett delsystem för att uppföra huvudfunktionen kontaktdonet bryter kontakten på ett säkert sätt. 6 Intervju med räddningstjänsten i Mölndal 110218 8

Kontaktdonets grundkonstruktion har delats upp i hölje och fastsättningsmekanism för att erhålla en bättre överblick av systemet. Nedan följer skisser på referenslösningen. Gelhandske Verktyg till torxskruv Torxskruv Lysdiod Orange kontaktdon 4.2.2 Beskriv referensens kundvärde Nedan kommer huvud-, tilläggs- och oönskade funktioner utredas utifrån referenslösningen. Här bör även kundvärdet maximeras. Det här görs genom att man använder kundvärdesevationen 7 där man maximerar täljaren och minimerar nämnaren, alltså ökning av prestanda och minskning av kostnader. Prestandan ökas genom att förbättra huvud- och tilläggsfunktioner och eliminera oönskade funktioner. Kostnader som ska minskas kan delas in i; inköpspris, driftskostnad och avvecklingskostnad. I det här fallet kommer det inte läggas resurser på att uppskatta kostnader eftersom det blir svårt då rätt information inte finns tillgängligt och tidsresursen är bristfällig. Då kostnader inte kommer att mätas, blir det överflödigt att mäta prestandarn när det ändå inte går att beräkna kundvärdet. 7 Lindstedt P, Burenius J. 2003. The Value Model. Sidan 15 9

Tabell 3 Funktioner på referenslösningen Mått Mätetal Referens Huvudfunktioner Torxskruv låser kontakten Vridmoment Newtonmeter [Nm] Nuvarande Hölje skyddar brukare Spänning Volt [V] Nuvarande Fastsättningsmekanismen möjliggör strömöverföring Sträcka Millimeter [mm] Nuvarande Tilläggsfunktioner Orange detalj uppmärksammar brukaren Externt hölje skyddar brukaren Visuellt Färgkod Prius säkerhetsspärr Spänning Volt [V] Gelhandske Lysdiod ger säkerhet Ström Ampere [A] Fiat 500 (elkonverterad) Lysdiod uppmärksammar brukaren Ljusstrålning Candela [cd] Fiat 500 (elkonverterad) Oönskad funktion Brukaren använder externt hölje Brukaren använder verktyg Torxskruven kräver verktyg Fastsättningsmekanism kräver Torxskruv Ström Ampere [A] Gelhandske Vridmoment Newtonmeter [Nm] Nuvarande Vridmoment Newtonmeter [Nm] Nuvarande Vridmoment Newtonmeter [Nm] Nuvarande 10

4.2.3 Lista referensens delsystem Här skapas en principiell systemarkitektur där referensen delas upp med avseende på: funktionellt bidrag andel av olika kostnader problem, risker och/eller kvalitet I projektet har ingen större vikt lagts på de olika kostnadsbidragen eftersom resurser och tid är begränsade i detta skede. De olika delsystemen kan studeras i Figur 1. Kontakdon Huvudfunktion Tilläggsfunktioner Oönskade funktioner Torxskruv Kontaktdonets grundkonstruktion Lysdiod Hölje Orange detalj Fastsättningsmekanism Externt hölje Verktyg Figur 1 Förklaringar och analysering av problem, risker och kvalitet följer här för de olika delsystemen. Torxskruv - Låser fast kontaktdonet. Vid montering av skruven kan den vara svår att föra in. Gängan kan bli sliten vilket gör det trögt att skruva in och ut skruven. Korrosion, sättningar, utmattning, nötning och hög kraftpåverkan kan försämra skruven och användandet. Verktygsinsättningen kan även den slitas och försvåra insättningen. Kontaktdonets grundkonstruktion Hölje - Innesluter elektriska komponenter och interagerar med användaren. Höljet kan vara klumpigt och ta plats, dessutom finns risk för dålig isolering mot brukaren. Fastsättningsmekanism - Passar ihop kontaktdon med säkringsdosa. Hål med gänga och kanter för styrning kan slitas och försvåra inpassningen. Orange detalj - Påkallar uppmärksamhet och varnar för högspänning. Om färgen som används är ditmålad kan risk finnas för avflagning. 11

Lysdiod - Indikerar spänningsbelastning. Risk finns för att lysdioden går sönder eller inte fungerar som den ska och istället minskar säkerheten. Externt hölje - Gelhandske skyddar användaren. En risk med handsken är att den inte är på plats då den behövs. Det kan även finnas hål i handsken som användaren inte upptäcker, vilket påverkar säkerheten negativt. Verktyg - Skruvar upp Torxskruv. Verktyget kan slitas vid insättningen mot skruv. Användaren kan slinta på handtaget och vid små utrymmen kan denna skada sig på omgivande föremål men även skada andra delar i motorrummet. Då användaren måste interagera med höljet och verktyg föreligger risk för person eller materiella skador kan uppkomma, särskilt i en stressad situation. 4.3 Funktionell modell I den funktionella modellen som kan ses nedan i Figur 2 visas hur de olika delsystemen är sammankopplade. Här placeras huvud-, tilläggs- och oönskade funktioner innanför systemgränsen som delsystem, och vissa av dessa förbinds med funktionsmottagaren utanför systemgränsen. I det här fallet har följande delsystem, se Figur 21 ovan, förbundits i den funktionella modellen nedan i Figur 2. 12

Funktionsmottagare Systemgräns Delsystem Omgivande systemet Önskad funktion Oönskad funktion Övrig funktion Verktyg låser och lossar kräver Lysdiod Torxskruv kräver Fastsättningsmekanism håller Låser Kontakten bryter Säkerhetsdosa passar i Externt hölje Orange detalj Hölje ger Säkerhet till skyddar uppmärksammar skyddar integrerar använder Brukare Figur 2 I den funktionella modellen har fastsättningsmekanism möjliggör strömöverföring från referensens huvudfunktion, enligt Tabell 3, delats upp i fastsättningsmekanism bryter kontakten och fastsättningsmekanism passar i säkerhetsdosan. Det här för att synliggöra hur strömöverföringen är uppbyggd, dels genom att det ska vara möjlig och kunna passa in och att bryta kontakten. Huvud- och tilläggsfunktioner kan ses i den funktionella modellen som önskad funktion. De oönskade funktioner kan ses som Oönskad funktion. Resterande så kallade supportfunktioner är övriga funktioner. 13

4.3.1 Funktionellt bidrag till kundvärdet För att bestämma funktionellt bidrag till kundvärdet används sifferskalan; -1, 0,1, 2. De olika siffrorna beskrivet hur mycket som bidrar till kundvärdet; bidrar negativt = -1, ingen påverkan =0, bidrar lite positivt = 1 och bidrar mycket positivt =2. Fastsättningsmekanism = 0 Torxskruv = -1 Hölje = 1 Lysdiod = 2 Orange detalj = 2 Verktyg = -1 Externt hölje = -1 Att lätt identifiera kontaktdonet (orange färg) och se om det är spänningsbelastat (lysdiod) bidrar mycket positivt till kundvärdet. Torxskruven bidrar negativt då man behöver använda verktyget för att kunna utföra den oönskade funktionen Torxskruv kräver verktyg, vilket kan vara omständigt och tidskrävande. För lösa delar så som; externt hölje, verktyg och Torxskruv finns risk att försvinner då man har kopplat bort kontaktdonet. Fastsättningsmekanismen anses vara självklar för kunden, medan höljet ger en lite positiv inverkan då man slipper ta tag direkt i kablarna. 14

4.3.2 Addera perspektiv och rangordna delsystem Under denna punkt adderas fler perspektiv för att kunna utvärdera vilket värde de olika delsystemen tillför. Delsystemen delas därefter in och rangordnas med avseende på hur bra eller dåligt huvud- och tilläggsfunktioner löses samt hur många oönskade och stödjande funktioner som finns, vilket kan ses i Tabell 4. Det funktionella bidraget till kundvärdet väger tyngst. Tabell 4 Delsystem Funktionellt bidrag Säkerhet (1-10) Problem (1-10) Rangordning Fastsättningsmekanism 0 5 2 4 Torxskruv -1 5 5 5 Hölje 1 8 1 3 Lysdiod 2 7 2 1 Orange detalj 2 5 1 2 Verktyg -1 1 8 7 Externt hölje -1 8 8 6 Lysdiod och orange hölje utför tilläggsfunktioner med stor säkerhet och använder små resurser. De bidrar inte med några direkta oönskade funktioner och värderas därför högt. Höljet är viktigt med avseende på säkerheten och har få problem, däremot har den inte lika högt funktionellt bidrag. Verktyg och externt hölje hamnar långt ned på rangordningen på grund av lågt funktionellt bidrag och framförallt stora problem. Externt hölje Fästningsmekanism Orange detalj Verktyg Torxskruv Hölje Lysdiod Sämst Bäst Figur 3 15