EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK,
Innovation och design, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2021
Väderskydd av ett
avgastorn till en testcell för jetmotorer
Konceptstudie av en luckas nytta och utformning
Johan Franzén-Hildeman Joel Persson
SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT INSTITUTIONEN FÖR HÅLLBAR PRODUKTIONSUTVECKLING
Väderskydd av ett avgastorn till en testcell för jetmotorer
av
Johan Franzén-Hildeman Joel Persson
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2021:398 KTH Industriell teknik och management
Hållbar produktionsutveckling Kvarnbergagatan 12, 151 81 Södertälje
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2021:398
Väderskydd av ett avgastorn till en testcell för jetmotorer
Johan Franzén-Hildeman Joel Persson
Godkänt
2021-06-14
Examinator KTH
Mark W Lange
Handledare KTH
Mark W Lange
Uppdragsgivare
GKN Aerospace
Företagskontakt/handledare
Fredrik Lundgren
Sammanfattning
Syftet med detta arbete har varit att genomföra en konceptstudie av en teknisk lösning för öppning och stängning av en testcells avgastorn. Detta som en del av det projekt som omfattar ombyggnation av testcellens utlopp. Frågeställningen som studien skall svara på är om det lönar sig att ha en lucka på tornet med hänsyn till det skydd den kan erbjuda och den ekonomiska kostnaden. De mål som sattes upp var att framställa en lämplig kravspecifikation, framställa minst ett fullständigt koncept, framställa en
jämförelsematris, föreslå en lösning att ta till förstudie och ge förslag på fortsatt arbete till förstudien.
Konceptmetodiken har hämtats från den metod som SAAB använder sig av i utvecklingsprojekt men har modifierats aningen av författarna. Intressenterna till testcellen står i fokus för att framställa en kravspecifikation utifrån deras behov.
Intervjuer genomfördes med intressenter och sakkunniga för att erhålla uttalanden.
Dessa uttalanden skulle sammanställas och användas som en del av underlaget till en rekommendation. Ett iterativt arbetssätt användes i konceptgenereringen där koncept framställdes och dess funktion utvärderades. De koncept som togs vidare utvärderades mot de identifierade behoven och mot varandra i ett antal jämförelsematriser. Den ekonomiska prognosen byggdes på uppskattade värden och historisk data för kostnader.
En övervägande del av intressenterna och sakkunniga som intervjuats har varit positivt inställda till att ha en lucka på avgastornet. Framförallt för det utökade skydd det bidrar med och den potentiellt förlängda livslängden. Kravspecifikationen utformades på ett sådant sätt att det skulle fungera som ett styrdokument för studien, men också innehålla tillräckligt med information för att ge en översiktlig bild av problemet vid överlämning.
Tre slutgiltiga koncept presenterades varav ett rekommenderas att ta vidare till
förstudie, med motiveringen att den uppfyllde kravet på funktionalitet bäst. Det var även en känd lösning så livscykelanalysen hade en högre grad av säkerhet.
Nyckelord
Konceptstudie, testcell, avgastorn, lucka
Bachelor of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2021:398
Weather protection of an exhaust tower for a jet engine test cell
Johan Franzén-Hildeman Joel Persson
Approved
2021-06-14
Examiner KTH
Mark W Lange
Supervisor KTH
Mark W Lange
Commissioner
GKN Aerospace
Contact person at company
Fredrik Lundgren
Abstract
The purpose of this work has been to carry out a concept study of a technical solution for opening and closing a test cell's exhaust tower. This is a part of the project that includes rebuilding the test cell outlet. The question that the study will answer is whether it pays to have a hatch on the tower with regard to the protection it can offer and the financial cost. The goals that were set were to produce an appropriate requirements specification, produce at least one complete concept, produce a comparison matrix, propose a solution to use for a prestudy and provide suggestions for further work for the prestudy.
The concept methodology has been taken from the method that SAAB uses in
development projects but has been slightly modified by the authors. The stakeholders in the test cell are the prime focus as the requirements specification is based on their needs. Interviews were conducted with stakeholders and experts to obtain statements.
These statements would be compiled and used as part of the basis for a
recommendation. An iterative approach was used in the concept generation where concepts were produced and its function was evaluated. Suitable concepts were evaluated against the identified needs and against each other in a number of comparison matrices. The economic forecast was based on estimated values and historical data for costs.
A predominant part of the interviewed stakeholders and experts were positive about having a hatch on the exhaust tower. Mainly because of the increased protection it would contribute and the potential extension of the towers lifespan. The requirements specification was designed to function as a control document but also contain enough information to provide an overview of the problem for the handover to the prestudy.
Three final concepts were presented, one of which is recommended for further study, with the justification that it best met the requirement for functionality. It was also a known solution so the life cycle analysis had a higher degree of certainty.
Key-words
Concept study, test cell, exhaust tower, hatch
Förord
Rapportens författare vill rikta ett stort tack till alla anställda på GKN och COOR, Ronny Andersson på Cementa och Magnus Nyqvist på HAKAB, samt Jan-Erik Bränd på HIAK.
Ni har inte bara ställt upp på intervjuer och svarat på mängder av frågor, utan också varit vänliga, bemötande och professionella.
Ett extra stort tack vill vi rikta till våra handledare Mark Lange och Fredrik Lundgren som agerat stöd och bollplank, men också gett oss ärlig konstruktiv kritik när det har behövts.
Sist men inte minst vill vi lyfta den insats som våra familjer har gjort under de senaste 3 åren. Den här rapporten hade inte kunnat bli verklighet utan ert tålamod, samt
finansiella och emotionella stöd.
Västerhaninge & Trollhättan, 11/6/21
Johan Franzén Hildeman & Joel Persson
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1
1.1. Bakgrund ... 1
1.2. Om GKN ... 1
1.3. Målgrupper ... 1
2. Problemformulering ... 2
2.1. Problemets Ursprung ... 2
2.2. Syfte ... 2
2.3. Mål ... 2
2.4. Omfattning ... 3
2.5. Krav på utförande ... 3
2.6. Avgränsningar... 3
3. Fördjupad Bakgrund ... 4
3.1. Jetmotorn ... 4
3.2. Testcellen ... 4
3.3. Avgastornet ... 5
3.4. Inloppsluckan PH8... 6
4. Metod ... 7
4.1. Arbetsmodellen ... 7
4.2. Steg 1: Överordnade behov ... 7
4.3. Steg 2: Operativ analys ... 8
4.4. Steg 3: Konceptdesign... 9
4.5. Steg 4: Produktdefinition ... 11
5. Resultat ... 13
A. En luckas vara eller icke vara ... 13
B. Kravspecifikation ... 15
C. Konceptgenerering... 16
D. Jämförelse... 17
E. Rekommendation ... 18
6. Diskussion ... 20
F. Förslag till fortsatt arbete ... 20
Reflektion ... 21
Referenser ... 23
Litteraturlista ... 23
Intervjuer ... 23
Uttalanden ... 24
APPENDIX A – ”Sammanställning av koncept” ... 25
APPENDIX B – ”Sammanställning av förslag till fortsatt arbete” ... 33
APPENDIX C – ”Diagram” ... 36
1. Inledning
Kapitlet inleds med att förklara uppkomsten av projektet, följt av en kort historik och verksamhetsbeskrivning av uppdragsgivaren. Sist redovisas de berörda parterna, som har identifierats som sådana i studien.
1.1. Bakgrund
Denna rapport är resultatet av en konceptstudie som genomfördes inom ramen av ett examensarbete på KTH Södertälje. Författarna av rapporten var studenter på
programmet Högskoleingenjör Maskinteknik, Innovation och Design 180 hp.
Studien utfördes på uppdrag av GKN Aerospace i Trollhättan under våren 2021.
1.2. Om GKN
GKN Aerospace i Trollhättan har varit verksamma i snart 100 år, och är idag en ledande aktör inom motordelar till flygplan. 1930 får Trollhättebolaget Nohab uppdraget från Flygstyrelsen att tillverka 40st flygmotorer av typen Bristol och bildar då bolaget Nohab flygmotorfabriker. Genom åren genomgår företaget ett antal namn- och ägarbyten, Svenska flygmotor AB (1941), Volvo Flygmotor AB (1969), Volvo Aero Corporation (1994) och slutligen GKN Aerospace (2012). Företagets huvudsyssla är att tillverka och utveckla delar till ett antal olika flygmotorer och motorkomponenterna återfinns i över 90 % av alla nya större flygplan. Där de stora kunderna är Rolls-Royce, Pratt and Whitney och General Electric (Myrén, 2002).
Förutom produktion till den civila marknaden, riktar sig GKN Aerospace även till den militära sektorn. De ansvarar för produktstödet till RM12, den militära motorn som sitter i JAS39 Gripen vilket man också fram till 2010 tillverkade på dåvarande Volvo Aero (Myrén, 2002). Då man ansvarar för produktstöd så genomförs både
produktionsprov och utvecklingsprov av motorerna i testceller. Det är en av dessa testceller som studien omfattar.
1.3. Målgrupper
I den metod som använts (se kap 3) så spelar intressenterna en avgörande roll för att kunna bedöma och kartlägga vad ett koncept behöver inneha för egenskaper. Enligt (Hjelm, 2016) är konceptstudien från start centrerad kring de identifierade
intressenternas behov och åsikter. Det är även viktigt att ta del av det kunnande och den expertis som finns för att hitta eventuella brister och möjliga framgångar.
De primära intressenterna som identifierades i studien är följande:
• Företagsledning – Under denna kategori faller företaget i stort och deras uppsatta mål och riktlinjer. Projektledaren för detta projekt anses tillhöra denna kategori då det är denne som står som ansvarig för konceptstudien.
• Användaren – I denna kategori återfinns intressenter så som testledare och testcellsansvarig vars uppdrag är att operera testcellen och säkerställa driften av den.
• Underhåll – Innefattar de personer vars arbetsuppgifter är att utföra förebyggande och avhjälpande underhåll på testcellen och dess tillhörande konstruktioner.
2. Problemformulering
Kapitlet ämnar klarlägga problemets natur och uppkomst. Därefter redovisas
studiens uttalade syfte tillsammans med dess målsättningar. I efterföljande delkapitel delges studiens omfattning, krav på utförande från arbetsgivaren, och avgränsningar.
2.1. Problemets Ursprung
Testcell 25 har nått slutet av sin livslängd. Cellen stod klar i början av 60-talet och används periodvis för motortester. Testcellen har nu börjat uppvisa tecken på slitage och vid karbonatiseringsprov (se kap 3) på avgastornet visade det sig att degraderingen tagit sig genom betongen och rostangrepp fanns på armeringen.
Planer för åtgärder av cellens tillstånd har funnits under längre tid, men har av ovan nämnda anledningar accelererats. GKN initierade redan för ett antal år sen ett projekt för att renovera befintligt, alternativt bygga ett nytt avgastorn. Det projektet har nu blivit framflyttat och fått en högre prioritet. Det är inom detta projekt som
konceptstudien utförs. GKN vill undersöka vinster kontra förluster av en luckas vara eller icke vara på avgastornet.
Uppdragsbeskrivningen från projektledaren på GKN formulerades enligt följande:
”GKN står i begrepp att ersätta ett avgastorn för en testcell. Då den gamla
avgasstacken degraderats snabbt de sista åren på grund av väder vill GKN nu göra en konceptstudie på möjlighet till att väderskyddad [sic!] det nya tornet för att på så sätt kunna förlänga livslängden.”
2.2. Syfte
Syftet med denna studie är:
”Att genomföra en konceptstudie av en teknisk lösning för öppning och stängning av en testcells avgastorn.”
Studien är del av det större projekt som ska resultera i ett färdigt avgastorn. Under konceptfasen skall kravspecifikation tas fram och flera olika koncept studeras. Projektet skall föreslå ett eller två koncept för fortsatt arbete i förstudien. Genomförandet skall inkludera framtagning av kravspecifikation, konceptframtagning, bedömningar utifrån ekonomi och hållbarhet samt en konceptrekommendation och förslag för fortsatt arbete.
2.3. Mål
Resultatet kommer att redovisas efter målens respektive bokstav i kapitel 5, undantaget F som avhandlas i kapitel 6. Studien ska:
A. Besvara frågan: ”Lönar det sig att ha en lucka på ett avgastorn?”
B. Utforma en lämplig kravspecifikation för lucka till nytt avgastorn.
C. Framställa minst ett fullständigt koncept av en lucka, och redovisa denna som en digital modell (CAD).
D. Framställa en jämförelsematris innefattande nuläge, koncept och minst en etablerad lösning. Matrisen skall innehålla parametrar enligt studiens omfattning, och gälla livslängder om 50 år.
E. Föreslå en lösning att ta vidare till förstudie.
F. Ge förslag om fortsatt arbete under projektets förstudie.
2.4. Omfattning
Omfattningen syftar till att rama in en värderingsgrund till de beslut som behandlas i studien.
• Ekonomi; den ekonomiska aspekten skall tas i beaktning.
• Miljö; hänsyn skall tas till påverkan på yttre miljö.
• Arbetsmiljö; hänsyn skall tas till arbetsmiljö.
• Ny teknik; ”den bästa tänkbara teknik, som är känd, beprövad och ekonomiskt försvarbar”.
2.5. Krav på utförande
Nedanstående krav är definierade av uppdragsgivaren och följer de riktlinjer som GKN Aerospace har för projektarbeten.
• Projektmöte skall hållas regelbundet, minst varannan vecka eller tätare efter behov.
• Detaljerad tidplan skall upprättas och redovisas löpande.
• Tystnadsplikt gäller för vissa data. GKN ska godkänna rapport innan publicering.
2.6. Avgränsningar
Studien kommer inte:
• Resultera i ritningar eller andra tekniska styrdokument.
• Ta en bredare tillämpning än det specifika fall som lösningen bygger på i beaktning.
• Eventuella för- eller nackdelar som följd av en lösning för andra komponenter i systemet*, eller fysiska strukturer i anslutning till testcellen, kan tas i beaktning men kommer inte att prioriteras.
• Projektet skall inte omfatta funktion eller förmåga utöver vad som anges i detta direktiv.
• Ytterligare avgränsningar kan tillkomma under projektets gång.
*Avser det system som utgör testcellen. Innefattar avgastornet i fråga, men även inlopp, utloppsrör, kontrollrum, kammare, ventilation, tryckluft, luckor, kolsyra, mm.
3. Fördjupad Bakgrund
Teori och koncept av relevans för förståelse av studiens resultat och diskussion redovisas i den fördjupade bakgrunden. Kapitlet inleds med att kort beskriva en jetmotors funktions-princip, följt av en allmän förklaring av testcellerna, och dess avgastorn. Avslutningsvis beskrivs kort den lucka som är monterad på inloppet till ett av GKN;s provhus.
3.1. Jetmotorn
En jetmotor skapar rörelse för ett flygplan genom att utnyttja Newtons tredje lag. Den säger att ”Två kroppar påverkar alltid varandra med lika stora men motriktade krafter.
Om föremålet A utsätter föremålet B för en viss kraft kommer B utsätta A för samma kraft men riktad åt motsatt håll” (Johnston, 2020). Detta gör den genom att suga in luft längst fram, höja luftens potentiella energi genom kompression, tillsätta bränsle och sedan tillföra en gnista för att antända gasblandningen. Då expanderar blandningen hastigt och leds ut längst bak i motorn vilket skapar en jetström som då enligt nämnda lag driver flygplanet framåt genom reaktionskraften (se Bild 1).
Bild 1: Princip för en jetmotors funktion (Dahl, 2007).
3.2. Testcellen
Testceller används för att genomföra upprepningsbara och pålitliga test av jetmotorer.
Enligt D.M Rudnitski erhålls optimala test-förhållanden för en jetmotor utomhus, under
”free-air conditions” (Mitchell, 1990). Motorn ska vara monterad på ett stativ vid marknivå, och ges obehindrad tillgång till luften runtomkring (dvs inte i närheten av byggnader och dylikt). Problematik som uppstår kring detta är att väderlek, lufttryck och luftfuktighet kan variera mellan, och under test-tillfällen. Variationerna kan i sin tur ge osäkerheter i mätdata, eller i värsta fall vara orsak till inställda test. Detta är
motivationen till att använda testceller.
Cellerna finns i olika utföranden, men den övergripande funktionen är alltid densamma.
Principen innefattar en anläggning inomhus, med ett inlopp, kammare, utlopps-tub, och avgastorn, samt ett kontrollrum. Det finns tre huvudtyper benämnda U-typ (eller C- typ), L-typ och ”Folded inlet”. L-typ har ett horisontellt inlopp och ett vertikalt utlopp i avgastornet, och folded inlet kan ses som en variant av U-typ (Allenstein, 2020).
U-typ är den mest förekommande varianten. Den är identisk med L-typ bortsett från att även inloppet är vertikalt. Konfigurationen erbjuder större reduktion av buller, och
lämpar sig bättre för testceller belägna i industriområden, eller i närheten av bebyggda områden (Allenstein, 2020). För kontext och pedagogiskt värde förklaras testcellens funktion med hjälp av en U-typ som exempel. Det är dock värt att notera att cellen vars avgastorn behandlas i rapporten inte är av U-typ.
Bild 2: Enkel modell för en testcell av U-typ.
Cellen består av 5 principiella delar (Allenstein, 2020):
1. Inloppet: När motorn sätts i drift sugs luft in i testcellen genom det vertikala inloppet.
2. Inlopp Plenum: Övergången mellan inloppet och kammaren. Dess funktion är akustisk behandling och luftflödes-kontroll.
3. Kammaren: Motorn som testas är monterad i en adapter, som mäter parametrar av intresse så som bränsle- och olje-konsumtion,
rotationshastigheter, vibrationer och tryck (Duivis, 2016).
4. Utloppsröret: De varma avgaserna från motorn går in i röret, för att föras vidare till tornet.
5. Tornet: Röret avslutas i tornet, antingen med basket (ovan), eller med andra lösningar av skärmar eller vinklar. Därefter består tornets innanmäte av komponenter avsedda att minska ljudförorening.
3.3. Avgastornet
Cellens utlopp har tre huvudsakliga uppgifter (Bailey, 1972):
1. Avlägsna majoriteten av den kinetiska energin i avgaserna.
2. Kyla avgaserna med tillförd luft eller vatten.
3. Ljuddämpning för utloppet.
Av de tre, så är tornet aktivt delaktig i 1 & 3. Tornet ska fördela summan av luftflödet i utloppet till den omgivande atmosfären, samt minska bullernivån mellan cellen och omgivningen (Freuler, 1991). Tornet består vanligtvis av ett innanmäte av rostfritt stål, separerat av en luftspalt till sin yttre stomme av betong (Lundgren, 2021). I botten leds luftflödet från kammaren in till tornet. Ett sätt att göra detta är genom en basket, vilket förenklat kan beskrivas som en perforerad cylinder som avslutning på utloppsröret.
Ovanför korgen installeras ett ljuddämpning-paket (”silencer package”). Paketens utformning och ingående komponenter, och avgörande faktorer i dess, varierar mellan torn.
Tornets stomme byggs vanligtvis i betong, eller en kombination av betong och stål (Bränd, 2021). Stommen är, utöver det som håller upp konstruktionen, även en
bidragande del av ljuddämpningen (Lundgren, 2021). (Andersson, 2021) konstaterar att de förutsättningar som gäller i ett avgastorn till en testcell erbjuder ”en tuff, men
numera hanterbar, miljö” för betongen och är att betrakta som ”en udda tillämpning” av den. Utmärkande faktorer är fukt och växlande temperaturer kring nollpunkten upp till ett hundratal °C, samt mekaniska och akustiska vibrationer. Jetmotorer i drift skapar stora mängder akustisk energi (ljud) och bullerdämpning av testcellerna anses vara industriakustikens ”state-of-the-art” (hiak.se, 2021).
Enligt branschorganisationen Svensk Betong kan [modern] betong ofta anpassas för livslängder om minst 100 år (Svensk Betong, 2021). De betonar dock att ”all betong inte är beständig i alla miljöer”.
Betongen plockar under hela sin livslängd upp koldioxid från omgivningen genom en process som kallas karbonatisering. Mängden upplockad koldioxid motsvarar 15-20% av de 2-3% av Sveriges totala koldioxidutsläpp som cementfabrikerna står för (Svensk Betong, 2021). Däremot underlättar karbonatiseringen för fukt att tränga in till armeringen, och initiera armeringskorrosion. När väl det har skett påverkas korrosionshastigheten starkt av fukttillståndet (McCarthy et al, 2020).
I de fall där betong utsätts för skiftande temperaturer kring nollpunkten, uppstår risken för frostbildning. Frostskador visar sig ofta som avskalningar av exponerade betongytor, eller som inre förstörelse som visar sig genom sprickbildning i betongens yta (s.k.
”krackelering”). Effekten förstärks av högre salthalter i kontakt med konstruktionen (McCarthy et al, 2020).
3.4. Inloppsluckan PH8
På GKN;s område finns ett flertal provhus varav ett av de har en lucka till inloppet.
Provhusen kan innehålla en eller flera testceller. På PH8 inloppstorn är en lucka monterad. Den har använts som den befintliga lösningen i rapporten. Det är en
kvadratisk lucka om ~121 m² vars rörelse drivs av en motor som är kopplad till luckan via en kedja. Den rullar på 3st skenor och i öppet läge så glider den ut på sidan av tornet där den låses i sitt läge under drift.
Den stod klar 2001, och är konstruerad för ett inlopp. Detta har motiverat en mittenbalk som tredje skena. En mittenbalk för ett utlopp skulle vara opraktiskt, då den skulle behöva vara av rostfritt stål (Bränd, 2021). Detta för att kunna motstå de temperaturer som luften i utloppet kan uppnå. Kostnaden för rostfritt stål i förhållande till
konstruktion-stål gör en mittenbalk svår att motivera.
4. Metod
Metodkapitlet går genom den modell som använts under studien. Först beskrivs
modellens övergripande filosofi och sedan behandlas de 4 stegen i tur och ordning. För varje steg redovisas den teoretiska modellen först, följt av en beskrivning av det
praktiska genomförandet.
4.1. Arbetsmodellen
I början av studien uppstod behovet av en projektmodell som var bättre lämpad för konceptstudier än produktutvecklingsmodellen från KTH. Metoden som använts i denna studie grundas i (Hjelm, 2016) kombinerad med ovan nämnda modell från KTH.
Enligt (Hjelm, 2016) har en konceptstudie två huvudsyften. Det första syftet är att skapa en bild av behovet och nyttan i en utveckling eller nyproduktion av en produkt. Detta görs genom att involvera marknaden och kunden för att utvärdera förutsättningarna, befintliga teknologier och konceptidéer. Det andra syftet är att reducera de risker som finns i att utveckla, producera och driva en produkt. Riskerna är framförallt ekonomiska men kan även handla om missbedömningar i livscykelanalys och felaktigheter i
kravspecifikation. Detta kan leda till stora problem vid produktion och kan försena projekt eller i värsta fall göra produkten utdaterad när den ska lanseras.
(Hjelm, 2016) påpekar också relevansen av proaktivitet i konceptstudien. Att göra tidiga analyser och i ett tidigt stadie undersöka och upptäcka fel och brister. Då ett koncept närmar sig produktdefinition så blir ändringar mycket dyrare och svårare att
genomföra, så målet är att upptäcka det innan man kommit för långt.
4.2. Steg 1: Överordnade behov
Att kartlägga alla de behov som finns är en vital del i alla konceptstudier. Enligt (Hjelm, 2016) behöver man skapa en grundläggande förståelse för hur produkten är tänkt att användas, under vilka förhållanden den ska användas och vilka krav som finns på egenskaper och funktionalitet.
De behov som anses ha prioritet för analys är:
Samhällets behov: Här undersöks de behov som samhället kan ha och om produkten eventuellt kan påverka samhället. En livscykelanalys är ett verktyg som kan användas.
Kundens behov: Den identifierade kunden ansvarar för att beskriva det operativa behovet som de har. Alltså vad kunden vill att produkten skall inneha för funktion.
Brukarens behov: Här definieras hur produkten skall användas och det tas i beaktning de kostnader kontra prestanda som efterfrågas.
Anpassad modell:
Intressenterna delades upp i primära och sekundära för att särskilja deras betydelse och påverkan. Behovsanalysen tolkades till att först kartlägga vilka intressenter som fanns för byggandet av det nya avgastornet. De som opererar testcellen och de som utför underhåll på liknande konstruktioner identifierades som primära intressenter. De som ska stå för byggandet och konstruerandet av avgastornet inkluderades som sekundära intressenter. Intervjuer genomfördes i första hand med de primära intressenterna för att kartlägga deras behov och upplevda problem. Intervjuer med sekundära intressenter utfördes till största del för att öka förståelsen.
Utöver behovsanalysen, genomfördes studiebesök på GKN och intervjuer med sakkunniga. Studiebesök gjordes för att vidare bredda kunskapen och för att ge
utrymme för att kunna ställa bättre frågor och förstå svaren. Intervjuer med sakkunniga utfördes i syfte att fördjupa kunskap om specifika aspekter, men även för att erhålla kvalificerade åsikter till beslutsunderlaget.
4.3. Steg 2: Operativ analys
Syftet med den operativa analysen är att definiera den blivande produktens egenskaper.
Det inleds med att sammanställa en bild av kundens behov och översätta detta till vad produkten behöver inneha för egenskaper. Det tas även i beaktning det arbete och de resurser som behövs för att genomföra systemlösningen och upprätthålla dess funktion.
Anpassad modell:
Produktens egenskaper formulerades i huvudsak med intressenternas behov som grund.
Då intervjuerna var genomförda plockades behoven ut från de svar som erhållits, genom diskussion. De ställdes sedan upp i ett partiellt s.k. ”kvalitetshus” (från engelska ”House of Quality”) mot egenskaper som formulerades delvis som direkt svar på behoven, men också utifrån interna eller externa informella diskussioner.
Kvalitetshuset är ”en grafisk teknik som används i kundcentrerad kvalitetsutveckling (QFD)” (Houser and Clausing, 1988). Kundens uttalade och outtalade behov
representeras i raderna, och egenskaper som produkten skall inneha sätts i kolumnerna.
Ett värde i en cell i matrisen visar att det finns ett samband mellan motsvarande behov och egenskap (se tabell 1). Värdets storlek är representativt för hur starkt sambandet mellan de är. Efter matrisen är ifylld erhålles en poängställning för egenskaperna som reflekterar deras respektive relevans till produktens utförande. För studiens ändamål utelämnades alla ”rum” av huset, förutom den centrala behovs-egenskapsmatrisen.
Tabell 1: En principiell uppställning av behovs-egenskaps-matrisen från ett kvalitetshus.
Med behovsanalysen som grund inleddes arbetet med kravspecifikationen, som är ett centralt dokument i konceptstudien. Egenskaper från kvalitetshuset låg till grund för formuleringen av merparten av kraven. Den andra delen bestod av uttalade krav och önskemål från intressenter och sakkunniga. Specifikationen formulerades med
målsättningen att kunna fungera som fristående dokument från rapporten. Dess läsbarhet skulle inte förutsätta en bekantskap med problematiken. Den fungerade som ett styrdokument till projektets omfattning och mål, och ett samlingsdokument för överlämning till förstudie.
I detta steg gjordes även en planering över kommande steg, framförallt steg 3 vilket är den största sett till arbetstimmar.
4.4. Steg 3: Konceptdesign
När man skapat en översiktlig bild av vad de olika intressenternas krav och behov innefattar kan man börja utforma lösningsförslag. En analys görs av de funktioner produkten behöver inneha för att utföra den definierade uppgiften. Detta leder till att man kan omforma kundens krav och behov till tekniska egenskaper och funktioner som i sin tur ger underlag för fysiska lösningar. (Hjelm, 2016) påpekar att en iterativ process utförs i detta steg genom att lösningsförslag stäms av mot den operativa funktionen vilket betyder att den tekniska kravbilden kan ändras efter hand. Det undersöks också i detta steg vad som kan tillverkas av den egna organisationen och vad som behöver köpas in i form av färdiga lösningar.
Anpassad modell:
Konceptgenereringen nyttjade som måttstock; behovsanalysen, kravspecifikationen och ett funktionsträd. Behovsanalysen och kravspecifikationen var vid det här laget
befintliga dokument. Funktionsträdet konstruerades med kravspecifikationen som grund. Vad måttstock innebär i sammanhanget är att de fungerade som underlag i diskussion. Koncept värderades efter deras antagna förmåga att uppfylla uttalade behov, krav och funktioner.
Bild 3: Funktionsträd för en lucka.
En marknadsundersökning utfördes löpande under denna fas med två huvudsakliga fokus:
• Att hitta etablerade lösningar för en lucka på ett avgastorn till en testcell. En lösning som sågs som etablerad var den på inloppet till PH8.
• Att undersöka luckor i andra användnings-miljöer. Möjligheten till att anpassa dessa till den funktion och användningsmiljö som rådde undersöktes.
Alternativt fungerade de luckorna som inspiration i idégenereringen.
Marknadsundersökningen koncentrerades till fasens inledning, men återbesöktes sporadiskt vid behov under arbetets gång.
Idégenereringen skedde iterativt, med ökad detaljnivå för varje iteration. Inledningsvis begränsades skisser till principen av öppning/stängning och basal geometri. Därefter sållades koncept ut genom diskussion, och skissades en andra gång men med högre detaljnivå. Förloppet upprepades tills ett adekvat antal koncept hade en tillräcklig god detaljnivå för CAD (”adekvat” och ”tillräckligt god” var godtyckligt, och bedömdes av skribenterna).
De CAD-modeller som framställdes skulle i huvudsak fylla en illustrativ funktion.
Skisser med papper och penna har fördelen att vara intuitiva och obegränsade. När en modell ska redovisas och förklaras, lämpar sig ofta en 3D-modell bättre. Dessa modeller gick under benämningen ”3D-skisser”, då deras primära funktion var att kunna
kommunicera lösningens utformning. Dess sekundära funktioner var att underlätta problematisering, och att framställa vissa data att basera uppskattningar på.
Konceptgenereringen skedde i två omgångar, som skildes åt av de egenskaper som prioriterades. Första omgången lade fokus på lättvikt, effektivisering och innovativa lösningar. Efter en avstämning med arbetsgivaren uppstod behovet av en andra omgång med ett justerat tankesätt. Andra omgången lade större vikt vid funktionalitet, enkel princip och förutsägbarhet.
För att kunna värdera de olika koncepten så gjordes ett antal Pugh-matriser. Pugh- matriser används för att på ett systematiskt och objektivt sätt välja ut den bästa
lösningen på ett givet problem. En lösning agerar nolläge utifrån vilket man värderar de andra (Pugh, 1990). I detta fall användes luckan på PH8 som den befintliga lösningen.
Det lades även in en viktning i matrisen vilket syftar till att värdera de olika kriterierna/kraven efter hur viktiga de är.
Tabell 2: Principiell uppställning av Pugh matris.
Viktningen togs fram genom parvis jämförelse. Principen är tillämpbar när en
uppsättning parametrar behöver en inbördes prioritetsgrad. Parametrarna ställs parvis mot varandra, tills alla är jämförda med alla, och en rangordning framträder (Axelsson
& Wolme, 2016).
4.5. Steg 4: Produktdefinition
I det sista steget så sammanställs slutsatserna från föregående steg till en
produktdefinition. Resultatet innefattar även en beskrivning av hur uppdraget ska lösas med de tillgängliga resurser som finns med avseende på underhåll, utbildning och planering. Denna dokumentation ligger även till grund för planeringen av
vidareutveckling och tillverkning av systemet i fråga.
Anpassad modell:
I konceptstudiens avslutande fas låg vikten på att ”knyta ihop säcken”. Tidigare arbete, resultatet av studien och övrig dokumentation som erhållits sammanställdes i en
rapport som även innehåller rekommendation av koncept samt förslag på vidare arbete.
En presentation hölls där handledare och intressenter från GKN, samt handledare från KTH närvarade. Efter avslutad presentation gjordes en överlämning av konceptstudien och dess resultat till GKN.
Resultat sammanställdes och redovisades efter studiens uttalade mål. I tidigare faser beskrevs hur målen om kravspecifikation, konceptgenerering, jämförelse och
rekommendation uppfylldes. För att besvara frågan om luckans vara eller inte vara användes dels en kvalitativ aspekt baserad på intervjuer med intressenter. Dels användes en kvantitativ analys i form av en ekonomisk prognos från uppskattade kostnader.
Relevant information från intervjuer sammanställdes tillsammans med observationer i ett Ambivalens-kors. Ambivalens-korset är ett verktyg som används i MI (Motiverande Samtal)(Andersson, 2009). Syftet är att underlätta beslutsfattande för någon som står i begrepp att göra en förändring. Det inleds med att lista det som är positivt med nuläget, följt av vad som är negativt med det. Därefter ska det som är potentiellt negativt med en förändring undersökas, och avslutningsvis det som är potentiellt positivt (se tabell 3).
När nuläget behandlas ska det göra det fristående från förändringen. I studien användes inte ambivalens-korset under intervjuerna, utan sammanställdes av skribenterna.
Uttalanden av intressenter som var direkt relaterade till frågeställningen lyftes ut och redovisades separat.
Tabell 3: Utförandeprincip för ett ambivalenskors.
I den ekonomiska prognosen utvärderades luckans vara eller inte vara ur två perspektiv.
Det ena perspektivet fokuserade på eventuell förlängning av tornets livslängd. Dels hur många år av förlängd livstid som luckan behöver bidra till tornet för att ”break even”, antaget att luckan förlänger livslängden. Dels hur många år det tar att tjäna in
investeringen, givet en specifik livslängdsförlängning. Det andra perspektivet utgick från en bestämd livslängd, oavsett lucka eller inte, för att kunna värdera luckans ROI (Return On Investment). Prognosen genomfördes med ett verktyg skapat i Excel.
5. Resultat
Resultatet redovisas i enlighet med, och i samma ordning som studiens mål. Första delkapitlet besvarar frågan om luckans vara eller inte vara, följt av
kravspecifikationen. Därefter följer resultatet från konceptgenereringen, jämförelsen och rekommendationen. Resultatet för sista målet gällande förslag till fortsatt arbete redovisas i kapitel 6.
A. En luckas vara eller icke vara
Det första målets uppfyllnad sågs som avgörande i hur övriga mål skulle utredas. Att besvara frågan: ”Lönar det sig att ha en lucka på ett avgastorn?” föregår frågor om luckans utformning. Konceptgenerering och jämförelser mellan koncept skulle sakna relevans, om en lucka inte bidrar med önskad funktion. Lönsamhet definierades under studien till en ökning av tornets livslängd, eller en minskning av kostnader över tid.
Andra faktorer togs i beaktning, och beskrivs i ambivalens-korset.
Svaret baseras delvis på uttalanden från intressenter och sakkunniga, tillsammans med en kalkyl av uppskattade kostnader. Överlag uppfattades inställningen till en lucka som positiv av samtliga som studien var i kontakt med. En lucka antogs förlänga tornets livslängd, och minska dess behov av underhåll, samt förbättra arbetsmiljön vid underhåll i tornet. En ytterligare fördel är att relevanta besparingar kan göras genom materialbyte av tornets ingående komponenter. Storleken på dessa besparingar behandlas mer ingående av den ekonomiska prognosen.
Intressenter och sakkunniga ombads spekulera kring frågeställningen i mål A. Nedan presenteras en sammanfattning av vad de sa:
Intressent – underhåll: Bo Lindahl, COOR. Projektledare, med fokus på el och höghöjdsarbeten.
- Har en allmänt positiv inställning till en lucka. Rekommenderar en lösning liknande inloppsluckan till PH8.
Intressent – underhåll: Claes Johansson & Rickard Niklasson, COOR.
Servicetekniker.
- En lucka skulle förbättra arbetsmiljön vid underhåll i tornet då regn, snö och isbildning skulle slippas. ”Allt blir ju bättre [än helt öppet]”. De uppskattar en förlängning av tornets livslängd.
Sakkunnig – betong och konstruktion: Magnus Nykvist, HAKAB. ”Bollplank till GKN”, entreprenad.
- För ett vattenkylt torn är han övertygad om att tornets livslängd skulle förlängas av en lucka.
Intressent – användare: Olle Kloth, GKN. Testledare.
- ”Hade man haft en lucka [i TC25], kanske de aldrig hade haft de problem de har nu”.
Anm. Citatet är taget ur en kontext där Olle ombads spekulera och beskriva ett optimalt resultat av studien.
Sakkunnig – betong: Ronny Andersson, Cementa. Forskning- och innovationschef, med fokus på betongens användning i samhället.
- Som svar på frågan om vilka problem som kunde förebyggas av en lucka: ”givetvis [problem som följd av] frosten”. Han bedömer att frost är den största variabeln [av de
som beskrevs] för tornets livslängd.
- ”Utifrån den kravspec man har, så skulle nog luckan kunna vara en stor hjälp”.
”Kravspecen” avser den beskrivning av tornets användningsmiljö som gavs vid intervjutillfället.
Sakkunnig – konstruktion: Jan-Erik Bränd, HIAK. Teknik- och akustik-ansvarig i företag som jobbar med industriella akustikproblem.
- Han skulle projektera ett sånt här torn med en lucka, om det var helt upp till honom.
Faktorer av relevans till beslutet om luckans vara, eller inte vara, sammanställdes i ett ambivalens-kors. De för- eller nack-delar som är behäftade med värden återfinnes i den ekonomiska prognosen.
Tabell 4: Ambivalens-kors över beslutssituationen kring luckan.
Bedömning av en luckas ekonomiska lönsamhet gjordes med en livscykelanalys, baserad på uppskattade värden. Analysen genomfördes i ett för studien konstruerat verktyg i Excel. Verktyget hade som input de uppskattade kostnaderna för konstruktion och underhåll, och gav beräknade årliga kostnader och jämförelser som output. I diagram 1 är en sammanställning av värden av intresse. Utförlig redovisning av beräkningar och uppskattade värden, samt källor till dessa, återfinnes i appendix C. Inflation har inte tagits med i analysen.
Diagram 1: Kostnader för ett torn utan lucka, jämfört med kostnader för ett torn med lucka.
I diagram 1 framgår att ett torn med lucka innebär en initial merkostnad, men att den i längden kostar mindre. Kostnader för underhåll är mindre, vilket ger en lägre total kostnad per år av tornets livslängd. Sammantaget kommer investeringen att vara återbetald efter 21 år, och ge en ROI om ca 1,4 mkr.
Utöver den ekonomiska analysen över livslängden, genomfördes ytterligare två
beräkningar av potentiell relevans. Med intressenters och sakkunnigas uttalanden om sannolik förlängning av tornets livslängd som förutsättning, undersöktes
konsekvenserna av olika storlekar på förlängningen. För större säkerhet uteslöts skillnader i underhållskostnader från beräkningarna, då de ansågs vara behäftade med en förhållandevis stor osäkerhet. Utvalda slutsatser från det perspektivet innefattar:
• Som exempel skulle en förlängd livslängd från 50 år till 60 år, innebära att luckan skulle vara återbetald efter 8 år i form av framtida besparingar.
• Luckan skulle behöva skänka tornet ytterligare 2 år av livslängd, för att investeringen ska ha lönat sig. Detta motsvarar 4% av tornets livslängd.
Samtliga slutsatser kring en luckas ekonomiska försvarbarhet i den här rapporten har baserats på uppskattade värden. Uppskattningarna har gjorts av sakkunniga med bred kompetens inom deras respektive områden. Kostnadernas validitet bör dock verifieras enligt förslaget till fortsatt arbete i kapitel 6, punkt 5.
B. Kravspecifikation
En kravspecifikations syfte är att på ett koncist sätt sammanställa den information som behövs internt och externt för att framställa en tjänst eller produkt. Kravspecifikationen agerar styrdokument för att man ska kunna bedöma om produkten/tjänsten är godkänd och att inblandade parter har uppfyllt sina mål.
I kravspecifikationen som framställdes värderas kraven i tre olika steg för att ge en tydligare bild. Dessa tre steg formuleras enligt följande:
1. Skall – Högsta graden av krav. Om detta inte uppfylls kommer inte produkten/tjänsten att vara godkänd.
2. Bör – Andra graden av krav. Målet är att uppfylla detta men det finns större utrymme för justering än för skall-kravet.
3. Önskvärt – Tredje graden av krav. Här samlas de krav som kan bidra på olika sätt till en värdefull produkt/tjänst men som anses vara en bonus om de uppfylls.
I matrisen där kraven listas finns även två kolumner för varje krav som heter ”Specifikt”
och ”Info” (se tabell 5). Under ”Specifikt” så anges de mätbara data som kan behövas för att förtydliga vad som faktiskt ska uppnås inom kravet. Under ”Info” finns det utrymme att ytterligare ange saker som kan vara användbara för att förstå kravet fullt ut.
Krav Specifikt Info
Tabell 5: Utformning av krav
Kravspecifikationen utformades med intressenternas behov som grund. Målet som formulerades var: ”Utforma en lämplig kravspecifikation för lucka till nytt avgastorn.”
Detta gjordes genom att först tolka och sammanställa de behov som nämndes under intervjuer med intressenter till en QFD (se Appendix C). Denna QFD användes sedan som underlag till kravspecifikationen som återfinnes i sin helhet i Appendix D.
C. Konceptgenerering
Som nämnt i 4.4. gick konceptgenereringen i två omgångar med olika fokus. Första omgången (se bild 4) kan summeras som en ansats till att anpassa luckor från andra användningsområden, till att fungera för avgastornet. De innefattade generellt tunna paneler och en eftersträvan till att ta så lite visuell och fysisk plats som möjligt. Andra omgången hade sin utgångspunkt i inloppsluckan till PH8. De lösningar som
framställdes i andra omgången redovisas kort i jämförelsen. Samtliga koncept redovisas i sin helhet i appendix A.
Bild 4: Ett urval av koncept från första omgången
D. Jämförelse
Bild 5: Koncept 2.0, t.v i öppet läge t.h i stängt läge
Lucka med ett lutande tak för avrinning. Luckans rörelse för öppning och stängning görs med hjul som rullar i fasta skenor.
Detta är den lösning som idag finns på GKN Aerospace på Provhus 8. Lösningen sitter på inloppstornet vilket gör att det inte helt går att jämställa med avgastorn men i denna rapport har den representerat den nuvarande lösningen.
Bild 6: Koncept 2.1.
Tudelad lucka som består av två tak med lutning för avrinning. Luckans rörelse för öppning och stängning görs med hjul som rullar i fasta skenor.
Bild 7: Koncept 2.2, t.v i öppet läge t.h i stängt läge.
Tudelad lucka med ett lutande tak för avrinning. Luckans rörelse för öppning och stängning görs med hjul som rullar i fasta skenor. I öppet läge befinner sig den vänstra delen av luckan på bilden under den högra och har därmed ett mindre utstick utanför tornet.
Tabell 6: Pugh matris
I tabell 6 visas den slutgiltiga jämförelsematrisen. Viktningen togs fram genom parvis jämförelse som återfinns tillsammans med utförliga beskrivningar av Pugh-matrisens kriterier och resonemang, i appendix C.
E. Rekommendation
Baserat på det underlag som har framställts och sammanfattats i denna rapport, görs rekommendationen med följande premisser:
• Luckans profilbild: En lucka till ett avgastorn på en testcell är i sammanhanget jämställt med en dörr till en bil. ”Den ska bara funka” är den rådande
inställningen på GKN.
• Nuvarande situation: Den ökade degraderings-takten av tornet till TC25 ger inte tid till att utförligt undersöka och väga olika alternativ.
• Befintlig lösning: Inloppsluckan till PH8 är en för GKN känd lösning.
Från premisserna följer studiens rekommendation:
• ”Att i möjligaste mån basera konstruktionen av en lucka till utloppet av TC25, på den befintliga luckan till inloppet av PH8.”
Formuleringen undviker avsiktligt att rekommendera ett specifikt koncept. Det koncept som under studien har representerat rekommendationen är koncept 2.0. Det är dock inte en direkt överföring av den som rekommenderas. Förutsättningarna för tornet till TC25 är inte desamma som för inloppet till PH8. Därför kan det heller inte antagas att inloppsluckan till PH8 är väl anpassad för utmaningarna i tornet till TC25.
Den faktor som vägde tyngst i motiveringen var lösningens förutsägbarhet.
Konceptuella lösningars egenskaper är behäftade med en sannolikhet. Med nämnda premisser behövde de önskade egenskaperna vara så nära garanterade som möjligt. Den enda lösning som behandlats under studien som erbjöd data att basera prognoser om funktionalitet, underhållsrutiner, och kostnader på, var koncept 2.0. Utöver detta så finns kompetens för underhåll, och kunskap om dess funktion redan inom företaget.
Större likhet med inloppsluckan till PH8, ger därför en större förutsägbarhet till luckan till TC25.
6. Diskussion
Inledningsvis redovisas resultatet för det uppsatta målet kring fortsatt arbete.
Rapporten avslutas med en reflektion kring studien och dess utförande.
F. Förslag till fortsatt arbete
Under studien har det framkommit information som inte har kunnat hanterats inom tidsramen för studien men som har ansetts vara viktigt att dokumentera. För att göra en komplett överlämning till förstudie så har denna information sammanställts i Appendix B. Nedan följer en sammanfattning:
1. Ventilation av tornet – Då fukt och temperaturvariationer är ett stort problemområde anses det vara av värde att undersöka möjligheten till
ventilation. För att spara energi skulle varmluft från närliggande maskinhallar kunna användas.
2. Luckans kontrollsystem – Ett övergripande arbete för att styrning av öppning/stängning, när det tillåts och hur det initieras. Om nämnda kontrollsystem skulle fallera behövs en manuell nödöppning.
3. Underhåll av luckan – Önskemål om att ha ett system som ger en indikation av vart ett potentiellt fel sitter. Detta för en förenklad felsökningsprocedur.
4. Eliminering av inre utloppslucka – Möjlighet att helt kunna utesluta en inre utloppslucka vilket varit ett problemområde. Om den inte kan uteslutas så föreslås det att en ny sorts inloppslucka konstrueras då den gamla visat sig vara bristfällig i sin funktion.
5. Verifiering och uppföljning av kostnader – Värden och kostnader erhållna i studien är baserade på uppskattningar och generaliseringar. Därför föreslås att dessa verifieras med faktiska siffror under förstudien. Vidare rekommenderas det att underhållsdata dokumenteras för att differentiera problemområden och skapa ett brett beslutsunderlag.
Luckans kontrollsystem och en eventuell eliminering av den inre utloppsluckan anses ligga inom det område som kommer att behandlas i förstudien, oavsett om det nämns i denna rapport eller inte. Studiens inställning har varit att ta in och dokumentera
relevant information från intervjuer som legat utanför studiens omfattning. Detta för att förstudien ska kunna genomföras med en bredare kunskapsgrund. Därmed så har det ansetts viktigt att även lyfta denna information för att underlätta arbetet med
förstudien.
Att ha ett system som skulle underlätta felsökning och därmed minska tidsåtgången vid avhjälpande underhåll lämnades i form av ett önskemål från servicetekniker. Detta önskemål anses vara värt att vidare undersöka. Först och främst om möjlighet finns till genomförande och sedan för att utforska den eventuella vinsten.
Att ha ventilation i tornet skulle ytterligare hjälpa strukturen att bibehålla sin funktion och uppfylla sin livslängd. Möjligheten till detta framkom första gången i intervju med Ronny Andersson, forskningschef på Cementa. Han nämnde att skulle man ha möjlighet att torka ut tornet efter drift skulle det vara väldigt hjälpsamt gentemot betongen och för att styra den så kunde fuktindikatorer användas. Frågan om ventilation togs sedan
upp i efterföljande intervjuer för att vidare undersöka om det skulle vara genomförbart.
För att skapa den bästa miljön för betongen inuti tornet så hade ventilation varit önskvärt, men tas det i beaktande den energiåtgång som skulle krävas för att flytta och/eller värma den volymen av luft så blir det inte lika självklart. Ett alternativ som dök upp var möjligheten att ta den varmluft som ventileras ut från närliggande
maskinhallar och leda in den i tornet. Det skulle spara energi i uppvärmning men det skulle kräva en mekaniskt styrd ventilation.
Reflektion
Resultatet ger en tvetydig bild av luckans nytta och lönsamhet. Å ena sidan ställer sig intressenter och sakkunniga positivt till frågan om dess vara eller inte vara. Å andra sidan är tiden till återbetalning av investeringen förhållandevis lång. Den önskade återbetalningstiden har angetts som 3-4 år, vilket vida understiger den beräknade.
Vikten av verifiering för det ekonomiska argumentet kan inte överdrivas. En något mindre konstruktionskostnad för luckan, och/eller en ökning av de besparingar som kan göras som följd av luckans vara, skulle kunna innebära en omedelbar återbetalning.
En ytterligare faktor värd att nämna är underhållskostnaderna för ett torn utan lucka är i direkt omvänd korrelation till återbetalningstiden för ett torn med lucka.
Något som inte behandlats utförligt under studien är de externaliteter som kan uppstå.
Att undvika avhjälpande underhåll förhindrar en stillastående testcell, och frigör
personal till andra uppgifter. Dock gäller samma argument vid de tillfällen där luckan är i behov av underhåll, eller att luckan i sig inte öppnas. I ett komplett beslutsunderlag är det inte orimligt att anta att externaliteter kan vara avgörande.
Under tiden som arbetet har fortlöpt har vi märkt en markant skillnad mellan att utföra uppgifter i skolan och att göra det för ett företag. När konceptgenereringen startade så letade vi inom flera olika branscher för att hitta inspiration till olika lösningar. Det diskuterades att vi ville komma med ett brett spektrum med lösningar för att företaget skulle kunna ta ställning till vilken linje man ville gå på och därifrån ta det till förstudie.
Vi framställde 3-4st koncept som togs från skiss till CAD där vi jobbade med minimal vikt, små utstick utanför tornet och som nämnt tidigare med en bredd i konstruktionen av de olika koncepten. Det hölls ett möte med handledaren vars syfte var att
avrapportera arbetet som gjorts fram till den punkten. Mötets primära mål var att ge en förhandsvisning på koncepten, diskutera dessa och få feedback.
Under mötet så gavs kritik framförallt på funktionen av de olika koncepten.
Handledaren ansåg att vi inte hade tagit hänsyn till de egenskaper vi identifierat som allra viktigast; funktionalitet och robusthet. Frågan uppstod hur vi egentligen hade jobbat med den QFD vi hade upprättat. Kritiken var välriktad, välgrundad och
framförallt kom den i rätt tid då det fortfarande fanns möjlighet att backa några steg och se över koncepten igen. Ett internt möte hölls där vi diskuterade igenom vad som hade hänt och slutsatsen var att vi helt enkelt hade missat att objektivt bedöma våra koncept mot QFD. Det är här skillnaden mellan skola och arbetsliv gjorde sig påmind, i skolan premieras nytänkande och ofta är kursmålen utformade för att främja idéer som ligger
”utanför boxen”. Detta är såklart ett viktigt verktyg att lära sig inom produktutveckling, att tänja på gränser och tänka nytt, men i denna situation hade vi satt våra egna kreativa
koncept före vad kunden egentligen ville ha. Vi missade målet genom att inte lyssna på vad kunden sa och denna gång fanns inte utrymme för experiment.
När insikten om detta hade lagt sig så tog vi ett nytt grepp om konceptgenereringen och denna gång så fick QFD spela huvudroll. Alla funktioner koncepten innehöll kollades noga av för att uppfylla de egenskaperna.
Det vi tar med oss från detta arbete har mycket att göra med hur ett samarbete mellan uppdragsgivare och uppdragstagare måste fungera för att framställa en produkt eller tjänst som uppfyller de satta målen. För oss var det tur att vi hade ett nära samarbete med uppdragsgivaren och kunde få feedback i tid för att kunna strukturera om arbetet. I efterhand så var det en lärorik upplevelse att se koncept man har satt stolthet i att
framställa få rättmätig kritik. På ett emotionellt plan upplevde vi till en början detta som ett misslyckande och att vi kanske inte alls kan produktutveckling på det sätt som vi trodde. Att då kunna ta ett steg tillbaka, luta sig mot de verktyg vi lärt oss att använda på KTH och lita på processen var betydelsefullt. De verktyg som användes är inte något som bara ska fyllas i för att nå ett kursmål. De fungerar som grund för tolkning och utvärdering av arbetets mål och tillför en riktning att följa. Denna lärdom kommer vi ta med oss ut i arbetslivet och vi har förhoppningsvis blivit lite bättre på produktutveckling och vad det betyder.
Referenser
Litteraturlista
[1] (Hjelm, 2016) https://saabaircraftindustry.com/sv/vagar-till-ny- formaga/kundvarde/konceptmetodik/ (Hämtad 2021-03-23)
[2] By Jeff Dahl 2007-12-16, CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3235265
[3] “How do jet engines work?” Matthew Johnston California Aeronautical University 2020 How Do Jet Engines Work? - California Aeronautical University (calaero.edu) (Hämtad 2021-04-07)
[4] ”The history of Volvo Aero Corporation” Lars Myrén
https://web.archive.org/web/20061025011640/http://www2.volvo.com/NR/rdonlyres /7B00F4AD-6C2B-40E8-AE56-9BDF0AF5CF3C/0/VACHistory.pdf (Hämtad 2021-04- 08)
[5] Pugh, Stuart. 1990. Total Design: Integrated Methods for Successful Product Engineering. Boston: Addison-Wesley Publishing Company.
[6] Axelsson, Elias; Wolme, Kerstin. 2016. Borda - Examensarbete inom produktutveckling och innovationsledning. Halmstad: Halmstad Högskola. https://www.diva-
portal.org/smash/get/diva2:1052513/FULLTEXT02
[7] Mitchell, J.G. 1990. Comparative Engine Performance Measurements. Lecture Series no.
169. Essex: AGARD.
[8] Duivis, Rob. 2016. How do we test jet engines? https://blog.klm.com/how-do-we-test-jet- engines/ (Hämtad 2021-04-16)
[9] Freuler, Richard J. 1991. An Investigation of Jet Engine Test Cell Aerodynamics by Means of Scale Model Test Studies with Comparison to Full Scale Test Results. Dissertation, The Ohio State University.
[10] Bailey, David Laurence. 1972. An analytical and experimental analysis of factors affecting exhaust system performance in sea level static jet engine test cell facilities. Monterey: Naval postgraduate school.
[11] Svensk Betong Service AB. Beständighet och livslängd.
https://www.svenskbetong.se/bygga-med-betong/bygga-med-platsgjutet/hallbart- byggande/bestandighet-och-livslangd (Hämtad 2021-03-29)
[12] McCarthy, Richard; Börtemark, Ingvar; Ljungkrantz, Christer; Peterson, Markus; Jönsson, Ulf; Strandgren, Helen; Hedlund, Hans. 2020. Revidering av Betonghandboken Material.
SBUF.
[13] Andersson, Claes. 2009. Motiverande Samtal (MI) – Styrkor och Svagheter. Växjö:
Institutionen för pedagogik/IKM Pedagogik med inriktning mot ungdoms- och missbruksvård, Växjö universitet. http://lnu.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2:221261
Intervjuer
[1] Bo Lindahl, COOR. Projektledare, med fokus på el och höghöjdsarbeten. 2021-05- 04, COOR;s platskontor i anslutning till GKN.
[2] Claes Johansson & Rickard Niklasson, COOR. Servicetekniker. 2021-03-23, konferensrum ”Royal Room”, GKN.
[3] Magnus Nykvist, HAKAB. ”Bollplank till GKN”, entreprenad. 2021-04-09, studie- kontor, GKN.
[4] Olle Kloth, GKN. Testledare. 2021-03-22, konferensrum ”Royal Room”, GKN.
[5] Ronny Andersson, Cementa. Forskning- och innovationschef, med fokus på betongens användning i samhället. 2021-04-1, via länk från Malmö.
[6] Jan-Erik Bränd, HIAK. Teknik- och akustik-ansvarig i företag som jobbar med industriella akustikproblem. 2021-05-06, via länk från Hedemora.
Uttalanden
[7] Fredrik Lundgren, GKN. Projektledare motorprovning. Diskussioner, möten och en intervju utförda mellan 2021-03-08 och 2021-06-03.
APPENDIX A –
”Sammanställning av koncept”
I detta appendix återfinnes de koncept som togs hela vägen till 3D-skiss. Varje koncept redovisas med en kort beskrivning, följt av för- och nackdelar.
Koncept 1.0
Bild 1: Luckan är utformad likt en jalusi, flera mindre paneler som är ihopkopplade med varandra gör att luckan är flexibel. Vid öppning rullas jalusi ned på sidorna av tornet och den har en lutning för att leda bort nederbörd.
Fördelar:
• Finns en liknande lösning (SAI).
• Luckan och tornet får ett minimalistiskt utseende.
Nackdelar:
• Varje panel behöver vara styvt för att klara snölast, svårt att få det att hålla.
(HIAK)
• Kostsamt att göra paneler så långa med tillräcklig hållfasthet. (HIAK)
• Mittbalk skulle behöva konstrueras i rostfritt stål, dyrt och svårt att tillgodose tillräckligt utrymme för material att expandera av värmen. (HIAK)
Koncept 1.1
Bild 2: Öppning/stängning utförs då spjällen roteras. Spjällen är ihopkopplade i
grupper om 5. I stängt läge tätar spjällen genom att ligga omlott och för att nederbörd ska ledas bort är de vinklade.
Fördelar:
• Förhållandevis små krafter för öppning och stängning.
• Vid rätt förhållanden kan funktionen vara autonom.
Nackdelar:
• Utvidgningen vid uppvärmningen gör det omöjligt (HIAK)
• Många rörliga och förhållandevis små komponenter.
Koncept 1.2
Bild 3: Tudelad lucka som viks ihop i varsin ända av tornet där den sticker ut för att inte störa flödet. Består av 2st grupper om 4st paneler som vid stängt läge har en lutning för att leda bort nederbörd.
Fördelar:
• Finns kompetens att tillgå från godsfartyg.
• Tar upp relativt lite plats vid sidan av tornet.
Nackdelar:
• Varje panel behöver vara styvt för att klara snölast, svårt att få det att hålla.
(HIAK)
• Kostsamt att göra paneler så långa och tillräcklig hållfasthet. (HIAK)
• Snö och is kan fastna mellan paneler vid öppning. (Fredrik)
Koncept 2.0
Bild 4: Lucka som består av ett tak med lutning som rullar på skenor för att öppna och stänga.
Detta är den lösning som idag finns på GKN Aerospace på Provhus 8. Lösningen sitter på inloppstornet vilket gör att det inte helt går att jämställa med avgastorn men i denna rapport får den representera den nuvarande lösningen.
Fördelar:
• Nuvarande lösning på GKN.
o Kompetens finns att tillgå.
o Historik över underhåll och kostnader.
o Beprövat koncept.
• Finns etablerade komponenter att tillgå (Demag). (Bosse) Nackdelar:
• Sektionen behöver tillåta tillräcklig luftström mellan sig och tornet för att inte skapa undertryck vid avgasflöde. (HIAK)
• Kräver stor stödsektion.
• Stort vindfång.
Koncept 2.1
Bild 5: Tudelad lucka som består av två tak med lutning som rullar på skenor för att öppna och stänga.
Fördelar:
• Liknar nuvarande lösning på GKN.
o Kompetens finns att tillgå.
o Historik över underhåll och kostnader.
o Beprövat koncept.
• Finns etablerade komponenter att tillgå (Demag). (Bosse) Nackdelar:
• Måste vara tätt mellan sektionerna. (HIAK)
• Sektionerna behöver tillåta tillräcklig luftström mellan de och tornet för att inte skapa undertryck vid avgasflöde.
Koncept 2.2
Bild 6: Tudelad lucka som består av två tak med lutning som rullar på skenor för att öppna och stänga.
Fördelar:
• Liknar nuvarande lösning på GKN.
o Kompetens finns att tillgå.
o Historik över underhåll och kostnader.
o Beprövat koncept.
• Finns etablerade komponenter att tillgå (Demag). (Bosse) Nackdelar:
• Måste vara tätt mellan sektionerna.
• Sektionerna behöver tillåta tillräcklig luftström mellan de och tornet för att inte skapa undertryck vid avgasflöde.
Koncept 2.3
Bild 7:Funktionen och rörelsen av luckan är starkt influerad av bakgavellyftar som återfinns på lastbilar. Där luckans första rörelse lyfter den av tornet och sedan roterar ned för att på så vis inte obstruera avgasflödet. Luckan är tudelad och har lutning för att leda bort nederbörd.
Fördelar:
• Finns kompetens att tillgå från bakgavellyftar.
• Vanligtvis byggda på detta sätt om inte temperaturerna är så höga. (HIAK)
• Luckan förflyttas långt ifrån avgasflödet.
Nackdelar:
• Stort vindfång vid öppning. (HIAK)
• Tung lucka och därmed stort moment. (HIAK)
Legend:
• Bo Lindahl, Projektledare på COOR. Ansvarig för höghöjdsarbeten på GKN Aerospace, har därmed varit mycket involverad i underhåll av befintlig inloppslucka TC8.
• Jan-Erik Bränd, Teknik & Akustikansvarig på HIAK. Har ansvaret för ljudisolering och bullerdämpning samt avgasflöde för testcellen.
• Magnus Nykvist, Projektledare HAKAB. Bistår GKN Aerospace i anläggnings- och byggfrågor. Har varit inblandad i testcellsprojektet från start.
• SAI. Franskt bolag som tillverkar ljudisolering och bullerdämpning för industriellt bruk.
• Fredrik Lundgren, Projektledare på GKN Aerospace. Ansvarig för
ombyggnationsprojektet av TC25 och även handledare till författarna av denna rapport.
APPENDIX B –
”Sammanställning av förslag till fortsatt arbete”
Ventilering av tornet
Under intervjun med Ronny Andersson, forsknings och innovationschef på Cementa nämnde han att det kan vara en stor potentiell ökning av livslängd om man kunde ha ventilation i tornet. Detta skulle hjälpa betongen att torka efter testkörning och då motverka slitage. Han föreslog att man kunde ha fukt- och värmeindikatorer som styrde ventileringen. Svaret kom efter att författarna ställde en fråga angående ”Hibernation mode”, alltså att man skulle försluta tornet med luckan för att på så sätt skydda det under längre perioder av inaktivitet.
Då GKN Aerospace har beslutat att tornet ska vara vattenkylt så ansågs det vara av intresse att vidare utforska detta alternativ. Frågan ställdes i efterföljande intervjuer med intressenter om det skulle vara genomförbart.
Nedan följer återberättelser av de svar som gavs:
• Jan-Erik Bränd från HIAK anser att det låter dyrt då det är en enorm volym inuti tornet som behövs torkas ut. Det kräver även att luckan är helt tät om mekanisk ventilation skall fungera. Han anser att värma bort fukten antagligen är för dyrt och energikostsamt. Han nämner dock att om man kan leda varmluft från maskinhallarna in i tornet på ett kostnadseffektivt sätt så skulle det vara värt ur livslängsperspektiv.
Förslaget om att leda varmluft från maskinhall kommer att tas upp i rapporten som ett förslag till vidare arbete då det skulle kunna både förlänga livslängd för tornet och man skulle ta hand om den varmluft som annars släpps rakt ut.
• Under intervjun med Magnus Nykvist från HAKAB svarade han att om man kan cirkulera luft i tornet då luckan är i stängt läge så är detta positivt för betongen.
Magnus nämner att tätskiktet på betongen suger åt sig fukt och behöver då kunna tillåtas att avdunsta samma fukt. Kan man då hjälpa betongen på vägen vore det bra då en fuktig betongvägg som utsätts för minusgrader och sedan snabbt värms upp kan uppvisa spjälkning.
Luckans kontrollsystem
I de intervjuer som har genomförts med operatörerna av testcellen, provningsledare och testcellsansvarig så framkom det att man inte vill märka av luckan. ”Den ska bara
funka”, alltså den ska göra det den ska, när den ska och den ska göra det varje gång. För att detta allmänna krav ska uppfyllas behövs ett kontrollsystem och styrning.
• Initieringen av öppning/stängning skall utformas på ett sådant sätt att felaktigt handhavande inte tillåts.
o Vid drift av motor tillåter systemet inte att luckan stängs.
o Vid drift av vindtunnel tillåter systemet inte att luckan stängs.
o Knapp/vred/spak har en tydlig utformning och information om vilket läge som ger öppning och stängning.
