Produktutvikling og Konstruering av ROV Ramme og Float med Hensyn på Design for Miljø konseptet

Abstract

Denne oppgåva har som mål å designa og konstruera ramma til ROVen, kalla Fenris, og den indre og ytre konstruksjonen av flytaren, kalla Frøya, ved å følgja produktutviklingsprosessen (PUP). Dette inkluderer utviklinga av flytaren sitt oppdriftssystem. Oppgåva er gjennomført i samarbeid med studentorganisasjonen UiS Subsea, som skal konkurrera i MATE ROV Konkurransen 2022 med produkta. Dei siste tiåra har fokuset på berekraft og miljø auka, båe i bedrifter og private hushald. I år rettar MATE eit fokus på FN sine 17 berekraftsmål og utfordrar studentar til å finna løysingar på globale utfordringar, som klimaendring, fattigdom, og miljøøydeleggingar. På bakgrunn av dette, vart design for miljø (DFM) konseptet implementert i PUP for å minimera miljøpåverknaden til livssyklusen til produkta.

PUP bestod av hovudstega planlegging, konseptutvikling, detaljdesign og testing og forbetring. Prosessen fokuserte på planlegging, å setja DFM mål, og å gjera grundige undersøkingar før konseptgenereringa og utviklinga av produkta starta. Dette gjorde konseptgenereringa lettare og tidssparande, sidan kundane sine ynskjer og forventingar var kjende. Dei mest lovande konsepta vart effektivt valde basert på målspesifikasjonar, matriser eller utrekningar. I detaljdesign fasen vart fleire forbetringar, dimensjoneringar, material val, strukturelle analysar, oppdrifts, stabilitets og farts utrekningar, og produkt kostnad gjennomført. Analysane og utrekningane verifiserte at komponentane ville vera sterke nok til å motstå dei påsette kreftene, at oppdrift og stabilitet var tilfredsstillande, at produkta var eigna til oppgåvene i konkurransen, at dei var innanfor budsjettet, og følgde DFM retningslinjene. Ved val av materiale for ROVen måtte materiala vera så lette som mogleg, samstundes som dei hadde styrken til å motstå dei påsette kreftene, for å minimera vekta til produktet. For flytaren var hovudfokuset å velja miljøvennlege materiale som kunne resirkulerast. DFM retningslinjene, som vart sette i konseptutviklinga, vart vurdert i val av materiale for å redusera miljøpåverknaden til produkta. I testing og forbetring vart forbetringar gjort, basert på testing etter samanstilling av produkta, testing i vatn, og vakuumtesting av flytaren. Båe produkta vart endra etter testinga. Produkta sin miljøpåverknad, samanlikning med DFM måla, og moglege forbetringar vart òg vurdert. Alt i alt var PUP gunstig, men tidkrevjande og kravde strukturerte lag medlemmar. For optimal bruk av prosessen, burde bedrifter velja dei fasane og stega som vil vera mest relevant for dei.

Produkta vart evaluert ved hjelp av eit DFM vurderingsverktøy, for å sjekka om dei faktisk var vogge til vogge produkt. Material samansetning, mengd resirkulert innhald, og moglegheit for demontering og resirkulering, vart vurdert for å evaluera i kva grad DFM prosessen hadde vore suksessfull. ROVen oppnådde ei vurdering på 88,2 % og flytaren 89,4 %. Resultata var relativt høge, og produkta var tilfredsstillande med tanke på DFM og å vera vogge til vogge produkt.

Sluttprodukta var generelt tilfredsstillande og fungerande, gjorde det bra under testing, og evna å utføra oppgåvene til MATE sin kvalifikasjonsvideo. Trass i dette, kunne det gjerast forbetringar og optimaliseringar for å oppnå betre produkt.

This thesis aims to design and construct the ROV frame, named Fenris, and the inner and outer construction of the float, named Frøya, by following the product development process (PDP). This includes the development of the float’s buoyancy system. The thesis is executed in collaboration with the student organization UiS Subsea, which will compete in the MATE ROV Competition 2022 with the products. Over the last decades, the focus on sustainability and the environment has increased, both in companies and private households. This year, MATE focuses on the United Nations’ 17 Sustainable Development Goals (UN SDGs) and challenges students to find solutions to global challenges like climate change, poverty, and environmental degradation. Consequently, the design for environment (DFE) concept is implemented in the PDP to minimize the environmental impact of the products’ life cycles.

The PDP consisted of the main phases: planning, concept development, detail design, and testing and refinement. The process focused on planning, setting the DFE goals, and doing thorough research before starting the generation of concepts and development of the products. This made the concept generation easier and time-saving since the customers’ wants and expectations were known. The most promising concepts were effectively selected based on target specifications, matrices, or calculations. During the detail design phase, further improvements, dimensioning, material choice, structural analyses, buoyancy, stability and velocity calculations, and product cost were performed. The analyses and calculations verified that the components would be strong enough to withstand the applied forces, that the buoyancy and stability would be satisfying, that the products would be fit for the tasks in the competition, that they would be within budget, and would follow the DFE guidelines. When selecting materials for the ROV, the materials needed to be as light as possible while still having the strength to endure the applied forces, to minimize the product’s weight. For the float, the main focus was to select environmentally friendly and recyclable materials. The DFE guidelines, set during the concept development, were taken into account during the material selection to reduce the environmental impact of the products. In testing and refinement, improvements were made based on testing after assembling the products, testing in water, and vacuum testing the float. Both products were altered after testing. The environmental impact of the products, comparison to the DFE goals, and possible improvements were also assessed. Overall, the PDP was beneficial but was time-consuming and required structured team members. For the best utilization of the process, companies should select the phases and steps that would be most relevant to them.

The products were evaluated using a DFE assessment tool to check whether they indeed were cradle-to-cradle products. Material chemistry, amount of recycled content, disassembly, and recyclability were considered to assess the success of the DFE process. The ROV obtained a rating of 88.2 % and the float 92 %. The results were relatively high, and the products were satisfying in terms of DFE and being C2C products. The final products were overall satisfying and functioning, did well during testing, and were able to perform the tasks for MATE’s qualification video. However, improvements and optimizations could be made to enhance the products.