Casestudie om utvikling av fremdrift og styring til en elektrisk ferje: identifisering av nøkkelparametre for en fleksibel modulær designprosess

Abstract

Tradisjonell produktutvikling er i økende grad nødt til å tilfredsstille etterspørsel, kunder og konkurranse, noe som gjør utviklingsmetoder som tar hensyn til risiko, kundeverdi og omarbeiding mer aktuelle. Set-Based Concurrent Engineering, Agile og Lean Produktutvikling forsøker å implementere denne fleksibiliteten, som mangler i tradisjonell produktutvikling. Dessverre er det manglende bevis på fordeler og ulemper ved disse utviklingsmetodene. En litteraturstudie som utforsker disse metodene danner grunnlaget for å formulere forskningsspørsmålet: I hvilken grad kan en spesifikk designløsning utvides til en fleksibel, modulær prosess ved å identifisere nøkkelparametere gjennom utvikling? I denne masteroppgaven, er den spesifikke designløsningen et casestudie, bestående av utvikling av fremdrift- og styresystem for en elektrisk ferje. For å gjennomføre dette benyttes en strukturert metode basert på Set-Based Concurrent Engineering Baseline Model, for å danne et fem-stegs rammeverk for utviklingen, med inspirasjon fra Agile og Lean Produktutvikling. Fleksibiliteten disse utviklingsmetodene besitter gjør det mulig å identifisere nøkkelparametere som er essensielle for å utvide den spesifikke designløsningen.

Steg 1 av fem i rammeverket består av å identifisere interessenter og deres verdier, samt å prioritere disse. Videre deles systemet inn i delsystem, hvor designområdet og grad av utvikling defineres. Steg 3 består av å fylle kunnskapsmangler, samt å identifisere funksjon, teori og videre prosess knyttet til hvert delsystem. Neste steg utforsker delsystem-kombinasjoner, utbytte- og avgrensningsgrafer, samt etablerer kontakt med leverandører. Siste steg oppsummerer systemdesignløsningen. Resultatet fra casestudiet er en thruster for fremdrift, snekkegir og BLDC motor til styring og en spesialtilpasset aksling for å forbinde disse. Basert på læring i løpet av casestudiet er en prosess for å utvikle et fleksibelt og modulært design presentert. Nøkkelparametere som stimulerer fremgang i prosessen er kartlagt, og et forsøk på å generalisere metoden er gjennomført. Prosessen består av ni steg, hvor muligheten for kontinuerlig forbedring er prioritert. Nøkkelparametere, som kriterier og tekniske spesifikasjoner, er nødvendige for å stimulere og organisere utviklingen, og må utnyttes. Prosessen verifiseres ved å gjøre resultatet fra casestudiet fleksibelt. Dermed kan produktet ta hensyn til endringer i spesifikasjoner underveis.

Rammeverket som er benyttet i casestudiet tilfører verdi til produktutviklingslitteratur, gjennom en detaljert beskrivelse av metodeverktøy, og demonstrerer bruken i et komplekst produktutviklingsprosjekt. Videre vil nøkkelparametere som sikrer en fleksibel, modulær designprosess identifiseres i ni steg. Den fleksible prosessen vil redusere nødvendig omarbeiding, og dermed sikre mindre sløsing av ressurser og øke produktet sin verdi. Fleksibilitet er imperativt slik at produktet overlever utviklingsprosessen, samt å øke produktet sin verdi for interessenter.

As Traditional Product Development (PD) is evolving to meet the demands of the market, customer and competition, methodologies which better accommodate risk, customer value and rework are of increasing importance. Set-Based Concurrent Engineering, Agile and Lean PD all strive to implement flexibility, which Traditional PD lacks. However, evidence of these methodologies’ successes and drawbacks in PD are insufficient. A literature study on PD methodology provides the foundation for formulating the research question: To what extent can a specific design solution be expanded to a flexible, modular process by identifying key parameters throughout development? In this thesis, the specific design solution consists of developing a propulsion and steering system, as a case study, for an electric ferry. To accomplish this, a structured method using the Set-Based Concurrent Engineering Baseline Model with inspiration from Agile and Lean PD is compiled into a five-stage framework. The flexibility ingrained in these processes enables identification of key parameters necessary to expand the specific design solution.

The first Stage of the five-stage framework consists of identifying stakeholders and values with their respective priority. Next, the system is divided into subsystems, where the design space is mapped, and the level of development is decided. Stage 3 consists of closing knowledge gaps and identifying function, theory and further process for each subsystem. The fourth Stage explores system sets, limit and trade-off curves and establishes contact with suppliers. The final Stage summarises the final system design. The case study result is a podded thruster for propulsion, worm gear and BLDC motor for steering and a custom shaft for their connection. Based on learning from the case study, a process to make a flexible, modular design is presented. Key parameters that stimulate progress in the design process are mapped out, and an attempt is made to generalise the method. The process consists of nine steps, where the possibility of continuous improvement is a priority. Key parameters, such as criteria and technical requirements, are necessary to drive and organise development and must be taken advantage of. The nine-step process is validated by applying it to the system development, making the case study result flexible, in response to changing input parameters.

The framework employed in this case study is a significant contribution to PD literature through the detailed description of methodology tools, illustrating its use in a comprehensive PD project. Furthermore, key parameters to ensure a flexible, modular design process are identified using the nine-step process. The flexible process will reduce rework as a result of changes in demands during PD, thereby minimising waste and increasing the value of the final product. Flexibility is imperative such that products survive the development process and cultivate value for the stakeholders.