DENSO, Küçük Ama Önemli Bir Araba Parçası Olan Motor Kontrol Ünitesi Üretimine El Attı
İmalat - 10 Eylül 2019 - OKUMA SÜRESİ: 6 DK.
Motor Kontrol Ünitesinin kavramsal modeli, metal kesme tekniği kullanılarak imal edildi.
Küresel otomotiv sektörü bir dizi büyük değişime ayak uydurmaya çabalıyor; bu değişimler arasında, hükümetlerin ve Paris İklim Değişikliği Anlaşmasının şart koştuğu yeni düzenlemeler, sektörü Google gibi teknoloji devleriyle doğrudan rekabete sokan baş döndürücü teknolojik gelişmeler, daha yüksek verimlilik ve daha düşük karbon salımları yönündeki müşteri talepleri bulunuyor.
Otomobil üreticileri; direksiyon, pedallar, koltuklar, motor ve frenler gibi bir otomobili oluşturan 30.000’den fazla parçayı yeniden inceleyerek motor performansını artırmanın ve araç ağırlığını azaltmanın yollarını arıyorlar. Bu parçaların arasında, avucunuzun içine sığacak kadar küçük ancak hayati bir bileşen de var: motor kontrol ünitesi (ECU).
Metal kesme tekniği kullanılarak üretilen ECU kavramsal modelinin bir başka görüntüsü. Kaynak: DENSO Corporation.
Motorun “beyni” olarak düşünebileceğimiz ECU, motor için gerekli olan doğru yakıt besleme miktarını belirleyen elektronik bir yakıt püskürtme kontrol sistemidir. Sürüş performansını artırabilen ve zararlı salım miktarlarını azaltabilen bu sistem, motora püskürtülen yakıt miktarını ve zamanlamasını en uygun şekilde ayarlamakta önemli rol oynar.
2019 yılında Profesyonel Konsept dalında iF Tasarım Ödülü, yeniden tasarladıkları ECU ile, önde gelen Japon araba parça imalatçısı DENSO Corporation’a verildi. Bundan 70 yıl önce kurulan DENSO bugün, sürücüsüz ve elektrikli araçlar, yapay zekâ (AI), özel ulaşım hizmeti (MaaS) ve hatta kuantum bilişim için teknolojiler geliştiriyor. DENSO’nun ürün tasarımından sorumlu proje müdür yardımcısı Akira Okamoto, ECU’yu optimize etmek; ve iki kritik hedefe ulaşmak, yani, parçayı daha hafif hale getirmek ve parçanın ısıl performansını artırmak için, üretimsel tasarımı kullanmış.
Okamoto, inşaat ve tarım makinelerinde bulunan küçük dizel motorlarda kullanılmak üzere ECU’lar geliştiriyor; ve gelişmiş kavramsal modeller oluşturmak için, iş akışına üretimsel tasarımı dahil ediyor. Okamoto, “En başından beri, hafif bileşenler tasarlamayı hedefledim,” diyor ve ekliyor, “Daha sonra, ağırlığı daha da düşürmek için üretimsel tasarım kullanabileceğimi fark ettim.”
Üretimsel tasarım kullanılarak üretilen ECU ünitesinin, motor blokuna doğrudan montajı için bir çerçeve. Kaynak: DENSO Corporation.
Üretimsel tasarım kullanılarak üretilen ilk ECU çerçevesinin bir diğer görüntüsü. Kaynak: DENSO Corporation.
Bir motorun “oda sıcaklığı” 120 °C’ye ulaşabilir. ECU donanımının sorunsuz çalışabilmesi için ısıyı dağıtarak, sıcaklıkların yaklaşık 105 °C olduğu motor blokuna temas ettiği yerde, 120 °C’den daha düşük sıcaklığa sahip olması gerekir.
Okamoto, “Deneyimlerime dayanarak ısıyı iyi dağıtan bir formu gözümde canlandırabilirim,” diyor. “Ancak, hafif bir tasarımda ısıyı dağıtmak için daha az seçeneğe sahipsinizdir ki bu da ısı-transfer verimliliğini düşürür. Daha hafif ancak ısı dağıtım özelliklerini koruyan yeni formlar kullanarak parçalar yaratmak için, üretimsel tasarımı kullanabileceğimi düşündüm.”
Isı-Transfer İkilemini Çözmek
Okamoto, araştırmaları sırasında ısıyla bağlantılı parametreleri sunmamasına rağmen Autodesk Fusion 360 yazılımının üretimsel tasarım özelliklerini kullanmış. “Isıyı hesaplamak için, onu bir yükmüş gibi ele almam gerektiği varsayımında bulundum. Böylece, ısıyı dağıtması gereken alanlara yük ekleyerek, en uygun forma ulaştım,” diyor. DENSO bu süreçte, Nichinan Group’taki ortakları ve tasarımcılar Satoshi Yanagisawa ve Yujiro Kaida’yla beraber çalışmış.
Ortada gösterilen kavramsal model, devre kartı kapağını, solda gösterilen üretimsel tasarım çerçevesiyle birleştiriyor. Sağda gösterilen model, genel kullanım amaçlı orijinal tasarıma ait. Kaynak: DENSO Corporation.
Üretimsel tasarımda yapay zekâ, tasarımcının sağladığı parametreleri temel alan zengin tasarım çeşitliliği yaratıyor. Tasarımcı, seçenekler arasında tercih yaparak uygun olmayan tasarımları ayıklıyor ve işine yarayanları seçerek en uygun tasarıma ulaşıyor. Okamoto, “Bu ECU’yu tasarlarken yürüttüğümüz çalışma, bir deneme yanılma süreciydi ve bu süreçte işimize yaramayan pek çok tasarım ortaya çıktı,” diyor. “Ancak, kullanılabilir versiyonlar benzer formlar almaya başladı.
Bu süreçle ilgili hoşuma giden şey, tasarladığım modelin üç boyutlu baskısını alarak, ısının bu parçanın çevresinde nasıl aktığına dair bir fikir sahibi olabilmemdi,” diye devam ediyor. “Modellerin çoğu ilk bakışta çirkin görünüyordu ancak bu tasarımlarda giderek güzelliği de görmeye başlıyorduk. Nihai tasarımın güzel bir formu vardı. Bu form üzerinde, geleneksel yöntemleri kullanarak imalat yapabilecek şekilde değişiklikler yaptık.”
Üretim için Tasarlamak
Üretimsel tasarımla yaratılan nesneleri üç boyutlu baskı olmadan üretmek zor olabilir. Üç boyutlu baskı seri üretim için uygun değildir. “On binlerce parça üretmeniz gerektiğinde, maliyet ve üretim süreleri başınızı ağrıtabiliyor,” diyor Okamoto. Ekip, bu proje için üretimsel tasarım sürecindeki unsurları, geleneksel kalıp döküm üretim yöntemiyle yapılabilen bir parçayla birleştirdi.
Bunu yapmak için, geometrik şekilli bir devre kartı kapağı üretildi ve üretimsel tasarım yoluyla imal edilen çerçeveyle birleştirildi. Tüm gövdeyi inceltmek ve pürüzsüz bir şekil vermek için, Autodesk Alias SpeedForm ve Fusion 360 yazılımları kullanıldı ve geleneksel imalat yöntemleriyle üretim için ayarlamalar yapıldı. Okamoto, “Genel üniteye formunu vermek için, her bir bileşenin temel unsurlarını birleştirdik,” diyor.
Akira Okamoto, İkinci Ürün Geliştirme Birimi Başkanı, DENSO Ürün Tasarım Ofisi. Kaynak: DENSO Corporation.
Nihai tasarımın metal kesim maketi, Doğrudan Monte ECU Konsept olarak adlandırılıyor. “Toplamda %12’lik bir hafifleme sağladık ama orijinal parçanın ısı dağıtma kapasitesini de koruduk,” diyen Okamoto sözlerine şöyle devam ediyor, “Ağırlığın azalması, ısıya, kaçabileceği daha az yol bırakmak anlamına gelirken, performans birebir aynı olduğu için, parçanın ısı verme kapasitesinin orijinale göre artmış olduğunu söyleyebiliriz.”
Okamoto, ağırlığı azaltmak için topoloji optimizasyonu gibi farklı yaklaşımlar kullanarak deneyler yapmış olsa da üretimsel tasarımı ilk kez denemiş. Proje yaklaşık üç ayda tamamlanmış. Okamoto, “Hız kazanana kadar belirli bir süre harcamış olsak da görece kısa bir zaman diliminde sonuç elde ettik,” diyor. “Daha büyük ECU’larla daha büyük kazanımlar elde edebileceğimizi düşünüyoruz. Ayrıca tasarım çalışmalarımızın bir sonraki aşamasında daha fazla gelişim gösterebileceğimiz alanlar keşfettik.
“Her bir parçada az da olsa hafifleme sağlayabilirsek, sonuçta çok daha hafif bir otomobil üretebileceğiz,” diyerek sözlerine devam ediyor. “Bu sonuçları, ECU’ların ötesinde, diğer parçalara da uygulayabiliriz. Bu yöntemleri, genel olarak otomobilleri hafifletmek için düzenli olarak uygulayabilirsek, bu ideal olacaktır. Bu modeli yalnızca müşterilerimize teklif sunmak için üretmiş olsak da bir sonraki aşamada elektronik adımına geçeceğiz ve çalışmalarımızın gerçek sonuçlarını görmek için performans testleri yapacağız.”
#OTOMOTİV - #PROTOTIPLEME - #ÜRETİMSEL TASARIM