Engineering Experience 4: Design a Small Solar Vehicle/Nl/2013: Team PM1

inleiding
Dit EE project draait rond "make stuff work". We zullen met ons team een zonnewagen bouwen en ontwerpen. Het doel van deze wagen is op het einde van het semester in staat zijn een bepaalde racebaan af te leggen. Het team met de snelste wagen wint de race. De wagen moet niet enkel snel zijn, ook een mooi design of innovatieve eigenschappen zijn een doelstelling.

Onze wagen heeft om te beginnen al een appart design. We hebben geprobeerd het zowel licht alsstijlvol te maken. Het frame is gemaakt uit balsahout,terwijl de wielen gemaakt zijn uit plexiglas. Bovendien ondernemen we een poging ons wagentje te laten schakelen. Dit doen we aan de hand van een versnellingsbak gemaakt uit lege en een elektronische schakeling die na een bepaalde tijd zorgt voor de verandering in gear ratio. Hiermee proberen we een innoverend voertuig te maken.

WBS
https://www.dropbox.com/sh/lzg19f0o5k0qxtu/VuhDh6GQYm

Gantt chart
https://www.dropbox.com/sh/ztep5osq03hk887/DudQuEEn2T

inleiding
In dit plan van aanpak wordt een korte beschrijving gegeven van het EE4-project, wat de doelen zijn en welke problemen er eventueel zouden kunnen voorkomen en hoe deze dan worden aangepakt. Bij deze engineering experience draait het om “make stuff work”, meer bepaald om het zelf ontwerpen en ontwikkelen van een kleine zonnewagen. Deze zal het dan op het einde van het project moeten opnemen in een race tegen de andere teams met hun eigen zonnewagen. Er zijn 3 invalshoeken van waaruit dit project zal worden bekeken.

1. “Engineering”, waarbij onder andere de elektronische en mechanische werking en de sterkte van de materialen zal worden besproken en zal worden gesimuleerd in Simulink. Na deze eerste fase kan worden overgegaan tot het bouwen van een prototype.

2. “Enterprising”, hierin wordt de kost van het bouwen van een zonnewagen berekend en een marketingonderzoek gedaan.

3. “Educating”, dat o.a. het opstellen van een rapport omvat en het up to date houden van de wiki pagina.

opdrachtnemer
Het project wordt opgenomen door 5 studenten uit de 2de fase Industriële Wetenschappen die de optie Elektromechanica hebben gekozen voor dit EE4 project.

opdrachtgever
Dit EE4 project wordt als onderdeel van de opleiding Industriële Wetenschappen in de 2de bachelorfase van Groep T gegeven. Dit project is ook sterk verbonden aan het Umicore Solarteam.

beginsituatie
De opdracht bestaat uit het ontwerpen en ontwikkelen van een SSV, een small solar vehicle of kleine zonnewagen. Hiervoor krijgen de studenten een zonnepaneeltje en een motor van hun opdrachtgevers. De rest van het benodigde materiaal moeten ze zelf voorzien, maar met een beperking van €200. De bedoeling is deze zonnewagen te optimaliseren voor een race die op het einde van het project wordt gehouden. Daarnaast worden de wagentjes ook beoordeeld op innovativiteit en design. Om de wagen te optimaliseren dienen de nodige berekeningen te worden gemaakt qua elektronische en mechanische werking, sterkte van de materialen, … En deze worden getest met behulp van Simulink. Daarnaast wordt ook het economische aspect in rekening gebracht, hiervoor wordt de kostprijs afgeleid voor het bouwen van zo’n zonnewagentje en een marketingonderzoek uitgevoerd. Dit alles wordt dan uiteindelijk schriftelijk samengebracht in een eindrapport.

doelen
De doelen worden besproken aan de hand van de 3 onderdelen van het project.

engineering
Alvorens tot het einddoel te komen worden er 3 stappen of cases doorlopen.

1. De eerste case bestaat uit het ontwerpen van de zonnewagen. Het doel hierbij is om het design van de zonnewagen te optimaliseren door de nodige berekeningen te doen.

2. Daarna komt de Simulink Case. Waar de optimalisatie verder wordt verwezenlijkt door het gebruik van simulatie software “Matlab Simulink”.

3. Om vervolgens over te gaan naar de derde case waarbij de SSV wordt getest en uitvoerig besproken en berekend. Daarnaast wordt ook een technische tekening in 3D gemaakt van de zonnewagen.

=> Eenmaal deze cases doorlopen zijn wordt er overgegaan naar de race met als einddoel het uitrijden en eventueel winnen van de race.

enterprising
Hierbij zal naar 2 zaken worden toegewerkt opdat de zonnewagen succesvol zou kunnen worden verkocht.

•	Daarvoor is ten eerste de kostprijs belangrijk. Deze wordt op voorhand geschat en berekend. Er wordt hierbij aandacht besteed aan de limiet van €200. Dit is belangrijk om de productie winstgevend te maken.

•	Daarnaast wordt ook de nodige marketing toegepast. Dit omvat het maken van een businessplan, een marktonderzoek, een website en een herkenbaar logo voor op de zonnewagen.

educating
Dit omvat het opstellen van een goed geschreven en overzichtelijk eindrapport. Ook wordt er elke week op een logboek bijgehouden en een wiki pagina geupdate.

problemen
Natuurlijk komen er bij het uitvoeren van een project ook vaak heel wat problemen kijken. Hierbij is het best om op voorhand al in te schatten welke deze zouden kunnen zijn.

•	Een eerste probleem is dat niet iedereen elkaar goed. Hierdoor is het onder andere moeilijk om elkaars sterktes en zwaktes te kunnen inschatten wat een probleem kan vormen bij de taakverdeling. Zeker in het begin zal de samenwerking nog wat stroef verlopen.

•	Een ander mogelijk probleem is het wegvallen van een teamlid door ziekte. Hierbij zal de ernst van de ziekte moeten worden ingeschat en hierbij dan kijken of de zieke zijn werk zelfstandig kan afmaken. Indien dit niet het geval is zal er een kleine verschuiving moeten gebeuren in de werkverdeling.

•	Alsook tijdsnood kan een mogelijk probleem vormen. Wanneer er een bepaalde fout in de planning is gemaakt, zoals meer werkuren dan eerst gepland, dienen de nodige verschuivingen te gebeuren en zal er een extra tandje moeten worden bijgestoken.

•	Het kan ook mogelijk zijn dat er iets aan de wagen stuk gaat kort voor de race. Daarom is het belangrijk om al zeker de sterkte van de materialen goed te berekenen en voorzichtig met het materiaal om te springen. Wanneer dan toch nog iets zou breken is het best om het nodige herstelmateriaal te hebben voorzien.

Problemen zullen zich echter steeds voordoen en dan is het belangrijk om vooral niet bij de pakken te blijven zitten en de motivatie en sfeer zo hoog mogelijk te houden.

samenwerkingscontract
https://www.dropbox.com/sh/hdszmcksx41b7y2/L1xDpovZA3

proces rapport + case 1
https://www.dropbox.com/sh/ucbbe0nz1v8kfwl/KgLDOM8DgK

week 1
Tijden deze week kregen we een infosessie over het project op dinsdagnamiddag. Hierbij werd uitgelegd wat van ons verwacht wordt en werden ook de groepen ingedeeld. Vervolgens hadden we tijd mekaar te leren kennen en onze eerste bijeenkomst af te spreken. Tijdens deze bijeenkomst op woensdag werden de taken en verantwoordelijkheden verdeeld. Hierna begonnen we aan het maken van de gantt chart, de WBS, het samenwerkingscontract en het plan van aanpak. Ons team zette deze zaken voor de deadline (vrijdag 15 februarie om 18:00) online.

week 2
Deze week begon voor het project met het volgen van een lezing van het Solar team. Hierna werd er vergadert door ons team en is er een vaag concept uitgedacht voor het wagentje (achterwiel, 2 achterwielen, 1 voorwiel,...). Aan de Gantt chart ontbraken de voorziene werktijd en de deadlines bij bepaalde onderdelen. Deze hebben we dan ook voor een groot deel samen aangevuld en wordt afgewerkt door Felix. Verder moesten we een meting doen van ons zonnepanneel. Met deze meetresultaten kon er een curve worden opgesteld van de stroom in functie van de spanning. Hieruit kon ook de vermogencurve bepaald worden (P=U*I). Er moet tegen vrijdag 22 februari een assignment worden ingevuld. Deze bestaat uit een testje van 3 vragen dat moet worden ingevuld op Toledo.

week 3
Tijdens deze week werd er om te beginnen besproken hoe innoverend we onze wagen wouden maken. Hierbij is er besloten te gaan voor een systeem met 2 versnellingen dat zal schakelen na een bepaalde tijd/snelheid. daarnaast zijn we op zoek gegaan achter een beweegbare GPS houder. Hierop kan dan gemakkelijk ons zonnepanneel worden aangebracht en de possitie kan worden veranderd in de richting van de zon. Ten slotte werden er enkele onderdelen aangeduid die moeten worden bestelt.

week 4
Tijdens deze week kregen we een seminarie over simulink en matlab. Verder werden de berekeningen van de week daarvoor bekeken door het team. Verder zijn we ook verder gegaan in het bepalen van ons materiaal. Hierbij is besloten om gebruik te maken van balsahout. Dit materiaal is zeer licht en toch stevig. Een basis model van het frame is reeds gemaakt, zo heeft iedereen een idee van wat we kunnen verwachten. We willen ook de mogelijkheid ons zonnepanneel los te koppelen zodat we het kunnen "koelen" voor de race. Als het minder warm heeft heeft het een hoge rendement. Verder deze week moet er vooral gewerkt worden aan matlab en simulink, de deadline voor de eerste berekeningen is in week 6.

week 5
Om aan onze EE4 week te beginnen kregen we een korte inleiding over Fablab. Hiervoor kwam er speciaal iemand van Fablab zelf om deze uitleg te geven. Hierna zijn we allemaal begonnen aan deeltaken. Volgende week vindt namelijk de eerste deadline plaats. Er werd gewerkt aan de manuele berekeningen die uitgevoerd moeten worden. Daarnaast ook aan de simulaties op matlab en simulink. Terwijl er hard aan de eerste deadline werd gewerkt, is er ook al aandacht besteed aan het ontwerp van ons wagentje en matriaalgebruik. Er zijn reeds verschillende modellen gemaakt op solidworks.

week 6
Tijdens deze week werken we allemaal volop aan case 1. Deze moet namelijk vrijdag om 12:00 worden ingeleverd. De simulaties worden afgerond, print screen worden genomen en het verslag wordt geschreven. Voor het Sankey diagram maken we gebruik van de simulaties.

week 7
Nu case 1 is ingediend, kunnen we beginnen aan het design van ons wagentje en onze gearbox. Deze 2de is een uitdaging aangezien we met 2 versnellingen willen werken. Verder wordt er de afspraak gemaakt tijdens de paasvakantie naar fablab te gaan om daar ons wagentje uit te snijden in balsahout..

week 8
Nu het wagentje volledig is uitgesneden moet het gecreëerde bouwpakket nog in elkaar worden gestoken. Er wordt ook nog gewerkt aan het perfectioneren van de gearbox. Deze geeft namelijk nog vrij veel wrijving. De rollagers moeten worden bevestigd evenals de wielen. We bereiden ons dus volledig voor op de testrace van volgende week.

week 9
Het wagentje wordt getest. Hierbij merken we dat er toch nog dingen niet in orde zijn. zo blijft het wagentje niet op de baan, het remt enorm af tegen de kanten. Bovendien bleek de gearbox niet efficiënt te zijn. aan deze 2 zaken moet nog iets gedaan worden voordat we aan de race kunnen beginnen.

week 10
verbeteringen worden aangebracht aan het wagentje. Zo wordt bijvoorbeeld een primitief sturingssysteem aangebracht net zoals aapassingen aan de gearbox. Bovendien wordt de schakeling voor het veranderen van versnelling uitgetekend en gesoldeerd.

week 11
Ons wagentje wordt, net al alle andere, voorgesteld in het atrium. Hierbij wordt gekeken naar zowel het uiterlijk, de afwerking ervan en de innovativiteit. Na enkele uren van verschillende jury leden die kwamen kijken hebben we uiteindelijk de tweede plaats behaald op vlak van innovativiteit. Dit voornamelijk dankzij ons goed werkend schakelsysteem.

week 12
De race kan deze week niet doorgaan door te slechte weersomstandigheden.

week 13
Doordat ook deze week het weer ons niet toestaat met zonnepaneel te racen, wordt de tweede test afgenomen.