Meganiese Projek 478 Megatroniese Projek 478 Megatroniese Projek 488 Riglyne vir Projekvoorstelle Prof AH Basson en Dr CJ Coetzee 2013 Departement Meganiese en Megatroniese In gen ieur swese Department of Mechanica l and Mechatronic Eng ine ering
1. Inleiding Hierdie dokument, waarby 'n voorbeeld van 'n projekvoorstel ingesluit is, dien as riglyn vir die voorbereiding van projekvoorstelle in Meganiese Projek 478, Megatroniese Projek 478 of Megatroniese Projek 488. Let daarop dat die inhoud van 'n spesifieke projekvoorstel sal afhang van die projek se onderwerp, dus dien die voorbeeld net as 'n riglyn. Die uitgangspunt van die projekvoorstel is dat die voorstel die projek moet "verkoop" aan dosente en medestudente asof hulle potensiële kliënte is. Studente moet dit beskou as 'n situasie waarin hulle met hul klasmaats meeding om 'n deel van 'n beperkte bron van fondse te kry om die projek deur te voer. Die projekvoorstel moet, met ander woorde, verduidelik wat die doelstellings van die projek is, dat die projek sinvol is en dat die voorstel 'n werkbare plan om die projek sinvol deur te voer, aanbied. Ertas en Jones stel dit soos volg (p426): The purpose of submitting a proposal is to put forth an idea or solution to a need for which the potential customer is known or thought to be interested. Since the purpose is to sell an idea or solution, the proposal must first establish that the need exists and then provide information adequate to convince the potential customer that the solution proposed is the right one and that the proposer is capable of accomplishing the effort described within the planned schedule and budget. 2. Voorskrifte Bylae A gee 'n voorbeeld van die aanbevole formaat vir projekvoorstelle. Die gewone verslagformaat, soos beskryf in "Skryfgids vir Tegniese Verslae" van A.H. Basson en T.W. von Backström, geld ook vir 'n projekvoorstel. Sommige spesifieke aspekte word verder in hierdie afdeling bespreek. Die bestuursopsomming-formaat, wat op 'n voorstel van SASTECH gebaseer is, moet streng gevolg word. Die bestuursopsomming mag slegs een bladsy beslaan. 'n Word templaat word onder die opskrif "Template", gegee by: http://mecheng.sun.ac.za/index.php/en/general Die Inleiding-afdeling moet die agtergrond van die projek gee. Soos gebruiklik moet dit begin by die breë perspektief en die perspektief geleidelik al nouer trek tot by die huidige projek, om te toon hoe die voorgestelde projek in die breë perspektief inpas. Voorafgaande en gelyklopende projekte moet ook genoem word. Die Doelwitte-afdeling moet die projek se doelwitte bondig stel en versigtig wees om nie die wyse waarop die doelwitte behaal gaan word (bv die beplande aktiwiteite), self as doelwitte in te sluit nie. Die doelwitte word tipies geformuleer as resultate waarvoor 'n kliënt bereid sal wees om te betaal. Die formulering van die doelwitte moet in aanmerking neem dat, aan die einde van die projek, die eksaminatore sal oorweeg in watter mate die student die doelwitte behaal het.
Die Motivering-afdeling moet fokus op hoekom die behaling van die spesifieke projek se doelwitte die moeite werd is, of watter waarde 'n kliënt sal kry uit 'n belegging in die projek. Die Beplande Aktiwiteite-afdeling moet die spesifieke projek se doelwitte en omvang reflekteer. Dit moet uit elke aktiwiteit se beskrywing duidelik wees watter waarde elke aktiwiteit sal hê of, in ander woorde, hoe die aktiwiteit bydra tot die behaling van die projek se doelwitte. Die aktiwiteite moet voldoende verfyn word om by te dra tot die opstel van die tydbeplanning (in die Gantt kaart), wat moet toon watter aktiwiteite in parallel en watter aktiwiteite opeenvolgend gedoen moet word. 'n Kosteberaming vir die projek moet opgestel word, as deel van die projekvoorstel. Rekord moet tydens die uitvoering van die projek van die werklike kostes gehou word, aangesien die finale verslag die werklike kostes moet rapporteer, asook 'n tegnoëkonomiese analise. Riglyne vir die opstel van die begroting is: Die begroting kan op 'n nominale tarief van R350 per uur vir junior ingenieurs (die student se eie werk) gebaseer word. "Bedryfskostes" is uitgawes aan dienste en goedere wat "opgebruik" word en nie elders in die begroting ingesluit word nie, bv. reiskostes, druk- en kopieerwerk, smeermiddels, uitgekoopte items, ens. "Fasiliteitsgebruik" maak voorsiening vir die waardevermindering en onderhoud op kapitaaltoerusting wat tevore reeds aangekoop is, bv. laboratorium-instrumentasie, rekenaars en windtonnels. Die waardevermindering word gewoonlik bereken op grond van die vervangingswaarde van die toerusting, die gebruiksfrekwensie en die verwagte leeftyd. In die projekvoorstel kan 'n bedrag van R50 per uur per R100 000 vervangingswaarde vir toerusting gebruik word. "Kapitaal Kostes" is uitgawes aan toerusting wat vir die projek aangekoop moet word, maar waar die toerusting na afloop van die projek vir ander werk beskikbaar sal wees, bv. rekenaars en instrumentasie. By Universiteit Stellenbosch word slegs items met 'n aankoopprys van R2000 of meer as "bates" beskou en moet by die kapitaal kostes ingesluit word. "MMW Arbeid" is die tyd wat Meganies en Megatronies Werkswinkel se meganici aan die projek bestee en kan teen R250 per uur begroot word. "MMW Materiaal" is vir direkte lopende uitgawes (tipies materiaalkostes) wat MMW aangaan om die werk vir die projek uit te voer. Alle uitgawes wat buite die universiteit aangegaan word (tipies bedryfs, kapitaal en materiaal) moet BTW insluit.
Bylae A: Voorbeeld Projekvoorstel
DIE TEGNIESE UITVOERBAARHEID VAN 'N VEELDOELIGE AANDRYFSTELSEL VIR ELEKTRIESE VOERTUIE Mnr HAR de Werker 10 Februarie 2013 Departement Meganiese en Megatroniese In gen ieur swese Department of Mechanica l and Mechatronic Eng ine ering
DIE TEGNIESE UITVOERBAARHEID VAN 'N VEELDOELIGE AANDRYFSTELSEL VIR ELEKTRIESE VOERTUIE MEGATRONIESE PROJEK 478 PROJEKVOORSTEL Mnr HAR de Werker Studente nr 12345678 Studieleier: Dr K Nowitall 10 Februarie 2013
Bestuursopsomming Titel van Projek Die Tegniese Uitvoerbaarheid van 'n Veeldoelige Aandryfstelsel vir Elektriese Voertuie Doelwitte Identifikasie van die aandryfstelsel konfigurasie wat die beste tegniese uitvoerbaarheid sal hê en bepaling van die tegniese uitvoerbaarheid van die produksie van die gekose aandryfstelsel. Watter aspekte van die projek is nuut/uniek? Die ontwerpsvereistes vir 'n veeldoelige aandryfstelsel formuleer. Die beste konfigurasie vir 'n veeldoelige aandryfstelsel bepaal. Wat is die verwagte bevindinge? Dat die produksie van 'n elektriese aandryfstelsel wat geskik is vir veelvuldige toepassings tegnies uitvoerbaar of nie uitvoerbaar is nie. Watter waarde het die resultate? Om te bepaal of die uitgawes verbonde aan 'n studie van die ekonomiese lewensvatbaarheid enigsins aangegaan moet word. Watter bydraes het/sal ander studente (ge)maak? 'n Vorige student het die stand van huidige battery-tegnologie ondersoek. Watter aspekte van die projek sal na afloop daarvan voortgesit word? Die ekonomiese lewensvatbaarheid van die gekose konfigurasie sal ondersoek kan word. Wat is die verwagte voordele van die voortsetting? Om betyds gereed te wees om die mark vir elektriese voertuie op die beste oomblik te betree. Watter reëlings word getref vir die voortsetting te vergemaklik? Die gekose konfigurasie moet in voldoende detail gedefinieer wees sodat die produksie vereistes en bemarkingspotensiaal daarvan bepaal kan word. i
Inhoud 1. INLEIDING... 1 2. DOELWITTE... 1 3. MOTIVERING... 1 4. BEPLANDE AKTIWITEITE... 2 4.1. Literatuurstudie... 2 4.2. Identifiseer Versoenbare Toepassings... 2 4.3. Formuleer Ontwerpvereistes... 2 4.4. Ondersoek Konsepte vir die Aandryfstelsel... 2 4.5. Simuleer Belowendste Konsepte... 2 4.6. Kies Voorkeurkonsep... 3 4.7. Ontwerpshersiening... 3 4.8. Ontwerp Demonstrasiemodel... 3 4.9. Vervaardig Demonstrasiemodel... 3 4.10. Toets Demonstrasiemodel... 3 4.11. Finale Verslag... 3 5. SAMEVATTING... 3 6. VERWYSINGS... 4 ii
Lys van Figure Figuur 1: Gantt-Kaart vir Elektriese Voertuig Aandrywing Ondersoek... 6 Lys van Tabelle Tabel 1: Beraamde koste per aktiwiteit... 5 iii
1. Inleiding Daar is groeiende belangstelling in elektriese voertuie as gevolg van die besorgdheid oor klimaatsverandering. Talle maatskappye bemark reeds elektriese voertuie. Toekomstige verhogings in die prys van ru-olie sal die prys van petrol en diesel beduidend verhoog. Alhoewel elektrisiteitskostes in onlangse jare beduidend gestyg het, bly elektrisiteit steeds 'n ekonomies aantreklike energiebron vir voertuie. Verder was daar die afgelope dekade baie groot vordering in batterytegnologie, terwyl binnebrandenjins steeds 'n korter leeftyd en hoër onderhoudskostes as elektriese motors het. Hierdie faktore kan daartoe lei dat elektriese voertuie binne die afsienbare toekoms met petrol- en dieselvoertuie op 'n leeftydskoste-basis sal kan meeding. Die projek wat hier voorgestel word, is 'n tegniese uitvoerbaarheidstudie van die aandryfstelsel wat vir 'n verskeidenheid toepassings in elektriese motorvoertuie geskik sal wees. Uiteraard sal ekonomiese oorwegings in die studie 'n rol speel en dus oorweeg moet word, maar die primêre fokus van hierdie studie is die tegniese aspekte. Hierdie projek, wat Mnr HAR de Werker as deel van Meganiese Projek 448 doen, vloei voort uit 'n voorstel van Dr MY Dosent en bou voort op die projek van Oudstudent [1993]. Die werk vorm deel van 'n groter projek gemik op die toepassing van hernubare energie en word befonds deur Groenkrag Bpk. Hierdie dokument bespreek die projek se doelwitte, motivering en beplanning. Die stappe wat in hierdie studie beplan word, asook die verwagte kostes en tydskale van die ondersoek, word ook uiteengesit. 2. Doelwitte Soos hierbo gemeld, is hierdie projek daarop gemik om die tegniese uitvoerbaarheid van 'n veeldoelige elektriese voertuig aandryfstelsel te bepaal. Die doelwitte vir die projek is dus as volg: 2.1. Identifisering van die aandryfstelsel konfigurasie wat die beste tegniese uitvoerbaarheid sal hê. 2.2. Bewys van die tegniese uitvoerbaarheid van die produksie van die gekose aandryfstelsel in. 3. Motivering Aangesien produksievolumes in die Suid-Afrikaanse voertuigmark redelik klein is, sal die ekonomiese lewensvatbaarheid van 'n elektriese voertuig aansienlik verhoog word deur dieselfde elektriese aandryfstelsel (battery, elektriese distribusie, aandrywing en beheer) vir verskillende voertuie te gebruik. Die bakwerk en binne-afwerking van 'n elektriese voertuig sal, na verwagting, nie noemenswaardig van konvensionele voertuie afwyk nie. Dit word daarom nie nodig geag om dit in hierdie ondersoek in te sluit nie. 1
Die Departement Meganiese en Megatroniese Ingenieurswese, in samewerking met die Departement Elektriese en Elektroniese Ingenieurswese, beskik oor 'n wye reeks kundighede wat in hierdie ondersoek benut sal word. Die kundighede sluit die volgende in: meganiese vereistes waaraan die aan dryfstelsel moet voldoen, die elektriese substelsels se ontwikkeling en aanwending, en die ontwikkeling en aanwending van gesofistikeerde elektroniese beheerstelsels. 4. Beplande Aktiwiteite Die volgende aktiwiteite word vir die uitvoering van die projek in die vooruitsig gestel. Die kostes en tydskale verbonde aan elke aktiwiteit word, onderskeidelik, in Tabel 1 en Figuur 1 gegee. 4.1. Literatuurstudie Bestudeer literatuur oor aandryfstelsels vir elektriese voertuie om die huidige vlak van tegnologie te bepaal en bestaande aandryfstelsels te identifiseer. 4.2. Identifiseer Versoenbare Toepassings Ondersoek moontlike/waarskynlike toepassings van elektriese aandryfstelsels. Bepaal kategorieë van toepassings (uit die oogpunt van vereistes gestel aan die aandryfstelsel). Bepaal watter toepassings hul leen tot 'n veeldoelige aandryfstelsel. 4.3. Stel Ontwerpvereistes Op Bepaal die vereistes waaraan die aandryfstelsel moet voldoen om geskik te wees vir die gekose kombinasie van toepassings. Stel 'n lys van evalueringsmaatstawwe op vir gebruik om die verskillende konsepte met mekaar te vergelyk. Die aandryfstelsel se hele lewensiklus sal in aanmerking geneem word, insluitend ontwikkeling en toetsing, vervaardiging, bedryf, ondersteuning en uit-diens-stelling. 4.4. Ondersoek Konsepte vir die Aandryfstelsel Formuleer 'n reeks konsepte vir die aandryfstelsel op grond van nuwe idees, asook die inligting bekom uit die literatuurstudie. Ondersoek elke konsep m.b.v. eenvoudige analises om te bepaal in watter mate dit aan die maatstawwe wat in Aktiwiteit 4.3 opgestel is, voldoen. Op grond van hiervan, stel 'n kortlys van die mees belowende konsepte op. 4.5. Simuleer Belowendste Konsepte Ondersoek die voorkeurkonsepte in detail. Ontwikkel 'n voertuig-dinamikasimulasie van elk van die gekose konsepte om kwantitatief te bepaal in watter mate elkeen aan die ontwerpvereistes voldoen. 2
4.6. Kies Voorkeurkonsep Gebruik die inligting wat uit die vorige aktiwiteit om 'n ten volle gemotiveerde keuse te maak van die mees geskikte konsep(te). Die aandryfstelsel se hele lewensiklus sal deurlopend in aanmerking geneem word, insluitend ontwikkeling en toetsing, vervaardiging, bedryf, ondersteuning en uit-diens-stelling. 4.7. Ontwerpshersiening Doen 'n aanbieding van die voorafgaande aktiwiteite te resultate aan die kliënt en tegniese adviseurs om hul goedkeuring vir die voorkeurkonsep te kry. 4.8. Ontwerp Demonstrasiemodel Ontwerp 'n model-aandrywingstelsel waarin die kern-elemente van die simulasie verteenwoordig word. Die model sal geskik wees om die belangrikste resultate van die simulasie te kan verifieer. Beplan die toetsprosedure wat gebruik sal word. 4.9. Vervaardig Demonstrasiemodel Laat die model by MMW vervaardig en hou toesig oor die vervaardiging. 4.10. Toets Demonstrasiemodel Instrumenteer en toets die demonstrasiemodel. Verwerk die toetsresultate en vergelyk dit met die simulasie se resultate. 4.11. Finale Verslag Dokumenteer die hele ondersoek, met inbegrip van die voorstudie, die ondersoekprosedures en die resultate wat in elke aktiwiteit behaal is. Maak 'n aanbeveling oor die tegniese uitvoerbaarheid van 'n veeldoelige elektriese voertuig aandryfstelsel. 5. Samevatting Elektriese voertuie trek toenemend aandag en die aandryfstelsel is bepalend vir die werkverrigting en produksiekoste van so 'n voertuig. Die voorgestelde projek sal die beste aandryfstelsel vir sulke voertuie identifiseer en die tegniese uitvoerbaarheid van die produksie van so 'n aandryfstelsel ondersoek. Die ondersoek se resultate sal deur middel van toetse op 'n demonstrasiemodel bevestig word. Dit sal die basis bied vir besluite oor verdere ontwikkeling en investering in aandryfstelsels vir elektriese voertuie. Die projekspan beskik oor al die kundighede om die projek suksesvol deur te voer. Die verwagte totale koste beloop R232 700, waarvan R5 000 vir kapitale uitgawes is. Die verwagte tydsduur is 8 maande. 3
6. Verwysings Oudstudent, N., 1993, "Ondersoek van Elektriese Voertuig Onderbou", Meganiese Projek 478 Finale Verslag, Departement Meganiese en Megatroniese Ingenieurswese, Universiteit Stellenbosch. 4
Tabel 1: Beraamde Koste per Aktiwiteit Aktiwiteit Ingenieur Tyd Bedryfskoste Fasiliteitsgebruik Kapitaal Koste MMW MMW TOTAAL Arbeid Materiaal hr R R R R hr R R R Literatuurstudie 25 8750 500 9250 Identifiseer Versoenbare Toepassings 25 8750 8750 Stel Ontwerpvereistes Op 25 8750 8750 Ondersoek Konsepte vir die Aandryfstelsel Simuleer Belowendste Konsepte 70 24500 100 100 24700 100 35000 150 1000 36150 Kies Voorkeurkonsep 10 3500 3500 Ontwerpshersiening 5 1750 500 500 2750 Ontwerp Demonstrasiemodel 100 35000 50 200 5 1250 36500 Vervaardig Demonstrasiemodel 20 7000 10000 120 30000 10000 57000 Toets Demonstrasiemodel 50 17500 500 1000 5000 15 3750 27750 Finale Verslag 50 17500 100 17600 TOTAAL 480 168000 11900 2800 5000 140 35000 10000 232700 5
Figuur 1: Gantt-Kaart vir Elektriese Voertuig Aandrywing Ondersoek 6