Moottorikatoksen suunnitteluprosessin kulku ideasta prototyypiksi
Kaikki olemassa olevat valmistetut asiat ovat joskus olleet vain ideoita suunnittelijan päässä. Miten pelkästä päässä olevasta ideasta päästään prototyyppiin? Artikkelissa seurataan moottorikatoksen suunnnitteluprosessin etenemistä edeltävän kysymyksen vastaukseksi.
Kaikki alkaa ideoinnista
Ideointi on yksilöllistä ja ideoiden syntyminen ei ole palkinto ahkerasta työnteosta ja ponnistelusta. Ideoille onkin tyypillistä, että ne syntyvät äkillisesti iskien kuin salama kirkaalta taivaalta. Tärkeää on pitää mieli avoimena ja haastaa tunnetut teoriat. Apua ideointiin on kuitenkin tarjolla. Ideoita voi herätellä esimerkiksi käymällä messuilla, haastattelemalla asiakasta tai pitämällä ideointipalavereita suunnittelussa mukana olevien ihmisten kanssa. Ei kuitenkaan kannata antaa ideoiden lähteä laukalle muistamatta suunnittelussa olevan tuotekehitysprojektin reunaehtoja. Moottorikatoksen suunnitteluprosessin tärkeimpiä reunaehtoja olivat budjetti, toteutettavuus ja ympäristöön sopivuus.
Konseptoinnin aikana oppii sietämään epävarmuutta lopputuloksesta.
Ideat paperille
Ideat tulevat konkreettisiksi ensimmäisen kerran, kun suunnittelija hahmottelee ensimmäisen luonnoksensa. Luonnos voi olla hyvinkin nopea kuulakärkikynäpiirros lautasliinan kulmaan tai hahmotelma juuri postissa saapuneeseen kirjekuoreen, tärkeintä on, että siitä saadaan idea selville. Kun idea on konseptoitu ja kaikkien nähtävillä, on jatkokehittelykin huomattavasti helpompaa. Kehittelyn aikana ei pidä säikähtää umpikujia ja kokeilla rohkeasti, minne konsepti voidaan viedä, sillä konseptoinnin aikana oppii sietämään epävarmuutta lopputuloksesta. Kuvissa seurataan moottorikatoksen suunnittelun eri vaiheita.
Tarkkuutta konsepteihin
Vähitellen konsepteihin lisätään tarkkuutta. Tarkkuuden lisääminen insinöörimaailmassa usein tarkoittaa sitä, että konseptit siirretään 3D-maailmaan, sillä CAD (Computer-aided Design) -ohjelmilla suunnitellut 3D-mallit sujuvoittavat huomattavasti konseptin toimivuuden tarkastelua. Moottorikatoksen suunnittelussa 3D-maailmaan siirtyminen mahdollisti muun muassa sen, että katoksen sisälle tulevaa moottorimallia voitiin sovittaa konseptin sisälle. Kuvasta on nähtävissä, että katos näyttää ahtaalta ja sitä tarvitsee laajentaa. Ilman 3D-mallia tällaista huomiota ei välttämättä olisi tullut ilmi.
Päälinjojen ollessa selvillä konseptin tarkennus jatkuu. Katoksen materiaalit hahmottuivat ja katoksen ja moottorin kokoonpanoon lisättiin yksityiskohtia. Tarkennusta saatiin myös rakenteisiin, painoon ja tarvittaviin osakokoonpanoihin. Rakennetta mietittäessä huomioitiin toteutettavuus siten, että rakenne olisi mahdollisimman helppo pystyttää. Konseptin tarkentuessa huomattavaa oli se, että mitä tarkemmaksi mentiin, sitä suuremmaksi katoksen paino kasvoi. Seuraavaksi moottorin rakennetta oli mahdollista testata ja parannella.
Moottorikatoksen testaus tapahtui FEM (Finite Element Method) -simulaation avulla. Simulaatiosta ilmeni rakenteiden siirtymät ja niihin kohdistuvat jännitteet ollessaan kuormitettuina. Kuormia olivat rakenteen oma paino, lumikuorma ja tuulikuorma. Simulaatio suoritettiin kahdessa eri kierroksessa, koska ensimmäisen jälkeen rakenteeseen kohdistuvat materiaalivalintaan suhteutetut jännitykset olivat liian suuria liian suurilla jännitysalueilla. Rakennetta parannettiin ja toisella kierroksella jännitykset pienenivät puolella.
Suunnitteluprosessin aikana usein huomaa, miten kaikki vaiheet limittäytyivät keskenään ja hetkittäin montaa vaihetta täytyy työstää samanaikaisesti.
Konseptista prototyypiksi
Valmiiksi prototyypiksi konsepti muotoutuu, kun siihen saadaan liitettyä valmistusta varten vaadittavaa informaatiota. Moottorikatoksen prototyyppiin liitettiin materiaalilistaus, johon pyydettiin hintatarjouksia materiaalien valmistajilta. Katoksen 3D-malli myös renderointiin siten, että valitut materiaalit ovat nähtävissä ja alussa tärkeäksi määriteltyä ympäristöön sopivuutta voi tarkastella. Lopuksi on todettava, että vaikka siirryttiin vaiheesta toiseen, suunnittelu ei aina edennyt lineaarisesti. Suunnitteluprosessin aikana usein huomaa, miten kaikki vaiheet limittäytyivät keskenään ja hetkittäin montaa eri vaihetta täytyy työstää samanaikaisesti.
Linkki opinnäytetyöhön: Kiviharju, V. 2022. Moottorikatos museoidulle W64-moottorille Turun Telakkarantaan. Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.