Rumah
Tentang Fuji Electric
Cerita
Membangunkan Sistem Pendorong Elektrik untuk Menyumbang kepada Masyarakat Tanpa Karbon Melalui Kapal

Membangunkan Sistem Pendorong Elektrik untuk Menyumbang kepada Masyarakat Tanpa Karbon Melalui Kapal

Banyak kapal masih menggunakan enjin diesel, mengeluarkan sejumlah besar CO ₂.

Fuji Electric telah membantu mengurangkan pelepasan bahan pencemar udara dari kapal dengan membangunkan sistem yang menyingkirkan sulfur oksida (SOx) daripada gas ekzos (scrubber).
Jabatan Pembangunan Mesin Rotary Bahagian Pembangunan Fuji Electric (Wilayah Suzuka) sedang mengusahakan sistem pendorong kapal elektrik yang baharu sepenuhnya. Seperti kenderaan elektrik, sistem ini tidak mengeluarkan sebarang gas rumah hijau. Kebijaksanaan jurutera muda yang menjadi penggerak di sebalik mengatasi halangan dalam pembangunan.

Menjelajah ke wilayah yang belum dipetakan tanpa contoh untuk dipelajari

Sistem pendorong elektrik serba baharu untuk kapal menyepadukan peralatan elektrik seluruh kapal, seperti penyongsang, pengubah dan bateri, sebagai tambahan kepada motor. Pembangunan bermula pada April 2022.

En. Sasamori, Pusat Pembangunan Mesin Berputar, Bahagian Pembangunan (Kawasan Suzuki)

Fuji Electric mempunyai sejarah panjang dalam pembuatan motor kapal, sejak era sebelum perang. Motor kami digunakan di Fuji, sebuah kapal penyelidikan Antartika yang dilancarkan pada tahun 1965.

Tetapi proses mereka bentuk sistem tidak dapat dimulakan serta-merta. Encik Sasamori, yang menyelaraskan pembangunan sistem pendorong elektrik, mengimbas kembali peringkat awal proses pembangunan, berkata, "Jurutera, yang mempunyai pengalaman dalam motor industri, semuanya rugi."

"Sebelum itu, kami hanya perlu memahami sebahagian daripada struktur kapal kerana kami mengeluarkan motor sebagai komponen kendiri. Apabila tiba masanya untuk membangunkan sistem pendorong elektrik, kami menyedari bahawa kami tidak mempunyai gambaran lengkap mengenai kapal itu," cerita Sasamori.

Memahami perasaan sebenar pengguna dengan mendengar maklum balas pelanggan yang tidak ditapis

En. Ito, seorang jurutera berpengalaman, adalah antara mereka yang memasuki proses pembangunan tanpa gambaran yang jelas tentang bagaimana motor itu akan digunakan dalam sistem.

"Ketika kami meneroka wilayah yang belum dipetakan tanpa contoh untuk dipelajari, pengendali limbungan, yang merupakan pelanggan kami, juga mencari penyelesaian. Itulah sebabnya kami memutuskan untuk mengadakan mesyuarat perbincangan dengan operator limbungan dan pengeluar enjin dan kipas, membolehkan jurutera kami mendengar terus daripada pelanggan kami," ingat Ito.

En. Ito, Pusat Pembangunan Mesin Berputar, Bahagian Pembangunan (Kawasan Suzuki)

Selepas setahun mendengar dengan teliti pelanggan kami, spesifikasi untuk sistem pendorong elektrik telah dimuktamadkan. Pengurangan saiz dan kuasa adalah keutamaan utama.

Di samping itu, penyelidik meninggalkan makmal untuk melawat pelanggan (pemilik kapal) secara peribadi dan mengenal pasti keperluan yang berpotensi. Melalui perbincangan yang kerap, kami dapat memahami peranan sistem pendorong elektrik di atas kapal dan cara krew (pengguna) mengendalikan dan menyelenggaranya.
Kerja pembangunan berskala penuh bermula pada Mei 2023, setahun selepas keputusan untuk membangunkan sistem.

Tetapi sekali lagi, membangunkan sistem ternyata menjadi tugas yang sukar walaupun untuk penyelidik veteran. Isunya ialah terdapat pertukaran antara pengurangan saiz dan kuasa. Tambahan pula, adalah jelas bahawa menyejukkan motor, yang terdedah kepada terlalu panas, akan menjadi satu cabaran.

Ia adalah idea yang tidak dijangka dua jurutera muda yang menghasilkan satu kejayaan.

Inspirasi dari rancangan TV kanak-kanak

Encik Ota, Pusat Pembangunan Mesin Berputar, Bahagian Pembangunan (Kawasan Suzuki)

Motor berputar ke hadapan dan ke belakang. Jika output hendak disimpan konsisten untuk setiap arah gerakan, motor tidak boleh dibuat lebih kecil. Apa yang boleh dilakukan mengenai perkara ini?

Pada suatu hari pada Julai 2023, Encik Ota, yang telah berkhidmat selama sembilan tahun di syarikat itu, sedang menonton TV bersama anaknya yang berusia 18 bulan.

Ia adalah ciri tentang jambatan pada program pendidikan untuk kanak-kanak. Satu demi satu, kapal-kapal melintas di bawah jambatan dari kedua-dua belah pihak. Semasa tidak sedarkan diri menonton rakaman yang digerakkan pantas, Ota terperasan sesuatu. Ini membawa kepada pencerahan.

"Kebanyakan masa, kapal hanya bergerak ke hadapan. Ini bermakna kita boleh mengkhususkan motor kapal untuk pergerakan ke hadapan."

Dengan mengurangkan output untuk gerakan songsang dan meningkatkan output untuk gerakan ke hadapan, motor boleh dibuat lebih kecil sambil memastikan kuasa hadapan yang mencukupi. Ia adalah titik buta yang mengejutkan yang tiada siapa perasan.

Prototaip dikawal menggunakan motor satu arah yang dilengkapi di sebelah kiri dan kanan kapal telah dibangunkan dan diuji dalam percubaan demonstrasi pada musim sejuk 2023. Percubaan membuktikan bahawa idea Ota meningkatkan output, dan projek itu memasuki fasa pembangunan produk sebenar.

"Saya menyedari bahawa dengan melepaskan diri daripada idea konvensional dan mengubah sedikit pandangan saya, saya boleh menemui petunjuk yang tidak dijangka di tempat yang biasa," kata Ota.

Visualisasi aliran air menggunakan pengalaman dari sekolah

Pada masa yang sama, Hamada, dalam tahun keenamnya dengan syarikat itu, sedang bergelut dengan sistem penyejukan motor.

Menjana kuasa tinggi boleh menyebabkan motor menjadi terlalu panas, yang boleh mengakibatkan kerosakan atau kegagalan komponennya.
Untuk mengatasinya, air dialirkan melalui bingkai yang dipasang di sekeliling motor untuk menyejukkan bahagian penjana haba. Walau bagaimanapun, mekanisme penyejukan ini mahal.

Pasukan itu mempunyai idea yang mungkin meningkatkan prestasi penyejukan sambil mengurangkan kos, tetapi tidak ada cara untuk mengesahkan pendekatan yang mereka bangunkan dalam analisis. Mereka tidak yakin bahawa air akan mengalir melalui bingkai logam seperti yang ditunjukkan dalam analisis. Untuk menggambarkan aliran air, pasukan membina model miniatur mereka sendiri sebesar kotak makan tengah hari dan mengujinya berulang kali.

Model miniatur sebesar kotak makan tengah hari, dibuat oleh pasukan itu sendiri

Pada mulanya, mereka menggunakan pewarna makanan. Sekiranya air menjadi merah di sepanjang saluran, itu akan menjadi bukti bahawa air itu mengalir dengan baik. Namun, apabila air dibiarkan mengalir seketika, semua saluran menjadi merah, menyukarkan untuk menentukan arah mana air itu mengalir.

Encik Hamada, yang mempelajari dinamik bendalir sebagai seorang pelajar, mempunyai pencerahan. "Mungkin kami boleh menggunakan benang yang kami gunakan dalam penyelidikan visualisasi aliran kami," fikirnya.

Encik Hamada, Pusat Pembangunan Mesin Berputar, Bahagian Pembangunan (Kawasan Suzuki)

Jika anda melekatkan sehelai kertas pada lubang udara penghawa dingin, anda boleh memerhatikan pergerakan kertas untuk melihat ke arah mana udara bertiup. Begitu juga, jika anda melampirkan benang pada partition, orientasi benang membolehkan anda menggambarkan aliran.

"Sebagai pengilang, adalah penting bukan sahaja untuk bergantung pada simulasi komputer, tetapi untuk menyediakan bukti yang boleh dilihat oleh pelanggan sendiri. Kami tidak boleh meneruskan pembangunan jika kami tidak yakin dengan data kami. Memvisualisasikan aliran air menggunakan benang merupakan satu langkah besar ke hadapan," jelas Hamada.

Berikutan kejayaan ini, proses pembangunan dipercepatkan dengan cepat, dan prototaip sistem penyejukan telah siap hampir pada masa yang sama dengan motor.

Asas untuk prestasi peneraju industri

Dengan ketumpatan kuasa 1.2 kali ganda sistem pesaing, sistem pendorong elektrik Fuji Electric menerajui industri.
Pada pameran yang diadakan pada April 2024, motor Fuji Electric dipuji kerana saiznya yang kecil berbanding dengan kuasa.

Menyokong idea pekerja muda menghasilkan kejayaan dalam pembangunan. "Tidak kira apa yang anda sedang bangunkan, anda tidak akan tahu sama ada anda akan berjaya sehingga anda mencuba," cerita Ito.

"Fuji Electric menyediakan asas kepada orang lain untuk melindungi kita walaupun kita gagal. Jadi, saya mahu profesional muda terus menyahut cabaran tanpa teragak-agak," kata Ito.

Empat pekerja itu diminta menulis mesej kepada pelajar dan berkongsi pemikiran di belakang mereka (dari kiri).
"Perkara besar yang anda tidak boleh lakukan seorang diri boleh dicapai sebagai satu pasukan. Mesej saya kepada pelajar adalah untuk 'menghargai langkah pertama.' Kami akan menyokong anda dalam semua usaha anda, "kata Ito.
"Ia adalah terima kasih kepada sokongan ramai orang yang kami telah sampai sejauh ini. Mesej saya ialah 'keharmonian.' Saya mula menghargai betapa pentingnya apabila orang dari jabatan yang berbeza bekerjasama,” Hamada menceritakan.
"Perkara yang paling penting ialah jangan berputus asa. Orang ramai membuat kesilapan sepanjang masa, tetapi mesej saya adalah untuk 'terus mencuba.' Saya mahu terus mencipta perkara baharu dalam semangat ini,” kata Ota.
"Orang ramai cenderung untuk berfikir bahawa jurutera hanya bercakap tentang perkara teknikal, tetapi mesej saya adalah untuk 'merangkul kemahiran dan ekspresi,' yang membolehkan kami mendengar keperluan pelanggan dan mempromosikan produk yang kami cipta," kata Sasamori.

"Kami mula-mula menyasarkan untuk melancarkan produk supaya kakitangan jualan kami boleh mula menerima tempahan pada April 2025. Kami juga mempunyai kelebihan kerana telah mencapai prestasi terkemuka industri, jadi kami mempunyai jangkaan yang tinggi," kata Sasamori.

Teknologi ini juga mempunyai aplikasi yang berpotensi di luar kapal. Satu contoh ialah peralatan pembinaan berat. Teras sudah sedia ada. Jika kita boleh mencapai kepadatan keluaran yang memberikan kuasa yang mencukupi walaupun dalam persekitaran tapak pembinaan yang teruk, penggunaan meluas sistem kawalan elektrik tidak lagi menjadi mimpi.

Pasukan sempadan di sebalik pembangunan produk yang belum pernah berlaku sebelum ini terus menempuh cabaran baharu, dengan ahli yang lebih muda dan lebih berpengalaman bekerjasama.