การพัฒนาระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าเพื่อมีส่วนสนับสนุนสังคมปลอดคาร์บอนผ่านเรือ

การพัฒนาระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าเพื่อมีส่วนสนับสนุนสังคมปลอดคาร์บอนผ่านเรือ

เรือหลายลำยังคงใช้เครื่องยนต์ดีเซลซึ่งปล่อย CO2 ออกมาในปริมาณมาก

บริษัท ฟูจิ อิเล็คทริค ช่วยลดการปล่อยมลพิษทางอากาศจากเรือด้วยการพัฒนาระบบที่กำจัดซัลเฟอร์ออกไซด์ (SOx) ออกจากก๊าซไอเสีย (เครื่องฟอก)
แผนกพัฒนาเครื่องจักรโรตารี่ของแผนกพัฒนาของบริษัทฟูจิอิเล็คทริค (ภูมิภาคซูซูกะ) กำลังดำเนินการพัฒนาระบบขับเคลื่อนเรือไฟฟ้าแบบใหม่ทั้งหมด ซึ่งระบบนี้ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกเช่นเดียวกับยานยนต์ไฟฟ้า ความเฉลียวฉลาดของวิศวกรรุ่นเยาว์เป็นแรงผลักดันเบื้องหลังการเอาชนะอุปสรรคในการพัฒนา

การเสี่ยงภัยในดินแดนที่ยังไม่มีการสำรวจโดยไม่มีตัวอย่างให้เรียนรู้

ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าใหม่สำหรับเรือผสานรวมอุปกรณ์ไฟฟ้าของเรือทั้งลำ เช่น อินเวอร์เตอร์ หม้อแปลง และแบตเตอรี่ รวมถึงมอเตอร์ การพัฒนาเริ่มขึ้นในเดือนเมษายน 2022

คุณซาซาโมริ ศูนย์พัฒนาเครื่องจักรกลหมุน ฝ่ายพัฒนา (พื้นที่ซูซูกะ)

บริษัท Fuji Electric มีประวัติการผลิตมอเตอร์สำหรับเรือมาอย่างยาวนานตั้งแต่ยุคก่อนสงคราม มอเตอร์ของเราถูกนำไปใช้ในเรือวิจัย Fuji ในแอนตาร์กติกาที่เปิดตัวในปี 1965

แต่กระบวนการออกแบบระบบไม่สามารถเริ่มต้นได้ทันที คุณซาซาโมริ ผู้ประสานงานการพัฒนาระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า เล่าถึงขั้นตอนแรกของกระบวนการพัฒนาว่า “วิศวกรที่มีประสบการณ์ด้านมอเตอร์อุตสาหกรรมต่างก็รู้สึกสับสน”

“ก่อนหน้านั้น เราจำเป็นต้องทำความเข้าใจโครงสร้างของเรือเพียงบางส่วนเท่านั้น เนื่องจากเราผลิตมอเตอร์เป็นส่วนประกอบแยกต่างหาก เมื่อถึงเวลาที่ต้องพัฒนาระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า เราพบว่าเราไม่มีภาพรวมที่สมบูรณ์ของเรือ” ซาซาโมริเล่า

เข้าใจว่าผู้ใช้รู้สึกอย่างไรจริงๆ โดยการรับฟังคำติชมของลูกค้าที่ไม่ได้กรอง

คุณอิโตะ ซึ่งเป็นวิศวกรที่มีประสบการณ์ เป็นหนึ่งในผู้ที่เข้าสู่กระบวนการพัฒนาโดยที่ไม่มีภาพที่ชัดเจนว่ามอเตอร์จะถูกใช้งานในระบบอย่างไร

“ในขณะที่เราก้าวเข้าสู่ดินแดนที่ยังไม่มีการสำรวจและไม่มีตัวอย่างให้เรียนรู้ ผู้ประกอบการอู่ต่อเรือซึ่งเป็นลูกค้าของเรา ก็พยายามหาทางออกเช่นกัน นั่นเป็นเหตุผลที่เราตัดสินใจจัดประชุมหารือกับผู้ประกอบการอู่ต่อเรือและผู้ผลิตเครื่องยนต์และใบพัด เพื่อให้วิศวกรของเราได้ฟังจากลูกค้าโดยตรง” อิโตะเล่า

คุณอิโตะ ศูนย์พัฒนาเครื่องจักรกลหมุน ฝ่ายพัฒนา (พื้นที่ซูซูกะ)

หลังจากการรับฟังลูกค้าอย่างตั้งใจเป็นเวลาหนึ่งปี ในที่สุดก็ได้มีการสรุปข้อมูลจำเพาะของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแล้ว การลดขนาดและกำลังเป็นสิ่งสำคัญที่สุด

นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้ออกจากห้องปฏิบัติการเพื่อไปเยี่ยมลูกค้า (เจ้าของเรือ) ด้วยตนเอง และระบุความต้องการที่อาจเกิดขึ้น จากการสนทนาบ่อยครั้ง เราจึงสามารถเข้าใจบทบาทของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าบนเรือ และวิธีที่ลูกเรือ (ผู้ใช้) ใช้งานและบำรุงรักษาระบบดังกล่าว
งานพัฒนาเต็มรูปแบบเริ่มต้นในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2566 หนึ่งปีหลังจากการตัดสินใจพัฒนาระบบ

แต่การพัฒนาระบบกลับกลายเป็นงานที่ยากแม้กระทั่งสำหรับนักวิจัยที่มีประสบการณ์ ปัญหาคือต้องแลกมาด้วยการลดขนาดและพลังงาน นอกจากนี้ ยังชัดเจนว่าการระบายความร้อนของมอเตอร์ซึ่งมักจะร้อนเกินไปจะเป็นความท้าทาย

ความคิดที่ไม่คาดคิดของวิศวกรหนุ่มสองคนนี้ทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดด

แรงบันดาลใจจากรายการทีวีสำหรับเด็ก

คุณโอตะ ศูนย์พัฒนาเครื่องจักรกลหมุน ฝ่ายพัฒนา (พื้นที่ซูซูกะ)

มอเตอร์หมุนไปข้างหน้าและถอยหลัง หากต้องการให้เอาต์พุตคงที่ในทุกทิศทางของการเคลื่อนที่ จะต้องทำให้มอเตอร์มีขนาดเล็กลงกว่านี้ไม่ได้ จะทำอย่างไรได้บ้าง?

วันหนึ่งในเดือนกรกฎาคม พ.ศ.2566 คุณโอตะ ซึ่งทำงานกับบริษัทมาเป็นเวลา 9 ปี กำลังดูทีวีกับลูกน้อยวัย 18 เดือนของเขา

เป็นสารคดีเกี่ยวกับสะพานในรายการการศึกษาสำหรับเด็ก เรือหลายลำแล่นผ่านใต้สะพานจากทั้งสองฝั่ง โอตะสังเกตเห็นบางอย่างขณะที่กำลังดูภาพที่เลื่อนไปข้างหน้าอย่างเหม่อลอย ซึ่งทำให้เกิดการตรัสรู้

“ส่วนใหญ่แล้ว เรือจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเท่านั้น ซึ่งหมายความว่า เราสามารถทำให้เครื่องยนต์ของเรือสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้”

การลดกำลังขับสำหรับการเคลื่อนที่ถอยหลังและเพิ่มกำลังขับสำหรับการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ทำให้มอเตอร์มีขนาดเล็กลงได้ในขณะที่ยังคงให้กำลังขับเคลื่อนไปข้างหน้าเพียงพอ นับเป็นจุดบอดที่น่าแปลกใจที่ไม่มีใครสังเกตเห็น

ต้นแบบที่ควบคุมโดยใช้มอเตอร์ทิศทางเดียวซึ่งติดตั้งไว้ที่ด้านซ้ายและขวาของเรือได้รับการพัฒนาและทดสอบในการทดลองสาธิตในช่วงฤดูหนาวของปี 2023 การทดลองดังกล่าวพิสูจน์ให้เห็นว่าแนวคิดของโอตะทำให้ผลผลิตเพิ่มขึ้น และโครงการได้เข้าสู่ขั้นตอนการพัฒนาผลิตภัณฑ์จริง

“ฉันตระหนักว่าการก้าวออกจากกรอบความคิดแบบเดิมๆ และเปลี่ยนมุมมองเพียงเล็กน้อยก็ทำให้ฉันค้นพบเบาะแสที่ไม่คาดคิดในสถานที่ที่คุ้นเคยได้” โอตะกล่าว

การสร้างภาพการไหลของน้ำโดยใช้ประสบการณ์จากโรงเรียน

ในช่วงเวลาเดียวกันนั้น ฮามาดะซึ่งทำงานกับบริษัทมาเป็นปีที่ 6 ประสบปัญหาเกี่ยวกับระบบระบายความร้อนของมอเตอร์

การสร้างพลังงานสูงอาจทำให้มอเตอร์ร้อนเกินไป ซึ่งอาจส่งผลให้ส่วนประกอบต่างๆ เสียหายหรือล้มเหลวได้
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จะมีการไหลของน้ำผ่านกรอบที่ติดตั้งไว้รอบมอเตอร์เพื่อระบายความร้อนชิ้นส่วนที่สร้างความร้อน อย่างไรก็ตาม กลไกการระบายความร้อนนี้มีราคาแพง

ทีมงานมีแนวคิดที่อาจเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนพร้อมลดต้นทุน แต่ไม่มีทางที่จะตรวจสอบแนวทางที่พัฒนาขึ้นในการวิเคราะห์ได้ พวกเขาไม่มั่นใจว่าน้ำจะไหลผ่านโครงโลหะตามที่ระบุในการวิเคราะห์ได้หรือไม่ เพื่อให้เห็นภาพการไหลของน้ำ ทีมงานจึงสร้างแบบจำลองขนาดเล็กขนาดกล่องข้าวขึ้นมาเองและทดสอบซ้ำแล้วซ้ำเล่า

โมเดลจำลองขนาดกล่องข้าวจิ๋ว ฝีมือทีมงานเอง


ในตอนแรกนั้นเขาใช้สีผสมอาหาร ถ้าน้ำตามร่องน้ำเปลี่ยนเป็นสีแดงแสดงว่าน้ำไหลได้ปกติ แต่เมื่อปล่อยให้น้ำไหลไปสักพัก ร่องน้ำทั้งหมดก็กลายเป็นสีแดง ทำให้ยากต่อการแยกแยะว่าน้ำไหลไปทางไหน

คุณฮามาดะ ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับพลศาสตร์ของไหลในสมัยเป็นนักศึกษา ได้เกิดความคิดบางอย่างขึ้น เขาคิดว่า “บางทีเราอาจใช้เธรดที่เราใช้ในการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างภาพการไหลได้”

คุณฮามาดะ ศูนย์พัฒนาเครื่องจักรกลหมุน ฝ่ายพัฒนา (พื้นที่ซูซูกะ)


หากคุณติดกระดาษไว้ที่ช่องระบายอากาศของเครื่องปรับอากาศ คุณจะสังเกตการเคลื่อนไหวของกระดาษเพื่อดูว่าลมพัดไปทางใด ในทำนองเดียวกัน หากคุณติดด้ายเข้ากับพาร์ติชั่น ทิศทางของด้ายจะช่วยให้คุณมองเห็นการไหลของลมได้

“ในฐานะผู้ผลิต สิ่งสำคัญคือต้องไม่เพียงแค่พึ่งพาการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังต้องให้หลักฐานที่มองเห็นได้ซึ่งลูกค้าสามารถเห็นได้ด้วยตนเองด้วย เราไม่สามารถดำเนินการพัฒนาต่อไปได้หากเราไม่มั่นใจในข้อมูลที่มีอยู่ การสร้างภาพการไหลของน้ำโดยใช้ด้ายถือเป็นก้าวสำคัญ” ฮามาดะอธิบาย

ภายหลังจากความก้าวหน้าครั้งสำคัญนี้ กระบวนการพัฒนาได้เร่งตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว และต้นแบบของระบบระบายความร้อนก็เสร็จสมบูรณ์เกือบจะในเวลาเดียวกับที่สร้างมอเตอร์

รากฐานสำหรับประสิทธิภาพชั้นนำของอุตสาหกรรม

ด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่มากกว่าระบบคู่แข่งถึง 1.2 เท่า ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของ Fuji Electric จึงเป็นผู้นำในอุตสาหกรรม
ในงานนิทรรศการที่จัดขึ้นในเดือนเมษายน พ.ศ. 2567 มอเตอร์ของ Fuji Electric ได้รับการยกย่องในเรื่องขนาดที่เล็กเมื่อเทียบกับกำลังไฟฟ้า

การสนับสนุนแนวคิดของพนักงานรุ่นใหม่ส่งผลให้เกิดความก้าวหน้าในการพัฒนา “ไม่ว่าคุณจะพัฒนาสิ่งใด คุณจะไม่มีวันรู้เลยว่าคุณจะประสบความสำเร็จหรือไม่ จนกว่าคุณจะพยายาม” อิโตะเล่า

“Fuji Electric มอบรากฐานให้กับผู้อื่นเพื่อปกป้องเราแม้ว่าเราจะล้มเหลวก็ตาม ดังนั้น ฉันจึงต้องการให้มืออาชีพรุ่นใหม่รับมือกับความท้าทายต่างๆ โดยไม่ลังเล” อิโตะกล่าว

พนักงานทั้งสี่คนได้รับการขอให้เขียนข้อความถึงนักศึกษาและแบ่งปันความคิดเบื้องหลังข้อความเหล่านั้น (จากซ้าย)
“สิ่งสำคัญๆ ที่คุณไม่สามารถทำคนเดียวได้นั้น สามารถทำสำเร็จได้ในฐานะทีม ข้อความของฉันถึงนักเรียนคือ 'ให้ความสำคัญกับก้าวแรก' เราจะสนับสนุนคุณในทุกความพยายามของคุณ” อิโตะกล่าว
“ต้องขอบคุณการสนับสนุนจากหลายๆ คนที่ทำให้เรามาได้ไกลขนาดนี้ ข้อความของฉันคือ 'ความสามัคคี' ฉันเริ่มตระหนักดีว่าการที่ผู้คนจากแผนกต่างๆ ร่วมมือกันนั้นสำคัญขนาดไหน” ฮามาดะเล่า
“สิ่งที่สำคัญที่สุดคืออย่ายอมแพ้ คนเราผิดพลาดกันได้เสมอ แต่สิ่งที่ฉันต้องการจะบอกคือ ‘พยายามต่อไป’ ฉันอยากสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ ด้วยจิตวิญญาณนี้ต่อไป” โอตะกล่าว
“ผู้คนมักคิดว่าวิศวกรพูดถึงแต่เรื่องทางเทคนิคเท่านั้น แต่ข้อความของฉันคือ ‘ยอมรับทักษะและการแสดงออก’ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เราสามารถรับฟังความต้องการของลูกค้าและส่งเสริมผลิตภัณฑ์ที่เราสร้างขึ้นได้” ซาซาโมริกล่าว


“เราตั้งเป้าที่จะเปิดตัวผลิตภัณฑ์ดังกล่าวเป็นอันดับแรก เพื่อให้พนักงานขายของเราสามารถเริ่มรับคำสั่งซื้อได้ในเดือนเมษายน 2025 นอกจากนี้ เรายังมีข้อได้เปรียบจากการบรรลุประสิทธิภาพที่เป็นผู้นำในอุตสาหกรรม ดังนั้นเราจึงมีความคาดหวังสูง” ซาซาโมริกล่าว

เทคโนโลยีดังกล่าวยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้นอกเหนือจากในเรือได้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ก่อสร้างขนาดหนัก ซึ่งมีแกนกลางอยู่แล้ว หากเราสามารถผลิตพลังงานได้ในปริมาณที่เพียงพอแม้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของสถานที่ก่อสร้าง การนำระบบควบคุมไฟฟ้ามาใช้อย่างแพร่หลายก็จะไม่ใช่ความฝันอีกต่อไป

ทีมงานแนวหน้าที่อยู่เบื้องหลังการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ไม่เคยมีมาก่อนยังคงเผชิญกับความท้าทายใหม่ๆ โดยมีสมาชิกที่อายุน้อยกว่าและมีประสบการณ์มากขึ้นทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิด

ติดต่อเรา