Trang chủ
Giới thiệu về Fuji Electric
Những câu chuyện
Phát triển hệ thống đẩy điện để góp phần vào xã hội không phát thải carbon thông qua tàu thủy

Phát triển hệ thống đẩy điện để góp phần vào xã hội không phát thải carbon thông qua tàu thủy

Nhiều tàu vẫn chạy bằng động cơ diesel, thải ra lượng lớn _CO2.

Fuji Electric đã giúp giảm lượng khí thải gây ô nhiễm không khí từ tàu thuyền bằng cách phát triển một hệ thống loại bỏ oxit lưu huỳnh (SOx) khỏi khí thải (máy lọc khí).
Bộ phận phát triển máy quay của Bộ phận phát triển Fuji Electric (Khu vực Suzuka) hiện đang nghiên cứu một hệ thống đẩy tàu điện hoàn toàn mới. Giống như xe điện, hệ thống này không thải ra bất kỳ khí nhà kính nào. Chính sự khéo léo của các kỹ sư trẻ đã trở thành động lực thúc đẩy vượt qua những rào cản trong quá trình phát triển.

Mạo hiểm vào vùng đất chưa được khám phá mà không có ví dụ để học hỏi

Hệ thống đẩy điện hoàn toàn mới dành cho tàu tích hợp các thiết bị điện của toàn bộ tàu, chẳng hạn như bộ biến tần, máy biến áp và pin, ngoài ra còn có một động cơ. Quá trình phát triển bắt đầu vào tháng 4 năm 2022.

Ông Sasamori, Trung tâm phát triển máy quay, Bộ phận phát triển (Khu vực Suzuka)

Fuji Electric có lịch sử lâu đời trong sản xuất động cơ tàu thủy, có từ thời tiền chiến. Động cơ của chúng tôi được sử dụng trên Fuji, một tàu nghiên cứu Nam Cực được hạ thủy vào năm 1965.

Nhưng quá trình thiết kế hệ thống không thể bắt đầu ngay lập tức. Ông Sasamori, người điều phối quá trình phát triển hệ thống đẩy điện, nhớ lại giai đoạn đầu của quá trình phát triển và nói rằng, “Các kỹ sư có kinh nghiệm về động cơ công nghiệp đều bối rối.”

“Trước đó, chúng tôi chỉ phải hiểu một phần cấu trúc của tàu vì chúng tôi sản xuất động cơ như các thành phần độc lập. Khi đến lúc phát triển hệ thống đẩy điện, chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi không có bức tranh toàn cảnh về con tàu”, Sasamori kể lại.

Hiểu được cảm nhận thực sự của người dùng bằng cách lắng nghe phản hồi chưa qua lọc của khách hàng

Ông Ito, một kỹ sư giàu kinh nghiệm, là một trong số những người tham gia vào quá trình phát triển mà không có hình dung rõ ràng về cách động cơ sẽ được sử dụng trong hệ thống.

“Khi chúng tôi mạo hiểm vào vùng đất chưa được khám phá mà không có ví dụ nào để học hỏi, các nhà điều hành xưởng đóng tàu, tức là khách hàng của chúng tôi, cũng đang tìm kiếm giải pháp. Đó là lý do tại sao chúng tôi quyết định tổ chức các cuộc họp thảo luận với các nhà điều hành xưởng đóng tàu và các nhà sản xuất động cơ và chân vịt, cho phép các kỹ sư của chúng tôi lắng nghe trực tiếp ý kiến của khách hàng”, Ito nhớ lại.

Ông Ito, Trung tâm phát triển máy quay, Bộ phận phát triển (Khu vực Suzuka)

Sau một năm lắng nghe cẩn thận ý kiến của khách hàng, thông số kỹ thuật cho hệ thống đẩy điện đã được hoàn thiện. Giảm kích thước và công suất là ưu tiên hàng đầu.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã rời phòng thí nghiệm để trực tiếp đến thăm khách hàng (chủ tàu) và xác định các nhu cầu tiềm năng. Thông qua các cuộc thảo luận thường xuyên, chúng tôi có thể hiểu được vai trò của hệ thống đẩy điện trên tàu và cách thủy thủ đoàn (người sử dụng) vận hành và bảo trì chúng.
Công việc phát triển toàn diện bắt đầu vào tháng 5 năm 2023, một năm sau quyết định phát triển hệ thống.

Nhưng một lần nữa, việc phát triển hệ thống lại trở thành một nhiệm vụ khó khăn ngay cả đối với các nhà nghiên cứu kỳ cựu. Vấn đề là có sự đánh đổi giữa việc giảm kích thước và công suất. Hơn nữa, rõ ràng là việc làm mát động cơ, vốn dễ bị quá nhiệt, sẽ là một thách thức.

Chính ý tưởng bất ngờ của hai kỹ sư trẻ đã tạo nên bước đột phá.

Cảm hứng từ một chương trình truyền hình dành cho trẻ em

Ông Ota, Trung tâm phát triển máy quay, Bộ phận phát triển (Khu vực Suzuka)

Động cơ quay về phía trước và ngược lại. Nếu đầu ra được giữ nhất quán cho mỗi hướng chuyển động, động cơ không thể được làm nhỏ hơn nữa. Có thể làm gì về vấn đề này?

Một ngày tháng 7 năm 2023, anh Ota, người đã làm việc cho công ty được chín năm, đang xem TV với đứa con 18 tháng tuổi của mình.

Đó là một tính năng về cầu trong một chương trình giáo dục dành cho trẻ em. Từng chiếc một, những con tàu đi qua dưới cầu từ cả hai phía. Trong khi vô tình xem cảnh quay được tua nhanh, Ota nhận thấy một điều gì đó. Điều này dẫn đến một sự sáng tỏ.

“Hầu hết thời gian, tàu chỉ di chuyển về phía trước. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể chuyên môn hóa động cơ tàu để di chuyển về phía trước.”

Bằng cách giảm công suất cho chuyển động ngược và tăng công suất cho chuyển động tiến, động cơ có thể được làm nhỏ hơn trong khi vẫn đảm bảo đủ công suất tiến. Đó là một điểm mù đáng ngạc nhiên mà không ai để ý.

Một nguyên mẫu được điều khiển bằng động cơ một chiều được trang bị ở bên trái và bên phải của tàu đã được phát triển và thử nghiệm trong một cuộc thử nghiệm trình diễn vào mùa đông năm 2023. Cuộc thử nghiệm đã chứng minh rằng ý tưởng của Ota đã làm tăng sản lượng và dự án đã bước vào giai đoạn phát triển sản phẩm thực tế.

Ota cho biết: “Tôi nhận ra rằng chỉ cần thoát khỏi những ý tưởng thông thường và thay đổi góc nhìn một chút, tôi có thể khám phá ra những manh mối bất ngờ ở những nơi quen thuộc”.

Hình dung dòng chảy của nước bằng kinh nghiệm từ trường học

Vào khoảng thời gian đó, Hamada, khi đó đã làm việc được sáu năm tại công ty, đang gặp khó khăn với hệ thống làm mát động cơ.

Việc tạo ra công suất cao có thể khiến động cơ quá nóng, dẫn đến hư hỏng hoặc hỏng hóc các bộ phận của động cơ.
Để giải quyết vấn đề này, nước sẽ được chảy qua một khung lắp xung quanh động cơ để làm mát các bộ phận sinh nhiệt. Tuy nhiên, cơ chế làm mát này rất tốn kém.

Nhóm nghiên cứu có một ý tưởng có thể tăng hiệu suất làm mát trong khi giảm chi phí, nhưng không có cách nào để xác minh phương pháp mà họ phát triển trong quá trình phân tích. Họ không tự tin rằng nước sẽ chảy qua khung kim loại như đã chỉ ra trong phân tích. Để hình dung dòng chảy của nước, nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình thu nhỏ của riêng họ có kích thước bằng hộp đựng thức ăn trưa và thử nghiệm nhiều lần.

Một mô hình thu nhỏ có kích thước bằng hộp đựng thức ăn trưa, do chính nhóm thực hiện

Lúc đầu, họ dùng phẩm màu thực phẩm. Nếu nước chuyển sang màu đỏ dọc theo kênh, thì đó là bằng chứng cho thấy nước đang chảy bình thường. Tuy nhiên, khi nước được phép chảy trong một thời gian, tất cả các kênh đều chuyển sang màu đỏ, khiến việc xác định hướng nước chảy trở nên khó khăn.

Ông Hamada, người đã nghiên cứu động lực học chất lưu khi còn là sinh viên, đã có một sự sáng tỏ. "Có lẽ chúng ta có thể sử dụng sợi chỉ mà chúng ta đã sử dụng trong nghiên cứu trực quan hóa dòng chảy của mình", ông nghĩ.

Ông Hamada, Trung tâm phát triển máy quay, Bộ phận phát triển (Khu vực Suzuka)

Nếu bạn dán một tờ giấy vào lỗ thông hơi của máy điều hòa, bạn có thể quan sát chuyển động của tờ giấy để biết luồng không khí thổi theo hướng nào. Tương tự như vậy, nếu bạn gắn một sợi chỉ vào vách ngăn, hướng của sợi chỉ cho phép bạn hình dung luồng không khí.

“Là một nhà sản xuất, điều quan trọng không chỉ là dựa vào mô phỏng máy tính mà còn phải cung cấp bằng chứng hữu hình để khách hàng có thể tự mình nhìn thấy. Chúng tôi không thể tiến hành phát triển nếu không tự tin vào dữ liệu của mình. Việc hình dung dòng nước bằng sợi chỉ là một bước tiến lớn”, Hamada giải thích.

Sau bước đột phá này, quá trình phát triển được đẩy nhanh và nguyên mẫu của hệ thống làm mát đã được hoàn thành gần như cùng lúc với động cơ.

Nền tảng cho hiệu suất hàng đầu trong ngành

Với mật độ công suất cao gấp 1,2 lần so với các hệ thống cạnh tranh, hệ thống đẩy điện của Fuji Electric dẫn đầu ngành.
Tại một triển lãm được tổ chức vào tháng 4 năm 2024, động cơ của Fuji Electric được khen ngợi vì kích thước nhỏ so với công suất.

Việc ủng hộ ý tưởng của những nhân viên trẻ đã mang lại những đột phá trong phát triển. “Bất kể bạn đang phát triển điều gì, bạn sẽ không bao giờ biết mình có thành công hay không cho đến khi bạn thử”, Ito kể lại.

“Fuji Electric cung cấp nền tảng cho những người khác bảo vệ chúng tôi ngay cả khi chúng tôi thất bại. Vì vậy, tôi muốn những chuyên gia trẻ tiếp tục chấp nhận thử thách mà không do dự”, Ito nói.

Bốn nhân viên được yêu cầu viết tin nhắn cho sinh viên và chia sẻ suy nghĩ đằng sau những tin nhắn đó (từ trái sang phải).
“Những điều lớn lao mà bạn không thể làm một mình có thể được hoàn thành khi làm việc theo nhóm. Thông điệp của tôi gửi đến các sinh viên là 'hãy trân trọng bước đi đầu tiên'. Chúng tôi sẽ hỗ trợ các bạn trong mọi nỗ lực của mình”, Ito nói.
“Nhờ sự ủng hộ của nhiều người mà chúng tôi mới đi được đến chặng đường này. Thông điệp của tôi là 'sự hòa hợp'. Tôi đã hiểu được tầm quan trọng của việc mọi người từ các phòng ban khác nhau cùng hợp tác”, Hamada kể lại.
“Điều quan trọng nhất là không bỏ cuộc. Mọi người luôn mắc lỗi, nhưng thông điệp của tôi là 'hãy tiếp tục cố gắng'. Tôi muốn tiếp tục tạo ra những điều mới mẻ theo tinh thần này”, Ota nói.
Sasamori cho biết: “Mọi người có xu hướng nghĩ rằng các kỹ sư chỉ nói về các vấn đề kỹ thuật, nhưng thông điệp của tôi là 'hãy nắm bắt kỹ năng và cách diễn đạt', đó là những yếu tố cho phép chúng ta lắng nghe nhu cầu của khách hàng và quảng bá các sản phẩm mà chúng ta tạo ra”.

Sasamori cho biết: “Trước tiên, chúng tôi đặt mục tiêu ra mắt sản phẩm để đội ngũ bán hàng của chúng tôi có thể bắt đầu tiếp nhận đơn đặt hàng vào tháng 4 năm 2025. Chúng tôi cũng có lợi thế là đạt được hiệu suất dẫn đầu ngành, vì vậy chúng tôi có kỳ vọng cao”.

Công nghệ này cũng có những ứng dụng tiềm năng vượt ra ngoài tàu thuyền. Một ví dụ là thiết bị xây dựng hạng nặng. Lõi đã được lắp đặt. Nếu chúng ta có thể đạt được mật độ đầu ra cung cấp đủ điện ngay cả trong môi trường khắc nghiệt của công trường xây dựng, việc áp dụng rộng rãi các hệ thống điều khiển điện sẽ không còn là giấc mơ nữa.

Đội ngũ tiên phong đằng sau sự phát triển của một sản phẩm chưa từng có tiếp tục đảm nhận những thách thức mới, với các thành viên trẻ hơn và nhiều kinh nghiệm hơn cùng làm việc chặt chẽ với nhau.