Sintesi del progetto:
L’industria del bianco presenta oggi due esigenze tra di loro fortemente contrastanti:
1.realizzare prodotti ottimizzati dal punto di vista del consumo energetico di acqua e di detersivo;
2.mantenere i prezzi del prodotto finale sufficientemente bassi in modo da incentivare il consumo considerando che, nel mondo occidentale, il mercato del bianco è di fatto un mercato di sostituzione (per esempio in Italia 92-93% dei potenziali acquirenti ha già un prodotto in casa, questo vale specialmente per lavatrici, frigoriferi, cucine, un po’ di meno per le lavastoviglie) e prodotti molto economici ma con scarse prestazioni sono già presenti.
Il presente progetto ha la finalità generale di progettare e prototipare un innovativo dispensatore-miscelatore di detersivo, componente della lavatrice critico per l’efficienza del lavaggio e quindi per le portate in gioco. Più in particolare il progetto si propone di sviluppare un prodotto rispondente ai seguenti requisiti:
•Il miglioramento della funzionalità alle basse pressioni di rete per aspetti legati all’asportazione di detersivo (polvere/liquido) e al rumore dovuto alla turbolenza.
• ridurre il costo complessivo, dell’assieme vaschetta detersivo attraverso l’Integrazione componenti. La riduzione della componentistica attuale che la compone per la riduzione del costo di assemblaggio. E’ da notare, sotto questo aspetto che, in un’ottica di life cycle management si ottiene un risparmio netto in termini energetici di materiale, operando sul ciclo di produzione. ;
•Diminuire il costo complessivo di produzione intervenendo sul costo di stampaggio, in particolare sulla cadenza produttiva e sul tempo ciclo dello stampaggio. Un ciclo di stampaggio più breve significa dire riscaldare una data massa in un tempo minore, trasferendo calore in maniera più efficace e mirata alla sola parte da riscaldare/raffreddare.
In una produzione di massa come quella oggetto di indagine questo porta ad un risparmio energetico sensibile e direttamente proporzionale alla riduzione di tempo ciclo. La filosofia dell’intervento si basa sulla considerazione che invece di controllare il costo di produzione della singola parte per rispettare il budget (come di solito avviene nello sviluppo di un nuovo prodotto), cioè il costo di produzione dello stampo per realizzare la vaschetta del dispenser, e’ opportuno controllare il costo della funzione, cioè dell’attività del cedere in modo controllato i prodotti necessari all’azione del lavaggio. Si delega in questo caso l’azione di controllo di budget non tanto al costo dell’attrezzaggio ma al costo di produzione dello stesso componente, azione successiva alla produzione di attrezzaggio. In altri termini si accettano soluzioni che prevedano stampi più complessi e costosi con soluzioni produttive anche non convenzionali ma costo di stampaggio e tempo di stampaggio ridotti. E’ da notare, come sarà messo in evidenza successivamente, che l’ottimizzazione fluidodinamica di un componente, sovente obbliga a soluzioni produttive non convenzionali. Un approccio di tale tipo obbliga necessariamente alla condivisione di soluzioni e “paletti” tra tecnici con sensibilità ed estrazione diversa, che spesso in sistemi di controllo budgettario sono in situazione di conflittualità latente (produzione, progettazione, ricerca e sviluppo). Questo induce ad un approccio di condivisione innovativo e coinvolgente, anche a livello immersivo, come l’utilizzo della realtà virtuale. La tematica del progetto afferisce dunque all’ambito tecnologico del bando “efficienza energetica” . Le attività saranno sviluppate secondo la seguente articolazione di Obiettivi Realizzativi: •OR1 Ottimizzazione fluidodinamica •OR2 Ottimizzazione Produzione
L’azienda proponente 4D Solutions si avvarrà della collaborazione di:
•Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile Meccanica dell’Università di Modena e Reggio Emilia
•Laboratorio di Ricerca Industriale per il Manifatturiero di Tecnomarche PST Marche, Unità P3 Lab
Contesto di riferimento:
Le soluzioni attualmente in uso nelle lavabiancheria sono note e fanno parte delle procedure di progettazione standardizzate da tempo. Quando però’ si affronta il tema di una potenziale sostituzione occorre rivedere tutte queste procedure alla luce delle attuali esigenze. Molto spesso infatti le caratteristiche a specifica sono state ritagliate su misura del materiale di uso consolidato in azienda, del processo produttivo e di assemblaggio dei sottoassiemi che fanno parte del know-how produttivo. Nel caso della vaschetta detersivo le potenzialità di sviluppo sono molteplici e diverse o possono essere le filosofie di approccio al problema produttivo, ma sicuramente la parte vincolante per il conseguimento dell’obiettivo proposto è l’analisi fluido-dinamica. L’individuazione del ciclo produttivo, avverrà dopo la definizione dei vincoli fluido dinamici combinati con i possibili materiali in uso e in base alla disponibilità di tecnologie di processo. L’ottimizzazione fluidodinamica richiede che per evitare moti turbolenti con distacco della vena fluida dalla parete, siano necessarie variazioni continue di sezione con conseguente variazione dello spessore della parete. Questo però comporta notevoli difficoltà nello stampaggio: spessori di parete variabili implicano tempi di raffreddamento e ritiri differenziati con conseguente segni di risucchio, specialmente evidenti sulle parti planari o a lieve curvatura, con conseguente variazione della geometria che si voleva conseguire. Questi problemi possono essere affrontate per esempio con due approcci distinti: 1)utilizzo di inserti ad alta conducibilità termica o con canali preformati per accelerare il ciclo di riscaldamento/raffreddamento; 2)ricorso allo stampaggio assistito da gas (gas assisted injection moulding GAIM), utilizzando pin di estrazione locali. Il primo approccio porta a considerare l’utilizzo di inserti massivi ad elevata conducibilità termica, pensando anche alla sostituzione di leghe Cu-Be (sempre più sotto osservazione date le caratteristiche e i rischi connessi al Be) con leghe Ag-Cu, già testate in alcuni casi particolari, ( con cui recupero totale a fine vita della parte). Saranno valutati inserti con canali di raffreddamento preformati, in modo particolare quelli prodotti in AISI 420 L on in Cr-Co. Il secondo approccio implica l’utilizzo di una soluzione produttiva con parziale svuotamente dell’oggetto viene utilizzato per ottenere un irrigidimento piuttosto che un alleggerimento della parte. Gli enti di ricerca coinvolti dall’azienda hanno competenze specifiche nel lambito indagato dal progetto. L’esigenza di innovazione emerge tanto fortemente nel momento che si considera l’andamento del mercato: nei primi 5 mesi del 2008, è stata registrata una riduzione degli acquisti del 4% per gli elettrodomestici grandi come frigoriferi e lavatrici. Situazione che si rispecchia sull’andamento dei titoli De Longhi – 43% e Indesit -62,25% su base annua (fonte: inserto economico Repubblica 11/07/08). Una flessione coinvolge anche gli altri paesi dell’Europa occidentale, soprattutto la Spagna e la Gran Bretagna. L’unicaeccezione è costituita dalla Russia e dall’Europaorientale dove l’economiacontinua a tirare e dove cresce anche il mercato degli elettrodomestici. Peggiore l’andamentrodel sell-in (le vendite dell’industriaalla distribuzione), che riflette un processo di destoccaggio in corso nella distribuzione. Sono 100 milioni gli elettrodomestici installati in Italia, Negli ultimi 10 anni l’efficienza energetica dei grandi elettrodomestici è migliorata di oltre il 35% e hanno contribuito a una riduzione di oltre il 10% del totale dei consumi energetici (dati Ceced, Strasburgo 20/02/08). Tuttavia di fronte all’impegno per incrementare l’efficienza “elettrica”, anche per soddisfare il protocollo di Kyoto, non si riscontra una pari sensibilità verso l’efficienza di lavaggio, il cui incremento porterebbe ad una riduzione di consumo di tensioattivi e di acqua. La situazione globale induce ad anticipare per quanto possibile soluzioni innovative. “Il sole 24” ore scrive il 30 maggio 2008 L’industriaitaliana degli elettrodomestici vive un periodo molto difficile, a causa della concorrenza dei mercati emergenti e per la continua erosione dei margini. La conferma, dopo le notizie delle scorse settimane sulle centinaia di licenziamenti in un’aziendasimbolo come Electrolux, è arrivata dal rapporto “Per una nuova crescita sostenibile”, elaborato dall’Osservatoriodi Ceced Italia, l’associazionedei produttori di apparecchi domestici e professionali. .. Nonostante un fatturato complessivo di 16 miliardi di dollari (di cui 9,3 di export) , il settore degli elettrodomestici sta infatti soffrendo di una forte contrazione della redditività e per una riduzione dei livelli di attività più intensa della media dell’industriamanifatturiera. La globalizzazione dell’economiainternazionale e, più recentemente, l’allargamentodella UE, hanno indebolito il punto di forza della produzione italiana, basato su alti volumi ed elevate competenze di progetto e industrializzazione. Accanto a costi del lavoro non paragonabili a quelli italiani, in molti paesi di nuova industrializzazione si sta assistendo al rapido apprendimento dei processi industriali. Risulta evidente di conseguenze la necessità di “stare d’avanti” tecnologicamente agli altri competitori agendo anche sui particolari del prodotto, con questo progetto si propone.
Obiettivi e finalità:
L’obiettivo generale è la realizzazione di un dispenser per detergente liquido e in polvere, ammorbidente e schiarente in modo da uamentare l’efficienza di lavaggio. Piano di attività sarà sviluppato nei termini seguenti: Obiettivo Realizzativo 1 Ottimizzazione fluidodinamica 1.1 Analisi dello stato dell’arte e della soluzioni tecnologiche adottate attualmente sui prodtti commerciali. 1.2 Valutazione ed ottimizzazione fluidodinamica 1.3 Sintesi delle soluzioni. 1.4 Valutazione complessiva multidisciplinare Le principali problematiche poste dalla realizzazione di questo obiettivo si riassumono in: tradurre i vincoli derivanti dall’analisi fluido dinamica, atti a garantire una elevata efficienza di asportazione e scioglimento dei materiali per il lavaggio nell’acqua, in vincoli progettuali, cioè in vincoli dimensionali e geometrici non modificabili per esigenze estetiche o di assemblaggio. Obiettivo Realizzativo 2 Ottimizzazione produzione 2.1Valutazione di inserti ad elevata conducibilità termica o con canali preformati. 2.2Studi sui materiali attualmente utilizzati nella produzione di tale componente 2.3Realizzazione stampo di prova . 2.4Trasformazione delle specifiche fluidodinamiche e costruttive in specifiche dimensionali e disegno Le principali problematiche poste dalla realizzazione di questo obiettivo si riassumono in: trasportare i vincoli dimensionali e geometrici definiti nell’OR1 in soluzioni produttive atte a garantire la più alta possibile cadenza produttiva, in assenza di deformazioni locali significative. Le attuali vaschette detersivo sono progettate per l’utilizzo di una pressione di rete che varia da un minimo di 0.5 bar a un massimo di 8 bar. La funzione della vaschetta detersivo e’ quella di contenere il detersivo di lavaggio in polvere o liquido, l’ammorbidente e la candeggina che devono essere completamente asportati e “sciolti” in fasi determinate nel corso del ciclo di lavaggio. Il detersivo in polvere per l’umidità contenuta nell’aria ha la tendenza ad agglomerarsi e la sua asportazione e’ tanto più difficile quanto più la pressione dell’acqua di rete e’ bassa. L’agglomerazione del detersivo diventa critico anche nel caso dell’utilizzo da parte dell’utente di partenze ritardate del ciclo di lavaggio. D’altra parte un ingresso di acqua in condizione di turbolenza impedisce un lavaggio completo della vaschetta, infatti il fluido preferisce percorsi meno “onerosi” energeticamente e quindi sovente trascina in maniera inadeguata i prodotti per il lavaggio. Da cui si evince la necessità di uno studio approfondito dei canali di convogliamento dell’acqua per migliorare le performance di asportazione del detersivo dal cassetto alle basse pressioni, soluzioni che però restino valide anche a pressioni superiori. Si consideri inoltre che il detersivo liquido, ammorbidente e candeggina devono essere gestiti in modo diverso rispetto il detersivo in polvere. Essi necessitano di contenitori specifici che devono rilasciare in fasi ben determinate del ciclo di lavaggio il proprio contenuto, il tutto avviene normalmente realizzato attraverso un sistema di sifoni. Le problematiche che ne derivano sono quindi legate al mescolamento tra ad esempio l’ammorbidente e l’acqua nelle concentrazioni corrette al fine di avere una densità’ e coesione che permettano lo svuotamento completo del proprio contenitore. Non di meno le dimensioni e le geometrie dei Sifoni devono essere studiate per l’evitare l’ostruzione da eventuali residui di ammorbidente con il vantaggio di eliminare la pulizia del cassetto detersivo da parte dell’utente finale.
Piano di lavoro
Tipologia descrittiva delle attività e competenze delle imprese
Le linee di intervento sono due e necessitano di una forte azione di coordinamento e integrazione al fine del raggiungemento dell’obiettivo finale. Obiettivo Realizzativo 1 Ottimizzazione fluidodinamica 1.1 Analisi dello stato dell’arte e della soluzioni tecnologiche adottate attualmente sui prodtti commerciali. Tale analisi deve essere affrontata come: analisi funzionale delle singole parti del componente dispenser (numero, divisione e volume delle vaschette, collegamento tra le stesse e il cestello, materiali utilizzati…).Risultato atteso, documento riportante la divisione per parti funzionali, per materiali, per soluzioni di collegamenti, del componente dispenser. Questo per una tipologia significativa di prodotti commerciali. 1.2 Valutazione ed ottimizzazione fluidodinamica per vaschetta detersivo polvere, vaschetta detersivo liquido, vaschetta ammorbidente, vaschetta prodotto sbiancante. Il tutto per condizioni operative congruenti con la minima e massima pressione di rete Risultato atteso. Elaborato riportante le soluzioni ottimali per condizioni operative a minima pressione di rete, dimensionamento ideale di tale dispenser. 1.3 Sintesi delle soluzioni. Verifica delle caratteristiche geometriche sovrapponibili per le due condizioni estreme ed eventuali scelte per soluzioni intermedie per quelle caratteristiche che risultassero inconciliabili nelle condizioni estreme. Risultato atteso. Elaborato di sintesi relativo ai punti 2-3. 1.4 Valutazione complessiva multidisciplinare, mediante l’ausilio della realtà virtuale delle elaborazioni fluidodinamiche, partecipazioni alle scelte dei vincoli progettuali da parte di tutti i partecipanti al progetto. Risultato atteso. Elaborato riportante i vincoli progettuali scelti per l’ottimizzazione fluidodinamica. E’ da notare che i vincoli progettuali così definiti costituiscono una rottura con le normali procedure produttive di questo settore di mercato. Infatti normalmente i vincoli progettuali sono determinati rispetto i dati storici produttivi dell’azienda (modo di fare consolidato, tipico di aziende rigide); il rispetto del budget (“quanto mi costa?”, prezzo come prima leva di mercato); il rispetto di canoni estetici (“ingombra troppo, mi altera l’estetica del frontalino”, prodotti con alto styling); un approccio di tipo funzionale è non convenzionale. LINEA 2 ottimizzazione produzione 2.1Valutazione di inserti ad elevata conducibilità termica o con canali preformati. Studio sulla possibile introduzione di piastre ad alta conducibilità termica (Cu-be, Ag-Cu) e mediante l’uso di inserti dotati di canali preformati, per favorire il ciclo riscaldamento-raffreddamento dell’impronta mediante sorgenti esterni e al fine della semplificazione dello stampo.1-Risultati attesi. Elaborato riportante i dati sulle leghe ad alta conducibilità termica di ipotizzabile impiego per le finalità del progetto. 2-Risultati attesi. Elaborato riportante le soluzioni di riscaldamento/raffreddamento esterno allo stampo per la semplificazione dello steso mediante inserti ad alta conducibilità termica. 2.2 Studi sui materiali attualmente utilizzati nella produzione di tale componente, analisi e valutazione critica di eventuali soluzioni lternative Risultati attesi. Elaborato riportante le caratteristiche dei materiali attualmente utilizzati e utilizzabili nella realizzazione dl componete. Selezione di uno o più materiali “ottimali”. 2.3 Realizzazione stampo di prova .Studio sulla configurazione e realizzabilità di canali preformati su un benchmark rappresentativo e semplificato di una vaschetta attualmente in produzione. Realizzazione di uno stampo semplice per la verifica della fattibilità di inserti efficaci in canali preformati (in 420 L o materiale con caratteristiche similari e in Cr-Co). Valutazione delle preseri semplificata prodotta. 1- Risultati attesi. Elaborato riportante le Dimensionamento dello stampo semplificato per la realizzazione del componente, Disegno dello stampo e dell’inserto da produrre con canali preformati. In questa fase può essere valutata anche l’opportunità di produrre parti in lega ad alta conducibilità. 2 – Risultati attesi. Realizzazione dello stampo semplificato e dell’inserto. 3-Risultati attesi. Produzione e valutazione della preserie 2.4 Trasformazione delle specifiche fluidodinamiche e costruttive in specifiche dimensionali e disegno del prodotto innovativo da realizzare. Definizione delle specifiche delle soluzioni poduttive da adottare per conseguire il raggiungimento dell’obiettivo del progetto. 1 – Risultato atteso, Elaborato riportante il dimensionamento 2D e file con la modellazione 3D dell’oggetto da produrre. 2 – Risultati attesi. Elaborato riportante le Documento riportante la validazione delle specifiche di progetto e produttive da parte dei vari attori.