Tilblivelsen af European Robotic Arm til den International Space Station Der er ingeniører med hele vejen igennem: Fra tanke over projektformulering, skitse,

Præsentationer af emnet: "Tilblivelsen af European Robotic Arm til den International Space Station Der er ingeniører med hele vejen igennem: Fra tanke over projektformulering, skitse,"— Præsentationens transcript:

1 Tilblivelsen af European Robotic Arm til den International Space Station Der er ingeniører med hele vejen igennem: Fra tanke over projektformulering, skitse, politiske overvejelser, analyser, systemopbygning, valg af partnere, valg af løsninger, konstruktioner, materialer, og fremstilling, test, test og atter test, samling, test, test og atter test, uddannelse, opsendelse, drift, vedligehold, kvalitetssikring, projektledelse og til de politiske overvejelser. - og de nødvendige kompetencer du kan få hos I nstitut for P roduktion og L edelse Institut for M ekanik, E nergi og K onstruktion Uddannelseerne er:  Bachelor Maskin Produktion og Konstruktion på 3 år  Bachelor Diplom Produktion og Konstruktion, Plast, Skibs og Havteknik, Materialeprocesser og Produktion og Ledelse på 3½ år med ½ års praktiktid  Master Maskin P og K på 2 år

2 European Robotic Arm Robotarmen er symmetrisk, dvs. ens i begge ender. Den er 11,5 meter lang, vejer 630 kg og positionere med 3 mm. Den klatrer selv rundt på ydersiden af den russiske side af rumstationen 400 km oppe ved at hver robothånd skiftes til at gribe om holdebeslag. Den frie robothånd kan transportere en astronaut og udstyr op til 8 tons. Den kan bruges til montage af nye sektioner til rumstationen, udskiftning af udstyr, selvstyret flytning af udstyr til og fra det indre af rumstationen. Robotarmen kan styres: - Fra en PC inde i rumstationen - Fra en lommePC hos en astronaut - Fra en konsol på jordstationen. - Den kan selv styre sig ved det indlejrede program. Styreprogrammel er udviklet af det danske firma Terma a/s for European Space Association.

3 Tanke I de mange enkelte faser af projektet deltager ingeniører Problemformulering Skitse Uddannelserne ved IPL og MEK kan bruges i hver fase. Politiske overvejelserDet er der eksempler på i de enkelte plancher Analyser Systemopbygning Valg af konsortium og partnere Skitse af løsninger Valg af løsninger Design, konstruktion, valg af materialer Fremstilling, Test, test og atter test Samling, Test, test og atter test Træning Opsendelse Brug Vedligeholdelse Kvalitetssikring Projektledelse og Økonomisk Styring Politisk ledelse

4 Tanke Tanken, ideen, behovet, ønsket er kilden til at et udviklings projekt fødes. I uddannelsen trænes du i at opfatte hvad du ser overalt - i omgivelserne, i situationen, hos naboen, hjemme, i auditoriet, i laboratoriet – på en sådan måde, at du stiller spørgsmål til det og tænker: Bare det kunne gøres på en anden måde, så … Alle ser udfordringer og muligheder, der kan skabe resultater. Har man deltaget i nogen tid i et ingeniørmæssigt område, så bliver det naturligt og lettere at ’få en tanke’. Tidligt i studierne gennemføres et projekt med temaet: Fra idé til produkt, der giver et indblik i og en egen oplevelse af forløbets mange facetter. +

5 Problemformulering - Hvad går det ud på? - Hvordan kan vi løse det? - Har andre en løsning? - Hvad koster det? - Hvad tjener vi på det? - Hvem kan gennemføre det? - Hvad er egentlig problemet? - Hvorfor skal vi gøre det? - Hvad får jeg selv ud af det? - Og hvad så? I alle de teknologiske fag skal du tage stilling til en række spørgsmål, der skal begrunde din indsats. I første omgang savner du ofte en masse viden og information, og projekterne vil give dig en læring om faget og erfaring i arbejdsmåder.

6 Skitse Løsningen bliver mere tydelig, billede, omfang, struktur og kompleksitet af opgaven og løsningsmulighederne. Noget kan nemt skitseres – i ordets egentlige mening, andet må du grave dybere efter for at forstå om der findes en mulighed for en løsning. Alle studerende har altid papir og blyant indenfor rækkevidde. OK, Ja, og den bærbare, der er trådløst Internetadgang. I de forskellige fag om produktudvikling trænes både traditionel skitsering og brug af CAD systemer.

7 Politiske overvejelser Ethvert problem har en ejer. Det kan være udviklingschefen, produktionschefen, direktøren, ejerkredsen, regering. Det kan være det Europæiske fællesskab, hvor European Robotic Arm hører hjemme i ESA, European Space Association, i samarbejde med de Amerikanske og Russiske rumadministrationer. Man skal finde de argumenter for problemet og projektet, der skal løse problemet, der ’trigger’ ejeren, så han kan gøre sig i det politiske spil f.eks. i virksomheden, i omgivelserne, i EU. I de ’store’ projekter undervejs i studiet og i eksamensprojektet er det af stor betydning at få klarlagt den argumentation. Der skal sunde argumenter på bordet. Det er ikke tilstrækkeligt at sige: Det er bare godt. Og så er evne til at præsentere, forhandle og sprogkundskaber ubetingede krav. Sammenslutningen af europæiske lande, der driver European Space Association. EU parlamentet EU forskningsprogrammer Europæiske konsortier i løst samarbejde Nationale regeringer Nationale intersseorganisationer Nationale virksomheder National forskning Personer

8 Analyser Eksempler: Bevægelser i alle led, kollisionsveje, styrke, styring, vibrationer og positionering, er funktionskrav både ved test på jorden og ved drift 400 km over. Robusthed i materiale mod ekstreme belastninger i rummet og temperaturinterval fra jordoverfladen til 400 km over. Robusthed mod vibrationer ved raketopsendelse og drift. MEK har kurser i mekaniske og dynamiske analyser og beregninger for vibrations og styrkeforhold, for robotstyring og meget mere. IPL forsker og underviser i avancerede materialers brug i forskellige driftssituationer, i styring af produktion i netværkssamarbejder, sammenhænge i alt muligt, projektsamspil mm.

9 Systemopbygning Det samlede system består af mange dele, blandt andet: Robotarmens komponenter, styreprogrammel, fremstilling og samling af delene, funktionstest, materialer og test, pakning til opsendelse, transport på jorden, opsendelse med raket, udpakning ved rumstationen, funktionstest, brug, vedligeholdelse med nye dele, fejlfinding, dokumentation, kvalitetssikring, partneres samarbejde, projektledelse, politisk ledelse. IPL har kurser hvor systemer identificeres, analyseres og idéer til nye tiltag bearbejdes. Dokumentation, specifikationer og styklister bearbejdes, kvalitetsstyring, ledelse i almindelighed og i projektledelse, styring af produktion og økonomiske betragtninger indgår. MEK har kurser hvor tekniske systemer specificeres, løsning af funktionskrav og tekniske risikovurderinger gennemføres.

10 Valg af konsortium og partnere Lobbyvirksomhed er alfa og omega. Der er mange interesserede og ESA benytter udbud af opgaver til at få virksomheder på tværs af landegrænser til at foreslå løsninger. Oftest gennemføres skitse og teknologiovervejelser inden konsortiet af virksomheder finder sammen, ligesom det er vigtigt at alle kender hinandens ydelser. Det tilsyneladende bedst sammensatte konsortium får opgaven. Valg af partnere og valg af de rette underleverandører er vigtig i projektet. IPL har kurser i blandt andet ledelse, samarbejde, organisation, projektledelse, arbejdsmiljø, økonomi, erhvervsjura, der hjælper ingeniøren til at ’begå sig’. Der forskes i udvikling og prodsuktion i netværk mellem virksomheder.

11 I de ’store’ projekter hos MEK og hos IPL lærer de studerende at arbejde med flere forskellige løsninger, at skulle vælge blandt dem. Mange forskellige og ofte modstridende synspunkter skal bearbejdes. Det gælder blandt andet robottens funktioner, fremstilling, programmering af styring, materialekrav, holdbarhed, strukturer i helhed og for hver del, projektforløb og økonomi Skitse af løsninger Konsortiets tidligere skitse af løsning bliver gransket og alle skitser af løsninger for de enkelte dele af systemet bliver udsat for kritiske gennemgange. Nu er det bindende, for der er en kontrakt på opgaven.

12 Valg af løsninger I hver eneste del af systemet skal der træffes mange valg. Nogen skal have overblik således at de enkelte dele kan bringes i samarbejde. Tekniske analyser sker ved modelopbygning og simulering, risikovurdering. Forretningsmæssige analyser vedrører økonomi, projekttid, robotarmens levetid i drift. MEK har kurser hvor modeller af mekanismer, systemer, analyseres. IPL har både kurser i produkt og produktionstekniske forhold, der benyttes til at vurdere mulighederne, og kurser i økonomi, miljø, ledelse mm., der giver de studerende værktøjer til overvejelser om forretningsmæssige konsekvenser af at træffe bestemte valg.

13 Design, konstruktion, valg af materialer Løsningen bliver mere tydelig, billede, omfang, struktur og kompleksitet af opgaven og løsningsmulighederne. Noget kan nemt skitseres – i ordets egentlige mening, andet må du grave dybere efter for at forstå om der findes en mulighed for en løsning. I denne fase omdannes skitserne til beskrivelse af komponenter, mekanismer, IT løsninger, robotarmens bevægelser, valg af materialer for de forskellige del, valg af overfladeegenskaber, makro og mikro egenskaber, mm. Mange forhold spiller ind, situationen under fremstilling og montage og test, situationen i ventetiden indtil opsendelse, under opsendelsen, og situationen i drift. Skitserne, analyserne, valgene fra de tidligere faser udsættes for en grov vurdering, nye muligheder tages op. Det detaljerede arbejde med grovdesign, detaildesign, testdesign er Alfa og Omega for projektets succes. Alle metoder og værktøjer til design, til konstruktion, til valg af sammensætning af mange materialer bruges. Hos IPL og MEK foredrages og øves i laboratorium og projekter hvad, hvordan, hvorfor man kan gøre det.

14 Design, konstruktion, valg af materialer Hos IPL og MEK forskes og øves i laboratorium og projekter hvad, hvordan, hvorfor man kan gøre det. Materialeegenskaber forbedres med nye legeringer, der giver mange nye muligheder. Nickel Alloy Specific Strength Steel Aluminium Alloy Titanium Alloy Temperature

15 Design, konstruktion, valg af materialer Titanium Nickel Steel Aluminium Composites Titanium Nickel Steel Aluminium Composites

16 Fremstilling, test, test og atter test Fordi materialerne er robuste, konstruktionen skal give pålidelighed i positionering, økonomi spiller en rolle, og masser af andre forhold, så bliver fremstillingen af komponenter, samlinger, systemer, hele robotarmen til en kompleks opgave med mange deltagere. I nogle tilfælde har man fundet helt nye metoder til at fremstille delene. Fremstilling gælder også det komplicerede programmel, der styrer robotarmen. Det danske firma Terma har udviklet programmerne, der i kompleksitet ikke har været prøvet tidligere. Alle sikkrehedsforhold skal tages med. IPL uddanner i fremstilling fra de traditionelle bearbejdninger til de avancerede med brug af laserteknik, elektronstråle osv. I de seneste år er Mikro og Nano blevet hverdagsord og der forskes og undervises i hvorledes produktionen foregår i den skala – en milliontedel af en mm. Styring af fremstilling og kvalitetssikring læres. IPL og MEK har forskellige kurser i robotfunktioner, både i brug som ERA og ved svejsning og montage. IMM har mange kurser hvor de studerende lærer om udviling af programmer til styring.

17 Samling, test, test og atter test Alle konsortiets partnere og deres mange leverandører afleverer deres dele til den hovedansvarlige, der samler, tester og sikrer funktionerne og kvaliteten og det kæmpejob, at udarbejde dokumentationen. Terma har afleveret og fået godkendt styreprogrammerne i år 2000 så test kan begyndes indtil opsendelse i november 2007. Samlingen af robotarmen forudsætter en meget detaljeret koordinering af delopgaverne, projektledelse og kontinuert forhandling er dagens opgave. Alle testdata samles op og analyseres for at finde ud af om designkravene overholdes og for automatisk at kunne foretage justeringer af robotarmens bevægelser. IPL underviser i de statistiske metoder, dokumentation osv. MEK underviser i styringsmetoder, feed- back ved måling og kontrol.

18 Træning Træning i styring af robotarmen er en stor og langstrakt opgave, der udføres minutiøst efter en plan. Astronauterne trænes i at styre den inde fra rumstationen og mens de er udenfor den. De øves i vandbassiner for at fornemme vægtløshed. Personale på jordstationerne trænes i at styre robotarmen fra jorden gennem en teleforbindelse. Træning sker i hele robotarmens levetid. IPL forsker i og har kurser hvor brugere oplever her og nu situationen, beskeder fra og til styresystemet og betjeningen i apparater. IPL har kurser i medarbejderforhold, der påviser hvorledes inspiration og motivation sammen med meget andet har betydning for at betjeningen sker sikkert og fejlfrit. Træning i rummet kræver uhyre præcision, dvs. Også detaljerrigdom, kontrol, overvågning og mange flere discipliner. Procesdiagrammet er godt nok en metode med mange år på bagen, men det fungerer! Kun fem symboler er nok til at beskrive opgaven. Det fandt man ud af for emre end hundrede år siden. Et EU projekt genfandt det i 1984, og alle, der vil arbejde med avancerede systemer i produktionen og andre steder bruger dem uden at vide at de er så klassiske, de er i dag gemt i IT systemer.

19 Opsendelse Det er den mest spektakulære del af projektet. Robotarmen påvirkes voldsomt ved affyringen. MEK kurser i dynamiske forhold som vibrationer og i styrkeforhold for komponenter og samlinger er grobund for forståelse af de uhyre komplekse systemer, der indgår, og som ikke må ’miste fodfæste’, for så er hele projektet spildt. IPL underviser i arbejdstilrettelæggelse også ved komplicerede opgaver, som nedtælling til ’take off’.

20 Brug Et er at robotarmen skal kunne løfte 8.000 kg, at den skal positionere sig med 3 mm nøjagtighed, noget andet er, at den gør det uden selv at komme til noget eller forvolde skade på andet. Det er eksamenstid for hele konsortiet af virksomheder, der udviklede den, og alle de mange medarbejdere, der har bidraget. I mange MEK og IPL kurser beskæftiger man sig også med det forhold, at det jeg laver som ingeniør er noget, som andre skal bruge. Derfor skal man tænke en del over hvordan andre vil bruge min løsning, og kunne gøre det på måder, som jeg ikke havde forestillet mig, da jeg lavede den. Se videoen

21 Vedligeholdelse Vedligeholdelsesopgaven er et parallelt projekt til udvikling, test og brug. Det rummer alle de opgaver, som IPL og MEK forsker og har kurser i. Design, konstruktion, valg af materialer Fremstilling, Test, test og atter test Samling, Test, test og atter test Træning Opsendelse Brug Vedligeholdelse Kvalitetssikring Projektledelse og Økonomisk Styring Politisk ledelse Allerede under design, konstruktion, fremstilling, test, venten på opsendelse, opsendelse og test før brug er der vedligeholdelse, og det gælder ikke alene udskiftning og reparation i forbindelse med brug og slid. I langstrakte projekter må man ofte ’fryse’ et valg af en løsning og ikke hele tiden skifte komponenter til den nyeste mulighed, for det medfører at for meget skal laves om. For eksempel indenfor elektronik er det et udpræget problem. Når de nye muligheder dukker op, så lægges det ind i planen for senere fornyelse.

22 Kvalitetssikring Fra første streg på papiret til sidste del er blevet skrottet mange års brug har sikringen af kvaliteten ultimativ betydning. Hver eneste tanke, idé og løsning, fremstilling, test, brug, vedligeholdelse dokumenteres med henblik på genbrug og fejlsøgning. Det kræves at alle leverandørers kvalitetssikringsmetode opfylder de meget restriktive standarder, der er fastsat af ESA. Andre som ISO, bilindustrien, militæret har også specificeret standarder til sikring af kvalitet. I mange kurser hos MEK og IPL trænes nøjagtighed, præcision, skarphed i løsningen af en opgave. Hos IPL gives kurser i hvorledes kvalitetsstyring foregår og de standarder og deres brug, der er givet i ISO, den Internationale Standardiserings Organisation. Militære standarder er strammere. Rumstandarder er mange gange strammere ISO 9000 AQAP ESA NASA Osv. Selv den gamle skydelære har udviklet sig, og måleinstrumenter udvikles i stadig øget tempo. Fagetne om Metrologi og Statistisk Kvalitetskontrol er centrale. Kompetencen til at kunne dokumentere klart og tydeligt er et krav.

23 Projektledelse Udvikling, fremstilling, levering, drift og vedligeholdelse af en komponent til brug i rummet er en stor opgave med mange deltagere i form af virksomheder og personer. ESA kræver at konsortiet følger en bestemt fremgangsmåde for ledelse af projektet tidsmæssige del og af projektets økonomiske forløb. Der er mange projektledere, hele systemet og hvert delsystem er så omfattende, at der er tilknyttet projektledere. De arbejder i og mellem virksomheder i konsortiet og med dem, der skal overtage løsningen. IPL forsker og underviser i projektledelsesformer for forskellige situationer og forandringsledelse, organisatoriske forhold mm. IPL underviser i økonomiske metoder og systemer. Dette billede af et projektstyringsværktøj, et Gantt kort, vises for at gøre opmærksom på, at sprogkundskaber er absolut nødvendige. Vil man deltage i internationale projekter eller være ansat i virksomheder, der arbejder med internationale forbindelser, så skal man beherske sprog. Globalisering!

24 Politisk ledelse Der findes ofte forskellige spændingsfelter mellem deltagervirksomhederne, og de ændrer sig undervejs i projektets forløb. Konfliktløsning er et håndværk, der skal mestres. Andre situationer skal løses ved virksomhedspolitiske tiltag. ESA og EU og de enkelte deltagerlandes politiske ledelser – dem, der bevilger midlerne til projektet, skal påvirkes til at træffe beslutninger i hele projektets levetid, der sikrer dets eksistens. I mange kurser hos MEK og IPL indgår forskellige overvejelser, der ikke er tekniske, men er nødvendige for at forstå mulighederne for anvendelse af tekniske løsninger. Overvejelserne har ofte et politisk indhold, idet samfundsforhold påvirkes, miljøpåvirkning, langsigtede investeringer og meget andet skal overvejes.

25 Tak til studerende, Terma og ESA Billederne stammer fra nogle af de mange projekter, som studerende har gennemført ved Videoen om European Robotic Arm er fra Terma Billeder og videoer om raket opsendelser er fra ESA