11 Inteligentni polimerni materiali in pripadajoče ... - Gorenje Group

STROKOVNI PRISPEVKI
Avtor:
mag. Vasilije Vasić
Inteligentni polimerni materiali in pripadajoče
tehnologije v Gorenju d.d.
Poročilo o rezultatih razvojno-investicijskega projekta
Projekt delno sofinancira Evropski sklad za regionalni razvoj
Družba Gorenje d.d. je zaključila razvojno-investicijski projekt »Polimerna
pralna kad plitkega pralnega stroja«, sofinanciran iz sredstev Evropskega
sklada za regionalni razvoj za doseganje zmogljivejše polimerne pralne
kadi plitkega pralnega stroja.
1 Uvod
Projekt je bil del razvojnoinvesticijskega
projekta
konzorcija več podjetij z naslovom
»Povečanje konkurenčne
sposobnosti izdelkov na podlagi
multifunkcionalnih polimernih
materialov«
Skupina Gorenje d.d. je bila z lastnim razvojno-investicijskim projektom
»Polimerna pralna kad plitkega pralnega stroja« julija 2006 izbrana na
javnem razpisu za pridobitev sredstev Evropskega sklada za regionalni
razvoj (ESRR) za spodbujanje razvojno-investicijskih projektov v letih 2006
in 2007. Evropski strukturni skladi za regionalni razvoj (ESRR) sofinancira
projekte, ki so namenjeni predvsem izboljšanju kakovosti življenja
prebivalcev v regijah EU.
Vrednost prijavljenega projekta je bila 393.545 EUR (94.309.091 SIT),
od tega je Gorenje d.d. za svoje razvojno-investicijske aktivnosti prejelo
nepovratna sredstva v višini 172.987 EUR (41.454.545 SIT).
Projekt je bil del razvojno-investicijskega projekta konzorcija več podjetij
z naslovom »Povečanje konkurenčne sposobnosti izdelkov na podlagi
multifunkcionalnih polimernih materialov« z nosilcem prijave družbo
Savatech iz Kranja. Člani konzorcija so industrijski partnerji Goodyear
EPE, d.o.o., Savatech d.d., Gorenje Gospodinjski aparati, d.d., Hella
Lux Slovenija, d.o.o. ter znanstvene ustanove: Fakulteta za strojništvo,
Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Kemijski inštitut ter Fakulteta
za računalništvo in informatiko.
Vrednost konzorcijskega razvojno-investicijskega projekta je bila 825.000
EUR (191,97 mio SIT), kjer se bodo združila razvojno-investicijska
znanja industrijskih partnerjev in akademske sfere pri razvoju lastnih
visokotehnoloških produktov[1]:
• družba Savatech - optimizacija postopka izdelave gumenih profilov;
• Goodyear EPE - razvoj zobatega jermena z življenjsko dobo 240.000 km,
• Gorenje d.d. - izboljšava polimerne pralne kadi plitkega pralnega stroja in
• Hella Lux Slovenija - nova generacija meglenk.
Ministrstvo za gospodarstvo, ki je tudi nacionalni koordinator za evropske
strukturne sklade za regionalni razvoj, je minulo leto 9 konzorcijem
podelilo kar 8,2 mio EUR (2,2 milijarde SIT) [2].
Cilji omenjenih konzorcijev je
vzpostaviti takšno razvojno
okolje, ki bo z zaposlovanjem
visokoizobraženega
kadra spodbudilo razvoj
visokotehnoloških izdelkov z
visoko dodano vrednostjo
11
Cilji omenjenih konzorcijev je vzpostaviti takšno razvojno okolje (npr.
inštitute), ki bo z zaposlovanjem visokoizobraženega kadra spodbudilo
razvoj visokotehnoloških izdelkov z visoko dodano vrednostjo.
Zgleden primer podobnega konzorcijskega razvojno-investicijskega
projekta je primer nosilnega podjetja Seaway, ki je s podjetjem Pipistrel
v Ajdovščini imelo namen postaviti inštitut za aerodinamiko. Le-ta bi po
načrtih razvijal visokotehnološke izdelke iz kompozitnih materialov in bi se
apliciral pri razvoju barke shipman 80. Slednja bi bila dolga 24 m in bi s 4
mio EUR bila najdražji slovenski izdelek, ki bi pri svojem razvoju vključeval
okrog 140 podjetij v Sloveniji[2].
LETNIK 17 ŠT. 01/2008

STROKOVNI PRISPEVKI
Podobno so se naloge lotili v Tolminu z vzpostavitvijo Inštituta za dieselske
motorje (AET), v Kranju razvoja telekomunikacijske infrastrukture
- SEI Service Enabling Infrastructure (Iskratel), v Litiji pa razvijajo novo
generacijo tekstilnih izdelkov na osnovi tridimenzionalnih pletiv (predilnica
Litija).
Na omenjenem razpisu se je za razvojno-investicijska sredstva potegovalo
46 konzorcijev v predračunski vrednosti 126,4 mio EUR (30,3 milijarde
SIT), med njimi pa je bilo izbrano le 9 konzorcijskih projektov[2].
Ta podatek je dovolj zgovoren o kvaliteti prijavljenega projekta Gorenje
d.d. in da bo tudi v prihodnje potrebno zastavljati podobno zahtevne
razvojno-investicijske projekte.
2 Predstavitev projekta
Tehnološka mreža Inteligentni
polimerni materiali in pripadajoče
tehnologije vključuje znanstvene
ustanove in slovenska podjetja s
področja polimernih materialov
Delovanje konzorcijskega projekta »Polimerna pralna kad plitkega
pralnega stroja« ni slučaj, temveč posledica dolgoletnega skupnega
sodelovanja podjetij in akademskih inštitucij v tehnološki mreži
Inteligentni polimerni materiali in pripadajoče tehnologije (TM IPMT).
Omenjena tehnološka mreža vključuje znanstvene ustanove in slovenska
podjetja s področja polimernih materialov, ki skupaj zaposlujejo 17.000
ljudi in ustvarjajo prek 1,2 milijarde EUR prihodka in dosegajo približno 10
odstotkov celotnega slovenskega izvoza [1].
Projekt »Polimerna pralna kad plitkega pralnega stroja« je potekal v
podjetju v proizvodnem programu Pralno-pomivalni aparati (PPA) in kot del
večjega projekta »Nova generacija pralnih strojev 2002-2008«.
Projektnih aktivnosti, ki so potekale od 15. maja 2006 do 31. decembra
2007, smo se lotili s projektno skupino in na način, kot je to prikazano na
spodnji shemi – slika 1.
Slika 1: Organiziranost projekta
Strokovno vodenje projekta je potekalo v proizvodnem programu PPA in
združuje več strokovnih služb oz. proizvodnih programov:
• Hladilno zamrzovalni aparati (HZA) – Laboratorij polimernih materialov
in Tehnologija polimerov,
• MEKOM – Obrat PLASTIKA in tehnologija brizganja,
• Pralno-pomivalni aparati (PPA) - Razvojni tim pralnih strojev –
konstrukcija, tehnologija in razvojni laboratorij,
• Nabava – Nabava polimernih materialov,
• QA (Quality Assurance) – Področje zagotavljanja kakovosti vhodne
kakovosti materialov;
Pri svojem delu so pri projektnem kontrolingu vključene še druge
strokovne službe:
• Inovacijski center – priprava in vodenje razpisne dokumentacije ter
poročanje Ministrstvu,
12
LETNIK 17 ŠT. 01/2008

STROKOVNI PRISPEVKI
• Kontroling in računovodstvo – finančni kontroling stroškov projekta in
ekonomika investicij,
• Pravna pisarna – priprava in analiza pogodb ter pravno svetovanje.
Končni cilj projekta je integracija
mehanike polimerov in
kompozitov v industrijsko okolje
O poteku projekta se poroča skupaj z ostalimi podjetji v konzorciju,
poročilo je vsebinsko usklajeno s koordinatorjem konzorcija – Savatech
d.o.o. in združeno v enotno formalno obliko za poročanje Ministrstvu za
gospodarstvo v sodelovanju s svetovalnim podjetjem MK projekt.
Akademski partner pri projektu Gorenja d.d. je Fakulteta za strojništvo,
Center za eksperimentalno mehaniko, ki zaposluje strokovnjake za
mehaniko polimerov in kompozitov. Tematsko lahko razdelimo celoten
razvojno-investicijski projekt na sledeča področja (WP – Working Package):
• WP1 – Laboratorij za mehaniko polimerov in kompozitov;
• WP2 - Vhodna kontrola polimernih materialov in kompozitov;
• WP3 – Karakterizacija polimernih materialov in kompozitov;
• WP4 – Zagon laboratorija za strukturno dinamiko aparatov;
• WP5 – Vodenje projekta in projektnih aktivnosti.
Končni cilj projekta je integracija mehanike polimerov in kompozitov v
industrijsko okolje in sicer v obliki organizacijskih pravilnikov podjetja in
testnih meritev za doseganje zmogljivejše pralne kadi po analitični poti.
3 Pomen polimernih materialov za belo tehniko
Kolikšen je pomen polimernih materialov in pripadajoče tehnologije v
Gorenju lahko ponazorimo z letnim obsegom proizvodnje gospodinjskih
aparatov – slika 2[3].
Slika 2: Proizvodnja gospodinjskih
aparatov v obdobju 2001-2006
Letna proizvodnja že nekaj let presega 3 mio aparatov in če
predpostavimo, da je vsebnost polimernih materialov in pripadajočih
tehnologij v vsakem aparatu samo za 10 EUR, ugotavljamo da je vrednost
tega tehničnega področja cca. 35 mio EUR letno. Vendar je realna
vrednost za podjetje sigurno precej višja.
Najpogosteje uporabljani
polimerni materiali v industriji
bele tehnike so ABS, PP, PS in PU
13
Razen obsežnosti, pa lahko kompleksnost polimerne tehnologije
v podjetju ponazorimo s podatkom o raznovrstnosti proizvedenih
polizdelkov v velikih gospodinjskih aparatih. V programu Hladilnozamrzovalnih
aparatov (HZA) obstaja 145 osnovnih aparatov in 1798
modelnih izvedenk z uporabo 8 različnih polimernih materialov. V
programu Pralno-pomivalnih aparatov (PPA) pa po zadnjih podatkih
obstajajo 3 bazični tipi aparatov v 3 cenovnih izvedenkah s 6 stopnjami
zmogljivosti aparata in s kar 336 modelnimi izvedenkami z uporabo 6
različnih polimernih materialov.
Najpogosteje uporabljani polimerni materiali v industriji bele tehnike so
ABS, PP, PS in PU.
LETNIK 17 ŠT. 01/2008

STROKOVNI PRISPEVKI
Zakaj so polimerni materiali in pripadajoče tehnologije navzoči v industriji
bele tehnike?
Vsebnost polimernih materialov v proizvodih bele tehnike se je od leta
1960 do danes dvignila z 1 % utežnega deleža na kar 30 % zaradi [4]:
• enostavnega in hitrega doseganja kompleksnih oblik izdelka;
• izboljšanja obstoječih lastnosti produktov – do 30 % manjša poraba
energije;
• zmanjšanja proizvodnih stroškov produkta – do 20 %;
• zmanjšanja investicij v proizvodno linijo – tudi do 50 %;
• odprave problemov s korozijo;
• izboljšane zmožnosti reciklabilnosti produkta in njegovih komponent;
• aparati brez polimernih materialov bi bili vsaj 25 % dražji in
• življenjska doba aparatov se je podaljšala za 30 do 40 %.
Uporaba polimerov v industriji
hitro narašča zaradi prednosti, ki
jih ti materiali nudijo v primerjavi
z bolj tradicionalnimi materiali
O polimernih materialih govorimo kot o multifunkcionalnih materialih, ker
njihova naloga že dolgo ni samo zagotavljati geometrijo kontrukcijskega
elementa in prenašanje mehanskih obremenitev. K funkcionalnosti
izdelka prispeva tudi z drugimi lastnostmi, npr. fizikalne (izolativnost,
absorpcija energije, dušenje vibracij), kemične (npr. odpornost na
kemikalije), higiena (npr. antibakterijska zaščita) itd.
Uporaba polimerov v industriji hitro narašča zaradi prednosti, ki jih ti
materiali nudijo v primerjavi z bolj tradicionalnimi materiali, kot so kovine.
Te prednosti so: cenenost materiala (na enoto volumna), enostavno
preoblikovanje, odpornost na korozijo in ugodno razmerje med trdnostjo
in težo. Konstruiranje s polimeri je precej zahtevno, ker so, za razliko od
kovin, mehanske lastnosti polimerov močno odvisne od časa. Njihovih
mehanskih lastnosti zato ne popisujemo z moduli, ampak s časovno
odvisnimi materialnimi funkcijami[5].
Zanesljivo napovedovanje napetostno-deformacijskega stanja
konstrukcijskih polimernih elementov zato ni enostavno. Taka napoved je
lahko uspešna le, če poznamo vse potrebne materialne funkcije in vplive
robnih pogojev nanje. Za popolno karakterizacijo polimernih materialov je
potrebno določiti 21 materialnih funkcij[5].
Zaradi možnosti doseganja želenih produktnih lastnosti s spreminjanjem
strukture polimernega materiala ali kompozita pri danih vplivih ali
obremenitvah se takšni materiali imenujejo inteligentni polimerni
materiali.
4 Tehnično ozadje projekta
Življenjski cikel polimernega produkta, ki je prikazan na spodnjem
diagramu (slika 3), je dobro znan in za izvajanje projekta je pomembno
analitično poznavanje načrtovanja izdelka in proizvodnje ter izvedba
proizvodnje in montaža končnega produkta [6].
Slika 3: Življenjski cikel
polimernega produkta bele
tehnike
14
LETNIK 17 ŠT. 01/2008

STROKOVNI PRISPEVKI
Osnovno izhodišče projekta je povezati funkcionalne lastnosti izdelka
(npr. pralna kad, pralni stroj) s strukturnimi lastnostmi polimernega
materiala ob upoštevanju tehnoloških parametrov proizvodnje in določitev
zanesljivosti polimerne komponente v življenjski dobi izdelka.
Iz tega izhajajo sledeče operativne naloge, ki jih moramo izpolniti v našem
projektu:
• Katere podatke moramo posredovati dobavitelju polimernega
materiala?
• Na kakšen način bomo izvajali vhodno kontrolo polimernega
materiala?
• S katerimi (industrijskimi) testi se lahko hitro in zanesljivo določijo
iskani parametri polimernega materiala?
• Kako bomo ugotavljali in preverjali zanesljivost proizvedenih polimernih
komponent?
• Katere funkcionalne teste na končnem izdelku (aparatu) je potrebno
izvesti, da bi se določili vplivi polimerne komponente na funkcionalnost
aparata?
Povezavo med molekularnostrukturnimi in predelovalnimi lastnostmi
polimernega materiala in njihov vpliv na končne funkcionalne lastnosti
izdelka se lahko analitično povežejo z mehaniko polimerov in kompozitov
(t. i. materialne funkcije), kar je prikazano s spodnjim diagramom – slika
4 [7].
Slika 4: Vloga mehanike
polimernih materialov in
kompozitov pri razvoju pralnega
stroja
Odgovor na zastavljena vprašanja in naloge lahko najdemo samo v
povezavi vseh (strokovnih) služb in programov v življenjskem ciklu
aparatov s polimernimi komponentami ter najsodobnejšimi znanstvenimi
spoznanji s področja mehanike polimerov in kompozitov.
5 Zastavljeni cilji in pričakovani rezultati projekta
Za doseganje zastavljenega cilja v vseh 4 tematskih področjih (t. i. WP) se
je oblikovala projektna skupina strokovnjakov iz več strokovnih služb in
proizvodnih programov – slika 5.
Vodenje projekta se deli na kontroling projekta in koordinacijo z zunanjimi
inštitucijami (npr. ministrstva, konzorcijska podjetja) in na strokovni del,
kjer se izvajajo aktivnosti za doseganje zastavljenih ciljev in operativnih
rezultatov.
Rezultati posameznih tematskih področij lahko povzamemo na sledeč
način:
• WP1 – Laboratorij za mehaniko polimerov in kompozitov:
• Ureditev in vzpostavitev delovanja laboratorija;
• Karakterizacija življenjske dobe pralnih kadi s testno komoro;
15
LETNIK 17 ŠT. 01/2008

STROKOVNI PRISPEVKI
Slika 5: Projektna skupina za
izvedbo zastavljenih ciljev projekta
• Hitri industrijski testi za določanje zanesljivosti polimernih komponent;
• WP2 - Vhodna kontrola polimernih materialov in kompozitov;
• Priprava tehničnega predpisa za testiranje vhodne kontrole polimernih
materialov različnih dobaviteljev (GTP) ;
• WP3 – Karakterizacija polimernih materialov in kompozitov;
• Priprava standarda za razvoj polimernega produkta in izvajanje
ustreznih metod karakterizacije polimerov (GOS) na primeru polimerne
(plastične) kadi;
• Izbira industrijsko ustreznih testnih metod za ugotavljanje strukturnih
in mehanskih lastnosti polimerov in kompozitov;
• WP4 – Zagon laboratorija za strukturno dinamiko aparatov;
• Določitev merilnih mest in postavitev merilne verige za dinamiko pralne
grupe;
• Določitev merilnih mest za dinamiko pralnega stroja;
• Povezava eksperimentalnih podatkov z numeričnimi modelirniki;
Omenjena tematska področja (t. i. WP-ji) se lahko nazorno prikažejo na
spodnjem diagramu – slika 6.
Slika 6: Tematska področja in
operativni rezultati projekta
Namen vzpostavitve obeh laboratorijev je operativno izvajanje sodobnih
teoretičnih spoznanj, racionalizacija delovnih postopkov več strokovnih
služb in proizvodnih programov s področja polimernih materialov in
pripadajočih tehnologij.
Zaključek
Za izvajanje razvojno-investicijskih projektov, ki jih sofinancira EU
16
LETNIK 17 ŠT. 01/2008

STROKOVNI PRISPEVKI
in Evropski strukturni skladi, je potrebno izpolniti stroge kriterije po
izvedbi (organizaciji) in po tematiki (stroki). Zahtevnost se odraža tudi v
izpolnjevanju vseh zastavljenih ciljev in pričakovanih rezultatov, ki so ob
koncu projekta lahko podvrženi strogi in temeljiti kontroli.
Cilj projekta je integrirati
spoznanja mehanike polimernih
materialov in kompozitov
z namenom doseganja
zmogljivejših in zanesljivejših
polimernih produktov
Cilj projekta je integrirati spoznanja mehanike polimernih materialov
in kompozitov z namenom doseganja zmogljivejših in zanesljivejših
polimernih produktov, kar bi se kot rezultat pokazalo v zmogljivejši
polimerni pralni kadi in racionalizaciji razvoja polimernih pralnih kadi
pralnih strojev.
Za projekt »Polimerna pralna kad plitkega pralnega stroja« v vrednosti
393.545 EUR (94.309.091 SIT) je Skupina Gorenje d.d. za svoje tekoče
razvojno-investicijske aktivnosti prejela v višini 172.987 EUR (41.454.545
SIT) nepovratnih sredstev iz Evropskega sklada za regionalni razvoj
(ESRR).
Rezultati leto in pol trajajočega projekta (od 15. maja 2006 do 31.
decembra 2007) so vzpostavitev in operativni zagon 2 laboratorijev za
operativne potrebe razvoja aparatov, ki vsebujejo polimerne izdelke.
Izpolnitev začrtanih ciljev projekta bodo osnova za nadaljnji razvoj na
področju polimernih materialov in kompozitov (npr. uvedba polimerov
z mikropolnili), pri strukturni dinamiki aparatov (npr. vibro-akustično
optimiranje) ali pa modeliranje delovanja procesov (npr. dinamika
pralnega stroja).
S takšmi pristopom pri snovanju in kontruiranju polimernih produktov in
pralnih strojev lahko upravičeno pričakujemo večjo konkurenčnost pralnih
strojev na Evropskem in svetovnem trgu.
Literatura
[0] KUSELJ, B.: Družba Savatech : Družba Savatech izvaja razvojno
[1] investicijski projekt, sofinanciran iz sredstev Evropskega sklada za
regionalni razvoj, Časopis Poslovne skupine Sava, št. 5 december
2006 (str. 15)
[2] Basle, A.,Bertoncelj,M.: Država največ evropskega denarja Seawayu
in Iskratelu, Finance, 19. julij 2006
[3] Rojc, B.: Predstavitev skupine Gorenje, d.d., Junij 2006;
[4] Hagan, R.S., Keelan, W.R.: Plastics – Keyy Materials for Innovation
and Productivity in Major Appliances, American Plastics Council,
February 1994;
[5] Cvelbar, R.: Interkonverzija materialnih funkcij viskoelastičnih
materialov, Doktorska disertacija, julij 2005;
[6] Vasić, V.: Vloga polimernih materialov in pripadajočih tehnologij v
produktih bele tehnike , 2. seminar o vseživljenskem izobraževanju
(LLL), Tehnološka mreža IPMT, 25. oktober 2006;
[7] Gahleitner: Rheology as a quality control instrument, J.M.S.PURE
APPL. CHEM., A36(11), Pp. 1731÷1741 (1999);
17
LETNIK 17 ŠT. 01/2008