Riassunto analitico
La tesi – svolta in collaborazione con Upward Engineering Srl – si occupa della progettazione di un motore due tempi nell’ottica di design for manufacturability. Il campo in cui opera l’Upward Engineering è caratterizzato da specifici dettagli costruttivi, quali la cilindrata e la tipologia di applicazione (piccola cilindrata, a due tempi, per garantire leggerezza e prestazioni specifiche alte in termini di potenza e di emissioni). Le prestazioni del motore sono state migliorate nel corso degli ultimi decenni, come dimostra il notevole aumento di potenza e la riduzione delle emissioni inquinanti, realizzati nonostante l'aggressività sempre crescente dei concorrenti ed in uno scenario in cui alla ricerca e allo sviluppo sono destinati budget sempre più limitati. L’obiettivo finale della progettazione è la creazione di un prodotto finito abbattendo i costi di produzione, senza, tuttavia, compromettere le prestazioni del motore, che devono essere pur sempre consone all’uso di destinazione e senza violare le norme antinquinamento vigenti nel settore, evitando il rischio della mancata omologazione in alcuni paesi. Questi obiettivi vengono raggiunti attraverso una serie di steps, primo fra tutti il compimento di una scrupolosa analisi del mercato di destinazione di utilizzo del prodotto, con conseguenti scelte di target di potenza e costo, così da indirizzare il progetto verso il risultato più mirato. Vengono poi esaminate le principali caratteristiche di funzionamento del motore, di cui si darà conto nella prima parte di questa tesi. Sarà poi necessaria un’analisi – effettuata nella seconda sezione della tesi – dello stato dell’arte dei maggiori competitors, sia dal punto di vista tecnico sia dal punto di vista economico, nell’ottica di un’operazione di benchmark. Il terzo macrosettore di questa tesi, corrispondente anche alla fase successiva di progettazione, riguarda i metodi del design for manufacturability, con un approfondimento sulle principali linee guida dei metodi, cui segue la ricerca delle parti carry over. L’uso di prodotti carry over porta ad avere una minimizzazione dell’investimento perché realizza un’economia di scala concentrando lo sforzo solo sui componenti nuovi, senza trascurare che le parti carry over hanno una maggiore affidabilità. Pertanto, i componenti più costosi devono essere riprogettati, mantenendo inalterate le prestazioni, ovvero potenziandole, snellendo il più possibile i processi di produzione. Sulla base dei risultati di queste analisi, gli sforzi di progettazione vengono maggiormente concentrati su quelle parti che possono pregiudicare le prestazioni e compromettere il rispetto delle norme antinquinamento, come ad esempio la progettazione del cilindro o del gruppo scarico, ovvero ancora il riutilizzo degli stampi già esistenti, o in alcuni casi a fare un processo di buy da un fornitore di quelle parti che hanno solo ruolo funzionale ma che non influenzano in maniera determinante il raggiungimento degli obiettivi di potenza e di rispetto della normativa sull’inquinamento. Si prediligono, quindi, processi di lavorazione molto semplici, mercati di produzione caratterizzati da un basso costo della manodopera e da volumi di produzione più ampi possibili.
Il risultato finale di questa tesi è stato la realizzazione di un prototipo funzionale di un motore nel pieno rispetto dei target – prefissati nella prima parte del lavoro – vuoi dal punto di vista tecnico vuoi nell’ottica del contenimento dei costi, ottenendo, nello specifico, il target di 1.7 Kw su un motore con cilindrata 50 cc, con un costo di produzione per l’azienda inferiore ai 100 euro, assicurando il pieno rispetto dell’ultima normativa vigente in materia di inquinamento. Attualmente il motore è in fase di produzione ed è destinato ad essere installato su diverse tipologie di macchine, sempre nel settore gardening.
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Abstract
The thesis - developed in collaboration with Upward Engineering Srl - deals with the design of a two-stroke engine in order to design for manufacturability. The field in which it operates the Upward Engineering is characterized by specific structural details, such as the cylinder capacity and type of application (small displacement, two-stroke, to guarantee lightness and specific high performance in terms of power and emissions). The engine performance has been improved in recent decades, as evidenced by the significant increase in power and the reduction of pollutant emissions, achieved despite the increasing aggressiveness of competitors and in a scenario in which research and development are intended budget more and more limited. The final objective of the design is the creation of a finished product, lowering the cost of production, without, however, compromising the performance of the engine, which must be always suited to the use of destination and without violating the anti-pollution rules in force in the field, avoiding the risk of non-approval in some countries. These objectives are achieved through a series of steps, first of all carrying out a thorough analysis of the target market using the product, resulting in choices of target power and cost, so as to direct the project towards more targeted results. It is then examined the main characteristics of operation of the engine, of which will be described in the first part of this thesis. It will then be necessary analysis - carried out in the second section of the thesis - the state of the main competitors, both from a technical point of view and from the point of view, a view of an operation to benchmark. The third macro sector of this thesis, which also corresponds to the next stage of design, to methods of design for manufacturability, while highlighting the main guidelines of the methods, which follows the search of carry-over parts. The use of carry-over products leads to a minimization of the investment because it realizes an economy of scale by concentrating the effort only the new parts, without neglecting that the parties carry-over have a higher reliability. Therefore, the most expensive components have to be redesigned, maintaining high performance, ie potenziandole, streamlining the possible production processes. Based on the results of these analyzes, design efforts are more focused on those parts which may affect the performance and jeopardize compliance with the emission standards, such as the design of the exhaust cylinder or group, or even the re-use of the molds already existing, or in some cases to make a process of buy from a supplier of those parts that have only functional role but that does not affect in a decisive way the achievement of power and respect of anti-pollution laws. You prefer, then, processes very simple production markets characterized by low labor costs and production volumes widest possible.
The end result of this thesis was the development of a functional prototype of an engine in the full respect of the target - set in the first part of the work - either from the technical point of view you want from the perspective of cost reduction, achieving, specifically, the target of 1.7 kW with an engine of 50 cc, with a cost of production for the company less than 100 euro, ensuring full compliance with the latest regulations on pollution. Currently the engine is in production stage and is intended to be installed on different types of machines, always in the field of gardening.
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