Computer aided design for authority approval, assembly and project management - Case Aranda hydrogen fuel cell system

To reduce global emissions, the development of emission-free energy conversion technologies are being incentivised on an institutional level. The marine sector is responsible for a substantial portion of global emissions. VTT Technical Research Centre of Finland Ltd (VTT) is currently developing a publicly funded hydrogen fuel cell system prototype for marine applications that is capable of emission-free powering of ships. The functionality of the prototype will be tested on-board the Aranda vessel. The aim of this master’s thesis is to study the application of computer-aided design (CAD) tools in the prototype development process at VTT. VTT has not previously employed systematic CAD use to prototype development of fuel cell systems. The need for CAD is driven by the system’s complex mechanical structure and the vast amount of mechanical components that need to be designed and assembled with limited in-house resources. In addition, the mandatory authority approval processes require detailed documentation of the prototype’s functionality and structure. The result of this thesis was a purposefully designed mechanical structure of a fuel cell system prototype using CAD, aimed at verifying regulatory compliance and at reducing in-house assembly efforts. CAD was also used in managing the design process. These objectives were accomplished by applying various design methods (concurrent engineering and Design for X) to CAD and by creating CAD documentation that supported the in-house assembly work and that enabled production outsourcing. In addition, the detailed CAD model was created to be used as supporting material for authority approval processes and VTT’s internal safety evaluations.
För att minska på det globala utsläppet, understöds utvecklingen av utsläppsfria teknologier för energiomvandling på en institutionell nivå. Marin sektorn bär ansvaret för en betydlig andel av det globala utsläppet. Teknologiska Forskningscentralen VTT Ab (VTT) utvecklar för tillfället en offentligt finansierad prototyp av ett bränslecellsystem. Prototypens syfte är att producera utsläppsfri energi till fartyg och att forska tillämpningen av bränslecellteknologier i sjöförhållanden. Prototypens funktionalitetstest kommer att utföras ombord fartyget Aranda. Syftet med detta diplomarbete är att forska tillämpningen av computer-aided design (CAD) i VTT:s produktutvecklingsprocess. CAD har inte tidigare tillämpats systematiskt i samband med utvecklingen av bränslecellsystem på VTT. Bränslecellsystem och dess komplicerade mekaniska struktur samt det stora antalet enskilda komponenter kräver tillämpningen av CAD för att stöda systemets design och konstruktionsprocess. Dessutom kräver det obligatoriska myndighetsgodkännandet att systemets struktur och funktionalitet dokumenteras i detalj. Resultatet av detta diplomarbete är en målmedveten mekanisk struktur för en prototyp av ett bränslecellsystem som är designat med hjälp av CAD. CAD utnyttjades i utvecklings-processen för att kontrollera att prototypens design är anpassad för de bestämmelser som står i kraft. Med hjälp av CAD kunde man dessutom styra utvecklingsprocessen samt förenkla konstruktionsarbetet. Dessa mål kunde nås genom att tillämpa andra design metoder (Concurrent Engineering samt Design for X) till CAD processen samt genom att dokumentera prototypen för att stöda konstruktionsprocessen samt för utlokalisering av produktionsarbete. Prototypens CAD dokumentation användes även i VTT:s interna säkerhetsutvärderingsprocess. I framtiden kan dokumentationen även användas för det officiella myndighetsgodkännandet.