10th International Scientific Conference on Production Engineering DEVELOPMENT AND MODERNIZATION OF PRODUCTION RIM 2015 1 DIZAJN KONCEPT INTELIGENTNE ULTRALAKE VOJNE KACIGE Almir Redžić Tehnički fakultet, Ul.Irfana Ljubijankića bb, [email protected]Ključne riječi: kreiranje vojne opreme, vojna kaciga, inteligentna odjeća, DFMA SAŽETAK: Da bi ostvarili realan, zreo i kvalitetan dizajn proizvoda koji će u isto vrijeme biti konkurentan, produktibilan i profitabilan potrebno je uključiti velik dio mogućnosti u razmatranje kako bi se donijela odgovarajuća strategija. Ovaj rad bavi se metodama koje koristimo prilikom evaluacije određenog novog proizvoda. Akcenat je na svođenju njegovog vizualnih i upotrebnih karakteristika na zadovoljavajući nivo sigurnosnih zahtjeva, zahtjeva pouzdanosti, udobnosti, zaštite i uz to nastojeći ostvariti novi vizuelni i optimalan upotrebni dizajn koncept. Analiziran je DFMA koncept uz rapid prototyping proces da se izradi model na kojem se mogu uraditi testiranje i ocjeniti dizajn. 1. UVOD U ovom radu se razmatraju različiti elementi vojne opreme sa naglaskom na kacigu kao neodvojiv element savremenog vojnika, te metode koje se koriste u razvoju i ocjenjivanju proizvoda s ciljem postizanja prepoznatljivosti i konkurentnosti. Budući da je do 30% žrtava borbenih djelovanja uzrok povreda u predjelu glave, vrata ili lica i da su ove zone upravo intencionalno ciljane jasno je zašto se ovaj rad osvrnuo upravo na zaštitu ove vitalne zone. U razvijenim zemljama koje danas sofisticirana vlakna koriste za razvijanje novih modela odjeće pod nazivom inteligentna odjeća se može u smislu prognoziranja budućnosti shvatiti kao paradigma dizajna odjeće. Ovakvi proizvodi mogu pomoći u prikupljanju podataka u razne svrhe, a rezultati dobiveni se pohranjuju u memoriju kao digitalni podatak prikupljen iz različitih senzora. Nano vlakna koja se koriste u odjevnom predmetu dostavljaju podatke koji se mogu pročitati na električnom monitoru, pohraniti u memoriju prenosnog uređaja i analizirati kroz neki vremenski period. 2. ISTRAŽIVANJE POSTOJEĆEG TRŽIŠTA PROIZVOĐAČA SOFISTICIRANE VOJNE OPREME Kako se u Americi Kanadi i ostalim ekonomski vodećim državama mnoge oblasti proizvodnje i istraživanja rezervisani dotad samo za državni aparat (poput vojne tehnologije i svemirskih programa) nastoje prenijeti u privatni sektor tako sve više privatnih tvrtki eksploatišu ovo veliko tržište, te se na taj način stvara povoljna konkurentska klima za ubrzan razvoj takvih proizvoda.
Transcript
10th International Scientific Conference on Production Engineering DEVELOPMENT AND MODERNIZATION OF PRODUCTION
RIM 2015 1
DIZAJN KONCEPT INTELIGENTNE ULTRALAKE VOJNE KACIGE
Almir Redžić
Tehnički fakultet, Ul.Irfana Ljubijankića bb, [email protected] Klju čne riječi: kreiranje vojne opreme, vojna kaciga, inteligentna odjeća, DFMA SAŽETAK: Da bi ostvarili realan, zreo i kvalitetan dizajn proizvoda koji će u isto vrijeme biti konkurentan, produktibilan i profitabilan potrebno je uključiti velik dio mogućnosti u razmatranje kako bi se donijela odgovarajuća strategija. Ovaj rad bavi se metodama koje koristimo prilikom evaluacije određenog novog proizvoda. Akcenat je na svođenju njegovog vizualnih i upotrebnih karakteristika na zadovoljavajući nivo sigurnosnih zahtjeva, zahtjeva pouzdanosti, udobnosti, zaštite i uz to nastojeći ostvariti novi vizuelni i optimalan upotrebni dizajn koncept. Analiziran je DFMA koncept uz rapid prototyping proces da se izradi model na kojem se mogu uraditi testiranje i ocjeniti dizajn. 1. UVOD U ovom radu se razmatraju različiti elementi vojne opreme sa naglaskom na kacigu kao neodvojiv element savremenog vojnika, te metode koje se koriste u razvoju i ocjenjivanju proizvoda s ciljem postizanja prepoznatljivosti i konkurentnosti. Budući da je do 30% žrtava borbenih djelovanja uzrok povreda u predjelu glave, vrata ili lica i da su ove zone upravo intencionalno ciljane jasno je zašto se ovaj rad osvrnuo upravo na zaštitu ove vitalne zone. U razvijenim zemljama koje danas sofisticirana vlakna koriste za razvijanje novih modela odjeće pod nazivom inteligentna odjeća se može u smislu prognoziranja budućnosti shvatiti kao paradigma dizajna odjeće. Ovakvi proizvodi mogu pomoći u prikupljanju podataka u razne svrhe, a rezultati dobiveni se pohranjuju u memoriju kao digitalni podatak prikupljen iz različitih senzora. Nano vlakna koja se koriste u odjevnom predmetu dostavljaju podatke koji se mogu pročitati na električnom monitoru, pohraniti u memoriju prenosnog uređaja i analizirati kroz neki vremenski period. 2. ISTRAŽIVANJE POSTOJEĆEG TRŽIŠTA PROIZVO ĐAČA SOFISTICIRANE VOJNE OPREME Kako se u Americi Kanadi i ostalim ekonomski vodećim državama mnoge oblasti proizvodnje i istraživanja rezervisani dotad samo za državni aparat (poput vojne tehnologije i svemirskih programa) nastoje prenijeti u privatni sektor tako sve više privatnih tvrtki eksploatišu ovo veliko tržište, te se na taj način stvara povoljna konkurentska klima za ubrzan razvoj takvih proizvoda.
Almir Redžić: Dizajn koncept inteligentne ultralake vojne kacige
RIM 2015 2
2.1 Revision i Mtek WEAPON Systems U sljedećoj tabeli prikazana je usporedba koncepta proizvodnje, ciljeva, planova i strategije kompanija lidera koje se bave razvojem zaštitne vojne opreme. Tabela 1 Komparacija strategije , politike i filozofije vodećih globalnih proizvođača u oblasti vojne zaštitne opreme za glavu [1,2]
Revizija MTek Weapon Systems -isporučuje namjenski dizajniranu zaštitnu vojnu opremu za upotrebu širom svijeta. - počela s naočalama, je proširena na lice, glavu i zaštitu torza i dalje razvija inovativne sposobnosti za integrisane, sisteme za poboljšanje performanse vojnika -okuplja najnapredniju stručnost umjetničkog i naučnog profila -privatno vlasništvu sa ISO 9001:2008 certifikatom, -operativno sjedište Revizije se nalazi Essex Junction, Vermont, SAD, u sa dodatnim uredima u Luksemburgu i Kanadi .
-pokreće ih filozofija da je pojedinac najjače oružje , sve ostalo je samo sredstvo da se uradi posao . -cilj je spasiti život i spriječiti ozljede , čuvajući naše najvažnije " oružje " u borbi ! - malo poduzeće u vlasništvu Service invalida Veterana -osnovnih ključnih principa : " Ratnik je oružje " i " Dynamic inovacije " . - specijaliziranost za tehnički dizajn proizvoda , dokaz koncepta prototipova i konačnu proizvodnju . -sposobnost da pokrivaju širok raspon procesa u vrlo brzom tempu , - implementacija" Dynamic inovacije " na svakom nivou razvoja omogućava proizvodnju najsofisticiranije linije opreme koja štiti najveće oružje- ratnika.
2.2 Problematika postojećih dizajn rješenja Grupa laganih balističko- borbenih kaciga sa mandibularnom i maksilofacialnom zaštitom koji su trenutno dostupni na tržištu se na prvi pogled doimaju kao finalno i superiorno zapravo ima nedostatke koje DefenseReview (DR) elaborira sljedećim pitanjima:
• koliko je konduktivan sistem u dinamičnoj borbi pod stresom kod CQB/CQC (Close Quarters Battle/Close Quarters Combat) scenarija borbe?
• koliko se zagrijava u visoko toplim okruženjima? • kako dobro (da li se) integrira sa radio opremom (tactical communications headset)? • očigladno je potrebno ukloniti vizir i mandibularnu zaštitu da bi dodali gas masku/respirator
– što komplikuje korištenje u uslovima borbe. Postavljena pitanja stvaraju prostor za donošenje vlastitih dizajn rješenja koja su analizirana metodama virtualnog prototypinga i DFMA metodom [3]. 3. ISTRAŽIVANJE MATERIJALA I STRUKTURA Iz nastojanja dizajnera da kombinacijom različitih materijala dobiju materijal specijalnih karakteristika koji sadrži osobine kombiniranih materijala došlo se do rješenja u vidu kompozita koji pruža mogućnosti kombiniranja različitih tekstilnih materijala nastojeći u ovom zadatku ispoštovati zahtjeve zaštite, ergonomije i termofizioloških karakteristika mikroklime odjeće. „Kompozit se definira kao kombinacija dvaju ili više kemijski različitih materijala s jasnim graničnim spojem između komponenti i svojstvima boljim od pojedinačnih komponenti” [4] Quantum Tunnelling Composite (QTC)-Materijal ima jedinstvenu sposobnost da se jednostavno promijenii iz električnog izolatora u metalni medij poput provodnika kad je pod djelovanjem pritiska Primjena kod [5].
Almir Redžić: Dizajn koncept inteligentne ultralake vojne kacige
RIM 2015 3
Sorbothane®ima nisku stopu deformacija u odnosu na druge polimere (guma, neopren, silikon, itd) i za razliku od drugih materijala, Sorbothane apsorbuje šokove efikasno za milione ciklusa [6].
Slika 1. Prikaz primjene kompozitnog materijala [8]
ResQ™ Ispitivanje pokazuje da ResQ ™ umanjuje vjerovatnoću za opekline tijela blizu na pola u odnosu na trenutnu FR ACU (Otpornost na Plamen Vojne Borbene Uniforme) tkanine. Zone primjene ovih naprednih materijala prikazane su na slici 2.
Slika 2: Unutrašnja termoizolaciona amortizacijska oplata
Testovi pokazuju dva puta veću prekidnu čvrstoću, čak i kad je mokar. Ovaj 100% USA proizod, ResQ ™ je dovoljno izdržljiv da podnese krajnosti modernog ratovanja [7]. Takođe je primjenljiva upotreba PCM (phase-change material) u ulozi materijala za skladištenje termičke energije a u svrhu regulisanja termofizioloških uslova mikroklime odjeće. U međusloju termoizolacije i šok absorber pjene a u cilju integracije elektronskih komponenata i senzorike pretpostavlja se korištenje elekteksa (uslojenog tekstilnog materijala sa ugrađenim senzorima). 3.1 Koža zmaja Vrsta balističkih prsluka naziva „Dragon Skin“ osmišljen je u Pinnacle oklopi trenutno se proizvodi u Fresnu, Kalifornija. Vodeći vojni istraživači poput Stephan Rudykh nadu polažu u dizajn koncepte biomimikrije (krljušti riba i gmizavaca) na kojima će se zasnivati budućnost vojnog oklopa. Najslikovitiji primjer ovakvog koncepta prikazuje dva-inčne-široke diskove (slika3) koji se preklapaju kao krljušti, stvarajući fleksibilan prsluk koji omogućava dobar opseg pokreta i ima za cilj da apsorbuje veliki broj pogodaka u odnosu na druge vojne pancire (npr. oklop Interceptor koji je trenutno u opticaju sa kevlar pločama ). DARPA- Defense Advanced Research Projects Agency trenutno radi istraživanja na novom zaštitnom odjelu koji će ujedno i povećati fizičke sposobnost vojnika, novi oklop se očekuje 2018. godine.
Almir Redžić: Dizajn koncept inteligentne ultralake vojne kacige
RIM 2015 4
Strukturu zaštitne dodatne vojne opreme zaštitni prsluk „Dragon Skin“ vidimo na slici 3.
a) b)
Slika 3 a) Rengenski snimak prsluka Dragon balističkog
prsluka "Dragon Skin" b) Prikaz djelovanja sile udara puščanog zrna na diskove [8]
Diskovi se sastoji od silicij karbida keramičke matrice i laminata, baš kao i veće keramičke pločice u drugih vrsta prsluka otpornih na metke [8]. 3.2 Nanostrukturni materijali Nanočestice imaju vrlo veliku površinu koja u interakciji sa neposrednim okruženjem mijenja njihovo ponašanje i svojstva (električno, magnetno, mehaničko), osim toga za vrlo male čestice važe zakoni kvantne mehanike gdje se istovremeno javlja i korpuskularna i talasna priroda tih čestica. Teško je predvidjeti kada će se ostvariti predviđanje futurista da se pomoću samoorganizovanja (Self Assembling) stvaraju nova tkiva ili novi organi kao zamjena oboljelom tkivu ili organima tijela. "...Fulereni i nanocijevčice, odnosno novi alotropski oblik ugljenika s posebnim rasporedom tih atoma, pokazuju sasvim nova svojstva. Oni pored ostalog imaju supervodljiva svojstva, njihova čvrstoće daleko premašuje čvrstoću čelika, te stoga zaslužuju veliku pažnju za potencijalno mnogostruku primjenu u funkciji zaštitne vojne opreme [9]. 4. IDEJNO RJEŠENJE MOBILE HACKER SUIT (HELMET) MH41 7 Namjena ove vojne kacige je da olakša navigaciju, kamuflažu, primjenu u različitim vremenskim i klimatskim uslovima koje predstavljaju otežavajuće okolnost pri rješavanju dodjeljenih zadataka.
� Unutarnji vertikalna udaljenost (A): Predstavlja
unutrašnje visinu prostora između glave i školjke kacige. To se odnosi na stabilnost kacige kod upotrbe. Ne smije biti veći od 50 mm.
� Uunutarnji vertikalni prostor (B): Dubina zračnog
prostora iznad glave. Ovaj parametar je u vezi s ventilacijom. Preporučljiva je veličina veća od 25 mm.
� Debljina unutrašnje presvlake kaacige
Slika 4 Analiza oblika kacige prema zadanim ergonomskim parametrima [10].
Vojna kaciga MH417 ima namjenu ultralake zaštitne kacige za diverzantske zadatke preuzimanja visokih tehnologija u hardwara ili softwara ili povjerljivih podataka. Ova kaciga spada u dodatnu vojnu opremu koja je povezana sa rodom vojske.
Almir Redžić: Dizajn koncept inteligentne ultralake vojne kacige
RIM 2015 5
Glavna karekteristika ove vojne kacige je u činjenici da je presvučena diskovima kevlara namočenih u dilatant koji povećava otpornost na smicanje niti kevlara (struktura pod nazivom koža guštera). Dizajn rješenje vojne kacige MH417 prikazano je na slici 5
Slika 5 Specifikacija proizvoda sa elementima inteligentnim modulima u funkciji povećanja
operativnosti vojnika
Ovakvo rješenje presvlačenja mrežaste krute, nosive konstrukcije sa diskovima kevlara reducira težinu i omogućava protok zraka između diskova te na taj način povećava cirkulaciju zraka odnosno konvekciju toplote. 4.1 Virtualni prototyping Izrada prototipa predstavlja veoma važan korak u postizanju visokokvalitetnog proizvoda u bilo kojoj dizajn praksi i isto tako omogućava brzu izradu i procjenu robusnosti koncepta proizvoda.
Slika 6 Pregled razvijanja prototipa A
Osnova proizvodnje počinje sa potrebom za proizvodom koji je identificiran tržištem i potrebama korisnika. Ove dvije funkcije su dvije veoma važne oblasti kada je u pitanju bilo koji vid proizvodnje i njihov međuodnos je od temeljnog značaja za bilo kojeg proizvodnog dizajnera. Prema DFMA konceptu efektivnost dizajna je ojačana i integracija je olakšana kada: � manji aktivni djelovi su korišteni kroz standardizaciju i
grupnu tehnologiju, pronalaženje informacija vezanih za
postojeće ili željene proizvode i procese.
� proizvodnost, (fabrikativnost) je postignuta kroz uključivanje
DFM prakse dizajn alternative su vrjednovane i dizajn alati
korišteni u izradi zrelog i produktibilnog dizajna prije samog
puštanja u proizvodnju.
� Dizajn proizvoda i procesa uključuje strukturu za postizanje ravnoteže kvalitete proizvoda, truda,
� ( napora, zalaganja) dizajniranja i robusnosti proizvoda Slika 7 Mobile hacker suit (helmet) MH417x
Almir Redžić: Dizajn koncept inteligentne ultralake vojne kacige
RIM 2015 6
Dva glavna procesa određuju kvalitetu finalnog proizvoda. Ova dva procesa su: proces dizajna i proces proizvodnje [11].
5. ZAKLJU ČAK Nakon učinjene analize postojećeg tržišta vojne opreme i lidera u proizvodnji, sofisticiranih tehničkih materijala i kompozita koji stoje trenutno na raspolaganju za kreiranje novih i inovativnih dizajnerskih rješenja, predstavljena su i idejna rješenja vojnih kaciga. Pitanje konvekcije je rješeno kevlar diskovima u funkciji navlake na nosivu konstrukciju. U procesu dizajniranja od esencijalne važnosti je prihvatiti DFMA koncept jer su dizajn i proizvodnja dvije veoma važne oblasti kada je u pitanju bilo koji vid proizvodnje i njihov međuodnos je od temeljnog značaja za bilo kojeg dizajnera. Prema DFMA konceptu efektivnost dizajna je ojačana i integracija je olakšana kada je postignuta ravnoteža među zahtjevima dizajna i proizvodnje. U ovom radu prikazan je razvoj koncepta vojne kacige MH417 koja ima namjenu ultralake zaštitne kacige za diverzantske zadatke preuzimanja visokih tehnologija hardwara ili softwara ili povjerljivih podataka. Ova kaciga spada u dodatnu vojnu opremu koja je povezana sa rodom vojske. Nakon procesa dizajna prototip se zatim testira u odgovarajućem rasponu podešenja koji aproksimiraju specificirane performanse. Informacije dobivene testiranjem, poslije procjene obzirom na moguće varijabilnosti u testovima se u konačnici koriste za manipulaciju geometrijskim oblicima tako da razvojne odluke mogu biti donešene sa velikim samopouzdanjem i reduciranim rizikom. 6. LITERATURA [1] http://www.millikenfr.com/ (posjećeno: 03,03,2014.) [2] http://www.mtekweaponsystems.com/supply/index.php?route=information/information&infor
[11] W. N. Prakash, V. G. Sridhar and K. Annamalai: NEW PRODUCT DEVELOPMENT BY DFMA AND RAPID PROTOTYPING, School of Mechanical and Building Sciences, VIT University, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Chennai, India, 2014, p 274
