Case study NewInno scharenboog

Probleem

NewInno had een prijs gewonnen met hun concept voor een overkapping gemaakt uit scharenbogen voor sportverenigingen en zelfs patenten verkregen voor het innovatieve idee. Om te valideren of het product ook potentie heeft in de markt was het zaak om een kostprijs inschatting te krijgen.

Op basis hiervan kon namelijk een business case gebouwd worden op basis waarvan de voortzetting van het project bepaald wordt.



Frustratiepunten

Met een grote constructie kunnen de kosten voor een prototype in de 10.000-en euro’s oplopen. Daarbij was het product gericht op een specifieke markt waarbij het budget van klanten relatief krap is. Dit zorgt voor twijfels over de commerciële haalbaarheid. Aangezien het een ontwerp is met veel repetitie en veel staalwerk zullen de kosten voornamelijk gaan zitten in het ruwe staal. De arbeidskosten moeten zeker in acht gehouden worden maar zijn procentueel tot de uiteindelijke kostprijs van het materiaal beduidend kleiner.

Om de materiaalprijs te kunnen bepalen is het zaak dat er een basis afmeting van het profiel bepaald wordt, op basis hiervan kan een gewicht bepaald worden en prijzen opgevraagd worden voor de ruwe materiaalkosten. De belastingen die erop kunnen komen zijn complex, het eigen gewicht van de constructie is hoog en daarbij kan de belasting van wind en sneeuw substantieel zijn. 

Om het product in meerdere markten te kunnen plaatsen moet het ontwerp ook modulair zijn voor kleinere varianten en opties. Al met al een simpel ogend ontwerp maar technisch wel de nodige uitdagingen die een grote impact kunnen hebben op de commerciële haalbaarheid. Om die reden zijn wij een FEM analyse gaan doen om de basis afmetingen te kunnen bepalen.



Onderzoeksopzet

Voor een goed onderzoek kijk je eerst altijd naar de regels, je wilt immers niet een constructie hebben die uiteindelijk niet voldoet aan de regelgeving en daarmee niet verkocht mag worden of niet de al geldende normering met vooraf aangegeven kengetallen zoals veiligheidsfactoren vergeten die de ontwikkeltijd drastisch weer kunnen verkorten.

We hebben gebruik gemaakt van de geldende normeringen voor de sneeuwlast en winddruk. Hierin wordt zeer veel in acht genomen: locatie van de hal, de vormgeving en oppervlakte van het dak die bepalend is voor de sneeuwlast als ook de hoogte van de boog waarmee veel wind gevangen kan worden. Op basis daarvan hebben we om te bepalen welke krachten en drukken we dienen aan te brengen om zeker te stellen dat de constructie ook de meest zware condities zal doorstaan.

We zijn gestart met het analyseren van het 3D ontwerp, deze laden wij gemakkelijk in, in onze CAD software waarna we het model voorbereiden voor de FEM analyse. FEM-analyses vergen zeer veel rekenkracht en om die reden versimpelen we doorgaans de modellen zonder concessies te doen op de kritische verbindingen en vrijheidsgraden van de individuele onderdelen. Deze zijn namelijk zeer bepalend voor de uitslag van de analyse.



Iedereen met een licentie voor de FEM, kan in principe een FEM analyse doen. Het gevaar hiervan is echter dat de uitslag van de FEM analyse het gene is dat interessant is en dit 100% afhankelijk is van de constraints. Als deze verkeerd ingezet worden, kan het zomaar zijn dat het ontwerp veilig lijkt maar in werkelijkheid levensgevaarlijk is. Wij zeggen dan ook vaak “Gefeliciteerd, er komen kleurtjes uit’, oftewel het zegt nog niks.

Uitkomst

De scharenboog is een mooi voorbeeld waar een FEM-analyse uitermate geschikt is. We hebben meerdere iteraties doorlopen om tot het optimale profiel te komen. Daarmee is het gewicht aanzienlijk gereduceerd en heeft het geresulteerd in een kostenbesparing van meer dan 20% ten opzichte van de eerste opzet en bied meer mogelijkheden voor het neerzetten van de constructie door de lagere vloerbelasting.

Daarbij is helder geworden wat de zwakste schakels in het ontwerp zijn wat als fundament fungeert voor de doorontwikkeling. De klant is met het ontwerp en afmetingen naar diverse leveranciers gegaan en heeft daarmee een heldere kostprijs indicatie tot op +-20% op kunnen vragen.

Lessen

Hieruit is op te maken dat voor de haalbaarheid van een project het interessant kan zijn om op voorhand de hoofd afmetingen te bepalen zodat er met een +-20% nauwkeurigheid een kostprijs ingeschat kan worden. Daarbij kan het ook inzicht geven in mogelijke kostenbesparingen en risico’s van het ontwerp. 



Advies

Voor soortgelijke cases adviseren wij, zeker in geval van grote en zware constructies te kijken naar een FEM analyse om de hoofdafmetingen van het product te kunnen bepalen zodat daarmee een indictie van de kostprijs gegeven kan worden. Mocht u een kleiner product hebben dat in de markt waarbij de kostprijs meer is dan 3x de basis grondstofprijs, dan raden wij dit niet aan, omdat dan veelal het de arbeid is die zorgt voor de kostprijs en daarmee het groter of kleiner maken van een profiel minder invloed heeft.

Om die reden is een FEM analyse dan minder effectief en is het handiger om een haalbaarheidsstudie te doen waarbij er gekeken wordt naar de arbeidsintensiteit van het ontwerp en de mogelijkheden om dat te reduceren of het ontwerp te wijzigen zodat het met robots geproduceerd kan worden.