Výrobce závodních automobilů pro akademické soutěže Formula Student vyniká svými návrhy vytvořenými v produktech Siemens PLM Software a ekonomickou udržitelností

Kvalifikace inženýrů připravených na závod

Vzdělání na Aalenské univerzitě aplikovaných věd (Aalen UAS) není omezeno pouze na teoretické znalosti. Pokrývá oblast od digitálních sítí, zdraví, e-mobility, až po obnovitelné zdroje energií, fotoniku nebo robotiku. Univerzita Aalen UAS vychovává vysoce kvalifikované odborníky, které místní podniky potřebují

Aby studenti Aalen UAS získali špičkové dovednosti a zvýšili svou cenu na pracovním trhu, účastní se také série závodů s elektromobily. Tým E-Motion Rennteam Aalen byl založen v roce 2009 jako registrovaný klub a nezisková organizace a je jedním z více než 600 univerzitních týmů po celém světě, které soutěží v 18 závodech s automobily, které navrhují a montují od nuly.

Formula Student je světově největší soutěž pro inženýry. K vítězství nestačí pouze projet určitý počet kol jako první. Kromě závodů na zrychlení a zatáčení, kvalifikace na autokros a vytrvalostního závodu na 22 km musí inženýři svůjé vůz představit a vysvětlit, jak probíhal jeho vývoj. Známé osobnosti z automobilového průmyslu a profesionálních závodů hodnotí návrh, výrobu, obchodní plán a také analýzu nákladů.

Od začátku se tým E-Motion Rennteam soustředil na závodní elektromobily a svůj první model představil v roce 2012. V roce 2018 klub také vyvinul vůz, který bude soutěžit na závodu Formula Student v kategorii autonomních vozidel.

„Studenti z různých fakult, od strojního a elektrického inženýrství po finance a marketing, spolupracují na dosažení společného cíle pod tlakem termínů a omezených prostředků“ říká Felix Herzog, technologický ředitel (CTO) klubu E-Motion Rennteam Aalen. „Po dokončení univerzity jsou z nich zkušení inženýři, kteří se rychle mohou stát produktivní.“

The E-Motion Rennteam Aalen is a group of students at the Aalen University of Applied Sciences who design and build electric race cars to compete in the Formula Student racing series.

Vysoká fluktuace jako inženýrská výzva

Tým E-Motion Rennteam se skládá z 55 členů z různých fakult Aalen UAS. Studenti technických oborů přitom pro každý vůz navrhují stovky součástí.

„Do roku 2014 jsme používali různé CAD systémy, což s sebou neslo řadu překážek“ říká Carolin Reicheltová, bývalá generální ředitelka (CEO) týmu E-Motion Rennteam a absolventka Aalen UAS. „Naši studenti technických oborů se museli seznamovat s různými uživatelskými rozhraními několika softwarů. Přechod k neutrálním formátům souborů, například Step, přinesl snížení úrovně detailů modelů.“

Další výzvou byla vysoká úroveň fluktuace. „Mnoho studentů zůstává v týmu pouze na jeden nebo dva semestry“ říká Herzog. „Znalosti získané během závodní sezóny sdílejí s ostatními členy týmu, takže se tyto znalosti neztrácí.“

Aby mohli studenti tyto výzvy překonat, tým E-Motion Rennteam standardizoval používaný CAD software a začal používat software pro správu životního cyklu výrobků (PLM). Aby byl přechod co nejhladší, nasazení softwaru bylo detailně připraveno v rámci magisterské práce.

For all mechanical design work and some verification, E-Motion Rennteam Aalen uses NX software.

NX a Teamcenter pro úspěšné návrhy

Pomocí CAD softwaru NX™ společnosti Siemens PLM Software vytvářejí inženýři klubu E-Motion Rennteam extrémně složité 3D modely svých vozidel. „Od samého začátku zahrnují všechny naše modely každý šroub, ohyb nebo kabelovou svorku“ říká Herzog. „Díky velkému množství detailů se vyhýbáme nepříjemným překvapením během výroby.“

Pro výrobu součástí tým využívá infrastrukturu univerzity. Zatímco mnoho obráběných součástí vyrábí sponzoři, tým ve vlastní dílně vyrábí karoserii z plastů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFRP).

„Vynikající kvalita a bohatost CAD modelů vytvořených v systému NX je zárukou vysoké kvality zpracování výsledných vozidel“ říká Herzog. „To výrazně přispívá k našemu úspěchu ve vytrvalostních soutěžích.“ Pro správu dat výrobků a spolupráci řízenou pracovními postupy používají software Teamcenter® také od společnosti Siemens PLM Software. Systém PLM propojuje osoby a procesy díky digitálnímu vláknu pro inovace a eliminuje běžné bariéry mezi funkčními jednotkami.

„Všichni členové našeho týmu se účastní procesů vývoje závodních automobilů pomocí intuitivního uživatelského rozhraní“ říká Herzog. „Teamcenter usnadňuje správu, dokumentaci a sledování celého procesu vývoje výrobků ve všech jeho verzích, variantách a úpravách a je hluboce integrován se všemi řešeními společnosti Siemens PLM Software, včetně NX.“

Aby mohli Teamcenter snadno používat všichni členové týmu, včetně těch s netechnickými úkoly, tým E-Motion Rennteam software implementoval s velmi tenkou strukturou procesů. „To umožňuje studentům, kteří nemají mnoho času mezi přednáškami a zkouškami, se seznámit s aktuálním stavem projektu bez potřeby scházet se“ dodává Reicheltová. „Protože Teamcenter šetří spoustu času, je nejdůležitějším nástrojem pro všechny členy týmu E-Motion Rennteam.“

Design work at the E-Motion Rennteam Aalen involves all engineering disciplines and includes vehicle assembly in a workshop provided by at the Aalen University of Applied Sciences. Photo: P. Kemptner

Předpověď tepelného chování a nákladů

Používání Teamcenteru pomáhá inženýrům týmu E-Motion Rennteam vyhnout se opakujícím se chybám. Stejnou výhodu přináší provádění různých simulací. K ověřování návrhu chladicích systémů vozidel používají aplikaci Simcenter Amesim™ z portfolia nástrojů společnosti Siemens PLM Software Simcenter pro modelování a analýzu mechatronických systémů.

„Simcenter Amesim používá rovnice pro popis modelů představujících hydraulické, pneumatické, tepelné, elektrické nebo mechanické chování systému“ říká Herzog. „To nám umožňuje simulovat chování chladicího systému ještě před vytvořením jeho detailního modelu v CAD systému.“

Předvídatelnost je důležitá pro komerční životaschopnost projektu závodního automobilu. Protože jsou náklady rozhodujícím faktorem při návrhu jakéhokoliv výrobku, v soutěži Formula Student se hodnotí také náklady a výroba. V případě analýzy nákladů jsou zúčastněné týmy povinny předložit a obhájit písemný soupis nákladů, který zahrnuje výpočet velikosti vozidla, jeho komponent a nezbytné výrobní kroky.

Tým E-Motion Rennteam používá řešení Teamcenter® product costing od společnosti Siemens PLM Software. Tato aplikace umožňuje vytvářet a spravovat výpočty a následně vyměňovat data mezi podnikovým (ERP) a systémem PLM. Náklady výrobků se stanovují pomocí metodiky výpočtů založené na podrobné struktuře výrobků a definuje použití materiálů a náklady na zpracování. Teamcenter umožňuje vzájemnou spolupráci různých oddělení.

Na základě předchozích zkušeností s úspěšnou implementací Teamcenteru byla i tato problematika vědecky podložena a připravena. Student obchodního inženýrství Andreas Gayer, který dva roky vedl tým sledování nákladů v klubu E-Motion Rennteam, zpracoval na toto téma bakalářskou práci. Má na starost zavedení softwaru, který zvýší šance týmu E-Motion Rennteam na výhru v soutěžích Formula Student.

Using Teamcenter, E-Motion Rennteam Aalen members share the knowledge required to build a digital twin of the cars and their components