Produttore di auto da corsa per studenti domina le gare di Formula Student, grazie ai progetti ispirati da Siemens Digital Industries Software e alla sostenibilità economica

Preparare ingegneri "pronti a correre"

Alla Aalen University of Applied Sciences (Aalen UAS) la formazione non si limita alle nozioni teoriche. Dal networking digitale alla sanità, fino alla e-mobility, alle energie rinnovabili, alla fotonica o alla robotica, la Aalen UAS prepara gli studenti a diventare gli specialisti altamente qualificati richiesti dalle aziende locali.

Per acquisire le competenze di progettazione di alto livello richieste dal mercato del lavoro, gli studenti di ingegneria della Aalen UAS partecipano anche alle corse dei veicoli elettrici. Fondata nel 2009 come associazione e organizzazione no-profit registrata, E-Motion Rennteam Aalen è uno dei 600 team universitari di tutto il mondo che partecipano alle 18 gare automobilistiche completamente progettate e realizzate internamente.

Formula Student è la competizione ingegneristica più importante del mondo. Per vincere non basta tagliare il traguardo per primi dopo un determinato numero di giri. Oltre a partecipare alla gara di accelerazione, al cornering nelle prove di skidpad, alle prove di qualificazione per l'autocross e alla gara di endurance di 22 chilometri, gli ingegneri devono presentare la loro auto e illustrarne il processo di sviluppo. Un comitato di personaggi noti del settore automobilistico e delle corse professionistiche giudica il design e la fabbricazione, il business plan sottostante e l'analisi dei costi.

E-Motion Rennteam si è concentrata fin dall'inizio sulle auto da corsa elettriche, presentando il suo primo modello nel 2012. Nel 2018, l'associazione ha sviluppato anche un'auto per partecipare alle gare di Formula Student per la categoria driverless.

"Nell'ambito di un'organizzazione con vari reparti, dall'ingegneria meccanica ed elettrica alla finanza e al marketing, gli studenti delle diverse facoltà collaborano al raggiungimento di un obiettivo comune, pressati dalle scadenze e dalle risorse limitate", spiega Felix Herzog, Chief Technology Officer (CTO) di E-Motion Rennteam Aalen. "Quando escono dall'università, sono ingegneri pronti a entrare in pista, che possono diventare produttivi in breve tempo".

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.

Il problema ingegneristico del turnover continuo

E-Motion Rennteam è formata da 55 membri provenienti dalla Aalen UAS. Gli studenti di ingegneria del team progettano centinaia di parti per ogni auto.

"L'ambiente multi-CAD utilizzato fino al 2014 presentava numerose problematiche", racconta Carolin Reichelt, ex Chief Executive Officer (CEO) di E-Motion Rennteam ed ex-studentessa della Aalen UAS. "I nostri studenti di ingegneria dovevano imparare a utilizzare le diverse interfacce utente dei vari pacchetti software, e l'esigenza di utilizzare formati di file standard, come Step, riduceva il livello di dettaglio dei modelli".

Un altro problema era costituito dal turnover continuo. "Molti studenti rimangono nel team solo per un semestre o due", spiega Herzog. "Qualunque cosa imparino durante la stagione delle corse, la condividono, di modo che le conoscenze acquisite rimangano nel team e non vadano perdute".

Per consentire agli studenti di risolvere questi problemi, E-Motion Rennteam ha standardizzato il proprio software CAD (Computer-Aided Design) e introdotto un software per la gestione del ciclo di vita del prodotto (PLM). Per semplificare al massimo la transizione, l'implementazione del nuovo software è stata preparata in una tesi di master.

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

Progetti di successo con NX e Teamcenter

Utilizzando il software NX™ di Siemens Digital Industries Software come CAD, gli ingegneri di E-Motion Rennteam hanno creato modelli 3D estremamente complessi dei loro veicoli. "Fin dall'inizio, tutti i nostri modelli includono ogni singola vite, flangia o fascetta serracavo", afferma Herzog. "Questo altissimo livello di dettaglio evita spiacevoli sorprese durante la fabbricazione".

Per la produzione delle parti, il team utilizza l'infrastruttura dell'università. Mentre gli sponsor producono varie parti lavorate a macchina, il team realizza l'intero corpo in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic) nell'officina dell'associazione.

"I livelli superiori di qualità e dettaglio dei modelli CAD creati con NX consentono di ridurre il tempo e il lavoro necessari per fabbricare un prodotto di alto livello", dichiara Herzog. "Questo contribuisce notevolmente al nostro successo nelle gare di endurance". Il team utilizza il software Teamcenter®, sempre di Siemens Digital Industries Software, per la gestione dei dati di prodotto e per la collaborazione basata sul workflow. Questo sistema PLM connette persone e processi con un thread digitale per l'innovazione, eliminando gli ostacoli tradizionali tra silos funzionali.

"Tutti i membri del team partecipano ai processi di sviluppo delle auto da corsa, utilizzando l'intuitiva interfaccia utente del software", spiega Herzog. “Profondamente integrato con tutte le soluzioni Siemens Digital Industries Software, incluso NX, Teamcenter semplifica la gestione, la documentazione e il monitoraggio dell'intero processo di sviluppo prodotto, in tutte le versioni, varianti e alterazioni di un progetto.”

Per facilitare l'utilizzo di Teamcenter da parte di tutti i membri del team, inclusi quelli con mansioni non tecniche, E-Motion Rennteam ha implementato il software utilizzando una struttura di processo estremamente snella. "Questo permette agli studenti, già impegnatissimi con lezioni ed esami, di mantenersi aggiornati sullo stato attuale del progetto senza dover organizzare una riunione", aggiunge Reichelt. "Teamcenter è lo strumento più importante per tutti i membri E-Motion Rennteam, perché consente di risparmiare moltissimo tempo".

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

Previsione di costi e comportamento termico

Grazie a Teamcenter, gli ingegneri di E-Motion Rennteam possono evitare di ricadere negli stessi errori, e questo vale anche per i vari tipi di simulazione. Al fine di verificare i sistemi di raffreddamento delle auto, utilizzano il software Simcenter Amesim™ del portfolio Simcenter di Siemens per modellare e analizzare i sistemi meccatronici.

"Simcenter Amesim rappresenta, tramite equazioni, il comportamento idraulico, pneumatico, termico, elettrico o meccanico del sistema per descrivere i modelli", spiega Herzog. "Questo ci permette di simulare il comportamento del sistema di raffreddamento prima di modellare tutti i dettagli della relativa geometria in CAD".

La prevedibilità è importante per la fattibilità commerciale di un progetto di auto da corsa. Poiché il costo rappresenta un fattore decisivo nella progettazione del prodotto, gli eventi di Formula Student includono una disciplina dedicata a costi e fabbricazione. I team che partecipano a un evento di analisi dei costi devono fornire e motivare una relazione scritta sui costi che include le dimensioni calcolate del veicolo, i suoi componenti e i passaggi di fabbricazione necessari.

La direzione di E-Motion Rennteam implementa la soluzione Teamcenter® di Siemens Digital Industries Software per la determinazione dei costi. Tale software fornisce una piattaforma per la creazione e la gestione dei calcoli e offre la possibilità di scambiare dati fra il sistema (ERP, Enterprise Resource Planning) e le soluzioni PLM. Per la determinazione dei costi viene utilizzata una metodologia di calcolo basata sulla struttura dettagliata del prodotto, per definire l'uso dei materiali e i costi di lavorazione, che consente ai vari dipartimenti di collaborare tramite Teamcenter.

In seguito al successo dell'implementazione di Teamcenter, anche questa fase viene preparata scientificamente. Lo studente di ingegneria gestionale Andreas Gayer, che ha diretto per due anni il team di reportistica dei costi di E-Motion Rennteam, ha scritto una tesi di laurea sulla preparazione ed è responsabile dell'implementazione del software che aumenterà le probabilità di E-Motion Rennteam di vincere le gare di Formula Student.

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