Katholieke Universiteit Leuven
Academic NX Solid Edge Simcenter Teamcenter
Katholieke Universiteit Leuven

ベルギーの大学でシーメンスのソリューションを活用し、製品設計および製造分野における未来のエンジニアを育成

ルーヴァン, Belgium

NX、Simcenter、Teamcenterが製造業のデジタルトランスフォーメーションを教えるルーヴァン・カトリック大学の学生教育をサポート

Academic NX Solid Edge Simcenter Teamcenter

ベルギーの大学でシーメンスのソリューションを活用し、製品設計および製造分野における未来のエンジニアを育成

ルーヴァン, Belgium

NX、Simcenter、Teamcenterが製造業のデジタルトランスフォーメーションを教えるルーヴァン・カトリック大学の学生教育をサポート

quotation marks ルーヴァン・カトリック大学 (KU Leuven) の学生はLearning Advantageのeラーニングポータルへも無料で無制限にアクセスできます。 Professor Dr. Ir. Bert Lauwers, 技術工学部 KU Leuven
課題
  • 製品開発と生産について教える
  • デジタライゼーションの力を学生に提供
  • 製品設計、検証、生産を組み合わせる方法を学生に指導
成功の鍵
  • 大学全体でシーメンスのソフトウェアおよびeラーニングへのアクセスが可能
  • Solid EdgeおよびNXをすべての設計作業に使用
  • 設計検証にSimcenterを使用
  • 情報管理およびコラボレーションにTeamcenterを使用
成果
  • 完全なデジタル・ツインを使った製品開発スキルを学生に伝授
  • 生産向けに最適化された製品の設計を学生が可能に
  • 設計および生産の効率を最大化する能力を学生に与える

Katholieke Universiteit Leuven

複数のキャンパスを持つルーヴァン・カトリック大学は、ヨーロッパで最も歴史ある大学の1つです。当校はほぼあらゆる分野において教育および研究に尽力し、各学部および研究グループごとに組織化され、教育および研究活動を行っています。学部および学科は、3つの分野(人文社会科学、科学・工学・技術 (SET)、生物医学) に分かれており、それぞれ、博士課程も用意されています。

https://www.kuleuven.be/english/

quotation marks 未来の課題に取り組む資質を持ったエンジニアを育てるうえで我々が必要とするソフトウェアリソースをシーメンスが本学に提供しています。 Professor Dr. Ir. Bert Lauwers, 技術工学部 KU Leuven
quotation marks ルーヴァン・カトリック大学 (KU Leuven) の学生はLearning Advantageのeラーニングポータルへも無料で無制限にアクセスできます。 Professor Dr. Ir. Bert Lauwers, 技術工学部 KU Leuven

デジタル・エンジニアリング教育のアプローチ

ルーヴァン・カトリック大学 (KU Leuven) は、ベルギー最大の大学です。ルーヴァンにある本キャンパスとベルギー国内の14か所のキャンパスで、50もの学部と学科に58,000人以上の学生が在籍しています。科学・工学・技術関連の学部・学科は20を超えます。2013年のベルギー教育制度の再編成に従って、現在では、大学の学科レベルでの実践的な教育を提供している数々の工学系学派がルーヴァン・カトリック大学の幅広いネットワークの一端を担っています。

「このなかにエンジニアリングの3つの側面が含まれています。それらは、エンジニアリング・サイエンス (工業科学)、エンジニアリング・テクノロジ (工業技術)、バイオサイエンス・エンジニアリング (生物科学技術)です。」と、ルーヴァン・カトリック大学技術工学部 学部長であるBert Lauwers教授は語ります。「私たちは、学問を単に論文の執筆ではなく、考える手段としてとらえています。工学系の学生に専門職としての経歴とインダストリー4.0に向けたマーケットイノベーターとしての訓練をさせるというルーヴァン・カトリック大学の手法によって、本学はヨーロッパでも屈指の大学になったと言ってよいでしょう。」 

ルーヴァン・カトリック大学は開かれた手法を推進しているため、専攻に関係なくすべての学生が、キャンパス内の製造ラボ (FabLab) で3Dプリンターを含む装置を使って実験をすることができます。

科学工学部は5年間のカリキュラムとなっており、そのすべてがルーヴァンで実施されます。技術工学部は4年間のカリキュラムで、より実践重視の内容です。キャンパスは複数あり、いずれもベルギーのフランドル地方に位置しています。ルーヴァン・カトリック大学はメヘレン地域にもディネイヤーキャンパスを持ち、これは提携しているトーマス・モア大学との共有となっています。ここで学生たちは、専門職にふさわしい学士として3年間の教育を修めます。

図1: eClipseフォーミュラ・エレクトリック・チームに属するルーヴァン・カトリック大学の学生たちが、フォーミュラ・スチューデントへの挑戦に使用する電動式のレーシングカーを造りました。インテリジェント製造コースでは、NX、Simcenter、Teamcenterなどのシーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのソリューションを利用して、製品製作のすべてのプロセスチェーンを扱います。画像は特に記載がない限り、すべてルーヴァン・カトリック大学からの提供です。

デジタル・ツインの構築を学ぶ

仮想製品開発コースでは、ルーヴァン・カトリック大学の2つの学部の工学系学生がシーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのSolid Edge®ソフトウェアを使用しています。2D/3Dコンピューター支援設計 (CAD) に最も必要な要素が揃ったSolid Edgeは、日常的な製品のモデリング向けのシステムです。アセンブリ構成および形状がより複雑になると、学士課程の3年生および修士課程の学生はシーメンスのNX™ソフトウェアを使用します。NXは、コンピューター支援設計、製造およびエンジニアリング (CAD/ CAM/CAE) 向けの主要な統合ソリューションです。このようなコースで学生たちは、パラメトリックモデリングを含むさまざまな設計メソッドの利用を学びます。また、CADモデルや製品そのものに製造プロセスが及ぼす影響も理解するようになります。

総合的な作業の一環として、学生はSTEP (Standard for the Exchange of Product) モデルデータや IGES (Initial Graphics Exchange Specification) などのオープンCADファイルのフォーマットでは一部の情報が不足することに気が付きます。そこで、自分たちが設計した製品のデジタル・ツインを作り始めました。

Lauwers教授はこう述べています。「本学の学生たちは15年前にデジタル・ツインの作成を始めました。デジタル・ファクトリーやインダストリー4.0といった呼称が作り出されるよりもはるか以前のことです。私たちが教えていることの一つは、製品の動作をすべて表現するのでなければ、デジタル・ツインは完全ではないということです。」

コンピューター統合製造 (CIM) コースでは、学生は最初に、HMI (Human Machine Interface) 上で工作機械を直接プログラムする方法を学習します。Solid Edgeで作成したファイルから始めて、ベルギーの有名なビール醸造所向けにデザインされたビールグラスの金属モデルなどの簡単なオブジェクトを作成します。その後、NX CAMを使用してポストプロセッサーを構築し、5軸の数値制御 (NC) の工作機械向けのプログラムを作成します。

また、シーメンスのSimcenter™ソフトウェアを使用し、自分たちの製品および工作機械の両方でデジタル・ツインを使用してシミュレーションを行うことでプログラムを検証します。最終的には、これらのシミュレーションの結果を実機で検証します。

図2~3: 仮想製品開発コースを専攻した学生は、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのSolid EdgeソフトウェアおよびNX CADソフトウェアを使用して、アセンブリ構成および形状が複雑な日常製品のモデリングに取り組んでいます。

完全にスケーラブルなソフトウェアによるサポート

歯車を加工するプロジェクトでは、機械工学部の学生たちは、レーザー機械を5軸の工作機械と統合し、プレマシニング、レーザー焼入れ、仕上げまでを1つの機械で容易に進めていました。工作機械の軸を使いながらレーザーを移動するのは通常、非常に時間がかかり、過度の焼鈍が生じます。学生たちは指導教官、博士課程 (PhD) の学生と一緒に、軸の移動と高速のレーザー走査を組み合わせました。NXソフトウェアを使用することで、この統合プロセス向けにポストプロセッサーを開発し、歯車の試作品製造に必要な時間を削減したのです。

革新的な起業家を支援する大学卒業後のプログラムでは、ルーヴァン・カトリック大学の工学部技術学科卒業生とトーマス・モア大学の卒業生がフォーミュラ・スチューデントへの挑戦に使用するため、電動式のレーシングカーを造りました。ルーヴァン・カトリック大学のeClipseフォーミュラ・エレクトリック・チームは、厳しい期限のもとで共同作業を行う学生たちの大きなグループです。彼らはシミュレーションタスクにシーメンスのNX CAD、NX CAM、Simcenterを使用するほか、同じくシーメンスのTeamcenter®ポートフォリオのソフトウェアも使っています。

製品設計および製造の主流からは多少離れますが、ルーヴァン・カトリック大学の博士号の学生たちは、悪性骨肉腫の研究にもシーメンスのソフトウェアを活用しています。これは、骨肉腫によって生じた空洞が、損傷を受けた骨の強度に与える影響を調査するものです。学生たちは、実際の骨をスキャンした画像をNXを使って3Dモデルに変換したものをデジタル・ツインとして作成し、Simcenterで強度を解析します。また、このソフトウェアを使用して、NCプログラムを作成し、本物の骨のX線画像で見つかった空洞部分を粉砕機にかけ、実際の強度テストでの結果を検証します。さらにこのメソッドを応用し、空洞を埋めるさまざまな接合剤の特性をテストしています。

図6: ルーヴァン・カトリック大学のある学生はNXソフトウェアを利用して、5軸の工作機械でマシニングと部分レーザー焼入れを同時に行うためのポストプロセッサーをプログラムし、すべての歯車を揃えて試作品の歯車箱を製造するのに必要な時間を1か月から1日にまで短縮しました。

長期にわたる実り多い関係

Lauwers教授は次のように語ります。「本学のように幅広いカリキュラムでは、プロジェクトの要件に応じてソフトウェア製品を使い分けています。コンピューター支援設計および製造を深く学んでいる博士号の学生たちは、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアの複数の製品を組み合わせて使うことが多々あります。」

今日、ルーヴァン・カトリック大学では、すべての工学系学生とルーヴァン・カトリック大学連合内の他の大学生に、シーメンス製品を提供しています。学生はおおよそ7,000ものシーメンスCAMツールのライセンスをどれでも借りることができ、自宅でのプロジェクト作業にオフラインで使用できます。

Lauwers教授はこう付け加えます。「ルーヴァン・カトリック大学の学生は、使いやすく便利なシーメンスのLearning Advantageのeラーニングポータルにも無料で無制限にアクセスできます。インターネットのブラウザーさえあれば、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのソリューションのスキルおよびナレッジを取得するための費用対効果と時間効率の高いメソッドが提供されるのです。」学生は、自己学習コースおよび評価の豊富なライブラリにアクセスできます。

エンジニアリング・ソフトウェアをこのように自由に使用できるのは、シーメンスとルーヴァン・カトリック大学の30年以上もの長期にわたる実り多い関係に基づいています。実際のところ、シミュレーションおよびテスト用のSimcenterポートフォリオの一部を製作しているLMS Internationalは、ルーヴァン・カトリック大学の科学工学部からのスピンオフによって設立されたのが始まりです。

提携の一部は、いわゆる「デュアルデスク (2つの机)」博士号プログラムです。このプログラムでは、シーメンス所属の研究者が、学術界における後援者と産業界の後援者による共同の監督下で博士号の研究を行います。さらにシーメンスは学術研究者の出向の受け入れや共同実験の開催を定期的に行い、この博士号プログラムは産学協同での革新的なものとして広く知られています。

Lauwers教授はこう述べます。「本学とシーメンスとの提携によって、学生が将来の課題に立ち向かうエンジニアとなるための教育に欠かせないソフトウェアリソースが提供されています。シーメンスのソフトウェアのポートフォリオが拡充することで、学生ひとりひとりの目的に合ったデジタライゼーションの効率的な活用方法を指導する多くの機会が我々に生み出されてきました。」

図7: ルーヴァン・カトリック大学のAgoria Solar Teamの学生は、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのソリューションを使用して、ソーラーカーの設計、シミュレーション、構築を行い、このソーラーカーで年に一度開催されるブリヂストン・ワールドソーラーチャレンジに見事参加を果たしました。
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quotation marks 未来の課題に取り組む資質を持ったエンジニアを育てるうえで我々が必要とするソフトウェアリソースをシーメンスが本学に提供しています。 Professor Dr. Ir. Bert Lauwers, 技術工学部 KU Leuven