ベルギーの大学では、包括的な製品設計と製造の教育にシーメンスのソリューションを活用

最初のアイデアから最終製品まで学べる

トーマス・モア応用科学大学 (Thomas More) は、ベルギーのフランドル地域最大の応用科学大学であり、7つのキャンパスの大部分はアントワープ州にあります。Thomas Moreは、ベルギーの代表的な大学であるルーヴァン・カトリック大学 (KU Leuven) を中心とした研究および教育ネットワークに参加しています。実践的な大学教育を手掛けるThomas Moreは、専門的な学士号を取得できる3年間のコースを学生に提供しています。

「業界が求めているのは、単なるNC工作機械のプログラマーではなく、製品を設計できて、求められる部品の製造を指揮できる、技術スキルの高い人です。そのため、Thomas Moreでは製品開発の全工程を身に付けるために必要なスキルと知識を学生たちに教えています」Thomas Moreで設計と製造を教えるJeroen Mingneau工学部教授は、このように述べています。

KU Leuvenと共同で使用しているメヘレン近くのDe Nayerキャンパスでは、KU Leuvenの修士課程の学生が、Thomas Moreの設計と製造技術コースの学生と協力して製品開発プロセス全体を網羅するプロジェクトに取り組んでいます。

「学生たちは学んでいく過程で、設計または製造のどちらを重点的に学ぶか、設計の道または製造業の道へ進むかを決めることができます。どの道を選択したとしても、限界を超える挑戦にこの先ずっと挑み続けることになるでしょう」とMingneau教授は話します。

学生たちは、最初のアイデア段階から最終製品に至るすべての工程を学びます。毎年学生たちは、講義で学んだ理論を実践に移す訓練として、チームで新しい製品を一から作成する課題を課せられます。要件からタスク、予算、締切といったことまで決めなければなりません。

In her internship, a Thomas More student studied the software functionality and the specific machine language NX uses for feature-based machining with defini tions of the designed space and PMIs.

コンピュータを活用した教育

設計と製造技術コースに在籍するすべての学生は、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアが提供する、コンピュータ支援設計／製造／エンジニアリング (CAD/CAM/CAE) の統合ソリューションであるNX™ ソフトウェアを使用します。デジタルデザインを作成することから始め、それをシミュレーションで仮想検証することに挑戦します。この作業には、作成するデザインに応じてNXまたはSiemens Simcenter™ のいずれかのソフトウェアを使用します。

学生たちは、続いて製造を学びます。NXで作成した部品デザインを用いて、NXのCAM機能で数値制御 (NC) 工作機械のコードをプログラミングします。ポストプロセスで自動生成されたコードを解読し、解析して、さまざまな工作機械の各種マシニングコードや、ISOなど機械に依存しないコードへの理解を深めます。学生は初期段階から、デザインと機械両方のデジタル・ツインをベースに、NXと機械の内蔵シミュレーション機能を使ってマシニングオペレーションをシミュレーションします。

2年目は、3軸同時機械加工と5軸位置決めに始まり、より高度な技術を学びます。ここでもシミュレーションを行います。工作機械やクランプの選択など、すべての作業準備を行うだけでなく、2/100mmという厳格な許容値にも対処しなければなりません。1日で仕上げる課題では、品質管理された完成部品を製造するか、または着手した作業の完了プランを詳細に構築するかしなければなりません。

専門課程になると、学生たちは5軸同時機械加工を使って、精度とサーフェス品質要件が厳格な、非常に複雑な航空宇宙アプリケーション向け軽量部品を製造します。衝突回避に重点を置くとともに、アダプティブ・ミリングやトロコイド・ミリングといった高度なマシニング技術に使用するGコードなどを学びます。「Thomas Moreでは工作機械メーカーと密に連携して、新たなミリング手法やミリングに必要なソフトウェアを開発します。プロジェクトの中には、より上級の学生が複雑な部品の加工時間を30分から3分へ短縮するなど、大幅な高速化を果たしたケースもありました」とMingneau教授は話します。

Thomas More students used NX software for design and verificatio n of parts to be manufactured combining various additive and subtractive production methods and the use of robotics.

高度な製造

学生は、CAD/CAMツールとしてのNXと各種シミュレーション用のSimcenterのほかに、工場のネットワーク化やツール管理、統合プロセスプランナー、リソースライブラリといった機能を中心にシーメンスのTeamcenter®も使用します。「製造に対応したTeamcenterは、私たちの製造ラボで情報バックボーンとしての役割を果たしています。Teamcenterを使うことで学生たちは、未来志向の製造データ管理法を自動的に身に付けます」とMingneau教授は話します。

製造業の雇用主たちは、Thomas Moreで専門的な学士号を取得した卒業生に熱い視線を注いでいますが、多くの学生はさらに上の学位を目指して学び続けます。De Nayerキャンパスでは、製造の新たな傾向を追っています。上級の学生は、3Dプリンティングや、アディティブ・マニュファクチャリングとサブトラクティブ・マニュファクチャリング手法の組み合わせなど、最新の技術や機械、ツールを取り入れています。

Thomas Moreの学生は、さまざまなアディティブ・マニュファクチャリングおよびサブトラクティブ・マニュファクチャリング手法とロボットの使用を組み合わせながら、製造する部品をNXソフトウェアで設計し、検証します。わずかな作業ステップで、誰もが知っている有名なベルギービール銘柄のボトルをそっくりそのままメタルで作成しました。最初のステップは、ロボットを使ったワイヤ・アーク方式のアディティブ・マニュファクチャリング (WAM) による多軸材料積層でした。続いて、ワイヤカット放電加工機 (EDM) を使ってボトルがキャリアプレートから離されました。旋盤で回転させて部品のサーフェスを仕上げたら、5軸ミリングセンターに移動させてカーブしたボトル表面に銘柄のマークを刻印させました。

「Thomas Moreの学生は、さまざまなアディティブ・マニュファクチャリングおよびサブトラクティブ・マニュファクチャリング手法やロボット工学を組み合わせながら、金属ボトルの作成に必要なすべてのステップでNX CAMを使用しました。この包括的なソフトウェアを一貫して使用することで、学生たちは複雑な製造プロセスを徹底して管理および実行できるようになります」とMingneau教授は話します。

Thomas Moreの学生であるMahé Thielemansさんは、4ヶ月のインターン期間中に、NXを使ったフィーチャベース加工 (FBM) を習得するコースを将来の学生向けに組み立てました。NXには、幅広いフィーチャのマシニングプロセスを自動で決める独自技術があります。3Dモデルに添付された許容値や表面仕上げの付記情報など、製品製造情報 (PMI) を使用して、マシニング手法を選択します。「複雑な形状の部品の場合、ツールパスの最大80%をフィーチャベース加工で自動生成するため、NXユーザーは、CNCプログラミングにかかる時間を大幅に削減できます」とMingneau教授は話します。Thielemansさんは、ソフトウエア機能や、NXが使用する機械言語を勉強して、フィーチャ認識をベースにマシニングを自動化ました。彼女の取り組みの成果は、コースとして採用され、企業の導入ガイドラインとしても使用することができます。

Thomas Moreエコドライブチームの学生たちは、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのシステムを使って、超低燃費の自動車を設計、シミュレーション、製造しています。彼らは、ロンドンで開催されるシェル エコマラソンに、25ヶ国166チームとともに定期的に参加しています。「毎年、エコドライブチームは、車両の軽量化と低コスト化に挑戦しています。すべての機械加工部品とカーボン・ファイバー・コンポーネントをNXを使って自分たちで設計および製造を行っています」とMingneau教授は話します。現行モデルでは、1リットルあたり160キロメートル (米1ガロンあたり377マイル) の燃費を達成しています。

学生たちはNXの機能を使って、重量を考慮しながらコンポーネントのデザインを最適化します。NXに搭載されたコンバージェントモデリングの設計手法を使って、コンポーネントを最適化してアディティブ・マニュファクチャリング向けに準備します。「この高度な技術を使うことで、重量と強度の比率が最適な部品を非常に短時間で作成できます」とMingneau教授は話します。

Students on the Thomas More Eco Drive Team use Siemens Digital Industries Software systems to design, simulate and build extremely fuel-efficient vehicles to participate in the Shell Eco Marathon in London