ETH Zurich는 Siemens PLM Siemens PLM Software로부터 영감을 받은 설계와 경제적 안정성으로 Formula Student 경진대회에서 우수한 기량을 드러냅니다

양질의 레이싱 카 엔지니어를 육성하다

Aalen UAS의 교육은 이론적 지식을 가르치는데 그치지 않습니다. Aalen UAS는 학생들을 지역 기업이 필요로 하는 디지털 네트워킹부터 보건, e-모빌리티, 재생 에너지, 포토닉스 및 로봇 공학에 이르는 다양한 분야에 정통한 양질의 인재로 양성합니다.

학생들은 시장 수요에 부응하기 위한 최신 설계 기술을 익힐 뿐만 아니라 전기차 경주 대회에도 참여합니다. 2009년 정식 등록 클럽 겸 비영리 기구로 창설된 E-Motion Rennteam Aalen은 직접 설계하고 제작한 차량으로 18개 레이스에 참가하는 전 세계 600여개 대학 팀 중 하나입니다.

Formula Student는 위한 세계 최대 엔지니어 경진대회입니다. 지정된 바퀴 수 주행을 가장 먼저 마무리 한다고 해서 그저 우승하는 것이 아닙니다. 엔지니어는 가속 레이스와 스키드 패드 코너링, 오토 크로스 예선 레이스 및 22km 내구성 레이스 외에도 자동차를 시연하고 개발 과정을 설명해야합니다. 자동차 산업 및 전문 레이서로 구성된 심사위원진이 설계와 제조, 비즈니스 계획 및 비용 분석을 평가합니다.

E-Motion Rennteam은 처음부터 전기 레이싱 카에 집중해 2012년 첫 모델을 선보였습니다. 2018년에는 Formula Student 무인 자동차 등급용 경주 차량을 개발했습니다.

E-Motion Rennteam Aalen의 Felix Herzog CTO는 "기계 및 전기 엔지니어링부터 재무, 마케팅 등 다양한 분야로 구성된 조직에서 다양한 학생들은 촉박한 시한, 한정된 자원 등의 압박 하에 공통의 목표를 달성하기 위해 협업합니다. 학교를 졸업하면 단 시간 내에 생산성을 발휘할 수 있는 준비된 엔지니어가 됩니다" 라고 말했습니다.

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.

엔지니어링 문제 - 높은 변동성

E-Motion Rennteam은 Aalen UAS 학생 55명으로 구성됐습니다. 이들 중 엔지니어링 전공생들은 각 차량에 사용될 수 백여개 파트를 설계합니다.

E-Motion Rennteam 전 CEO 겸 Aalen UAS 동문인 Carolin Reichelt는 "2014년까지 사용했던 다중 CAD 환경에는 여러 문제점이 있었습니다. 우리 엔지니어링 전공새들은 여러 소프트웨어 패키지가 있는 다양한 사용자 인터페이스에 익숙해져야 했고, Step 과 같은 중립 파일 형식으로 표준화 하는 것은 모델의 상세 수준을 낮춘다는 의미였습니다" 라고 말했습니다.

또 다른 문제점은 변동성이 크다는 점이었습니다. Felix Herzog CTO는 "많은 학생들이 팀에 합류허는 기간은 한 두 학기에 불과했습니다. 레이싱 시즌 내에 배우는 점은 서로 공유하면서 팀 내에 지식을 고스란히 남게 됩니다" 라고 말했습니다.

E-Motion Rennteam은 학생들이 이러한 어려움을 극복할 수 있는 수단을 제공하기 위해 CAD 소프트웨어를 표준화하고 PLM 소프트웨어를 도입했습니다. 최대한 차질 없는 전환이 이뤄지도록 석사 논문을 통해 새로운 소프트웨어 도입을 준비했습니다.

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

성공적인 설계를 위한 NX와 Teamcenter

E-Motion Rennteam 엔지니어는 CAD용 Siemens PLM Software인 NX™ 소프트웨어를 사용해 매우 복잡한 차량 3D 모델을 제작합니다. Felix Herzog CTO는 "처음부터 저희가 제작한 모든 모델에는 나사, 플랜지, 케이블 타이 하나 하나가 다 들어갑니다. 이렇게 매우 정교하게 작업해야 제조 중 예기치 못한 사태가 발생하는 걸 막을 수 있습니다" 라고 말했습니다.

팀은 파트 생산을 위해 대학교 측의 인프라를 사용합니다. 후원사는 여러 가공 부품을 제조하는 반면, 팀은 모든 CFRP (탄소 섬유 강화 플라스틱) 차체 작업을 자체 작업장에서 생산합니다.

Felix Herzog CTO는 "NX를 사용해 제작한 CAD 모델의 뛰어난 품질과 강력함 덕분에 시간과 노력을 절감하면서도 높은 수준의 작업 기량을 드러낼 수 있었습니다. 이를 통해 내구성 경진대회에서 좋은 성적을 거둘 수 있었습니다" 라고 말했습니다. 이들은 제품 데이터 관리와 워크플로 기반 협업에 Siemens PLM Software의 Teamcenter® 소프트웨어를 사용합니다. 이 PLM 시스템은 작업자와 프로세스를 디지털 스레드와 연결해 혁신을 이루며, 기존에 존재하던 기능별 사일로 간 장벽을 해소합니다.

Felix Herzog CTO는 "PLM 소프트웨어의 직관적인 사용자 인터페이스를 사용해 모든 팀원들이 레이싱 카 개발 프로세스에 참여합니다. NX를 비롯한 모든 Siemens PLM Software 솔루션과 심층 통합된 Teamcenter는 갖가지 설계 버전과 설계 수정을 통해 전체 제품 개발 프로세스를 더욱 쉽게 관리, 문서화 및 추적할 수 있게 해줍니다.

E-Motion Rennteam은 기술 외적인 작업을 하는 이들을 포함해 모든 팀원들이 Teamcenter를 쉽게 사용할 수 있도록 매우 간단한 프로세스 구조로 소프트웨어를 구현했습니다. Carolin Reichelt 전 CEO는 "강의와 시험으로 시간이 빠듯한 학생들이 별도의 미팅 없이도 프로젝트 현황을 파악할 수 있게 해줍니다. 이는 상당한 시간 절감 효과를 가져다 주므로 Teamcenter는 모든 E-Motion Rennteam 팀원들에게 가장 핵심적 역할을 합니다" 라고 말했습니다.

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

열 거동 및 비용 예측

E-Motion Rennteam 엔지니어는 Teamcenter를 사용해 오류 반복을 방지합니다. 다양한 시뮬레이션도 오류를 방지하는데 중요한 역할을 합니다. 이들은 차량 냉각 시스템 설계를 검증하기 위해 모델링 및 메카트로닉스 시스템에 사용되는 Siemens PLM Software Simcenter 포트폴리오의 Simcenter Amesim™ 을 사용합니다.

Felix Herzog CTO는 "Simcenter Amesim은 시스템 유압, 공압, 열, 전기 또는 기계 거동을 표현하는 방정식을 사용해 모델을 설명합니다. 이를 통해 CAD에서 냉각 시스템의 지오메트리를 상세히 모델링하기 전에 이 시스템의 거동을 시뮬레이션 할 수 있습니다" 라고 말했습니다.

예측 가능성은 레이싱 카 프로젝트의 상용화 가능 여부에 있어 매우 중요한 역할을 합니다. 어느 제품 설계에서나 비용은 결정적 요인으로 작용하며, Formula Student 행사 역시 비용과 제조가 포함됩니다. 비용 분석을 위해 참가 팀은 차량 치수, 구성요소 및 필요한 제조 단계를 망라한 서면 비용 보고서를 제출하고 이를 정당화해야 합니다.

E-Motion Rennteam 관리팀은 Siemens PLM Software가 제공하는 Teamcenter® 제품 비용 산출 솔루션을 사용합니다. 이 소프트웨어는 계산을 생성하고 관리하는 플랫폼을 제공하며, 전사적자원관리 (ERP) 및 PLM 솔루션 간 데이터 교환 기능을 제공합니다. 제품 비용 산정에는 상세 제품 구조에 기반한 계산 방식이 사용되며, 재료 사용 및 프로세스 비용이 정의됩니다. 여러 부서가 Teamcenter를 사용해 협업할 수 있습니다.

성공적인 Teamcenter 구현에 힘입어 과학적으로도 탄탄히 준비됩니다. 비즈니스 엔지니어링 전공생 Andreas Gayer는 2년간 E-Motion Rennteam 비용 보고서 팀을 이끈 경험을 예비 학사 논문에 담았습니다. 그는 E-Motion Rennteam이 Formula Student 경진대회에서 우승할 수 있는 가능성을 높여줄 Teamcenter 소프트웨어 도입을 담당합니다.

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