Studencki producent samochodów wyścigowych przoduje w konkursach Formuła Student, wykorzystując projekty zainspirowane oprogramowaniem firmy Siemens PLM Software i zrównoważone podejście ekonomiczne

Kwalifikacja inżynierów gotowych do wyścigu

Nauka na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Aalen nie ogranicza się do zdobywania wiedzy teoretycznej. Aalen UAS kształci studentów, aby stali się wysoce wykwalifikowanymi specjalistami w dziedzinie cyfrowych sieci, zdrowia, e-mobilności, odnawialnych źródeł energii, fotoniki lub robotyki, których potrzebują lokalne firmy.

Aby uzyskać specjalistyczne umiejętności pożądane na rynku pracy, studenci inżynierii na Aalen UAS biorą udział w wyścigach pojazdów elektrycznych. Założony w 2009 klub E-Motion Rennteam Aalen, który zarejestrowano również jako organizację non-profit, to jeden z ponad 600 zespołów uniwersyteckich z całego świata konkurujących w 18 wyścigach z wykorzystaniem zaprojektowanych i zbudowanych od zera samochodów.

Formuła Student to największy na świecie konkurs dla inżynierów. Do wygranej nie wystarczy ukończenie określonej liczby okrążeń w najkrótszym czasie. Oprócz wyścigu przyśpieszeń, jazdy po torze w kształcie ósemki, kwalifikującego sprintu oraz 22-kilometrowego wyścigu wytrzymałościowego inżynierowie muszą zaprezentować swój samochód i omówić proces jego rozwoju. Jury złożone ze znanych osobistości ze świata motoryzacji oraz profesjonalnych wyścigów ocenia projekt i sposób produkcji, biznesplan oraz kosztorys.

Od samego początku zespół E-Motion Rennteam skupiał się na elektrycznych samochodach wyścigowych i zaprezentował swój pierwszy model w 2012 roku. W 2018 roku klub stworzył natomiast samochód do rywalizacji w klasie pojazdów samojezdnych.

— W organizacji obejmującej różne dziedziny: inżynierię mechaniczną i elektryczną, finanse i marketing studenci z różnych wydziałów współpracują, aby osiągnąć wspólny cel, radząc sobie przy tym z presją napiętych terminów oraz ograniczonych zasobów — mówi Felix Herzog, CTO zespołu E-Motion Rennteam Aalen. — Po ukończeniu nauki na uniwersytecie absolwenci są gotowi do pracy jako inżynierowie i bardzo szybko osiągają wysoką produktywność.

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.

Wysoka rotacja jako wyzwanie inżynieryjne

Na E-Motion Rennteam składa się 55 członków z różnych wydziałów Aalen UAS. Studenci inżynierii co roku projektują setki części dla każdego samochodu.

— Do 2014 roku pracowaliśmy w środowisku, które obejmowało różne systemy CAD, jednak powodowało to wiele trudności — opowiada Carolin Reichelt, dawna CEO zespołu oraz absolwentka Aalen UAS. — Studenci inżynierii musieli zapoznać się z wieloma interfejsami różnych pakietów oprogramowania, a konwersja do neutralnych formatów plików (np. STEP) oznaczała mniejszą szczegółowość modeli.

Kolejnym wyzwaniem była wysoka rotacja członków zespołu. — Wielu studentów pracuje w zespole tylko przez semestr lub dwa — przyznaje Herzog. — Muszą podzielić się wszystkim, czego dowiedzą się podczas sezonu, aby ta wiedza pozostała w zespole i była stale dostępna.

Aby studenci mogli sprostać tym wyzwaniom, zespół E-Motion Rennteam ustandaryzował wykorzystywane oprogramowanie CAD i wdrożył oprogramowanie do zarządzania cyklem życia produktu (PLM). Jego wdrożenie zostało przygotowane w ramach pracy magisterskiej, aby możliwie ograniczyć problemy podczas tego przejścia.

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

Udane projekty z wykorzystaniem NX oraz Teamcenter

Korzystając z oprogramowania NX™ od firmy Siemens PLM Software do projektowania wspomaganego komputerowo inżynierowie zespołu E-Motion Rennteam tworzą niezwykle złożone, trójwymiarowe modele swoich pojazdów. — Już od samego początku wszystkie nasze modele zawierają każdą najmniejszą śrubkę, kołnierz i opaskę kablową — zaznacza Herzog. — Te detale pozwalają uniknąć nieprzyjemnych niespodzianek podczas wytwarzania.

Do produkcji części członkowie zespołu wykorzystują uniwersytecką infrastrukturę. Sponsorzy wytwarzają wiele części obrabianych, natomiast zespół produkuje wszystkie części z tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknem węglowym w swoim własnym warsztacie.

— Doskonała jakość oraz bogactwo modeli CAD stworzonych przy pomocy NX ograniczają czas i nakład pracy niezbędne do osiągnięcia najwyższego poziomu wykonania — mówi Herzog. — Znacząco przyczynia się to do naszych sukcesów w dyscyplinach wytrzymałościowych. Do zarządzania danymi produktu oraz współpracy opartej na przepływach informacji zespół wykorzystuje oprogramowanie Teamcenter®, również od firmy Siemens PLM Software. Ten system PLM łączy ludzi oraz procesy z cyfrowym wątkiem, aby dostarczać innowacji, eliminując przy tym tradycyjne bariery między silosami funkcjonalnymi.

— Wszyscy członkowie zespołu biorą udział w procesach rozwoju samochodu wyścigowego, wykorzystując intuicyjny interfejs użytkownika oprogramowania — opowiada Herzog. — Teamcenter jest ściśle zintegrowany ze wszystkimi rozwiązaniami Siemens PLM Software, również NX, co sprawia, że możemy łatwo zarządzać procesami rozwoju, dokumentować je i śledzić w ramach wszystkich wersji, wariacji oraz modyfikacji projektu.

Aby wszyscy członkowie zespołu — również ci, którzy zajmują się nietechnicznymi zadaniami — mogli łatwo korzystać z Teamcenter, zespół E-Motion Rennteam wdrożył oprogramowanie z niezwykle uproszczoną strukturą procesów. — Dzięki temu studenci, którzy żonglują wykładami, nauką do egzaminów i pracą w zespole, mogą szybko zapoznać się ze statusem projektu, bez konieczności uczestnictwa w spotkaniach na szybkie zapoznanie się ze statusem projektu, bez potrzeby uczestnictwa w spotkaniu — dodaje Reichelt. — To ogromna oszczędność czasu, przez co Teamcenter stanowi centralne narzędzie dla wszystkich członków 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

Prognoza właściwości cieplnych oraz kosztów

Wykorzystanie Teamcenter pozwala inżynierom z E-Motion Rennteam uniknąć powtarzających się błędów. Taki sam efekt ma prowadzenie różnych rodzajów symulacji. Aby zweryfikować projekt układów chłodzenia samochodów, zespół wykorzystuje Simcenter Amesim z portfolio produktów Siemens PLM Software, aby modelować i analizować układy mechatroniczne.

— Simcenter Amesim wykorzystuje równania odzwierciedlające charakterystykę hydrauliczną, pneumatyczną, termiczną, elektryczną i mechaniczną systemu do opisu modeli — mówi Herzog. — Pozwala nam to symulować działanie układu chłodzenia jeszcze przed stworzeniem szczegółowego modelu jego całej geometrii w oprogramowaniu CAD.

Przewidywalność ma bardzo duże znaczenie w kwestii utrzymania komercyjnej sensowności projektu samochodu wyścigowego. Koszt stanowi decydujący czynnik w projekcie każdego produktu, dlatego konkurs Formuła Student wprowadził dyscyplinę skupiającą się na kosztach oraz produkcji. Podczas tego wydarzenia zespoły muszą zaprezentować i obronić pisemny raport, który omawia kalkulacje dotyczące rozmiaru pojazdu, jego komponentów składowych oraz kroków niezbędnych w produkcji.

Kierownictwo zespołu E-Motion Rennteam wdraża rozwiązanie Teamcenter® od firmy Siemens PLM Software do pracy z kosztami produktu. Oprogramowanie udostępnia platformę do tworzenia kalkulacji i zarządzania nimi, a także umożliwia wymianę danych między rozwiązaniami do planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP) oraz PLM. Kosztorysy wykorzystują metody kalkulacji oparte na szczegółowej strukturze produktu, definiują wykorzystanie materiałów oraz koszty procesu. Pozwala to różnym działom na współpracę z wykorzystaniem Teamcenter.

Po sukcesie wdrożenia Teamcenter również te kwestie zostały wsparte naukowo. Student inżynierii biznesowej, Andreas Gayer, który przez dwa lata kierował zespołem ds. raportowania kosztów w E-Motion Rennteam napisał pracę licencjacką na ten temat. Jest on odpowiedzialny za wdrożenie oprogramowania, które zwiększy szanse E-Motion Rennteam na zwycięstwo w Formule Student.

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