バウマンカで自動車を組み立てた方法：学生チームがPLMテクノロジーを必要とした理由

みなさんこんにちは！ N. E. Baumanにちなんで名付けられたモスクワ州工科大学で、E2部門「ピストンエンジン」で勉強しています。 この記事では、 Formula SAEに参加して得た結論-学生チームがフォーミュラタイプのレーシングカーを作成するための国際エンジニアリング競技会、および彼らがデジタルデザインに切り替えることにした理由についてお話したいと思います。 現在、私たちの研究室では、車が組み立てられている製品ライフサイクル管理システム（Product Lifecycle Management、PLM）を紹介し始めています。 最初の段階はトレーニングであり、 LANITはこれを支援します。 私たちの経験は、同様のタスクに取り組んでいる、またはフォーミュラSAEに参加するために大学チームを集めたい技術専門分野の学生、およびすでにデジタル設計への切り替えを考えている小さな設計局にとって有用です。







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木製の車からレーシングカーへ

フォーミュラSAE、つまり「フォーミュラスチューデント」の歴史は40年近く前にさかのぼります。 1978年にテキサス州の自動車技術者協会 （SAE）によって組織された学生レーシングカーの設計競技は、地理を大幅に拡大しました。







今日、米国に加えて、フォーミュラSAEの公式ステージがオーストラリア、ブラジル、イタリア、イングランド、日本、オーストリア、ドイツで開催されています。 最後の2つは、私たちにとって最も興味深いものです。 第一に、自動車産業はここで活発に発展しているため、設計と生産に対する新しいソリューションとアプローチが生まれています。 第二に、フォーミュラSAEでの選択が最も厳しいです。 誰もが一種の資格に合格します。規制に関する知識のテストに合格し、エンジニアリングの問題を解決します。 タスクを正確かつ迅速に完了したチームは、ステージに参加できます。 これにより、高レベルの競争が保証されます。 ドイツはヨーロッパの一種の「フォーミュラ学生」センターになりました。







Formula Student Germany2016。世界中の113チーム



2012年にBauman Racing Teamプロジェクトを開始したとき、ロシアには3つのチームしかありませんでした。 今日は30以上あります。 それらの半分は既製の車を持っています。 比較のために、ドイツには車で70以上のチームがあります。 スポンサーを見つけることができないため、また、フォーミュラスチューデントがなぜ必要なのか、学生が参加できる理由を理解していないため、スポンサーを見つけることができないため、車を製造しません。

学生がFormula SAEで取得する経験

• プロのエンジニアとの協力。
• 知識を実践する：生徒はレーシングカーのすべてのコンポーネントを自分で収集します。
• 最も大胆なアイデアの実装：競争ルールにより、オリジナルの著者のモデルを作成できます。
• 本格的な設計局の仕事の枠組みでの協力（これは「フォーミュラ学生」の存在の主な考えと考えることができます）。
• 他の大学や国の学生との経験の交換。
• 自動車メーカーへのインターンシップへの招待を受け取る機会。
• プロジェクト資金調達の経験。

バウマンレーシングチームについて

フォーミュラSAEに参加するというアイデアは2012年に生まれ、私たちはすぐに学長の承認を得ました。 そこで、バウマンレーシングチームが登場しました。 当時、チームはすでにモスクワ自動車道路州立大学（MADI）、モスクワ工科大学、ロシア人民友好大学に存在していました。 チームの作成の詳細は、 Geektimesの記事「 Bauman Racing Team-A Taste of Speed History 」にあります。 私たちの車の主要なコンポーネントの説明もあります。 この記事では、主にバウマンレーシングチームの技術的側面と、国際ステージに参加した後に得られた結論に焦点を当てます。



私の将来の職業はエンジンの構築に関連しており、プロジェクトでは、フォーミュラSAE規制に特定の要件があるエンジンの取り扱いを始めました。 独自のバージョンを作成することは許可されていますが、このソリューションは学生にとって複雑であるため一般的ではありません。 私たちのエンジンには、2年目に作成されたルーツドライブコンプレッサーとドライサンプシステムという独自の特性がありました。 私の仕事は、このシステムを3台目のマシン用に改良することでした。 テストを実施し、その結果に基づいて詳細を変更しました。



この車は、SolidWorks、Ansys、Matlab、OptimlaMapソフトウェアを使用して設計されました。 初年度はこのセットで十分でしたが、大学には十分なライセンスがありました。







最初のボディキットオプションの1つに関するAnsysの空力研究







SolidWorksインテークマニホールド3Dモデルと実際の印刷パーツ



多くの仕事があり、経験はほとんどありませんでした。 その結果、私たちは分解された車でイタリアに行きました...







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車の技術的要件

エンジン

それは、4サイクルの熱サイクルを備えたピストンでなければならず、その作動体積は710 cm ^3を超えません。 ガソリンエンジンの場合は20 mm、エタノール燃料エンジンの場合は19 mmを超えないコンプレッサーの前に、スロットルの下流に円形断面リストリクターを取り付ける必要があります。 ドライバーとターボチャージャーは許可されています。 液体冷却。



ペンダント

サスペンションの最小移動距離は50 mmです。 最小ホイールベースは1525 mmです。



空力

チームの半数以上が高度な空力パッケージを使用しています。



重さ

重量を制限するためのルールはありません。 通常、平均的なマシンの重量は230 kgを超えません。 2009年には、燃費ポイントの重要性が（全体的な分類で）増加し、これが軽量化の傾向を決定しました。 現在、チームは4気筒、2気筒、または単気筒のエンジンを好みます。 重量を減らして燃料消費を減らすために、チームは単気筒エンジンに切り替えています。



安全性

車には次のものが必要です。指定された厚さと合金のフレーム。 試験済みのエネルギー吸収体; 2つの油圧ブレーキ回路とシートベルト。 キャブ内のドライバーの位置は、幾何学的パターンに適合している必要があり、機器は国際自動車連盟（FIA）によって公認されている必要があります。

屋内キッチンフォーミュラSAE

主催者は、私たちの荷物を考慮して、一晩でこの「デザイナー」から本格的な車を組み立てることはできないと確信していました。 多くの人が時間を無駄にしないことを勧めました。 しかし...







疲れ知らず



朝までに、私たちの車は技術検査に提出されました。その間、審査員は要件を満たしているかどうかを確認しなければならず、計算の正確さと決定の妥当性を証明しなければなりませんでした。

技術検査段階

• 技術検査。 車、追加機器、ドライバーの機器を確認します。
• 傾斜したテーブルでテストします。 車は燃料と作動液の漏れを防ぐために45度横に傾けられています。 さらに、横方向の傾斜に対する抵抗がチェックされ、傾斜角度が60度に増加します。
• 騒音レベルの確認。
• ブレーキシステムのテスト。 主な条件は、ブレーキをかけるとき、すべての車輪をブロックしなければならず、車が動線を変えてはならないことです。

チェックの結果に基づいて、トラックにアクセスしたい場合に対処する必要があるコメントの半分のシートを受け取りました。 二日目、私たちはもう一度車を完全に行きました。 ちなみに、これは非常にまれなケースであり、誇りに思うものがあります。



その結果、私たちは動的な分野に認められました。 エンジニアが機械を準備している間、静的な分野に携わる人たちは、ビジネスプランとコストレポートを擁護しました。 割り当ての条件に従って、1000台の自動車を生産する必要があり、その価格は部品のコストに応じて計算され、自動車の組み立てに取り組みます。 基準は、生産コストに影響する最小の詳細を含む標準テーブルから取得されます。 チームは以前の車の部品を使用できるという事実にもかかわらず、価格レポートには新しい部品の価格が含まれています。 言い換えれば、自社生産のコストが削減された場合でも、完全な計算が提供されます。 これは、将来の技術者にとっては良い習慣です。



価値レポートを保護した後、チームはビジネスプランを示します。 割り当てによると、私たちは新しい車を開発し、その成功した生産のために、投資家として行動する自動車業界の裁判官-専門家の前で事業計画を保護しなければなりません。 開発されたビジネスプランの完全性と魅力を評価します。



私の意見では、この段階に続いて最も興味深いのは動的な競争です。 ここでは、実際の条件で、ラボで作成および計算されたすべてが詳細にチェックされます。

動的競争 -一連のレース：

• 停止から75 mの距離までの加速。
• G8タイプのトラックで横方向の過負荷で移動する車両の能力がチェックされる操縦性;
• 精密制御（要素のセットの実行）のために、長さ約800 mの閉鎖された高速道路に沿ったしばらくの2周運転。
• クローズドトラックに沿って22 kmの個別のスタートを持つ耐久レース。レースの途中でパイロットの変更が義務付けられています。

フォーミュラSAEの場合、車の半分未満がフィニッシュラインに到達すれば正常です。 リーダーもレースを離れることができます。 そして、私たちの最初のレースカーはフィニッシュラインの前に壊れました。 駆動軸の転がり、ブレーキおよび燃料システムの問題...設計上のエラーが原因で故障が発生したり、通常の結婚が原因で故障したりしました。







過熱によるピストンの故障。 ドイツ、2016







時には、より壮大な問題が発生します。 平均して、ステージごとに1〜2台の車が点灯します。 幸いなことに、私たちの車は一度だけ燃えましたが、これらはテストでした



2015年には、私たちの車は29台のラッキーな車のうちの1台でした（合計71台の車が発売されました）。 フォーミュラSAEの勝者は、可能な1000ポイントの中で最も得点するチームです。









重要なことは、「Formula Student」は包括的な分類であるということです。 たとえば、あなたが耐久レースで最初であり、ビジネスプランのプレゼンテーションで最後である場合、ほとんどの場合、勝者にはなりません。 とにかく経験が得られますが。







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数シーズン後に何を理解するか

1. 20人以上が車で作業しており、コミュニケーションレベルとソフトウェアレベルの両方で関係があります。



最近まで、通常のDropboxを使用していました。 ファイルホスティングは、コラボレーションを意味するものではありません。 バージョン管理も、ファイルを操作したユーザーに関する統計もありません。 その結果、物理レベルでエラーが発生しました。ファイルを保存した後、チームの他の誰かが同じ名前でファイルを保存し、「書き込み」ボタンを選択すると、作成したファイルが完全に消えます。 そして、多くのそのような状況があります。 チームワークの技術的な問題を解決するために、いくつかのソフトウェアオプションを試し、最終的に決定しました-PLMを実装する必要があります。



PLMテクノロジーへの移行は、データ管理システム（製品データ管理、PDM）の使用を意味し、誰が働いたのか、どのような変更が行われ、現在どのような特定の状態にあるのかに関する情報を提供します。 PDMシステムでは、最初に自動車に必要なすべての要件を設定することもできます。これにより、自動車の設計とジオメトリの確認だけでなく、リアルタイムでの関連性の維持も可能になります。



PLMテクノロジを実装するための主なアイデアの1つは、全員がモデル全体に​​関連して作業し、各エンジニアが他のエンジニアの作業を見ることです。 この設計アプローチにより、必要な変更をすばやく行うことができます。 設計されたすべてのファイルは、「リンク」によって最終アセンブリにリンクされます。 同時に、プロセスがより自動化されるため、変更に必要な時間が大幅に短縮されます。



最終的なアセンブリの結果は各プロジェクト参加者の作業に依存するため、PLMテクノロジーの実装はまさに私たちが目指したコラボレーションの一種です。 もちろん、5人のチームではこれは不要かもしれませんが、私たちの場合、20人が2交代で車で作業する場合、PLMシステムが必要です。



2.設計された部品はほこりを集めず、製造する必要があるため、さまざまな企業と連携します。 適切な設計文書が必要です。



コンピューター支援設計（CAD）の市場は飛躍的に成長しました。最初は鉛筆と紙、次に電子カルマンがありました。 次の段階は、ボール、立方体などのプリミティブによる3次元モデリングの手段です。 最も単純なツールを使用して、3次元モデルを構築することができました-図面を視覚化します。



現在、3次元モデルが重要であるだけでなく、関連データの単一のソースである段階にあります。 以前は、オブジェクトを作成する方法が理解されていなかったため、3Dモデルを使用して図面を作成していました。3Dの寸法線、吹き出し、粗さはありませんでした。 モデル自体はそうでしたが、それを作ることは非現実的でした。 これで、必要な情報を3次元モデルに適用できるようになりました。これにより、数値制御を備えたマシンで生成できるようになります。 もちろん、図面は必要に応じて作成できますが、ソースではなく現在のモデルからキャストするだけです。



3.車は設計プロセス中に変更され、時には非常に深刻です。正しいことは可能な限り維持し、間違ったものは迅速に修正する必要があります。



市場のPLMシステムのオプションを検討した結果、TeamCenterと連携してSiemens NX製品に決定しました。 すべてのファイルをインテリジェントに保存し、それらにすばやくアクセスできます。 車は時間通りに作らなければならないので、チームのリーダーシップはさまざまなエンジニアの仕事を管理するために重要です。 開発者がより速く変更を加えることができるほど、チーム全体の作業が速く進みます。



4.時には「バックアップ計画」が必要になりますが、ある時点で、PLMは単なる文字の組み合わせではなく、真のニーズであることに気付きました。



PLMシステムでどのように連携するかを既に学習しており、要件と構成管理技術を研究しています。 その後、実装プロセスに移りましょう。 これは、実装が複数の段階で行われる企業と同じとは言えません。 私たちの場合、LANITは専門的なトレーニングコースを提供し、得られた知識に基づいて、私たちの研究室でPLMシステムを独自に実装します。



わずかなクラスしか行われなかった今、PLMテクノロジーに切り替えると、自動車の設計時間を短縮し、必要に応じて構造の再設計プロセスを簡素化できることは明らかです。 また、大学のモダンなデザイン局で働くことを学ぶことも重要です。 これにより、PLMテクノロジーを使用する企業の実際の作業に迅速に適応することができます。



次の記事では、デジタルデザインテクノロジーへの移行の経験について詳しく説明します。



vsテキストvsevolod_grigorevの共著者