Projektowanie i konstruowanie samochodu z wykorzystaniem SOLIDWORKS – zobacz Case Study

Politechnika w Bahrajnie otworzyła swoje podwoje w 2008 roku dla około 200 studentów fundacji, z misją zapełnienia luki na rynku pracy Bahrajnu absolwentami praktycznych kierunków zawodowych i technicznych. Obecnie uczelnia ta kształci ponad 2000 studentów, korzystając z programów opracowanych przy udziale miejscowego przemysłu, który potrzebuje utalentowanych i wykształconych profesjonalistów. Program studiów inżynierskich I stopnia w dziedzinie technologii inżynieryjnej (mechanicznej) stworzono, aby zaspokajać obecne potrzeby przemysłu wytwórczego w Bahrajnie, jak również te, które pojawią się w przyszłości. Program inżynierii mechanicznej ma realizować ten cel poprzez zastosowanie „stopniowego” podejścia, opartego na rozwiązywaniu problemów.

Wykładowcy Politechniki w Bahrajnie chcieli, aby studenci zaprojektowali i skonstruowali samochód w ramach projektu zaliczeniowego na trzecim roku. Projekt miał się przysłużyć podtrzymaniu zainteresowania studentów i zmotywowaniu ich do nauki. Ostatecznie projekt zapewnił studentom cenne doświadczenie i pozwolił im nabyć podstawowe umiejętności oraz wiedzę wymagane w przemyśle. Co więcej, poprzez nieznaczną modyfikację wymagań „klienta”, ten sam kurs można było powtarzać w kolejnych semestrach — z różnymi rezultatami. Studenci mogli być przykładowo poproszeni o zaprojektowanie samochodu sportowego, wyścigowego albo typu „buggy”.

Wraz z rozwojem projektu studenci zadawali pytania dotyczące używanych metod i opcji projektowych, wybranych przez producenta. Kiedy projekty stały się bardziej konkretne, rozważali ograniczenia takie jak koszty, dostępność materiałów i możliwość wyprodukowania, ramy czasowe i dostępne maszyny. Na przykład w przypadku przedniego zawieszenia zastosowano następujące cele edukacyjne, które połączono w jedno, multidyscyplinarne zadanie:

• Wyjaśnij, dlaczego komponenty i materiały się nie sprawdzają i jak można bezpiecznie zastosować naprężenia

• Użyj odpowiednich metod łączenia materiałów podczas składania • Przeanalizuj skutki obciążenia wywieranego na człon

• Przeanalizuj złożone napięcia i naprężenia oraz umiejscowienie podstawowych płaszczyzn naprężeniowych i koncentracji naprężeń w materiale

• Oceń konstrukcję inżynieryjną

Studenci badali alternatywne wymogi z perspektywy konstrukcji, geometrii, materiału i produkcji. Dokonywali odpowiednich wyborów na podstawie następujących właściwości: kąt pochylenia koła, wyprzedzenie sworznia zwrotnicy, kąt zataczania koła, środek obrotu, nachylenie osi skrętnej i geometria układu kierowniczego. Następnie projektowali poszczególne elementy, podając obliczenia które dowiodły, że dobrano właściwe materiały dla komponentów, wsporników i mocowań poprzez określenie obciążeń wywieranych na poszczególne komponenty z uwzględnieniem również odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa (FoS).

Studenci obliczali te obciążenia, korzystając z szacunkowej masy, środka ciężkości i spodziewanych sił generowanych przy przyspieszaniu, hamowaniu, skręcaniu oraz uderzaniu w przeszkodę. Obliczali siły i spodziewane naprężenia w materiale, a następnie ręcznie je sprawdzali. Wartości uzyskane w drodze symulacji (na przykład naprężenie zredukowane wg Misesa czy ugięcie) były porównywane z wartościami obliczonymi ręcznie w celu potwierdzenia (lub obalenia) poprawności doboru materiału czy konstrukcji. Pozwoliło to studentom stwierdzić, gdzie koncentracje naprężeń uwidocznione przez platformę SOLIDWORKS były zasadne lub akceptowalne, a także zweryfikować zarówno wstępne ustalenia, jak i łączne skutki, jakie spodziewali się zaobserwować w układach.

Kiedy projekty były bardziej kompletne, pojazd zaczynał istnieć, przekształcając się z zestawu osobnych komponentów w gotowy wyrób. Po udanym przetestowaniu komponentów zawieszenia zamontowano je w podwoziu. Prace trwały dalej, aż do zmontowania całego pojazdu (po wcześniejszym przetestowaniu wszystkich ważnych komponentów i zweryfikowaniu ich przydatności zarówno przez studentów, jak i klientów). Po tym, jak każdy z komponentów ukończył cykl projektowania (badania, synteza, analiza, optymalizacja i uzasadnienie), studenci zaczęli produkcję zawieszenia, podwozia i układu kierowniczego.

Udało im się samodzielnie zrealizować ten projekt, choć ze wskazówkami i podpowiedziami wykładowców. Było to dla nich ciekawe doświadczenie, dzięki któremu dowiedzieli się, że nie każdy aspekt projektowania w środowisku SOLIDWORKS da się bezpośrednio przełożyć na rzeczywiste rozwiązanie. Studenci musieli zmieniać projekty komponentów lub konstrukcji, dopasowując je do oprzyrządowania, mocowań czy ograniczeń produkcyjnych. Rozwiązywanie problemów, praca zespołowa i wykazywanie się inicjatywą to umiejętności, których studenci będą później potrzebować, aby odnieść sukces w przemyśle.