Storie di successo su StreetScooter

Storie di successo su StreetScooter

Elettrico, completo, elettromobile

Achim KampkerCome se il processo di sviluppo prodotto automotive non fosse già sufficientemente complesso, viene ora aggiunto il fattore "elettromobilità".

StreetScooter, un rivoluzionario veicolo elettrico che sta rapidamente prendendo forma, non si limita a introdurre una nuova tecnologia nel concept di elettromobilità. Il progetto in crowdsourcing combina la competenza e le innovazioni di quasi 30 fornitori che operano in collaborazione.

Se si chiede agli executive del settore automotive quale sia la loro principale preoccupazione, si ottiene una risposta breve ma molto eloquente:

"È complicato".

Questo è essenzialmente quanto è stato dichiarato da responsabili del processo decisionale di OEM e fornitori del settore automotive ai ricercatori dell'università RWTH di Aquisgrana, in Germania, nel corso di un sondaggio condotto alcuni anni fa. I risultati sono stati pubblicati nel report "Managing Complexity in Automotive Engineering" del 2007. Come indicato nel riepilogo, "Una gestione della complessità di livello superiore nelle discipline della gestione della varietà, della tecnologia e dei processi è un fattore chiave per garantire il successo prolungato di OEM e fornitori di primo livello".

In base allo studio, la gestione della varietà è associata all'esigenza competitiva di restare al passo con linee di prodotti in continua espansione, modifiche ai modelli più veloci e un maggior numero di varianti dei veicoli per regione. Crescere con la stessa rapidità rappresenta la complessità tecnologica delle automobili. "Oggi" ha dichiarato il professor Günther Schuh di RWTH Aachen, uno dei principali autori dello studio "Managing Complexity", "l'automobile è il risultato tanto di progettazione elettronica e software quanto di progettazione meccanica. Tutte queste aree della tecnologia devono essere integrate in modo efficiente".

Di fronte a questo rapido cambiamento a livello di varietà e di tecnologia, si sono analogamente moltiplicate le sollecitazioni per i processi di sviluppo prodotto delle case automobilistiche, sia all'interno delle aziende che tra OEM e fornitori. Non sorprende, quindi, che le aziende leader del settore automotive continuino a incrementare i propri investimenti in soluzioni PLM, gestione del ciclo di vita del prodotto.

"Il PLM è di fatto una tecnologia di supporto di importanza critica per la gestione della complessità" ha dichiarato il professor Schuh. Ne è la prova il fatto che RWTH Aachen abbia richiesto per il sondaggio "Managing Complexity" la consulenza di PTC, fornitore globale di software PLM.

"Adesso" ha aggiunto il professor Schuh "come se il processo di sviluppo di veicoli non fosse già sufficientemente complicato, le case automobilistiche possono aggiungere al resto l'elettromobilità".


Sviluppo guidato dai fornitori

Nessun paese dipendente dal settore automotive desidera restare indietro nella gara per introdurre sulle strade di tutto il mondo automobili elettriche convenienti e vantaggiose per i consumatori. Nessun altro paese avverte forse tale urgenza più della Germania, in cui oltre il 20% del PIL è direttamente riconducibile allo sviluppo, alla produzione e alla fornitura di automobili.

"Non è soltanto il desiderio di disporre di automobili ecologiche e ridurre la dipendenza dai combustibili fossili", ha dichiarato il professor Achim Kampker di RWTH Aachen. "È una questione di puro interesse economico. La nostra prosperità futura dipenderà dai veicoli elettrici".

Il professor Kampker prosegue: "Con il crescente passaggio nell'alimentazione dei trasporti dalla combustione interna all'elettricità, le case automobilistiche tedesche dovranno restare al passo in modo competitivo. Sono in gioco milioni di posti di lavoro nel settore automotive".

Oltre ad accrescere la varietà e la complessità tecnologica dei veicoli, l'elettromobilità evidenzia le potenzialità per una radicale trasformazione dei processi della produzione automobilistica. Per una nuova automobile elettrica che sta attualmente prendendo forma, il tradizionale approccio gerarchico, in cui l'OEM definisce il concept, specifica il progetto e supervisiona il lavoro assegnato ai fornitori, è stato sostituito da un approccio che può essere definito "sviluppo in crowdsourcing".

Come ha spiegato il professor Kampker, "Sono i fornitori stessi a guidare la progettazione e la produzione del veicolo. I fornitori collaborano alla pari in un'azienda virtuale".

Una sperimentazione di tale concept è costituita da StreetScooter, una nuova audace iniziativa di veicolo elettrico condotta da RWTH Aachen. Fin dall'inizio, azionisti del progetto sono 19 fornitori del settore automotive con sede in Germania, 10 dei quali uniti come unico azionista in una joint venture. Altri dieci fornitori hanno successivamente aderito come partner strategici, mettendo a disposizione le proprie competenze specializzate. Il team gestisce il progetto utilizzando strumenti PLM di PTC.

Per coordinare il lavoro dei fornitori per il veicolo è stata costituita un'entità commerciale, StreetScooter GmbH. Il professor Kampker, CEO della società, ha dichiarato: "Lo scopo di StreetScooter è rivoluzionare l'automobile elettrica e il suo sviluppo".


Concept completamente nuovi

L'obiettivo del progetto StreetScooter è creare una famiglia di veicoli elettrici per il traffico urbano che possa essere prodotta in modo efficiente da una rete di partner della supply chain senza l'esigenza di un prolungato finanziamento pubblico.

"Il governo tedesco non è direttamente coinvolto" ha dichiarato il professor Kampker "nonostante il nostro progetto sia stato altamente influenzato dall'orientamento governativo. Il piano di sviluppo nazionale per l'elettromobilità ha come scopo l'introduzione di un milione di veicoli elettrici sulle strade tedesche entro la fine di questo decennio. Ci auguriamo di aiutare il paese a raggiungere questo obiettivo".

StreetScooter è un'iniziativa regionale, principalmente concentrata in Germania e in paesi circostanti dell'Europa centrale. I partner del progetto sono prevalentemente piccole e medie imprese (PMI), piuttosto che OEM o fornitori di grandi dimensioni. "Questo" ha dichiarato il professor Kampker "significa rispettare la tradizionale dipendenza del settore tedesco da piccole aziende di proprietà familiare".

StreetScooter introduce così nuove forze sul fronte dello sviluppo di veicoli elettrici, per i quali offre inoltre una nuova strategia. Come rilevato dal professor Kampker, le principali case automobilistiche che offrono già automobili elettriche si sono finora concentrate sull'adattamento dei progetti di veicoli con motore a combustione tradizionali. "Il problema", ha spiegato, "è che la conversione di tali veicoli per la trasmissione elettrica ha determinato costi inaccettabilmente alti per la maggior parte dei consumatori, pari a circa € 10.000 per automobile".

Questi primi veicoli elettrici, inoltre, impongono dei compromessi a livello di prestazioni di guida e comfort dei passeggeri. Il solo condizionatore dell'aria causa un elevato carico aggiuntivo per le batterie dell'automobile.

"Erano chiaramente necessari concept di elettromobilità completamente nuovi" ha spiegato il professor Schuh. "Molti dei veicoli elettrici in fase concettuale finora osservati si concentrano su prestazioni di guida estreme o progettazioni eccentriche. Sono stati ignorati i requisiti di base di un'automobile per il mercato di massa".

Non è così con StreetScooter. Il team di sviluppo intende introdurre un veicolo elettrico conveniente in grado di competere con le auto compatte convenzionali in ogni area correlata a prestazioni, comfort, sicurezza e affidabilità e producibile in serie con profitto.

L'architettura di prodotto modulare di StreetScooter è essenziale per il funzionamento del concept. Le interfacce tra i moduli consentono ai fornitori di migliorare continuamente il progetto dell'automobile con le più recenti innovazioni nella propria area di specializzazione. L'aggiunta di funzionalità viene eseguita per componenti base.

Come ha dichiarato il professor Schuh, tramite questo "approccio di apprendimento" il team di StreetScooter "non solo sfrutta le più recenti tecnologie, ma scopre anche come integrarle in modo più efficiente". "L'approccio" ha aggiunto "si basa su un apprendimento interdisciplinare dinamico. Testiamo nuove forme di collaborazione e definiamo nuovi standard per lo sviluppo nel settore automotive".


Integrazione del prodotto e dei processi

L'iniziale successo del progetto sembra confermare il valore di questo stile di sviluppo distintivo. StreetScooter prevede di presentare il primo prototipo funzionale in occasione della fiera internazionale di settore IAA di Francoforte, in Germania, nel mese di settembre 2011. Altri dieci veicoli prototipo saranno introdotti sulle strade tedesche entro la fine dell'anno.

Per quanto l'iniziativa StreetScooter si stia dimostrando promettente, tuttavia, l'estesa collaborazione con i fornitori che ne è alla base ha aggiunto nuovi livelli di complessità al processo di sviluppo. "Infatti," ha dichiarato il professor Kampker "una soluzione PLM efficiente è ancora più fondamentale per il nostro successo".

Il software PTC Windchill leader di settore fornisce le risorse PLM per il coordinamento e l'ottimizzazione del lavoro dei partecipanti a StreetScooter.

Per implementare la piattaforma PLM, RWTH Aachen ha collaborato con consulenti dell'Automotive Center of Excellence di PTC, facenti parte del team di supporto iCenter dell'azienda, per esplorare i casi di utilizzo del veicolo e creare il modello di dati di base per la progettazione di StreetScooter. Ciò ha richiesto l'applicazione e l'adattamento di strutture di dati dei veicoli pronte per l'uso. È stato così ottenuto un prototipo digitale completo del concept di StreetScooter, dall'interno all'esterno, comprendente motore, trasmissione, sospensione e pneumatici dell'automobile.

Il team di StreetScooter utilizza una piattaforma PLM basata sulla tecnologia PTC Windchill per definire ruoli e diritti di accesso dei fornitori nel progetto e tenerne traccia. Le applicazioni PLM sono incentrate sulla gestione delle modifiche e della distinta base. In caso di richiesta di modifica, tutte le parti coinvolte possono immediatamente osservarne l'impatto indipendentemente da dove viene riscontrato nel progetto. Le innovazioni in un'area sono immediatamente correlate ad altre. I fornitori utilizzano il software PTC Creo View MCAD per visualizzare questi effetti.

La piattaforma PTC Windchill gestisce tutti i dati di prodotto indipendentemente dal software CAD utilizzato dai fornitori. "È realmente un ambiente di gestione dati multi-CAD" ha affermato il professor Kampker. "Questo ci consente di distribuire i silos tra progettazioni meccaniche, elettriche e software. L'intero veicolo viene sviluppato con un'integrazione uniforme di tutte e tre le discipline".

Ancora più ambiziosa è stata forse l'iniziativa del team di sviluppo di StreetScooter di sfruttare il PLM per ottenere una più stretta integrazione delle decisioni di progettazione e di produzione, che crea nuove importanti possibilità per il veicolo.

Come ha spiegato il professor Kampker, "In passato, molte decisioni di progettazione nel settore automotive erano basate sulle dimensioni dei lotti. Alcune tecnologie potevano quindi essere applicate soltanto se venivano raggiunte determinate quantità di produzione. Il PLM, tuttavia, ci consente di esplorare tutte le alternative".

Come prova, il professor Kampker ha citato il seguente esempio: "Utilizziamo gli strumenti PLM per provare l'utilizzo di componenti tubolari con struttura reticolare spaziale, la cui produzione risulta meno costosa rispetto alle tradizionali parti imbutite e stampate. Finora, tuttavia, la tecnologia sembrava limitata alla produzione di motocicli in lotti di piccole dimensioni".

Per quanto riguarda l'impatto su StreetScooter, "L'utilizzo di strutture reticolari spaziali ci consentirà di mantenere per l'automobile un prezzo conveniente" ha dichiarato il professor Kampker.

Sviluppo senza precedenti

Da quasi tutti i punti di vista (prodotto, produzione e processo), StreetScooter rappresenta uno sviluppo di nuovi veicoli senza precedenti. L'eccezionale estensione della collaborazione introduce un livello di complessità particolarmente elevato. I partner partecipanti, tuttavia, sembrano all'altezza della sfida e tale fiducia deriva dall'utilizzo intelligente del PLM.

Il professor Kampker ha riepilogato: "Abbiamo posto le basi per le funzioni intelligenti di progettazione e di processo essenziali per il successo a lungo termine del nostro progetto. Il PLM fornisce un'unica fonte di dati e conoscenze per tutte le parti coinvolte nella realizzazione di StreetScooter".

Achim KampkerAs if the automotive product development process needed to get any more complex, now add the "electromobility" factor.

StreetScooter – a revolutionary electric vehicle rapidly taking shape – not only puts a new technological charge into the electromobility concept, its crowdsourced design blends the expertise and innovations of nearly 30 collaborating suppliers.

Ask automotive executives what keeps them up at night and you shouldn't be surprised to hear this brief, but very telling reply:

"It's complicated."

That, in essence, is what decision-makers from automotive OEMs and suppliers told researchers at RWTH University in Aachen, Germany when surveyed a few years ago. Findings were published in the 2007 report "Managing Complexity in Automotive Engineering." The executive summary puts it this way: "Superior complexity management in the disciplines of variety management, technology management, and process management is a key to ensure sustained success for OEMs and tier-one suppliers."

Per the study, variety management refers to the competitive demand to keep up with ever-expanding product lines, faster model changes, and more vehicle variations by region. Growing just as quickly is the technological complexity of the cars. "The automobile today," says RWTH Aachen Professor Guenther Schuh, a lead author of the "Managing Complexity" study, "is as much the result of electronic and software engineering as it is a mechanical design. All three areas of technology must be efficiently integrated."

In the face of such rapid varietal and technological change, the stresses on automakers" development processes – both within companies and among OEMs and suppliers – have similarly multiplied. It can be little surprise, then, that the automotive industry's leaders continue to up their investments in product lifecycle management (PLM) solutions.

"PLM is, in fact, a critical enabling technology for complexity management," says Professor Schuh. The sure evidence: RWTH Aachen enlisted PTC, the global provider of PLM software, to advise on the "Managing Complexity" survey.

"And now," Professor Schuh adds, "as if the vehicle development process needed to get any more complicated, automakers can toss 'electromobility' into the mix."


Supplier-driven development

In the race to bring fleets of affordable, consumer-friendly electric cars to the world's roads, no automotive industry-dependent country wants to fall behind. And perhaps no single nation feels this urgency more than Germany, where over 20% of GDP directly traces to automobile development, production, and supply.

"It is not just the desire to have environmentally friendly cars and reduce dependency on fossil fuels," says Professor Achim Kampker, also of RWTH Aachen. "It is a matter of pure economic interest. Our future prosperity will depend upon electric vehicles."

Professor Kampker continues: "As transportation power increasingly shifts from internal combustion to electricity, it will be incumbent upon German automakers and suppliers to stay ahead competitively. There are literally millions of automotive jobs at stake here."

Electromobility not only adds to vehicle variety and technological complexity, it also shows the potential to transform automaking processes fundamentally. For a new electric car now taking shape, the traditional hierarchical approach – in which the OEM defines the concept, specifies the project, and oversees the work assigned to suppliers – has given way to what may best be described as a crowd-sourced development.

Professor Kampker explains, "It is the suppliers themselves who are driving the vehicle's design and production. They are collaborating as peers in a virtual enterprise."

The experimental laboratory for this concept is StreetScooter, a bold new EV initiative led by RWTH Aachen. From the start, 19 Germany-based automotive suppliers have been stockholders in the project –10 of them combined as a single stockholder in a joint venture. Ten other suppliers have since signed on as strategic partners, lending their own specialized expertise. The team manages the project using PLM tools from PTC.

A commercial entity, StreetScooter GmbH, has been formed to coordinate the suppliers' work on the vehicle. Professor Kampker is the company's CEO. He says, "StreetScooter sets out for nothing less than to revolutionize the electric car and its development."


Clean-sheet concepts

The StreetScooter project's goal is to create a family of electric vehicles for urban traffic that can be effectively produced by a network of supplychain partners without the need for sustained government funding.

"The German government is not directly involved," Professor Kampker says, "though our project has been highly influenced by government direction. The National Development Plan for Electromobility aims to put one million electric vehicles on Germany's roads by the end of this decade. It is a goal we hope to help the country meet."

StreetScooter is a regional initiative, mainly focused in Germany and surrounding Central European nations. The project's partners are mostly SMBs (small and medium-sized businesses), rather than OEMs or major suppliers. "This," says Professor Kampker, "is in keeping with German industry's historical reliance on small family-owned enterprises."

StreetScooter thus brings new forces to the front lines of EV development; it also offers a fresh EV strategy. As Professor Kampker notes, major automakers already offering electric cars have to date focused on adapting the designs of conventional combustion-engine vehicles. "The problem," he says, "is that converting these vehicles to electric drive trains has demanded cost premiums unacceptably high to most consumers – about €10,000 per car."

Plus, driving performance and passenger comfort remain compromised in these early EVs. Air conditioning alone places heavy additional load on the cars' batteries.

"New clean-sheet electromobility concepts are clearly required," says Professor Schuh. "But many of the concept EVs we have seen to date focus on extreme driving performance or eccentric designs. They have ignored the basic requirements for a mass-market car."

Not so with StreetScooter. Its development team seeks to introduce an affordable electric vehicle that can compete with conventional compact cars in every area of performance, comfort, safety, and reliability – and that can be serially produced at a profit.

StreetScooter's modular product architecture is key to making the concept work. Interfaces between modules let suppliers continually enhance the car's design with the newest innovations in their areas of specialty. They add features in building-block style.

Through this "learning approach," says Professor Schuh, the StreetScooter team "not only leverages the latest technologies, but also discovers how to better integrate them." He adds, "Learning builds upon learning in a dynamic, interdisciplinary way. We are testing new forms of collaboration and setting new standards for automotive development."


Product & process integration

The project's early momentum appears to bear out the value of this distinctive development style. StreetScooter is on target to unveil its first functional prototype at the International Motor Show (IAA) in Frankfurt, Germany in September 2011. Ten more prototype vehicles should be on German roads by the year's end.

Yet, as promising as the StreetScooter initiative is proving to be, the widereaching supplier collaboration at its heart has added new complexity to the development process. "If anything," says Professor Kampker, "effective PLM is even more central to our success."

Industry-leading PTC Windchill software provides the PLM resources for coordinating and streamlining the work of the StreetScooter's contributors.

To put the PLM platform in place, RWTH Aachen worked with consultants in PTC's Automotive Center of Excellence – part of the company's iCenter support team– to explore use cases for the vehicle and build the basic data model for the StreetScooter's design. This involved applying and adapting out-of-the-box vehicle data structures. What has resulted is a complete digital prototype of the StreetScooter concept, from interior to exterior and including the car's engine, powertrain, suspension, and tires.

The StreetScooter team uses a PLM platform powered by PTC Windchill technology to define and keep track of suppliers' access rights and roles in the design project. PLM applications center on BOM and change management. When there is a change request, all involved can immediately see the impact, wherever it is felt in the design. Innovations in one area instantly relate to others. Suppliers use PTC Creo View MCAD software to visualize these effects.

The PTC Windchill platform handles all product data, regardless of what CAD software the suppliers use. "It is a true multi-CAD data management environment," says Professor Kampker. "This lets us break down the silos between mechanical, electronic, and software designs. We are developing the full vehicle with smooth integration of all three disciplines."

Perhaps even more ambitiously, the StreetScooter development team has looked to PLM to help tighten their integration of product design and production decisions. This is creating significant new possibilities for the vehicle.

Professor Kampker explains: "Traditionally, many automotive designdecisions have been based on batch sizes. That is, some technologies could apply only if particular levels of production quantity were reached. But PLM lets us explore every alternative."

As evidence, Professor Kampker cites this example: "We are using the PLM tools to help prove out our use of tubular space-frame components. These are less expensive to produce than traditional stamped and molded parts. However, until now, the technology seemed limited to small-batch motorcycle manufacturing."

The impact on StreetScooter: "Using space-frames should help us keep the car's price affordable," says Professor Kampker.

A development like no other

From practically every perspective – product, production, and process – StreetScooter is a new vehicle development like no other. Its exceptionally wide field of collaboration brings an especially high level of complexity. Yet the contributing partners seem more than up to the challenge. Confidence stems from their smart use of PLM.

Professor Kampker sums it up: "We have built the foundation of design and process intelligence essential to our project's long-term success. PLM provides the knowledge base – a single source of truth – for all who share in bringing the StreetScooter vision to life."