ORACLE RED BULL RACING SỬ DỤNG NX CAD ĐỂ THIẾT KẾ XE ĐUA CÔNG THỨC 1

 

Oracle Red Bull Racing là đội đua xe F1 đã chạy đua được 18 năm, trong suốt thời gian đó họ đã hợp tác với Siemens Digital Industries Software. Ngay cả khi trước đó họ là Red Bull với tư cách là Jaguar Racing và Stewart Grand Prix, đội đua có trụ sở tại Vương quốc Anh, thì họ cũng đã sử dụng phần mềm của Siemens như NX CAD để thiết kế những chiếc xe Công thức 1 của họ.

Vào năm 2022, Oracle Red Bull Racing đã giành được 2 giải vô địch về World Driver (với Max Verstappen là tay đua) và World Constructors. Tại cuộc đua đầu tiên của mùa giải năm 2023 tại Guft Air Bahrain Grand Prix, họ đã giành được vị trí dẫn đầu và thứ hai, tương ứng với hai tay đua là Max Verstappern và Sergio “Checo” Perez. Bên cạnh đó, vào ngày 19 tháng 03 năm 2023 tại Grand Prix Ả Rập Saudi, họ cũng giành được 2 giải thưởng tương ứng.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đề cập đến cuộc trò chuyện giữa đội ngũ Siemens với Daniel Watkins – Trưởng bộ phận CAD & PLM của Oracle Red Bull Racing về cách họ sử dụng NX CAD để thiết kế xe F1. Ngoài ra, chúng tôi còn đưa ra các lý do đội đua này tin tưởng vào Siemens NX và những thách thức mà họ phải đối mặt trong việc thiết kế và cải tiến xe cũng như tầm quan trọng của bản sao kỹ thuật số trong việc hoàn thiện chúng.

Thiết kế xe Oracle Red Bull F1

Quá trình thiết kế của nhóm là một vòng lặp nhiều lần và thường được bắt đầu bằng một ý tưởng từ  góc độ khí động học. Tiếp đó, họ mô phỏng nhiều biến thể của khái này trong NX CAD. Việc lặp lại các mô hình 3D trong NX giúp họ xác thực ảo khí động học của ô tô bằng cách sử dụng quy trình tính toán động lực học chất lỏng (CFD).

Dựa trên kết quả mô phỏng, một mô hình với tỷ lệ 60% sẽ được sản xuất để thử nghiệm trong ống gió (wind tunnel) nhằm so sánh với mô phỏng CDF. Cuối cùng, một chiếc xe kích thước đầy đủ sẽ được chọn dựa trên phân tích các thử nghiệm trước đó để thực hiện trong NX. Việc sử dụng các công cụ ảo từ nền tảng Siemens Xcelerator để phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và xác thực các bộ phận nhằm đảm bảo độ bền và khả năng tồn tại lâu dài trên đường đua.

Sau nhiều vòng thử nghiệm và mô phỏng, các bộ phận của xe với kích thước đầy đủ được đưa vào sản xuất và thử nghiệm, việc này giúp xác minh chúng có khớp với xác thực ảo của FEA hay không Nếu bộ phận vượt qua thử nghiệm, chúng sẽ được sản xuất và tích hợp vào F1.

Ngoài ra, các bộ phận này sẽ được hoạt động lần đầu tiên trong một buổi thực hành, đây là nơi đội ngũ kỹ thuật hiểu rõ cách chúng hoạt động và họ có thể so sánh chúng với các mô phỏng CFD và FEA đã chạy trước đó. Trong trường hợp kết quả tốt, xe được đưa ra trường đua, còn kết không đạt thì đội ngũ sẽ phải lặp lại quy trình này trong suốt mùa giải.

Các công cụ phần mềm Siemens sử dụng trong thiết kế xe đua F1

Bên cạnh phần mềm NX CAD, đội ngũ Oracle Reb Bull Racing còn sử dụng các giải pháp khác từ nền tảng Siemens Xcelerator như NX for manufacturing và Teamcenter.

Theo Daniel: “Sức mạnh đội ngũ kỹ thuật của họ là thiết kế và sản xuất các chi tiết composite. Trong vài năm qua, họ đã sử dụng Fibersim trong NX để thiết kế và thúc đẩy quá trình sản xuất các bộ phận composite. Bằng việc sử dụng máy chiếu lớp laze, Fibersim đã giảm đáng kể sự biến đổi do quy trình thủ công, tiết kiệm vật liệu và tăng hiệu quả. Với sự hợp tác giữa Fibersim và Teamcenter đã giúp rút ngắn thời gian từ 4 ngày thủ công thành 10 phút máy móc.

Tính mở trong kiến trúc và tính linh hoạt của công cụ Siemens giúp thúc đẩy năng suất của các kỹ sư. Daniel ước tính rằng đã có sự cải thiện từ 30% trở lên đối với các bộ phận chính trong quy trình sản xuất và việc sử dụng các công cụ mở của NX cho phép quy trình được thực hiện nhanh hơn một năm và gấp 6 lần so với thời gian thủ công.

Bên cạnh đó, cả hai cải tiến này đều giúp lùi thời gian thiết kế để các chi tiết tốt hơn cho xe bằng cách lặp lại nhiều hơn. Chính vì thế, họ phải rút ngắn thời gian thực hiện thử công hoặc tìm cách làm viêc trong các công cụ để có thể dành nhiều thời gian hơn cho kỹ thuật và thiết kế.

Vai trò của bản sao kỹ thuật số trong quá trình thiết kế xe

Daniel cho biết: “Chúng tôi có một quy trình kỹ thuật số chạy từ ý tưởng đến đường đua và quy trình này phụ thuộc vào bản sao kỹ thuật số của xe”. Bản sao kỹ thuật số phù hợp với các quy trình tại Oracle Reb Bull Racing, từ xác thực ảo với CDF đến FEA cũng như xác thực các đường dẫn công cụ. Với mô hình ảo của xe, những người tại đường đua có thể nhìn thấy chiếc xe trước khi nhìn thấy mô hình thực tế.

Tiếp đến, chiếc xe thực sẽ cung cấp dữ liệu về cách nó chạy trong suốt cuộc đua cho đội ngũ và thông tin này được sử dụng để thay đổi những gì người lái xe cần làm khi họ chạy vòng quanh đường đua. Ngoài ra, dữ liệu này còn được đưa vào Teamcenter trong quá trình chạy đua. Khi dữ liệu được đưa vào thế giới kỹ thuật số, các thông tin được đẩy ra cho những người liên quan nhằm ra quyết định nhanh chóng vào đúng thời điểm.

Những thách thức lớn khi thiết kế xe F1

FIA là cơ quan quản lý của môn thể thao này, họ đưa ra các quy tắc cho mỗi mùa giải từ 1 đến 6 tháng trước khi bắt đầu quá trình thiết kế. Khi FIA đưa ra các quy tắc, nhóm của Red Bull sẽ làm việc để đổi các quy tắc thành hình học và hình dung các quy tắc và giới hạn đó trong thế giới kỹ thuật số 3D. Tiếp đến, các kỹ sư có thể nhận thức được khi đưa ra các ý tưởng cho chiếc xe.

Bên cạnh đó, FIA cũng thực thi giới hạn chi phí, điều này yêu cầu Oracle Reb Bull Racing phải phụ thuộc nhiều vào bản sao kỹ thuật số và xác thực kỹ thuật số. Bộ công cụ tích hợp của giải pháp Siemens Xcelerator cho phép đội ngũ có độ tin cậy cao đối với các bộ phận mà họ sản xuất, điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí phải chi cho các nguyên mẫu và phát triển vật lý.

Các tay đua F1 đóng góp vào việc thiết kế xe

Để mang đến một chiếc xe đua công thức 1 hoàn hảo nhất, Oracle Red Bull Racing không chỉ tập trung vào kết quả thử nghiệm xe mà còn quan tâm đến các phản hồi của người lái xe. Việc này giúp họ thu thập cách xử lý và lái xe của họ để cải thiện hoặc thay đổi chiếc xe.

Bên cạnh đó, họ còn sử dụng mô phong r trình điều khiển ảo để tay đua có thể lái xe trong thế giới kỹ thuật số bằng cách quét đường đua trước khi chuyển sang đường đua thực. Nhờ đó, các tay đua có thể trải nghiệm chiếc xe và đưa ra phản hồi trước khi họ đến với mô hình thực cho cuộc đua vào cuối tuần.

Nguồn: Siemens