StreetScooter のお客様事例

StreetScooter のお客様事例

電気自動車開発の複雑さを PLM で解決

アヒム・カンプカー (Achim Kampker) 氏まるで自動車開発プロセスをさらに複雑にしなければならないかのように、自動車メーカー各社は電気自動車の開発を始めています。

革新的な電気自動車 "StreetScooter" の開発チームでは、電気自動車というコンセプトに新たなテクノロジを利用するだけでなく、そのクラウド ソーシング型設計に 30 社ほどの協力サプライヤの技術と革新を結集しています。

自動車メーカーの経営幹部に「今、最も心配なことは何か」と尋ねれば、十中八九、短くきっぱりと次の答えが返ってくるでしょう。

「複雑さです」

これは、ドイツの RWTH アーヘン大学が数年前に行った調査で、自動車 OEM やサプライヤの意思決定者たちが述べた言葉でもあります。2007 年のレポート『自動車設計開発における複雑性の管理』で調査結果が発表されました。その要旨では、「OEM および一次サプライヤにとって、多様性管理、テクノロジ管理、およびプロセス管理といった分野で複雑さをうまく管理することは持続的成功の鍵である」と述べられています。

同調査におけるバリエーション管理とは、拡大する一方の製品ラインや頻繁なモデル チェンジ、地域ごとのバリエーション モデルを的確に管理することを指します。自動車業界では、テクノロジの複雑さが急速に問題化しています。RWTH アーヘン大学の教授でレポート『自動車設計開発における複雑性の管理』の主著者であるギュンター・シュー (Guenther Schuh) 氏は、「今日の自動車は、機械設計の産物であると同時に、電子エンジニアリング、ソフトウェア エンジニアリングの産物でもあります。自動車開発では、これら 3 つのテクノロジ領域を効率よく統合することが求められます」と述べています。

これほど急激にバリエーションが増加し、テクノロジが変化する中では、自動車の開発プロセス (メーカー自身によるものと OEM やサプライヤによるもの) に加わる負担も相応に大きくなります。自動車業界のトップ メーカーが製品ライフサイクル管理 (PLM) ソリューションへの投資を増額し続けているのも当然と言えるかもしれません。

「実際のところ PLM は、複雑さを管理するのに非常に有効です」とシュー教授は述べます。その証拠に、RWTH アーヘン大学は、アンケート調査『自動車設計開発における複雑性の管理』を実施した際、PLM ソフトウェアのグローバル プロバイダである PTC に対して助言を求めました。

「そして今、まるで自動車開発プロセスをさらに複雑にしなければならないかのように、自動車メーカー各社は電気自動車の開発を始めています」とシュー教授は言います。


サプライヤ主導の開発

自動車産業への依存度が高い国はどこも、低価格で乗りやすい電気自動車 (EV) の開発競争に乗り遅れまいと必死になっています。中でも危機感を抱いているのが、GDP の 20 % 以上を自動車の開発、生産、供給に直接依存しているドイツです。

「ドイツが EV の開発に躍起になっているのは、環境への負担や化石燃料への依存を減らすためだけではありません」と、シュー氏と同じく RWTH アーヘン大学の教授を務めるアヒム・カンプカー (Achim Kampker) 氏は語ります。「これは純粋な経済的利益の問題でもあります。ドイツの将来は、EV の成否にかかっています」

カンプカー教授はさらに続けます。「ドイツの自動車メーカーやサプライヤには、駆動系の内燃機関から電気へのシフトにおいて、競合企業に先行することが求められます。そこには、文字どおり数百万人分の雇用がかかっているからです」

EV の開発では、バリエーションや技術的な複雑さが増すだけでなく、自動車作りのプロセスそのものが一変する可能性があります。現在進められている最新の EV 開発では、OEM がコンセプトを定義し、プロジェクトを策定して、サプライヤに作業を割り当てるという従来の階層型アプローチに代わって、"クラウド ソーシング型開発" ("クラウド" は "群衆" の意) とでも言うべき方法が採用されています。

カンプカー教授が説明します。「この方式では、サプライヤ自身が自動車の設計と製造を主導します。サプライヤ各社は、同一企業内の部門同士のように共同作業を行うのです」

このコンセプトの実証実験として RWTH アーヘン大学の主導で進められているのが、"StreetScooter" と呼ばれる新しい EV 開発プロジェクトです。このプロジェクトは、ドイツ国内の自動車サプライヤ 19 社が株主として参加する形でスタートしましたが (そのうち 10 社は 1 つの合弁会社として参加)、その後、別のサプライヤ 10 社が戦略的パートナーとして加わり、技術協力を行うこととなりました。開発チームは、プロジェクト管理に PTC の PLM ツールを利用しています。

また、サプライヤ各社の開発作業を調整するための法人組織として、StreetScooter 社が設立されました。カンプカー教授は同社の CEO を務めています。「StreetScooter 社は、革新的な EV の開発を唯一の目的とする会社です」とカンプカー教授は言います。


まったく新しいコンセプト

StreetScooter プロジェクトの目的は、政府から永続的な支援を受けることなく、サプライチェーン パートナーのネットワークによって効率的に開発可能な都市交通向けの EV ファミリーを作り出すことです。

「ドイツ政府は、このプロジェクトに直接的には関与していません」とカンプカー教授は言います。「ただし、プロジェクトの方針は政府計画の大きな影響を受けています。政府の電気自動車に関する国家開発計画は、2020 年までに 100 万台の EV をドイツ国内に普及させることを目指しています。私たちも、この目標達成を後押ししたいと考えているのです」

StreetScooter は、ドイツ国内および周辺の中央ヨーロッパ諸国を主な対象とする取り組みです。このプロジェクトに参加するパートナーの大半は、OEM や大手サプライヤではなく小中規模の企業です。「これは、ドイツの自動車業界が小規模な同族経営企業と深い関わりを持ってきたという歴史的経緯に沿った流れでもあります」とカンプカー教授は言います。

StreetScooter は、このような仕組みにより新しいタイプの企業を EV 開発の最前線に参入させた、これまでにない EV 戦略です。カンプカー教授が指摘するように、すでに EV を手がけている大手自動車メーカーはこれまでのところ、従来型の燃焼エンジン車の設計を踏襲することに注力してきました。「この方法の問題点は、ドライブ トレインを電気系に置き換えるのに、一般消費者がとても受容できない高額な追加コストが 1 台当たり約 1 万ユーロが発生することです」とカンプカー教授は言います。

また初期の EV では、運転性能や快適性も犠牲となっていました。たとえば、エアコンだけでも、自動車のバッテリーにはかなりの負担となります。

「つまり、まったく新しい EV のコンセプトが必要とされているわけです」とシュー教授は言います。「しかし、これまでに発表された EV のコンセプト カーは、極端な運転性能や突飛なデザインに着目したものが多くを占めており、大衆車に求められる基本的な要件を満たすものは存在していませんでした」

StreetScooter は、このような EV とは一線を画しています。StreetScooter の開発チームは、性能や快適性、安全性、信頼性のすべての面で従来型のコンパクト カーに比肩する低価格な EV を開発しようと模索しています。もちろん、収益性も確保した上での話です。

StreetScooter はモジュール製品アーキテクチャを採用しており、これがそのコンセプトを実現するための鍵となっています。各モジュールはインタフェースで連結・分離できるため、モジュールごとの最新のイノベーションを取り込み、継続的に設計を強化することができます。つまり、ビルディング ブロック形式で機能を追加できるということです。

「この学習アプローチを通じ、StreetScooter のチームは、最先端のテクノロジを活用するだけでなく、それらをうまく統合する方法も見つけ出すことができます」と、シュー教授は言います。「StreetScooter では、複数の分野にまたがりダイナミックに学習を重ねることができます。私たちはこの取り組みを通じて、新しい形のコラボレーションを模索し、自動車開発の新標準を打ち立てようとしているのです」


製品とプロセスの統合

StreetScooter プロジェクトは早い段階から大きな注目を集めましたが、この事実は、この新しい開発スタイルに大きな意味があることの証明であるように思えます。開発チームは、最初の稼働プロトタイプを 2011 年 9 月にフランクフルトで開催される国際モーター ショーで披露することを目指しています。年末までには、さらに 10 種類のプロトタイプ車をドイツ国内の公道でテストする予定となっています。

しかし、プロジェクトが順調に進んでいるように見える一方で、その核心である広範囲にわたるサプライヤのコラボレーションは、製品開発プロセスに新たな複雑さをもたらしていました。「そんなとき、問題解決に大きな力を発揮してくれたのが効果的な PLM ソリューションです」とカンプカー教授は振り返ります。

StreetScooter プロジェクトで使用されている PLM ソリューションは、業界をリードする PTC Windchill ソフトウェアです。Windchill は、各サプライヤの作業を調整し、効率化する PLM 機能を備えています。

RWTH アーヘン大学では、この PLM プラットフォームを導入するにあたり、PTC の Automotive Center of Excellence (iCenter サポート チームの一部) のコンサルタントに相談し、自動車業界における導入事例を調査して、設計の基本データ モデルを構築しました。この作業には、すぐに利用できる自動車データ構造の適用や導入が含まれます。その結果、エンジンやパワートレイン、サスペンション、タイヤなど、内装および外装の完全なデジタル プロトタイプを作成できるようになりました。

StreetScooter チームは、PTC Windchill テクノロジをベースとする PLM プラットフォームを利用して、設計プロジェクトにおける各サプライヤのアクセス権と役割を定義、追跡しています。PLM アプリケーションは BOM 管理と変更管理を軸としており、変更リクエストが行われた場合、すべてのチーム関係者は、その影響が及ぶ場所をすぐさま確認することができます。このような仕組みが必要なのは、ある場所における変更は別の場所に直接影響するからです。サプライヤは、PTC Creo View for MCAD ソフトウェアを使用してこれらの影響を視覚化しています。

PTC Windchill プラットフォームでは、各サプライヤが使用する CAD ソフトウェアに関係なく、あらゆる製品データを管理できます。「Windchill は、本当の意味でのマルチ CAD データ管理環境です」とカンプカー教授は言います。「Windchill のおかげで、機械設計、電子設計、ソフトウェア設計の間にあった壁を取り払い、これら 3 つの分野を緊密に統合した自動車開発を実現できています」

StreetScooter チームがさらに野心的であるのは、製品設計に関する意思決定と製造に関する意思決定をより強く結び付けるために PLM を活用していることです。この試みは、StreetScooter の可能性をさらに広げつつあります。

「これまで、自動車設計に関する多くの意思決定は、製造規模に基づいて下されてきました。つまり、製造ロットがある一定の数量でなければ利用できない技術があったのです。しかし PLM を導入したことで、このような制約に縛られることなく、より多くの選択肢を検討できるようになりました」とカンプカー教授は言います。

「たとえば、チューブラー スペース フレーム コンポーネントの採用可否を判断するのに PLM ツールを利用しています。チューブラー スペース フレームは、従来のプレス部品や成形部品よりも安価に製造できますが、これまでは、小ロットのオートバイ製造に利用が限定されていました」とカンプカー教授は言います。

しかし、「StreetScooter で採用できれば、車体価格を低く抑えることができます」とカンプカー教授は言います。

ほかに類を見ない開発スタイル

製品、製造、プロセスのいずれの観点から見ても、StreetScooter プロジェクトは、他に類を見ないまったく新しい開発スタイルを採用しています。同プロジェクトでは、非常に多くのサプライヤが共同作業を行っているため、プロセスの複雑さも突出していますが、パートナー各社は、単に難題に取り組む以上の成果を生み出しているように見えます。その力の源は、同プロジェクトにおける PLM の活用方法にあります。

カンプカー教授は、「私たちは、プロジェクトの長期的な成功を支えるため、設計情報とプロセス情報の管理基盤を構築しました。PLM は、StreetScooter のビジョンを具現化するための知識ベース、つまり "唯一の正しい情報源" としての役割を果たしているのです」と言います。

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."