Einsatz von NI Multisim und NI Ultiboard bei Texas A&M für die Produktentwicklung als Ausbildungsthema

Autor(en):

Professor Jay Porter - Fakultät für Elektronik und Technologie in der Telekommunikationstechnik, Texas A&M
Professor Joseph Morgan von der Fakultät für Elektronik und Technologie in der Telekommunikationstechnik, Texas A&M

Die richtigen Werkzeuge finden

In den letzten Jahren haben wir festgestellt, dass die Branche einen Schwerpunkt auf die Produktentwicklung legen und Studenten an das Konzept des Unternehmertums heranführen muss. Und weil „lehren“ nicht genug ist und es genug zu „tun“ gibt, entwickelten die Programme für Elektronik und Telekommunikation (EET/TET) der Texas A&M University Programme mit einem Schwerpunkt auf Innovation und einem ganzheitlichen Ansatz für die Produktentwicklung.

Als Folge dieses Ansatzes wurde das Curriculum um Themen wie Elektronikfertigung, Systemintegration, Projektmanagement, Innovation und Entrepreneurship geändert. Wir haben damit begonnen, EET/TET-Studenten mit Studenten der Wirtschaftswissenschaften als Teil ihres ausschlaggebenden Designablaufs zusammenzubringen, in der die Teams ein Produkt konzipieren, das für die heutigen Herausforderungen relevant ist, und dann einen voll funktionsfähigen Prototyp entwerfen, entwickeln, implementieren, testen und dokumentieren.

Zu Beginn dieses Prozesses haben wir den Bedarf an einem Schaltplanerfassungs-, Simulations- und Layout-Tool identifiziert, welches sich auf die Entwicklung elektronischer Produkte und Systeme konzentriert. Wir wollten ein integriertes Softwarepaket, das in der Lage ist, analoge und digitale Schaltpläne zu erfassen und zu simulieren, mit der Möglichkeit, Gerber-Dateien für die Leiterplattenfertigung (PCB) zu generieren.

Bei unseren Entscheidungen haben wir mehrere elektronische CAD-Pakete berücksichtigt. Mit Multisim und Ultiboard haben wir die Lösung gefunden. Wir haben die endgültige Softwareauswahl auf Grundlage mehrerer Kriterien getroffen, darunter Kosten, breite Branchennutzung, Lernkurve und Eignung für den Einsatz im Bildungsbereich. Genauer gesagt haben wir uns letztendlich für Multisim und Ultiboard entschieden, weil sie die folgenden Anforderungen erfüllen:

• Kompatibilität mit NI LabVIEW, einer branchenweit anerkannten grafischen Programmierumgebung, die von Ingenieuren und Wissenschaftlern verwendet wird und es Studenten ermöglicht, ihre endgültigen Prototypen einfacher zu testen und zu evaluieren
• Erscheinungsbild vieler branchenübergreifender elektronischer CAD-Pakete
• Einfache Bedienung mit kurzer Lernkurve und Flexibilität der Produkte für die Implementierung auf allen Ebenen unseres Lehrplans
• Funktionen wie umfangreiche, unterstützende umfangreiche Bibliotheken für Industriegeräte, mehrschichtige PCB-Designs, benutzerdefinierte Entwurfsregelprüfung und die Möglichkeit, neue Teiledesigns und Footprints gemeinsam zu nutzen
• Kosteneffizienz mit einem vernünftigen Bereitstellungspreis

Zu den zusätzlich zu würdigenden Aspekten zählen einen Rabatt für den akademischen Gebrauch und die Möglichkeit für Studenten, es zu erwerben.

Unser neues ausschlaggebendes Entwurfserlebnis führt jetzt zu Absolventen, die Innovation und Unternehmertum verstehen und ein fester Verständnis von technischen und Produktdesignprinzipien haben.

Erweitern des gesamten Lehrplans mit Multisim und Ultiboard

Nachdem wir Multisim und Ultiboard für unseren Lehrplan ausgewählt und die Programme in unsere Lehrpläne integriert haben, haben wir schnell erkannt, dass ein wiederholtes Beschäftigen in realen Umgebungen notwendig ist, um unsere Studierenden mit diesen Werkzeugen vertraut zu machen. Wir haben festgestellt, dass Teams, die bereits Erfahrung mit diesen Designtools hatten, erfolgreicher bei der Bereitstellung einer professionellen Lösung waren. Inzwischen setzen die Studierenden Multisim und Ultiboard in acht Studiengängen/Laborprojekten vom zweiten bis zum letzten Studienjahr ein und sind so auf den entscheidenden Entwurf vorbereitet.

Als Momentaufnahme unseres Lehrplans vom Frühjahr 2009 wurden Multisim und Ultiboard erstmals im zweiten Studienjahr im Kurs "Circuits Analysis II" eingeführt, in dem es verwendet wurde, um die Lücke zwischen der Theorie im Klassenzimmer und der Laborerfahrung zu schließen. Auf diese Weise wird das Verständnis der Studierenden für elektronische Schaltungen erheblich verbessert und die im Labor verbrachte Zeit erhöht. Später wird es in den oberen Abschnitten wie z. B. angewandte Elektromagnetik und analoge Elektronik nochmal verstärkt. 

Das erste Mal, dass Studierende diese Werkzeuge in einem echten Entwurfsprojekt verwenden, ist in der Vorlesung „Electronic System Interfacing“ in ihrem dritten Studienjahr. Die Studierenden integrieren analoge, digitale, Mikroprozessor und Kommunikationskonzepte, die sie in früheren Vorlesungen kennengelernt haben, und verwenden diese zur Implementierung eines voll funktionsfähigen Modbus-basierten intelligenten Sensorsystems. Dieser Kurs umfasst den Entwurfsprozess, bei dem die Studenten von einem konzeptionellen Entwurf auf Systemebene zu einem voll funktionsfähigen Prototyp wechseln, der getestet und dokumentiert wird. Diese Fähigkeiten, zusammen mit der Erfahrung und der Verwendung von Multisim für die Erfassung und Simulation, Ultiboard für das Layout und LabVIEW für Test und Verifikation, bieten den Studierenden einen erheblichen Wert bei der Vorbereitung auf ihre Erlebnis beim abschließenden Entwurf und in der realen Welt.

Studienerfolg

Der Erfolg des ausschlaggebenden Entwurfsablaufs hat gezeigt, dass die Studierenden mit einem umfassenden Verständnis von Innovation und Unternehmertum auf einer festen Basis in den technischen und Produktdesignprinzipien abschließen. Ein Beispiel für diesen Wertschöpfungsprozess ist in den Bemühungen eines kürzlichen Abschlussentwurfsteams zu sehen. Das Team FourTel entwarf einen funktionsfähigen Produktprototyp, der an einem campusweiten Wettbewerb namens „Ideas Challenge“ teilnahm. Unter mehr als 40 Teilnehmern belegte FourTel den ersten Platz, der einen Hauptpreis in Höhe von 3.000 US-Dollar und eine vorläufige Patentrechtsberatung einer in Houston ansässigen Anwaltskanzlei für ihre Idee beinhaltete. Das vorläufige Patent wurde erteilt, und ein kleines Unternehmen lizenziert gerade das geistige Eigentum zur Kommerzialisierung.

Wir glauben, dass der Erfolg von FourTel teilweise auf die Einführung und Integration von Standardwerkzeugen für den Entwurf, die Simulation und die Implementierung wie Multisim, Ultiboard und LabVIEW sowie auf die vertikale Integration dieser Werkzeuge in unseren Lehrplänen zurückzuführen ist. Durch wiederholtes Einbinden der Studierenden im gesamten Lehrplan konnten sie die erforderlichen Fähigkeiten erwerben, um nach Abschluss des Studiums erfolgreich zu sein.

Informationen zum Autor:

Professor Jay Porter
Fakultät für Elektronik und Technologie in der Telekommunikationstechnik, Texas A&M
Tel: 979-845-1459
porter@entc.tamu.edu