Einsatz von NI Multism und NI Ultiboard an der Texas A&M University im Studiengang Produktentwicklung

"In unseren Kursen zu Elektro- und Nachrichtentechnik entschieden wir uns für Design- und Analysewerkzeuge, die für die Industrie geeignet sind, einen breit gefächerten Funktionsumfang bieten und leicht zu erlernen sind. Multisim und Ultiboard haben alle unsere Anforderungen erfüllt.“"

- Professor Jay Porter, Electronics and Telecommunications Engineering Technology, Texas A&M

Die Aufgabe:

Suche nach einer Industriesoftware als Ergänzung eines ausgewogenen Lehrplans, mit der Studenten auf ihre berufliche Laufbahn in der Elektronik- und Telekommunikationsindustrie vorbereitet werden und die die folgenden Kriterien erfüllt: kostengünstig, breiter Einsatz in der Industrie, kurze Lernkurve und Einsatzmöglichkeit in Bildungsprogrammen

Die Lösung:

Sicherstellen, dass die Studenten auf ihr Abschlussprojekt im Bereich Design vorbereitet sind, indem ihnen das bedienfreundliche, in der Industrie anerkannte Softwarepaket bestehend aus Multisim und Ultiboard im zweiten Studienjahr vorgestellt wird, und dass im Lehrplan Möglichkeiten zum Erlernen zusätzlicher Funktionen geboten werden

Autor(en):

Professor Jay Porter - Electronics and Telecommunications Engineering Technology, Texas A&M
Professor Joseph Morgan - Electronics and Telecommunications Engineering Technology, Texas A&M

 

Die passenden Werkzeuge finden

OIn den letzten Jahren haben wir in der Industrie die Tendenz beobachten können, dass die Produktentwicklung stärker betont und Studenten ins Konzept des Unternehmertums eingeführt werden. Im Sinne des „Handelns“ statt des „reinen Vortragens“ erarbeiteten die EET/TET-Studiengänge (Electronics and Telecommunications) an der Texas A&M University (TAMU) Kurse mit Schwerpunkt auf Innovationen und einen ganzheitlichen Ansatz bei der Produktentwicklung.


Aufgrund dieser Herangehensweise wurde der Lehrplan angepasst. Er enthält nun auch Themen zu Elektronikfertigung, Systemintegration, Projektverwaltung, Innovation und Unternehmertum. Wir begannen damit, Studenten der Bereiche EET/TET und Wirtschaft für ihre Abschlussarbeit im Designbereich in Gruppen zusammenzufassen. Dafür konzipieren die Teams ein Produkt, das den aktuellen Herausforderungen entspricht, und entwerfen, entwickeln, implementieren, testen und dokumentieren anschließend einen voll funktionsfähigen Prototyp.


Zu einem frühen Zeitpunkt wurde deutlich, dass ein Werkzeug für die Schaltungserfassung, Simulation und das Layout erforderlich ist, das hauptsächlich für die Entwicklung des elektronischen Produkts und Systems eingesetzt werden kann. Wir wollten ein integriertes Softwarepaket, das analoge und digitale Schaltungserfassung und Simulation sowie die Möglichkeit, Gerber-Dateien für die Leiterplattenfertigung zu erzeugen, bieten kann.

 

Für unsere Auswahl wurden mehrere CAD-Softwarepakete herangezogen. Die für uns beste Lösung bestand aus Multisim und Ultiboard. Für die endgültige Softwareauswahl wurden verschiedene Kriterien festgesetzt, darunter Kosten, Verbreitung in der Industrie, Lernkurve und Eignung für den Einsatz in Ausbildung und Lehre. Wir haben uns schließlich für Multisim und Ultiboard entschieden, weil sie folgende Anforderungen erfüllen:

  • Kompatibilität mit NI LabVIEW,einer in der Industrie anerkannten grafischen Programmierumgebung, die von Ingenieuren und Wissenschaftlern verwendet wird und es Studenten erlaubt, ihre endgültigen Prototypen einfacher zu testen und zu evaluieren
  • Erscheinungsbild etlicher CAD-Softwarepakete nach Industriestandard
  • Bedienfreundlichkeit und kurze Lernkurve sowie Flexibilität der Produkte für den möglichen Einsatz in allen Kursstufen
  • Funktionen wie umfassende Leiterplattenentwürfe in Multilayer-Technologie, umfangreiche Bauteilebibliotheken für in der Industrie verwendete Komponenten, benutzerdefinierte Prüfung auf Einhaltung der Entwicklungsrichtlinien sowie die Möglichkeit zum Austausch neu erstellter Bauteile und Footprints
  •  Kosteneffizienz zu einem angemessenen Preis

 

Zu den weiteren Bewertungsfaktoren gehören Rabatte für den Hochschuleinsatz und die Möglichkeit, dass Studenten die Software selbst erwerben können.


Unser neues Abschlussprojekt im Designbereich sorgt dafür, dass Absolventen ein Verständnis für Innovationen und Unternehmertum entwickeln und zeigt, dass sie ein gutes Verständnis der Prinzipien der Entwicklung und des Produktdesigns besitzen

 

Abdeckung des gesamten Lehrplans mit Multisim und Ultiboard

Nach Auswahl von Multisim und Ultiboard und der Integration in den Lehrplan stellten wir schnell fest, dass Studenten wiederholt in einer realen Umgebung arbeiten müssen, um einen sicheren Umgang mit diesen Werkzeugen zu entwickeln. Wir konnten beobachten, dass Teams, die bereits Erfahrungen mit diesen Designwerkzeugen gesammelt hatten, besser darin waren, eine professionelle Lösung zu liefern. Jetzt nutzen Studenten Multisim und Ultiboard in acht Kursen bzw. Laborprojekten ab dem zweiten Studienjahr, wodurch sie optimal für die Abschlussarbeit vorbereitet sind.


So wurden beispielsweise im Lehrplan für das Frühjahr 2009 Multisim und Ultiboard im Kurs Circuits Analysis II eingeführt. Dort überbrückten sie die Lücke zwischen der Theorie im Hörsaal und der Arbeit im Labor. Dieser Ansatz sorgt für ein erheblich besseres Verständnis elektronischer Schaltungen und wertet die Zeit der Laborarbeit auf. Er wird später in höheren Kursen wie angewandter Elektromagnetik und Analogelektronik gefestigt.


Studenten nutzen die Werkzeuge erstmalig in einem echten Designprojekt, wenn sie am Kurs Electronic System Interfacing teilnehmen. Sie setzen in vorangegangenen Kursen erlernte Konzepte zu Analog-, Digital-, Mikroprozessor- und Kommunikationstechnik ein, um ein voll funktionsfähiges, Modbus-basiertes intelligentes Sensorsystem zu implementieren. Der Kurs umfasst den Entwurfsprozess, der sich vom konzeptionellen Entwurf auf Systemebene bis zum funktionstüchtigen Prototypen erstreckt, der getestet und dokumentiert wird. Diese Fertigkeiten sowie die Erfahrungen aus dem Einsatz von Multisim für die Erfassung und Simulation, von Ultiboard für das Layout und von LabVIEW für die Prüfung und Verifizierung sind von besonderer Bedeutung bei der Vorbereitung der Studenten auf ihr Abschlussprojekt im Designbereich und ihren späteren Arbeitsalltag.

 

Erfolgreiche Studenten

Der Erfolg des Abschlussprojekts hat bewiesen, dass Studenten nach ihrem Studium über fundierte Kenntnisse zu Innovation und Unternehmertum verfügen und eine solide Grundlage zu Prinzipien der Entwicklung und des Produktdesigns besitzen. Ein Beispiel für diesen Wertschöpfungsprozess liefert der Einsatz eines Teams, das kürzlich am Abschlussprojekt teilnahm. Das Team FourTel entwarf einen betriebsfähigen Produktprototyp, der beim hochschulweiten Wettbewerb Ideas Challenge eingereicht wurde. FourTel wurden unter 40 Beiträgen mit dem ersten Platz ausgezeichnet. Dazu gehörten ein Preisgeld von 3000 US-Dollar sowie rechtliche Unterstützung für die Anmeldung eines provisorischen Patents für die Idee durch eine Anwaltskanzlei mit Sitz in Houston. Das provisorische Patent wurde erteilt und ein kleines Unternehmen ist dabei, das geistige Eigentum für kommerzielle Zwecke zu lizenzieren.


Wir sind der Meinung, dass ein Teil des Erfolgs von FourTel dem Einsatz und der Integration eines Standardwerkzeugs für Entwurf, Simulation und Implementierung wie Multisim, Ultiboard und LabVIEW sowie der vertikalen Integration dieser Werkzeuge in den Lehrplan zugeschrieben werden kann. Da Studenten immer wieder mit diesen Werkzeugen arbeiteten, konnten sie einen sicheren Umgang mit ihnen erwerben, von dem sie auch nach ihrem Studium profitieren.

 

Informationen zum Autor:

Professor Jay Porter
Electronics and Telecommunications Engineering Technology, Texas A&M
Tel: 979-845-1459
porter@entc.tamu.edu

Entwurf der Signalkonditionierungskarte, die von der Studentengruppe fertiggestellt wurde
Vom Studententeam FourTel für das Abschlussprojekt erstellter Prototyp