他們的臉上涂著藍色的芬蘭國旗，頭上畫著紅色的法拉利種馬，一群20萬人的尖叫在9月24日在印第安納波利斯賽道上觀看一級方程式賽車比賽。自從1991年亞利桑那州鳳凰城在這個國家舉辦了最后一場F1比賽以來，美國賽車迷們已經等待了近十年。速度超過200英里/小時，“The Brickyard”的比賽花了不到兩個小時。但真正的比賽發生在1月份，因為工程師團隊在短短五個月內完成了繁忙的開發周期，為賽季創造了全新的賽車!

Atlantic Design&Manufacturing是東海岸領先的設計工程師貿易展，提供最新的3D打印，自動化和CAD / CAM軟件，包括FedEx，GE Appliances，Procter&Gamble以及其他數百種軟件。

對這些汽車的要求是如此之大，以至于22輛汽車中只有一半的汽??車在印地完成了比賽，失敗者用吹制的發動機噴出火焰和煙霧。獲勝者，法拉利車隊的德國車手邁克爾·舒馬赫，為車隊的勝利歸功于他的工程師：“我們在車上有300個零件，我不知道你能調整多少，但這就像一個謎題。”

解決這個難題意味著整個17個賽季的工程師都會努力工作，因為他們會調整賽車以達到每個特定球場的最高速度。

“當人們看到賽道上的F1車隊時，他們只能看到冰山的可見部分，”法國Guyancourt的Prost團隊工程經理Didier Perrin說。

該團隊雇傭了230名員工，除了發動機外，還與170名Peugot員工合作，他們提供特制的發動機。普羅斯特工程師每年開始設計一款新車，從9月開始全尺寸CAD模型開始，到1月份完成。

這只是設計，工具，制造和裝配的五個月。簡而言之，Perrin說，“我們有一個非常非常非常繁忙的冬天。”

當這個家伙說這是一輛全新的汽車時，他并不是在開玩笑說：“從一年到另一年，整車上唯一的共同點是鏡子，”佩林說。“看起來很瘋狂，但這是真的。”

加快設計周期。只有一種方法可以通過如此緊湊的設計周期 - 并行工程。在Prost團隊的案例中，這意味著他們必須在完成零件規格的定義之前開始設計模具和模具。

挑戰始于體育管理機構FIA制定的規范。例如，盡管駕駛員的重量和265磅的V-10 Peugot發動機等限制因素，汽車和駕駛員在任何時候都必須至少重1,323磅。

Perrin說，由于這些嚴格的限制，減肥的唯一方法是設計每個組件以滿足多個要求。例如，單殼體底盤主要是結構性的，因為發動機和懸架固定在其上。但是在頂部安裝空氣動力學皮膚會增加太多重量，因此底盤也必須是空氣動力學的。

CATIA的數字化制造產品DELMIA研發執行副總裁Pascal Lecland解釋說，當你快速移動時，實際成本就在于生產而非設計。

因此對于Prost團隊來說，另一種加速設計的方法是外包生產。除發動機和變速箱外，該團隊擁有生產內部汽車每個部件的生產能力。但即使每年僅生產8輛汽車，他們也很少這樣做。

“我們內部生產的比例僅為40%，而轉包的比例為60%，”佩林說。“在內部制造機密和應急部件是一種戰略選擇，因為這個過程太慢了，工廠將不會在今年剩下的時間里使用。”

電腦生產力工具。Prost團隊使用44個CATIA席位處理此計劃，并使用Dassault的ENOVIA PDM管理單個通用數據庫中的所有組件 - 這是不同工程師同時設計零件時的關鍵細節。

他們還使用CATIA Composite來設計車間制造信息，并將CAD模型發送到MSC.Patran和MSC.NASTRAN FEA。

F1設計中使用的其他CAD產品包括SDRC的I-DEAS(由Jordan和Williams團隊使用)，PTC的Pro / ENGINEER(由法拉利車隊使用)和Unigraphics(由Team Jaguar使用)。

但僅憑酷炫的軟件工具無法加速F1的設計周期 - 團隊也必須改變他們的設計流程。

IBM產品生命周期管理解決方案集團經理Martin Jetter Jr.說：“重要的是不要將開發周期作為一個封閉的商店來運行，就像從煙囪冒出白煙一樣。”“對于F1來說，最重要的是在賽車隊和公司的發展部門之間建立協作聯系，因為發動機會在一個賽季中改變比賽，”杰特說。

總部位于英國沃金厄姆的邁凱輪車隊也是如此。

“他們的上市時間介于比賽之間，因此不到10天，”Sun Microsystems的邁凱輪技術客戶經理Richard Jacklin說。“在賽季結束時，百分之七十五的賽車是不同的。”

在設計周期的早期使用FEA。對于任何團隊而言，這個快速設計過程的關鍵部分是鼓勵設計師進行自己的基本壓力分析。

這可能意味著對工程師進行更多培訓，但自動網格劃分和壓力分析可以使過程變得如此簡單，可以從下拉菜單中運行，他說。仍然需要FEA專家，但僅限于最復??雜的模擬。

Jetter表示，這些方法也適用于商用汽車制造商。當他在1986年開始教授CATIA時，梅賽德斯S級轎車的設計周期為10年，而今天的周期為28-36個月。

這很快，但還不到五個月。前期FEA是實現這些更快周期的最常見方式之一。

技術總監Mike Coughlan表示，英國Team Arrows使用在SGI工作站上運行的CATIA V4。所有這些計算能力使他能夠堅持要求他的工程師進行一些自己的分析。

“F1完全取決于結構的效率，無論是強度還是剛度。所以這樣，我們的男孩們可以看看它并避免一些禁忌，然后我們會把它傳遞到壓力辦公室進行更復雜的分析“。

與普羅斯特車隊一樣，Arrows工程師每年7月至1月期間設計一款新車，由該公司位于英國牛津郡總部的250名員工創建。整個賽季本身都在循環。

空氣動力學。一些工程師說空氣動力學是最重要的變量。印第安納波利斯在F1賽道上是獨一無二的，因為Brickyard的直接賽道很長，以至于賽車將以全油門運行24秒 - 比任何其他路線都要長。然而，由于空氣動力學占據了至高無上的地位，因此這里的汽車速度不會最快。Indy球場的緊急彎道要求賽車的前后翼有巨大的下降氣流，因此產生過大的直線速度阻力。

“當你設計其中一輛車時，它就像一個魔方，因為我們有太多相互矛盾的要求，”瑞士Hinwil的索伯車隊懸架專家Matt Cranor說。

但是在完成所有這些計算之后，只有一個底線 - 比賽結果。

“比賽周末真的證明了你在測試時所發現的，”他說。“你只是來到這里，窗簾上升，你走了。”

F1成功的公式

價格標簽

在五個月內設計一輛汽車的成本比底特律典型的36個月周期要多得多。Prost Francois Sedan表示，像普羅斯特這樣的中型團隊運營一年的成本約為1億美元，法拉利和邁凱輪等頂級車隊的這一數字可能會達到1.2億美元。是的，八輛車的價值是1億美元。

所有的錢都去哪兒了?

每輛車將在200英里的比賽中穿過32個輪胎，如果下雨則會更多。僅輪胎每個周末就要10萬美元。

每個團隊每季將使用約210臺發動機，包括賽車和試驗車。

每個方向盤的成本為20,000美元至30,000美元

無線電遙測

每個團隊跟蹤來自發動機的大約50個參數和來自底盤的100個參數，監控變量，例如懸架臂上的負載，制動器和油溫和壓力，以及換檔時間。

Prost工程師Francois Sedan表示，Prost團隊通過實時編碼的無線電傳輸監控60%的數據，然后通過引擎蓋下的第二個天線收集剩余的40%，每次車輛通過坑時都會播放“突發傳輸”。 。

邁凱輪車隊每輛車每圈收集大約2 MB的數據，將其存儲在車庫后面的Sun UltraSparc2服務器上。然后，這些服務器將最重要的數據轉換為Java，并通過微波鏈路將其傳輸給賽道上的團隊戰略家。

座位

Dassault子公司Safework的首席執行官羅伯特·卡里爾說，負責設計2000賽季冠軍邁克爾·舒馬赫駕駛艙的工程師在2001賽季以200毫米的準確度掃描了他的身體，準確度為正負1毫米。

“他們在機械方面投入了數百萬美元，但他們從未投資過接口級別，即座椅設計，踏板位置和方向盤設計，”他說。

當然，按照這種精確度，他們不得不幾乎赤身裸體地掃描他，因此有兩個版本的數字舒馬赫 - 在他的內衣和他的全套賽車服。每個版本包括多個位置，例如當他轉動方向盤時二頭肌彎曲的方式。結果是一個符合人體工程學優化的座椅，從他的視野到最小化他駕駛汽車所需的能量。

齒輪和懸架

每支隊伍必須計算最好的一組齒輪，以便發送到17場比賽中的每場比賽。為此，Team Sauber通過將輪胎特征，預期最高速度和其他變量輸入到軌道模擬器中，預先模擬虛擬驅動器中的路線。

該程序預測每個賽道對懸架的影響。例如，印第安納波利斯的13號彎是F1車手唯一一次參賽，因此在車輪，軸承和支柱上產生了獨特的應力，索伯隊的Matt Cranor表示。

方向盤

F1方向盤就像一個微型星艦企業，有幾十個按鈕，LED顯示屏，表盤和儀表。哦，它還有一個離合器和換檔。為什么?換檔是半自動的，通過在安裝在方向盤上的撥片上輕彈拇指來完成。你正在轉換七個前進檔(和一個倒檔)，所以你的拇指可以鍛煉身體。

“這就像一個Gameboy，”普羅斯特隊的Francois Sedan說道。當你看到駕駛員每次進出車時取下車輪時，這種比較似乎很合適，拿著價值20,000美元的椒鹽卷餅形裝置就像一個視頻游戲控制器。但是當你在左轉彎時有四個彎道，并且每個賽道有九個右轉彎達到73圈時，賭注比在街機上贏得的要高一些。

鼻錐和翅膀

在比賽中，每輛車都有兩到三個備件。但是對于經常損壞的部件，例如精致的，空氣動力學的鼻錐和機翼，可以有多達七個備件。