Bordnetzentwicklung Von der 2D-Zeichnung zum digitalen Zwilling

Hohe Nachfrage nach Bordnetzen im Visualisierungsbereich. Ein Standard-Tool ist speziell für diese Aufgabe entwickelt.
Hohe Nachfrage nach Bordnetzen im Visualisierungsbereich. Ein Standard-Tool ist speziell für diese Aufgabe entwickelt.

Bei der Entwicklung von Bordnetzen besteht massiver Bedarf hinsichtlich einer qualitativ hochwertigen Werkzeugunterstützung im Bereich Visualisierung. Ein etabliertes Standard-Tool in diesem Bereich ist der »E3.HarnessAnalyzer«, der speziell für diese Aufgabenstellung entwickelt wurde.

Die Digitalisierung der Geschäftsprozesse ist in den meisten Unternehmen in den Fokus der strategischen Ausrichtung gerückt. »Digital Continuity« und »Digital Twin« sind Schlagworte, die das Bemühen um durchgängige Entwicklungsprozesse und 100 Prozent digitale Produktmodelle beschreiben.

Bei dieser anspruchsvollen Aufgabe wird allerdings häufig ein Bereich übersehen, der z. B. im Produkt Automobil jedoch das Nervensystem darstellt – das physikalische Bordnetz. Die heute in einem Mittelklassefahrzeug verbauten Kabelsätze kommen auf eine Gesamtdrahtlänge von 5 km und haben auch substanziellen Einfluss auf das Gewicht und die Kosten.

Trotzdem hinkt speziell dieser Bereich bei der Digitalisierung hinterher und das eigentliche Produkt »Kabelsatz« wird auch heute in der Praxis meist nur durch 2D-Zeichnung vollständig und verbindlich definiert. Betrachtet man dazu noch die Tatsache, dass es sich aufgrund der unendlichen Optionskombinationen letztlich um Unikate handelt, die gleichzeitig einer massiven Änderungsdynamik unterliegen, so erkennt man die gewaltigen Herausforderungen, die zu lösen sind, um auch das Bordnetz wirklich digital abzubilden.

Der Kabelsatz – das »Stiefkind« der Digitalisierung

Natürlich haben die Prozessbeteiligten die Notwendigkeit einer vollständigen Digitalisierung der Fahrzeugverkabelung mit all ihren Sonderfällen längst erkannt. Unter anderem haben Vertreter der deutschen Automobilindustrie um die Jahrtausendwende »unter dem Dach der ProStep« begonnen, einen neutralen Datenaustausch-Standard zu definieren. Das resultierende Format KBL (Kabelbaumliste) wurde als VDA-Empfehlung 4964 offiziell standardisiert und wird seit vielen Jahren speziell in der deutschen Automobilindustrie extensiv praktiziert – speziell auch aus Austauschformat zwischen OEM und Zulieferern.

Die entsprechenden Erfahrungen aus der Anwendung des Formats KBL haben auch schon zu einer Weiterentwicklung des Standards in Form eines neuen Formats namens VEC geführt (Vehicle Electric Container). Im Gegensatz zu KBL soll VEC nicht nur zum Datenaustausch für einen einzelnen Kabelsatz dienen, sondern ein vollständig digitales Produktmodell des gesamten Bordnetzsystems abbilden. Auch VEC ist inzwischen (seit 2014) formal spezifiziert als VDA-Empfehlung 4968, allerdings läuft die Einführung der produktiven Nutzung aufgrund der verbundenen Prozess-Komplexität »etwas schleppend«.

Interessanterweise wird bei der Diskussion um die Digitalisierung des Kabelsatzes viel über das richtige Datenmodell und z. B. über die Vor- und Nachteile von VEC gegenüber KBL diskutiert. Dabei läuft ein ganz wesentlicher Aspekt Gefahr, dass er aus den Augen verloren geht: die Aufbereitung der Daten für den jeweiligen Nutzer!

Die vollständige Digitalisierung kann nur dann gelebt werden, wenn alle Prozessbeteiligten die digitalen Daten so aufbereitet bekommen, dass sie damit in ihren individuellen Aufgaben direkt arbeiten können. Ohne diese Transformation in Informationen sind z. B. VEC-Daten für die Anwender vollkommen wertlos, denn aus der komplexen XML-Struktur können auch geübte Anwender selbst unter Verwendung von Werkzeugen wie XML-Spy keine Strukturen und Daten des zugrunde liegenden Kabelsatzes entschlüsseln.

Bedarfsgerechte Informationsaufbereitung für verschiedene Nutzer

Es besteht somit massiver Bedarf nach einer qualitativ hochwertigen Werkzeugunterstützung im Bereich Visualisierung. Ein etabliertes Standard-Tool in diesem Bereich ist der E3.HarnessAnalyzer, der speziell für diese Aufgabenstellung entwickelt wurde und nicht nur eine »abgespeckte« Viewer-Version eines Autoren-Werkzeugs darstellt.

Seit vielen Jahren nutzen Anwender in der Automobilindustrie dieses Werkzeug, um die Kabelsatzdaten auf Basis des KBL-Standards zu visualisieren und zu analysieren – häufig auch in Kombination mit einer integrierten 2D-Zeichnung im SVG-Format. Diese Praxiserfahrung hat nun gezeigt, dass Bordnetzdaten nicht nur für die direkt betroffenen Entwicklungsingenieure interessant sind, sondern dass es auch eine Vielzahl an »Datenkunden« in ganz anderen Bereichen gibt – Qualitätsplanung, EMV-Labore, Ersatzteilwesen, Montageplanung usw. Hinzu kommt, dass diese Prozessbeteiligten durchaus unterschiedliche Informationen benötigen bzw. die Daten in individueller Weise aufbereitet haben möchten.

Die Bandbreite der Anforderungen ist dabei sehr groß, wie die nachfolgenden fiktiven Anwenderprofile zeigen:

  • Ein Kontrolleur in der Qualitätssicherung benötigt z. B. den exakten Abstand zwischen zwei Clips und erwartet dafür eine Vermaßung in einer 2D-Zeichnung/Skizze.
  • Ein DMU-Ingenieur (Digital Mock-up) muss den maximalen Durchmesser eines Bündels kennen und möchte dazu eine optionsgesteuerte Bündelberechnung durchgeführt und visualisiert haben.
  • Ein Bordnetz-Integrations-Verantwortlicher muss verschiedene Kabelsätze zu einem Gesamtsystem integrieren und dabei z. B. die Trennstellen-Kompatibilität überprüfen.
  • Ein Fertigungsplaner möchte die Kabelsatzstruktur z. B. für ein Cockpit als 3D-Modell und dabei in Bezug auf verschiedene Ausstattungskonfigurationen visualisiert bekommen, um dadurch Einbausituationen einschätzen zu können.
  • Ein Funktionsverantwortlicher möchte sich vergewissern, wie seine Fahrzeugfunktion als Logistik-Modul (KSK) umgesetzt worden ist, und erwartet daher eine Schaltplan-ähnliche Aufbereitung der Daten.

Diese Beispiele aus Anwendungsszenarien ließen sich beliebig erweiteren und zeigen doch ansatzweise die Bandbreite der Aufgabenstellungen rund um das komplexe Produkt Kabelsatz.

Der Lösungsansatz von Zuken

Mit einer Reihe von Erweiterungen in der Version 2018 kann die Applikation E3.HarnessAnalyzer dieses breite Anforderungsportfolio bedienen. Neben der »traditionellen« 2D-Sicht auf den Kabelsatz und umfassender Listen-Darstellung gibt es jetzt eine dynamische 3D-Darstellung und eine Aufbereitung der Konnektivität als Schaltplan (Bild 1).

Besonders wertvoll für den Anwender ist dabei, dass alle Ansichten miteinander gekoppelt sind. Selektiert der Anwender z. B. einen bestimmten Draht in der Drahtliste, so wird der Verlauf des Drahtes automatisch sowohl in der 2D-Zeichnung und im 3D-Modell angezeigt. Gleichzeitig visualisiert das Schaltplan-Fenster die Verschaltung um diesen Draht herum – mit angeschlossenen Kontakten, Steckern und Komponenten.

Alle Darstellungen (2D, 3D und Schaltplan) werden dabei dynamisch aus den KBL-Daten generiert und basieren nicht auf Dokumenten oder statischen 3D-Modellen.

Diese Dynamik sichert u. a. den substanziellen Vorteil, dass alle Visualisierungen abhängig von frei wählbaren Ausstattungsvarianten gesteuert werden. So kann sich der Anwender durch Selektion der relevanten KSK-Module exakte Fahrzeugkonfigurationen einfach bilden, und alle Darstellungen beziehen sich dann auf diese kundenspezifische Fahrzeugkonfiguration (Bild 2).

Diese Eigenschaft der vollständig dynamischen Visualisierung auf Basis eines Datenmodells und ohne statischen Bezug zu Dokumenten stellt einen wesentlichen Schritt hin zur durchgängigen Digitalisierung dar.