Steigende Designkomplexität ist nur noch mit generativen Designprozessen zu bewältigen Automatisierte High-Level-Analyse von elektrischen Systemen

Die Zunahme der ab Werk verfügbaren Optionen ist mittlerweile so gewaltig, dass nach Angaben einiger Hersteller bereits jedes 1,2te Kraftfahrzeug über einen eigenen Kabelbaum verfügt. Diese große Zahl an Variationen gilt es zu bewältigen und zu verwalten. Wie dies geschieht, beschreiben die folgenden Ausführungen, indem sie sowohl die traditionellen wie auch die neuen generativen Designprozesse für die Entwicklung eines Kfz-Kabelbaumes skizzieren. Darüber hinaus werden verschiedene Analysetechniken innerhalb dieser Flows vorgestellt und deren Vorteile herausgearbeitet.

Steigende Designkomplexität ist nur noch mit generativen Designprozessen zu bewältigen

Die Zunahme der ab Werk verfügbaren Optionen ist mittlerweile so gewaltig, dass nach Angaben einiger Hersteller bereits jedes 1,2te Kraftfahrzeug über einen eigenen Kabelbaum verfügt. Diese große Zahl an Variationen gilt es zu bewältigen und zu verwalten. Wie dies geschieht, beschreiben die folgenden Ausführungen, indem sie sowohl die traditionellen wie auch die neuen generativen Designprozesse für die Entwicklung eines Kfz-Kabelbaumes skizzieren. Darüber hinaus werden verschiedene Analysetechniken innerhalb dieser Flows vorgestellt und deren Vorteile herausgearbeitet.

Bei vielen Entwicklern herrscht die Überzeugung, dass die auf Simulation verwandte Zeitspanne deutlich länger ausfällt als jener Zeitabschnitt, welcher für die Kon-struktion notwendig ist. Ein zweites Vorurteil besteht darin, dass den Entwicklern meist die erforderlichen Informationen fehlen, um die komplexen Modelle, die zur Simulation notwendig sind, simulationsfähig zu machen. Ob diese Ansichten noch berechtigt sind, klären die folgenden Ausführungen.

Vorab noch eine kleine, aber wesentliche Terminologie-Festlegung: Eine Simulation liefert Simulationsergebnisse; eine Analyse indes verwertet Simulationsergebnisse und beschreibt sie entweder in übersichtlicher Form als Grafiken oder Tabellen, oder die Analyse liefert sogar eine Interpretation der Ergebnisse.

Die beschreibende Form der Analyse wird für Aufgaben wie Komponentenanpassungen (z.B. Auslegung von Leitungen und Sicherungen) oder detaillierte Timing-Analysen der Signale herangezogen. Bei der interpretierenden Analyse werden die Simulationsergebnisse überprüft, und es wird festgestellt, wie sich das Verhalten einzelner Komponenten auf das Gesamtsystem auswirkt. Bekannte Formen der interpretierenden Analyse sind „Failure Modes and Effects Analysis“ (FMEA), die in der Luft- und Raumfahrt bekanntere „Failure Modes Effects and Criticality Analysis“ (FMECA) sowie „Sneak Circuit Analysis“ (SCA).

Die interpretierende Analyse ist deshalb von hoher Bedeutung, weil sie unterschiedliche Arten der Designverifikation zur Verfügung stellt. Die Verifikationsform SCA dient dazu festzustellen, ob das System seine funktionale Spezifikation immer erfüllen kann. FMEA wiederum hilft bei der Sicherstellung, dass das System auch spezielle Sicherheits-, Zuverlässigkeits- und Qualitätslevel erfüllt [1, 2, 3].

Der allgemeine Designflow

Im Folgenden wird ein allgemeingültiger Designflow vorgestellt, der auf die meisten derzeitigen und zukünftigen Entwicklungsprozesse angewandt werden kann. Insbesondere wird auf den generativen Flow eingegangen, der regelbasierte Automatisierungen vieler traditionell manueller Vorgänge (z.B. Bauteileplatzierung) beinhaltet.

Bild 1 zeigt ein Designflussdiagramm sowohl für den traditionellen interaktiven Flow als auch den neuen generativen Flow. Die beiden Design-Flows bilden das jeweilige Ende eines Spektrums möglicher Flows. Viele Automobilunternehmen wenden jeweils unterschiedliche Mischlösungen aus beiden Prozessen an. Die folgenden Ausführungen betrachten nun die konzeptionellen Schritte, die in der Entwicklung eines Fahrzeugs ablaufen, und zwar für jeden der beiden Design-Flows.

Funktionales Design mit der Spezifikation der Funktionsmerkmale abgeschlossen

Sobald die Marketingabteilung eine Plattformspezifikation vorlegt, also die Funktionsmerkmale und Optionen eines Fahrzeugs festlegt, beginnt die funktionale Designphase. Für den interaktiven oder für den generativen Flow sind die auszuführenden Abläufe größtenteils identisch:
Bauelemente werden auf logischen Schaltplänen platziert.
Die Verbindungen werden mit Hilfe von Netzen spezifiziert.
Alle möglichen Optionen und Varianten werden im Design berücksichtigt.

Jetzt können viele logische Elemente auf dem Schaltplan zu wenigen physikalischen Bauteilen reduziert werden – z.B. Sicherungen in einer Sicherungsbox zusammenführen. Hier, am Übergang vom funktionalen Design zur physikalischen Realisierung, trennen sich die beiden Design-Flows.