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Virtuelle Assistenz am Steuer

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Hans-Jörg Munke

Hans-Jörg Munke

freier Journalist

Ob Sitzfeld-Berechnung oder Anpassung von neuen Designentwürfen – virtuelle Assistenz übernimmt in der Automobilentwicklung immer mehr Aufgaben. Das verkürzt Entwicklungszeiten, senkt Kosten und führt am Ende zu besseren Ergebnissen.

06. März 2015

Modell- und Innovationszyklen werden in der Automobilindustrie immer kürzer. Doch neue Fahrzeuge zu entwickeln, braucht Zeit – und die kostet Autobauern bares Geld. Was liegt da näher, als Software-Lösungen einzusetzen, die Entwurf, Konstruktion und Produktionsplanung deutlich beschleunigen.

Alexander Piskun, Professor für Karosseriekonstruktion und Datenverarbeitung an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften HAW Hamburg, beschreibt es am Beispiel der Sitzentwicklung: „Da gibt es die sogenannten Sitzzwerge, mit langen Beinen und kurzem Oberkörper, und Sitzriesen, mit langem Oberkörper und kurzen Beinen. Außerdem 5%-Frauen – nur fünf Prozent sind kleiner – und 95%-Männer. Größere „Exemplare“ werden nicht mehr berücksichtigt. Alle sollen den Sitz so verstellen können, dass sie komfortabel sitzen und entsprechend der geltenden Vorschriften sicher auf eine Ampel oder in einer bestimmten Entfernung auf die Fahrbahn schauen können.“

Virtuelle Puppen als Entwicklungshelfer

Aktuelle Software-Lösungen böten zwar die Möglichkeit, virtuelle Puppen im CAD-System abzubilden, ihre Proportionen und Lage zu verändern. Die Ermittlung der einzelnen Sitzpositionen unter Einhaltung gegebener Rahmenbedingungen müsse der Konstrukteur aber für jede Figur wiederholen, bis das sogenannte Sitzverstellfeld komplett definiert sei. Um die hundert Stunden könne man dafür einplanen, so der Karosserieexperte. Zum Zeitaufwand komme ein riesiges Fehlerpotential. Gerade Entwicklungsfehler kosteten die Automobilkonzerne schnell sehr viel Geld.

Das Interesse an automatisierten Berechnungen sei daher groß, so Piskun, der selbst auf eine lange Industrieerfahrung zurückblicken kann: „Die Automobilindustrie fordert daher in letzter Zeit von Software-Herstellern nicht mehr nur ein Instrument zur Lösung, sondern die Lösung selbst.“ Man könne einen Algorithmus hinterlegen, der alle wesentlichen Kriterien abprüft und so das gesamte Sitzverstellfeld in wenigen Minuten automatisch ermittelt. Die angehenden Konstrukteure der HAW haben das in zahlreichen Forschungsprojekten in den letzten Jahren bereits erfolgreich bewiesen.

Sitzfelder für zahlreiche Dummys gleichzeitig

Auch kommerzielle Programme wie die Ergonomie-Simulation RAMSIS, die die Firma Human Solutions gemeinsam mit der deutschen Automobilindustrie entwickelt hat, folgen diesem Trend. „Im Juni 2015 kommt das Modul RAMSIS seat design auf den Markt, damit lassen sich automatisierte Sitzverstellfeldberechnungen zunächst für einzelne Menschmodelle durchführen“, sagt Gunter Gilberg, Account Manager Ergonomie Simulation bei Human Solutions. „Ab 2016 wird dann die Software RAMSIS NextGen Sitzverstellfeldberechnungen für ein Kollektiv von Dummys parallel durchführen können.“

Software-Assistenzen können auch dabei helfen, automatisch Bauteile, etwa ein einmal konstruiertes Verdeck, auf unterschiedliche Modelle anzupassen – Stichwort „Parametrisierung“. Dazu werden in der Software bestimmte Variablen festgelegt und verändert. Alle anderen Parameter passen sich an, so dass man am Ende ein kleineres, breiteres, höheres oder dickeres Baumodul bekommt. Obwohl der Weg zu solchen Lösungen klar ist, sind sie in der Industrie noch nicht sonderlich verbreitet.

Schnittstellen absprechen, sonst gibt’s tote Geometrie

Alexander Piskun sieht den Grund dafür in der Arbeitsorganisation der Konstruktionsabteilungen: „Meistens vergibt man Aufträge nach außen, weil man sechs oder sieben Projekte gleichzeitig führen muss. Bei der Vergabe muss klar sein, welche Unbekannten parametrisiert werden sollen. Sind die Schnittstellen aber nicht eindeutig abgesprochen, bekommt man am Ende „tote“, das heißt nicht parametrisierte Geometrie, die nicht veränderbar ist. Parametrisierung kostet viel Abstimmung und Nachdenken“, resümiert Piskun. Verbreitet sei das Vorgehen eher bei Zulieferern, die ein einmal konstruiertes Modul auf möglichst viele Fahrzeuge unterschiedlicher Hersteller anpassbar machen wollten.

Dagegen arbeiten alle großen Automobilhersteller aktuell an ganzen parametrischen Fahrzeugen. Hinter dem Begriff „Technikmodell“ verbirgt sich eine CAD-Simulation, in der die Konstrukteure alle bekannten Rahmenbedingungen hineinrechnen, etwa die gesetzlichen Anforderungen der Zielmärkte EU, Japan oder USA, die Konsumentenanforderungen und auch die Vorgaben der Versicherungen. „Die Güte des Technikmodells entscheidet. Je vollständiger es ist, desto weniger Arbeit kostet später die Anpassung“, erklärt Alexander Piskun.

Technikmodelle senken Parametrisierungsaufwand

Ein neu entwickeltes Design in Form eines Plastilinmodells (Claymodell) wird dann eingescannt und die entstandene 3D-Punktewolke über das Technikmodell gelegt. So lässt sich ohne viel Aufwand klären, ob Baugruppen in das neue Design hineinpassen, oder ob und wo nachgebessert werden muss. Damit reduziert sich die sogenannte Optimierungsschleife „Design – Konstruktion – verändertes Design – passende Konstruktion“ deutlich. „Früher hat es Monate gebraucht, verlässliche Aussagen zu treffen, weil man zunächst neu konstruieren musste, dank Technikmodell, das durch Parametrisierung auch angepasst werden kann, sind es heute nur noch wenige Tage“, so Piskun.

Dabei kann innerhalb des Konstruktionsprozesses gleich die Produktionsfähigkeit berücksichtigt werden, denn auch daran hängen die Kosten. Wieder helfen Software-Assistenzen: Integrierte planungstechnische CAD-Assistenzen erinnern etwa den Konstrukteur, als erstes die Bezugspunkte für die Bauteile festzulegen und führen ihn entlang einer Checkliste an die Stellen, wo bestimmte Anbindungsmerkmale, wie Löcher oder Aufnahmestellen, gesetzt werden müssen. Früher seien dazu Rücksprachen mit Planer, Oberflächenentwickler und Designer nötig gewesen, sagt Piskun. „Absprachen muss es immer noch geben, aber man vergisst dabei nichts mehr.“

Die Zukunft liegt in der integrierten Simulation

„In der Zukunft werden wir erleben, dass sich diese Assistenzen immer mehr verflechten“, ist sich Piskun sicher. Wo der Konstrukteur heute schon diese Assistenzen verwendet, habe der Designer sie noch nicht. Der werde dann schon in der Entwurfsphase am Bildschirm sehen können, wo die Probleme eines neuen Designs liegen: etwa, ob die gesetzliche Vorschrift zum Fußgängerschutz grundsätzlich erfüllbar oder ein gewählter Fugenverlauf problemlos umsetzbar ist.

Ein Ende der Kreativität sei damit aber nicht in Sicht, so Piskun. „Die heutigen Assistenzen schlagen Varianten vor oder erinnern an die Einhaltung bestimmter Vorgaben. Wenn die Assistenzen smart verflochten sind, dann ist der Designer freier in der Gestaltung und profitiert durch die schnelle Rückkopplung. Im Ergebnis bekommen wir dadurch bessere und fehlerfreiere Autos.“