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TechnikAutomobilentwicklung

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.“