Ohne den Einsatz modellbasierter Techniken wäre die Komplexität in der Automobilentwicklung schon seit geraumer Zeit nicht mehr überschaubar und zu beherrschen. Allerdings haben sich im mechanischen Bereich und in der Elektrik/Elektronik verschiedene Entwicklungs- und Architektur-Werkzeuge etabliert.
Der Autor Dr. Clemens Reichmann ist Gründer und Geschäftsführer der Aquintos GmbH, Karlsruhe
Eine strategische Partnerschaft der Vector Informatik mit Siemens PLM Software ermöglicht es künftig, Daten aus Mechanik, Elektrik, Elektronik sowie Software miteinander in Beziehung zu setzen. So lassen sich frühzeitig im Entwicklungsprozess nachhaltige Optimierungen durchführen sowie Inkonsistenzen an den Berührungspunkten aufdecken.
Die ideale Lösung für eine modellbasierte Systementwicklung – die der Komplexität der Fahrzeuge Rechnung trägt – ist ein Kompromiss aus dem technisch Machbaren und einer Reihe verschiedener Optimierungsziele wie Kosten, Funktionalität, Gewicht, Bauraum oder Robustheit. Gleichzeitig gilt es, Randbedingungen wie Sicherheitsanforderungen, gesetzliche Vorgaben, Verbrauchs- und Emissionswerte zu berücksichtigen. Je detaillierter man die gewünschten Funktionen und Anforderungen an ein Fahrzeug sowie die Umsetzungsmöglichkeiten in einem Modell abbildet, umso genauere Vorhersagen liefert es über die Systemeigenschaften und das Systemverhalten.
Modellbasierte Techniken haben sich sowohl in der Mechanik als auch im E/E-Bereich (Elektrik/Elektronik) etabliert. So nutzen auf der klassischen konstruktiven Seite viele Anwender für Design, Entwicklung und Modellierung von mechanischen Komponenten das interaktive CAD/CAM/CAE-System NX von Siemens, einem Bestandteil der Teamcenter Software.
Demgegenüber findet man im Bereich der Automobil-Elektrik/Elektronik das von der Firma Aquintos entwickelte Modellierungswerkzeug Preevision, das seit dem Jahr 2010 unter der Produktbezeichnung „Preevision Architect“ ein Teil der „Easee Automotive Solution“ der Firma Vector Informatik ist. Es dient zur Konzeption, Entwicklung und Bewertung von E/E-Architekturen, wobei sich das zugehörige Datenmodell als De-facto-Standard zum Austausch von E/E-Daten zwischen verschiedenen Unternehmen, wie OEMs und Zulieferern, durchgesetzt hat. Über spezielle Metriken – Berechnungsvorschriften für Analysen – kann Preevision Systemeigenschaften gezielt in einem Zahlenwert zusammenfassen. Dies erlaubt formale Vergleiche und eine schnelle und objektive Bewertung verschiedener Architektur- und Designvarianten.
Ausgehend von den Anforderungen (Feature- liste) entwirft der Entwickler zunächst die logische Architektur, die Software- und Hardware-Komponenten und gelangt schließlich zu den Ebenen von Stromlaufplan und Leitungssatz. Spätestens hier spielen geometrische und topologische Aspekte eine wichtige Rolle, um Leitungen, Steckverbinder und elektronische Geräte an geeigneter Stelle unterzubringen. Idealerweise werden Einbauorte in den Bauräumen beim Design der Karosserieteile frühzeitig berücksichtigt. Die Visualisierung über ein 2,5-D-Modell, das die räumliche Verteilung von elektrischen und elektronischen Komponenten von oben gesehen darstellt, ist hier nützlich. Allerdings kann es keine Konflikte auflösen, die als Folge von Versäumnissen und mangelnder Kommunikation zwischen E/E-Architekten und Konstrukteuren entstehen.
Feinabstimmung muss schon früh erfolgen
E/E- und Mechanische Entwicklung arbeiten in verschiedenen Entwicklungsabteilungen und verwenden jeweils die auf ihre Domänen zugeschnittenen Entwicklungssysteme mit (grafischen) Editoren. Die notwendige Feinabstimmung findet für derart komplexe mechatronische Systeme häufig zu späte Beachtung. Bei dieser Vorgehensweise sind Inkonsistenzen an den Berührungspunkten von Mechanik und Elektrik/Elektronik kaum vermeidbar. Ein typisches Beispiel sind die von den Mechanikern festgelegten Kabelbaumdurchbrüche in den Karosserieteilen. Während eine ungünstige Platzierung längere Kabel erfordern kann, drohen etwa Temperaturprobleme, wenn Leitungen zu nahe am Motorblock vorbeiführen. Je schneller und unkomplizierter Informationen zwischen den Entwicklungsteams der Mechanik und der Elektrik/Elektronik austauschbar sind, umso schneller lassen sich ungünstige Konstellationen vermeiden. Wissen die Mechaniker zum Beispiel frühzeitig, dass zwei kleine Durchbrüche besser sind als ein großer, können sie das berücksichtigen.
Im Automobil gibt es etliche Berührungspunkte dieser Art: Man muss Platz für Steckverbindungen an Trennstellen wie Türen vorsehen, Trassenführungen einplanen, die für jeweils genügend große Querschnitte sorgen, Gehäuseschutz (IP-Schutzarten) und Schutz gegenüber Kontakt mit Öl, Benzin oder Bremsflüssigkeit sowie Schock- und Vibrationsfestigkeiten berücksichtigen. Besonders kritisch ist die Entwicklung der Stirnwand, das heißt der Trennwand zwischen Armaturenbrett und Motorraum samt der zahlreichen Durchbrüche. Im Fahrzeuginnenraum herrscht hier eine hohe Gerätedichte und Konzentration an Funktionalität, denkt man neben der Instrumentierung und der Elektrik/Elektronik beispielsweise an die Komponenten der Lüftungs- und Klimaanlage. Jeder will sein Steuergerät im Fahrzeuginnenraum unterbringen, um mit einer niedrigen Schutzart auszukommen. Während des Entwicklungsprozesses können aufgrund von Optimierungen oder Sparmaßnahmen durchaus auch einmal größere Strategieänderungen notwendig werden. Eine andere Aufteilung der Funktionen auf die verfügbaren Hardware-Ressourcen führt in solchen Fällen gegebenenfalls zum Wegfall oder der Ergänzung von Steuergeräten beziehungsweise zu einem anderen Einbauort.
Ganzheitlicher Ansatz hilft rationalisieren
In solchen Situationen bedarf es flexibler Reaktionen auf Veränderungen und geeigneter Werkzeuge zum Informationsaustausch. Die strategische Zusammenarbeit von Vector und Siemens soll Mechanik-, E/E- und Entwicklungs-Teams von Embedded Software mit einem integrierten Ansatz unterstützen, in dem sich die Easee Automotive Solution und Siemens Teamcenter zu einer aus Sicht des Anwenders integrierten Lösung zusammenfügen. Bei der technischen Umsetzung spielt das Know-how der Vector Tochter Aquintos eine wesentliche Rolle. Daten aus Mechanik, Elektrik, Elektronik und Software lassen sich in Beziehung zueinander setzen. Konsistenzchecks erkennen bereits in frühen Entwicklungsphasen Konflikte bei Segmentquerschnitten, Trassenführungen, Abmessungen von Steuergeräten und ähnlichem oder vermeiden sie von vorneherein; dasselbe gilt bei Strategieänderungen.
Die Modellierung bei Preevision unterstützt hierzu die Spezifikation verschiedener Produktvarianten. Die Modellobjekte der verschiedenen Ebenen werden über Mappings miteinander in Beziehung gesetzt. Alle Modellobjekte werden in der „Easee Collaboration Platform“ abgelegt. Sie können dort einerseits in Revisionen und Branches verwaltet werden, andererseits stehen sie so der gesamten Entwicklungsorganisation zur Verfügung. Die Verfolgbarkeit (Traceability) ist damit in verschiedenen Richtungen möglich:
- innerhalb einer Modellierungsebene, beispielsweise von einem Steuergerät zu den angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren
- über die Modellierungsebenen hinweg, etwa von den Requirements bis zum konkreten CAN-Signal
- entlang der Zeit über die History.
Für Anwender beider Seiten bringt die Kooperation der in ihren Bereichen jeweils als Marktführer geltenden Unternehmen daher Vorteile, um die Verzahnungen und Wechselwirkungen in mechatronischen Systemen zu beherrschen.
Messe Embedded: Halle 10, Stand 439
Vector Informatik; Telefon: 0711 80670-0; E-Mail: info@vector.com
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