Digitale Transformation des Entwicklungsprozesses

Engineering von morgen: Virtuelle statt reale Prototypen, früherer höherer Reifegrad, höhere Flexibilität

Durch die fortschreitende Digitalisierung eröffnen sich neue Möglichkeiten, die Entwicklung von Fahrzeugen weitgehend virtuell durchzuführen. Diese Transformation des Entwicklungsprozesses ist nur möglich, wenn alle Entwicklungsbereiche und alle Mitarbeiter ganzheitlich miteinbezogen werden. Im „Netzwerk Digitalisierung“ bei IAV arbeiten Spezialisten aus den verschiedensten Bereichen zusammen, um neue Prozesse, Methoden und Tools für das digitale Engineering von morgen zu entwickeln.

Der heutige Produktentstehungsprozess (PEP) dauert ungefähr drei Jahre; nach zwölf bis fünfzehn Monaten stehen in der Regel die ersten realen Prototypen zu Verfügung. „Ihre Herstellung erfordert viel Zeit und verursacht hohe Kosten“, sagt Veit Lemke, Executive Projekt­manager bei IAV. „Das wollen wir in Zukunft vermeiden: Unser Ziel für künftige Entwicklungen ist es, auf physische Prototypen zu verzichten.“ Dazu ist neben der Entwicklung von repräsentativen Modellen, neuen Methoden und Tools ein angepasster Entwicklungs­prozess erforderlich.

Produktentwicklungsprozess für das digitale Zeitalter

Daran arbeitet das Team „Digital Transformation of Engineering“ im „Netzwerk Digitalisierung“ von IAV. Mitarbeiter aus unterschiedlichen Bereichen entwickeln in Pilotprojekten Ideen für einen neuen PEP und die dafür benötigten Methoden und Tools. Durch mehr Virtualisierung wollen sie den Einsatz von Prototypen überflüssig machen: Statt reale Fahrzeuge aufzubauen, setzen sie auf digitale Modelle als Grundlage für Erprobung und Absicherung. „Wir haben diesen neuen PEP für virtuelle Entwicklungs­prozesse bereits definiert und mit ersten Kunden diskutiert“, berichtet Lemke. „In der Konzept- und der frühen Entwicklungsphase wollen wir statt drei nur noch zwei Zyklen durchlaufen, was uns pro Zyklus mehr Zeit verschafft und zu besseren Ergebnissen führt.“ Durch den Einsatz neuer digitaler Methoden sollen die Ergebnisse früher einen höheren Reifegrad aufweisen, sodass die Entwickler zu einem frühen Zeitpunkt eine virtuelle Absicherung durchführen können – ganz ohne physische Prototypen und die zu ihrer Herstellung erforderlichen teuren Werkzeuge. „Wir planen diese virtuellen Prototypen bereits deutlich früher als die physischen Prototypen beim konventionellen PEP“, so Lemke. „Das wird dazu führen, dass wir in Zukunft die Serien­werkzeuge früher freigeben und mit der finalen Absicherung unter der Verwendung von Vorserien­fahrzeugen eher beginnen können.“ Der Produktionsstart soll sich nach dem neuen PEP allerdings nicht nach vorne verschieben – die mithilfe der virtuellen Prototypen gesparte Zeit werden die Hersteller voraussichtlich in die Homologation und eine höhere Produkt­reife zum Serienstart investieren. Zudem spart der neue Ansatz Kosten und erhöht die Flexibilität während der Entwicklung. Schließlich müssen bei Änderungen am Konzept oder an Bauteilen nur die digitalen Modelle angepasst und keine neuen Werkzeuge gebaut werden.

Gemeinsame Daten­plattform für alle Entwickler

Neben den digitalen Modellen ist das Zusammenspiel der Entwicklungs­werkzeuge eine wichtige Voraussetzung für den neuen digitalen Entwicklungsprozess. „Manche von ihnen stammen von IAV, andere entwickeln wir gemeinsam mit etablierten Herstellern und Startups weiter“, so Lemke. „Dazu bündeln wir bereichsübergreifend das Know-how unserer Ingenieure und arbeiten in agilen Teams.“ Ein wichtiges Thema sind hier die riesigen „Datenseen“, die heute mit einer Fahrzeugentwicklung verbunden sind und die unter anderem die Modelle für die virtuelle Entwicklung enthalten. Sie sollen künftig stärker in einer gemeinsamen Plattform gebündelt werden – immer unter Wahrung der Geheimhaltung von Kundendaten.

Zu den neuen Methoden im Entwicklungsprozess gehören Virtual Reality (VR), Mixed Reality (MR) und Künstliche Intelligenz (KI). VR ermöglicht es, standort­übergreifend an einem Modell zu arbeiten. „Die Entwickler können sich im virtuellen Raum treffen und gemeinsam an einem Motor arbeiten, etwa in ihn hineinsehen oder einzelne Teile austauschen“, sagt Lemke. „Und bei Kundenpräsentationen können wir Zwischenergebnisse in kürzeren Zyklen präsentieren und zusätzlich ein sehr realistisches Bild vermitteln.“ Ende 2017 wird das erste IAV-Entwicklungs­zentrum mit einem VR-Raum ausgestattet sein, die übrigen Standorte folgen zügig.

Lernende Algorithmen für bessere Lösungen

KI wird ebenfalls den Arbeitsalltag vieler Ingenieure verändern: Schon heute können Algorithmen selbstständig Varianten durchspielen und neue Lösungsansätze vorschlagen, aus denen der Mensch dann eine Auswahl trifft. „Bei Motor­kenn­feldern oder bei Getrieben gibt es eine sehr große Zahl von Stellschrauben, die die Leistung beeinflussen“, erklärt Lemke. „Das können Computer viel besser als Menschen.“ Zudem können die Systeme dank KI in Zukunft dazulernen und immer bessere Vorschläge machen. Erste Ansätze dazu gibt es bereits in IAV-Tools wie der Getriebe- und der Antriebs­strang­synthese. Diese werden kontinuierlich ausgebaut und weiterentwickelt.

Bereits 2017 wird IAV bereit sein, mit einer ersten Derivat­entwicklung nach dem neuen PEP zu starten. Analog dazu ist der Start für eine erste Neuentwicklung ab 2018 geplant. Und bereits 2020 will IAV das vernetzte und neue digitalisierte Arbeiten im gesamten Unternehmen umsetzen. „Wir betrachten das Thema ganzheitlich und beschränken uns nicht auf einzelne Schritte der Entwicklung“, fasst Lemke zusammen. „Mit den neuen Prozessen, Methoden und Tools wollen wir eine weitgehend virtuelle Fahrzeugentwicklung ermöglichen.“