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CAD-CAM TechnologieE-CAD: High-Tech unter‘m Teppich

Trotz Bussystemen sind die Anforderungen an die Verkabelung in Fahrzeugen gestiegen. Zwischen 1.500 und 2.000 Kabelverbindungen definieren beispielsweise die Porsche-Ingenieure pro Fahrzeug – kundenspezifisch. Mit Aucotecs E-CAE-Lösung Engineering Base Cable behalten sie den Überblick und können gleichzeitig Gewicht sparen. Das senkt die Kosten für das teure Kupfer und den Kraftstoffverbrauch.
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CAD-CAM Technologie: E-CAD: High-Tech unter‘m Teppich

„Letztlich verschwindet unsere Arbeit unter dem Teppich, obwohl die Verkabelung das Nervensystem eines Fahrzeugs bildet“, berichtet schmunzelnd Bernhard Metzenbauer, Fachreferent im Bereich Elektrik/Elektronik/Hardware-Integration im Entwicklungszentrum der Porsche AG in Weissach. Doch in der Entwicklung der Kabelstränge steckt Potenzial. „Denn das Leitungsmaterial – Kupfer – ist schwer, hier können wir das Gewicht des Fahrzeugs senken.“ Neben geringeren Materialkosten trage das auch dazu bei, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Ingenieure und IT-Verantwortliche in Weissach sind also motiviert, die Bordnetzverkabelung zu optimieren. „Gleichzeitig ist die Variantenvielfalt sehr hoch, fast jedes Fahrzeug besitzt einen kundenspezifischen Kabelstrang – kurz KSK“, ergänzt Uli Loser, IS-Projektleiter im Bereich Informationssysteme für den Produktentstehungsprozess. „Ausgangspunkt ist immer, die Wünsche des Kunden zu erfüllen – darauf stimmen wir die Verkabelung ab.“ Keine einfache Aufgabe, denn das reicht vom komplett mit Navigations- und Hifi-System ausgestatteten Fahrzeug bis hin zum eher auf das Wesentliche beschränkten reinen Sportwagen.

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„Allein schon aufgrund der funktionalen Tiefe benötigen wir deswegen in der Schaltplanentwicklung ein entsprechend leistungsfähiges E-CAD-System“, fährt Uli Loser fort. Zuvor führte diese Situation allerdings dazu, dass nach und nach ein speziell an die Bedürfnisse der Entwickler angepasstes System entstand, ein Inselsystem – mit all seinen Nachteilen, insbesondere bezüglich der Wartung. „Für die kommenden Baureihen suchten wir deshalb nach einer Branchenlösung, die einerseits den speziellen Anforderungen der Bordnetzentwicklung genügt, andererseits aber auch Erfahrungen und Know-how der Branche zusammenführt.“ Künftig setzt Porsche deswegen auf die Aucotec-Lösung Engineering Base Cable. „Was alternative Systeme nur als Sonderlösung umsetzen, ist hier in den Standard aufgenommen“, so der IT-Spezialist weiter. Besonders bei neuen Funktionen biete das Vorteile. „Statt einem Releasewechsel können wir auf diese Weise jährlich eher zwei realisieren und damit unseren Entwicklern schneller neue Funktionen zur Verfügung stellen.“

Datenbank im Hintergrund sichert Konsistenz

Neben dem Branchen-Know-how sprach für die Aucotec-Lösung auch der Aufbau von Engineering Base Cable. Werden jetzt Leitungen oder Geräte definiert, landen diese zunächst in der zugrunde liegenden Datenbank. Diese stellt sicher, dass jeder immer mit dem jeweils aktuellen Datensatz arbeitet – und die Arbeit wird unabhängig von Grafiken und Plänen, die in Engineering Base aus der Datenbank abgeleitet werden. Der Software-Hersteller spricht deswegen auch von einem E-CAE- anstelle eines E-CAD-Systems. Auf diese Weise lässt sich auch die Komplexität in der Bordnetzentwicklung besser in den Griff bekommen, die trotz des Einzugs von Bussystemen vorhanden ist. „Die Ansprüche an das Bordnetz sind gestiegen, vor allem aufgrund der vielen Fahrwerks-Assistenzsysteme“, erläutert Bernhard Metzenbauer. „Zwei bis drei Kilometer Leitungslänge und zwischen 1.500 und 2.000 Einzelleitungen sind heute keine Seltenheit mehr – ohne Vernetzung wäre das gar nicht mehr abzubilden!“ Der Kunde profitiert davon aufgrund zahlreicher Zusatzfunktionen, die sich auf diese Weise realisieren lassen. Etwa das automatische Umschalten auf Umluft bei wiederholtem Gebrauch der Scheibenwaschanlage, um so die Geruchsbelästigung zu minimieren.

Die gleichzeitig komplexen und dennoch kundenspezifisch ausgelegten Bordnetze stellen die Porsche-Ingenieure noch vor eine weitere Herausforderung. „Damit der Kundendienst die Fahrzeuge optimal betreuen kann, wollen wir ihm mit den Unterlagen die jeweils passenden Stromlaufpläne liefern – und zwar bevor das Fahrzeug bei ihm auf dem Hof steht“, so Bernhard Metzenbauer weiter. „Das setzt voraus, dass wir die Entwicklung der Bordnetzverkabelung eins zu eins an den Porsche-Kundendienst weiter geben – ohne umständliche Aufbereitung und wirklich passend zu jedem einzelnen Fahrzeug.“ Das verkürze die Fehlersuche in den Werkstätten erheblich. Diese Daten liefert der Automobilhersteller sogar in zehn ver- schiedenen Sprachen.
Bevor sich die Entwickler der Verkabelung zuwenden, entsteht ein Fahrzeug in Weissach zunächst im mechanischen CAD-System, in diesem Fall Catia von Dassault Systèmes. Hier werden Bauteile wie Scheinwerfer oder Schalter angelegt und mit Anschlüssen versehen, bevor im E-CAE-System die ‚Intelligenz‘ der Bordnetzverkabelung hinzukommt. Teil der Porsche-Philosophie dabei ist, dass bestimmte Bauteile immer dieselbe UL-ID erhalten (Usage Location Identification). „Die UL-ID für den Scheinwerfer links ist also immer gleich, unabhängig von seiner Bauart“, erläutert Uli Loser. „Auf diese Weise können wir Fehler nicht nur in der Entwicklung, sondern auch in der Montage und im Service vermeiden.“ Unter anderem wird deswegen auch die Kabelfarbe zentral vorgegeben. Alle Einzelteile für den Kabelstrang – Leitungen, Tüllen, Kontakte, Steckergehäuse oder Clipse – lassen sich übrigens erst verbauen, wenn sie im PBVS (Porsche-Bauteil-Verwaltungs-System) hinterlegt sind.

Beim sich anschließenden Abgleich zwischen E-CAE und M-CAD – der Hochzeit – habe sich die sogenannte ‚Kabelbaumliste‘ als neutrales Format bewährt, fährt Uli Loser fort. Entsprechend der von VDA und Prostep-iViP-Verein herausgegebenen VDA-Empfehlung 4964 definiert die Kabelbaumliste (KBL) ein Datenmodell und ein XML-Schema für den Austausch dieser Daten im Rahmen der Kabelbaumentwicklung. „Auch hier lohnt es sich, diesen Schritt im Haus zu halten, da die Abstimmung zwischen den einzelnen Abteilungen viel schneller erfolgen kann – die Wege sind kürzer.“ Erst wenn alles o.k. ist, erhält der Lieferant die Kabelbauminformationen im jeweiligen E-CAE- oder M-CAD-Format in neutralisierter Form. Zeitgleich lassen sich auch die Daten für die Prüftische generieren.

Komponenten-Know-how soll Netze weiter optimieren

Im Einsatz des Datenbank-gestützten Engineering Base Cable sieht man in Weissach noch weiteres Potenzial. „Um die Bordnetze zukünftig weiter zu verbessern, müssen wir zusätzlich zu den Elementen des Kabelstrangs auch die angeschlossenen Komponenten hinterlegen“, führt Schaltplan-Spezialist Bernhard Metzenbauer aus. Ähnlich denke man bereits bei Branchenarbeitskreisen. „Wir wollen wissen, welche Ströme fließen oder welche Informationen ein Steuergerät liefert – bislang wissen wir nur, dass eine Leitung zu ihm führt.“ Mit solchen Informationen lassen sich die Bordnetze viel detaillierter betrachten und analysieren. Beispiel Scheibenwischermotor: Abhängig von Fahrgeschwindigkeit oder Außentemperatur verändert sich hier die Stromstärke. Kennt man die Einsatz-Parameter, lässt sich der Leitungsquerschnitt weiter optimieren – wiederum mit positiven Effekten bezüglich Gewicht und Kosten. „Dabei spielt durchaus auch die Ausstattung wieder eine Rolle“, erläutert Bernhard Metzenbauer. „Bei Vollausstattung benötige ich natürlich eine dickere Leitung, beim reinen Sportwagen kann ich dagegen das Gewicht weiter reduzieren, in dem eine querschnittsoptimierte Leitung verwendet wird.“

Entscheidend sei, dass über die Datenbank alle Daten vorlägen – dann könne man sie nutzen, betont Uli Loser. „Allerdings wollen wir auch hier auf die VDA-Empfehlung Vehicle Electric Container – kurz VEC – warten.“ Gerade bei solchen Schnittstellen lohne es sich, neutrale Formate zu bevorzugen – alles andere führe wieder zu Eigenentwicklungen und Insellösungen. „Ein weiteres Plus: Als Entwicklungszentrum können wir auf diese Weise auch externe Kundenaufträge abwickeln!“
Mit der neuen E-CAE-Lösung fühlen sich die beiden Porsche-Mitarbeiter auch gut gerüstet für das Thema E-Mobility, das in immer mehr Fahrzeugen zur Installation eines zusätzlichen Hochvolt-Netzes führen wird und dem man sich in Weissach verpflichtet fühlt. „Auch hier ist wiederum der Zugriff auf das Branchen-Know-how über die Software-Lösung ein entscheidender Vorteil“, betont Uli Loser. Mit der Einführung des Tools habe man bereits den ersten Schritt gemacht. „Auch bei den Hybrid-Fahrzeugen kann der Kundendienst natürlich auf alle erforderlichen Informationen zugreifen – das ist kaufentscheidend“, so Bernhard Metzenbauer abschließend. „Die Arbeit unserer Konstrukteure wollen wir sinnvoll einsetzen – wir arbeiten ja für den Kunden und nicht für das Archiv.“


Michael Corban, CAD-CAM Report

Aucotec AG, Hannover Tel. 0511/6103-0, http://www.aucotec.com

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