Problemstellung:

Aufgrund vielfältiger Einsatzszenarien sind Nutzfahrzeuge durch eine sehr hohe Varianz gekennzeichnet – kontrastiert von vergleichsweise geringen Stückzahlen. Fahrzeuge werden stark kundenorientiert konfiguriert, wobei auf die Positionierung von Komponenten regelmäßig tief greifend Einfluss genommen wird. Durch lange Produktlebenszyklen (>15 Jahre) erfahren Fahrzeugbaureihen eine Vielzahl von Anpassungen. Zudem wird ein Großteil der Fahrzeuge erst beim jeweiligen Aufbauhersteller – außerhalb des Gestaltungsbereichs des OEM – fertiggestellt. Hierfür müssen spezielle Bauräume und Schnittstellen vorgehalten werden, um eine wettbewerbsfähige Aufbaufreundlichkeit zu gewährleisten.

Folglich entsteht ein großer Entwicklungsaufwand zur Darstellung und Handhabung der Varianz. Das additive Wachstum des Fahrzeugbaukastens über viele Jahrzehnte ohne Standardisierungs-maßnahmen führt unweigerlich zu einer großen Intransparenz und einer starken Verkopplung von Komponenten. Singuläre konzeptionelle Änderungen verursachen dann hohe, schwer abschätzbare Folgeänderungen.

Zielsetzung:

Durch eine systematische Planung von Fahrzeugarchitektur und -layout in der frühen Konzeptphase können Architekturstandards als Leitplanken gesetzt werden. Dies garantiert den Fachabteilungen mehr Transparenz und architektonische Stabilität, was eine effiziente Darstellung aller Leistungsstufen und Varianten der verantworteten Komponenten im Sinne einer Modularisierungsstrategie ermöglicht.

In der industriellen Praxis existieren derzeit keine durchgängigen Auslegungstools, die durch einen angepassten Abstraktionsgrad die frühe Konzeptphase unterstützen und dabei nicht ausschließlich auf die Gestaltung eines Einzelfahrzeugs abzielen. Vielmehr muss aus Herstellersicht die wirtschaftliche Darstellung eines breiten Produktportfolios sichergestellt werden, wozu die toolunterstützte Definition von Architekturstandards zur Vereinheitlichung der Fahrzeuglayouts beiträgt. Der parametrische Modellierungsansatz ermöglicht ggü. bestehenden CAD-Modellen eine sehr performante Simulation und Manipulation vieler unterschiedlicher Packagekonstellationen. Bewertungsmetriken auf Einzelkonzepte und Portfolio ermöglichen eine frühe Ausrichtung des Fahrzeugentwurfs auf kundenrelevante Eigenschaften und identifizieren aufwendige Einzelfahrzeuge mit zu niedrigem Standardisierungsgrad.

Durchführung:

Zur eigenschaftsorientierten Auslegung von Fahrzeugen und zur Gestaltung eines möglichst vereinheitlichten Fahrzeugportfolios durch Architekturstandards kommt ein integrierter Toolansatz – adaptiert für die frühe Konzeptphase – zum Einsatz (siehe Abb. 2). 

Die Toolkette umfasst eine Auslegungsumgebung (implementiert in MATLAB), in der ein Konzeptentwickler ausgehend von einem Initialfahrzeug ein Fahrzeugkonzept auf kundenrelevante Gesamtfahrzeugeigenschaften hin entwirft. Hierzu erfolgt eine Konfiguration mit Komponenten aus einer Datenbasis. Für ca. 35 wichtige Hauptkomponenten sind reale Komponentenvarianten hinterlegt, die durch funktionale und geometrische Attribute zur Bedatung parametrischer Konzeptgeometrie repräsentiert sind. Die Effekte konzeptseitiger Stellhebel auf wichtige Gesamtfahrzeugeigenschaften (Reichweite, Kurvenläufigkeit, Achslastpotenziale, etc.) ist simultan sichtbar. Ein erzeugtes Fahrzeugkonzept wird anschließend automatisiert in einem Architektur-DMU aufgebaut (implementiert in CATIA und VBScript). Hierin ermöglichen zahlreiche DMU-Funktionen die Untersuchung verbleibender Bauräume, Kollisionen und möglicher Standardeinbaulagen für Komponenten. Hierbei unterstützt die Implementierung eines sog. „Sektorenmodells“, einer frühen generischen Bauraumgliederung, die Formulierung von spezifischen Bauraumgültigkeiten für Komponenten. Erfolgreich umgesetzte Architekturstandards werden anschließend als Restriktion für die Gestaltung weiterer Fahrzeugkonzepte gesetzt, was einen hohen Standardisierungsgrad im Portfolio sicherstellt.

Mithilfe eines Bewertungssystems werden Fahrzeugeigenschaften in Bezug auf ein Kundenprofil beurteilt. Darüber hinaus werden Bewertungsmetriken auf ein gesamtes entwickeltes Fahrzeugportfolio angewandt, um den aus Herstellersicht relevanten Standardisierungsgrad zu evaluieren. Dies liefert Ansatzpunkte zur retrospektiven Manipulation von einzelnen Fahrzeugkonzepten zugunsten einer höheren Standardisierung im Gesamtportfolio.