gesponsertDigitaler Zwilling Schneller komplex entwickeln

Softwaredefinierte Fahrzeuge zu entwickeln ist komplex und wirkt sich auch auf die Organisationsstrukturen der Autohersteller aus. Ein digitaler Zwilling unterstützt sie dabei – unter anderem mit Zusammenarbeit in Echtzeit und kürzeren Entwicklungszyklen.

Die Produktentwicklung im Fahrzeugbau ist extrem komplex: Immer mehr Funktionen werden durch Software und Elektronik realisiert und müssen in enger Abstimmung zueinander funktionieren. Gleichzeitig bedarf es immer detaillierterer Verifikations- und Validierungsverfahren. Mit dem Grad der Komplexität der Fahrzeuge steigt auch die intensivere Notwendigkeit an Zertifizierungsanforderungen, um die Zulassung für neue Fahrzeugtypen zu erhalten. Die Verflechtung dieser Zusammenhänge spiegelt sich insbesondere in den Funktionen wider: Viele Funktionen sind nur durch den Einsatz mehrerer hochspezialisierter Software-Komponenten möglich, etwa fortgeschrittenen Fahrerassistenzsysteme. Des Weiteren erwarten die Kunden immer neue Innovationen, um sicherer und komfortabler zu fahren und besser unterhalten zu werden.

Letztlich sind diese Innovationen das Zünglein an der Waage bei der Kaufentscheidung. Dieser Wandel in der Automobilindustrie stellt OEMs und Zulieferer vor große Herausforderungen: Sie müssen die Entwicklung innovativer Funktionen beschleunigen und die Produktivität der Entwicklung verbessern, die Markteinführungszeit verkürzen und die Entwicklungskosten senken. Der digitale Zwilling kann dabei als Mediator zwischen allen am Produktentwicklungsprozess Beteiligten fungieren – und die Kommunikation und Entwicklung über die gesamte Wertschöpfungskette unterstützen.

Die Mobilität der Zukunft wird von drei wesentlichen Aspekten geprägt sein: Intelligenz, Sicherheit, Vernetzung. Bereits heute entstehen 90 Prozent aller Fahrzeuginnovationen in den Bereichen Elektrik/Elektronik und Software. Kein Wunder also, dass traditionelle Autohersteller verstärkt Allianzen mit Tech-Firmen eingehen. Sie sichern sich so notwendige Ressourcen und Fähigkeiten, anstatt sich mit Selbstentwicklungen aufzuhalten.

Die Sicherheit von Fahrzeugen wird dabei von den Nutzern und von staatlicher Seite gefordert und durch Vorschriften und Regularien gestützt. Insbesondere aktive Sicherheitssysteme werden wichtiger. Sie helfen, präventiv in das Verkehrsgeschehen einzugreifen und Unfälle zu verhindern. Dies setzt jedoch ein hoch vernetztes Fahrzeug voraus, das den Innenraum und die Umgebung des Fahrzeugs überwacht – daraus in Echtzeit Rückschlüsse zieht und gegebenenfalls Aktionen einleitet. Das Fahrzeug wird somit für die Nutzer zu einem weiteren mobilen Gerät, das Funktion und Erlebnis in einem bietet, immer verbunden ist und in alle Richtungen kommuniziert.

Komplexität beherrschen und Traceability erreichen

Rund 80 bis 120 Steuergeräte (Electronic Control Unit, ECU), zwei Gigabyte Software, 20 Millionen Zeilen Software-Code, drei bis vier Kilometer Kabel und mehr als 500.000 funktionale Anforderungen: in einem aktuellen Fahrzeug ist das Standard. Ein schwieriges Unterfangen für OEMs, die komplexe Entwicklung und Integration aller Komponenten zu managen. Etwa 20 bis 40 Prozent der E/E-Entwicklungskosten entfallen daher alleine auf die Bereiche Test und Diagnose.

Die Autohersteller werden daher den Fokus stärker auf die Validierung der Funktionen, Systeme und Software legen müssen. Der Standard ASPICE (Automotive SPICE) regelt beispielsweise die Bewertung der Leistungsfähigkeit der Entwicklungsprozesse von Steuergerätelieferanten. Das Modell von ASPICE vereint eine strukturierte Sammlung von Best-Practices aus der Fahrzeugentwicklung und wurde von führenden OEMs zum verbindlichen Standard ihrer Zulieferer gemacht. Ziel ist es, die Qualität der Systeme zu erhöhen, einheitliche und durchgängige Prozesse zu etablieren, Terminvorgaben einzuhalten und die zunehmende Komplexität der Systeme zu beherrschen.

Zu guter Letzt müssen die laufenden Änderungswünsche der Kunden in den Prozessabläufen abgebildet und umgesetzt werden. Mit dem Modell von ASPICE lassen sich alle Prozesse in der softwarebasierten Entwicklung von Automobilelektronik überwachen und systematisch verbessern. Zudem können OEMs ihre eigenen Prozesse oder die ihrer Zulieferer bewerten und mittels Assessments mit dem Referenzmodell vergleichen. Dieses Beispiel verdeutlicht, wie wichtig durchgängige und systematische Produktentwicklungsprozesse sind. Nur so können OEMs nachweisbar aufzeigen, dass alle Artefakte und Produkte über die gesamte Wertschöpfungskette verknüpft sind und deren vollständige Rückverfolgbarkeit gewährleistet ist. Das ist notwendig, um die nötigen Zertifizierungen zu erhalten.

Einheit für Erfolg: Plattformansatz, Systems Engineering und digitaler Zwilling

Eine Transformation der Prozesse und Organisationsstrukturen bei den OEMs ist in den meisten Fällen unabdingbar. Modellbasiertes Systems Engineering (MBSE) als Ordnungsprinzip im Rahmen einer Plattformstrategie kann helfen, diese Strukturen anzupassen oder neu aufzubauen. Ziel von Systems Engineering ist es, die Zusammenarbeit zu verbessern: durch das modellbasierte Beschreiben der vielfältigen Funktionen unterschiedlicher Disziplinen in einem komplexen System. Entwickler können so den Überblick über komplexe Systeme behalten, den Zusammenhang verstehen und die Spezifikation und damit alle definierten Anforderungen erfüllen.

Dedizierte plattformbasierte Anwendungen wie die Branchenlösung „Smart, Safe & Connected“ von Dassault Systèmes bieten OEMs einen holistischen Ansatz. Sie ermöglichen so digitale Kontinuität, multidisziplinäres Engineering und können Compliance-Vorgaben mit vollständiger Nachverfolgbarkeit erfüllen. Alle Daten werden dabei zentral auf der Plattform verwaltet, analysiert und allen Projektbeteiligten in Echtzeit unternehmensübergreifend bereitgestellt. Die digitale Datenkontinuität ermöglicht zudem den Aufbau eines digitalen Zwillings. Mit ihm können OEMs detaillierte und lebensechte Simulationen eines Produktentwicklungsprozesses durchlaufen, bevor dieser in der Realität geschaffen wird.

Da sich die Simulationen parallel zur Entwicklung durchführen lassen, verschmilzt der digitale Zwilling als präzises digitales Abbild seines realen Pendants die Grenzen zwischen virtueller und realer Welt – und unterstützt als Mediator die Kommunikation auf globaler Ebene. Die oftmals verflochtene und vielschichtige Software-Umgebung wird dabei analysiert, abgebildet und neu geordnet.

OEMs können so eine durchgängige Nachvollziehbarkeit aller Einzelkomponenten erreichen, den Zertifizierungsaufwand senken, Kosten reduzieren und die Entwicklung beschleunigen. Prozessfehler lassen sich bereits im Vorfeld vermeiden und Anforderungsänderungen sind agil umsetzbar. Je früher Probleme erkannt werden, desto besser, denn die Kosten für die Fehlerbehebung steigen in späten Phasen der Entwicklung um den Faktor Zehn. Führende OEMs und vielversprechende Start-ups vertrauen bereits heute auf die Vorteile einer plattformbasierten Zusammenarbeit, Systems Engineering und die Fähigkeiten des digitalen Zwillings.

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