Grazer Symposium Virtuelles Fahrzeug 2019: Wettbewerbsfähigkeit der Fahrzeugindustrie sichern
In der Fahrzeug- und Systementwicklung bleibt derzeit kein Stein auf dem anderen:Das 12. „Grazer Symposium Virtuelles Fahrzeug“ vom 7.- 8. Mai 2019 setzt den bevorstehenden massiven Wandel in der Mobilitätsindustrie auf seine Agenda – weg vom streng vertikalen Ansatz hin zu weitgehend horizontalen, sehr schnellen und flexiblen Entwicklungsprozessen.
Die Fähigkeit, Software, Mechatronik und Simulation zu beherrschen hängt unmittelbar mit Qualität, Kosten und Entwicklungszeit für die Produkte zusammen. Im Fokus stehen agile Prozesse, um die explodierende Komplexität in der Automobilindustrie vernünftig adressieren zu können, Ergebnis: Schneller Qualitätsprodukte am Markt, damit höhere Wettbewerbsfähigkeit und Sichern von Marktanteilen.
„Wer sich so wie das VIRTUAL VEHICLE Forschungszentrum im hoch kompetitiven internationalen Umfeld bewegt, ist aktuell mit tiefgehenden Fragen konfrontiert: Wie halten wir die europäische Automobilindustrie weiterhin wettbewerbsfähig?“ erläutert Dr. Jost Bernasch,Geschäftsführer des Grazer VIRTUAL VEHICLE Research Centers: „In der Fahrzeug- und Systementwicklung bleibt derzeit kein Stein auf dem anderen: Elektrischer Antrieb, autonome Fahrzeuge, Datensicherheit, Crashsicherheit – zahlreiche und zugleich divergierende Anforderungen wie nie zuvor stürmen auf die Fahrzeugindustrie ein. Dazu kommt massive Konkurrenz aus Asien und den USA. Wie können hochkomplexe Entwicklungsprozesse und Tests mit Millionen von Testkilometern automatisiert werden? Wie kann weiterhin kostengünstig, sicher und effizient entwickelt werden? Wir brauchen erfolgreiche Produkte – mit weniger Rückrufen, die dennoch für den Kunden leistbar sind.“
Das Bunte-Bauklötze-Prinzip: Modular und flexibel.
Agile Prinzipien erfordern eine radikale Änderung der etablierten Entwicklungskonzepte, von Organisationsstrukturen, implementierten Methoden und Werkzeugen. Eine konsequente Modularisierung der Systeme in Bezug auf Software und Hardware, flexible Teams sowie geeignete Entwicklungsinfrastrukturen sind – so zeigen erste Anwendungen – der Schlüssel zum Erfolg. Komplexe Systemsimulation, die starke Orientierung einer virtuellen Entwicklung und das Streben nach einer virtuellen Freigabe von Teilsystemen eröffnet enorme Potenziale für die angewandte Forschung und die Industrie. Nun gilt es, die Lösungen aus industriellen Forschungsprojekten aufzugreifen und marktreif verfügbar zu machen. Die innovativen Konzepte werden in der Industrie schlummernde Potenziale heben und auch in neuen Aufgabengebieten anwenden.
Am 12. „Grazer Symposium Virtuelles Fahrzeug“ präsentierenführende Hersteller und Entwickler erste Erfolge agiler und kollaborativer Entwicklungsansätze. Auch das VIRTUAL VEHICLE stellt Lösungen wie z.B. seine Safety Toolchain für die automatisierte Fahrfunktionsbewertung im Bereich Fahrzeugsicherheit vor.
Die vier Treiber der digitalen Transformation.
Die Auswirkungen der digitalen Transformation betreffen nicht nur technologische Aspekte sondern auch Prozesse, Organisationen, Qualifikation und Denkweisen. Um zu entscheiden, wie wir in Zukunft komplexe Systeme entwickeln sollen, müssen vielfältige Einflussfaktoren berücksichtigt werden.
Dr. Martin Benedikt,Leiter des Forschungsbereiches Co-Simulation und Software am VIRTUAL VEHICLE, sieht vier wesentliche Innovationstreiber: „Neue Mobilitätskonzepte, gesetzliche Bestimmungen, Marktanforderungen und Technologieinnovationen sind wesentliche Treiber für die Steigerung der Produktkomplexität und -vielfalt. Die Digitalisierung beeinflusst Produkte, Prozesse und Organisationen. Der Entwicklungserfolg wird immer mehr von der Entwicklungsgeschwindigkeit und der Markteinführungszeit bestimmt. Um aktuellen und zukünftigen Herausforderungen zu begegnen, sehen wir im Prinzip vier wesentliche Hauptthemen im Fokus der Automobil- und Eisenbahnindustrie.“
- Schneller zum Produkt: Volatile Umgebung und Agilität beschleunigen „Time-to-Market“.
Die Marktveränderungen beschleunigen sich. Unternehmen müssen deutlich flexibler werden, um auf diese Veränderungen rasch und adäquat reagieren zu können und wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Verkürzung des Time-to-Market – also der Zeit, bis ein Produkt oder eine Dienstleistung von der Entwicklung bis auf den Markt kommt – ist nach wie vor eines der vordringlichsten Ziele der Industrie. Darüber hinaus sind neue Player auf dem Markt vom Start weg routinierter, an wesentlich flexibleren und agileren Entwicklungsansätzen zu arbeiten und über den Tellerrand hinweg zu kooperieren. Sie treiben die Innovationsgeschwindigkeit mit neuen Ideen und neuen Methoden voran.
- Effizienz und Wirksamkeit – so werden Daten und Informationen zukunftssicher.
Schlüsselfaktoren für die Effizienz sind Verfügbarkeit und Rückverfolgbarkeit von Daten und Informationen, Wiederverwendung und Modularität von Produkten, Funktionen oder Modellen sowie eine benutzerorientierte und damit akzeptierte unterstützende Entwicklungs- oder Lebenszyklus-Integrationsplattform, die wissensbasierte Workflows und Automatisierung ermöglicht.
- Kollaboration – weltweit und über alle Hierarchieebenen.
Hierarchische Organisationen und Kollaborationsansätze weichen zunehmend vernetzten und horizontalen Prozessen und Strukturen, die flexibel genug sein müssen, um eine skalierbare und effektive Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Partnern mit unterschiedlicher Entwicklungs- und Projektorganisation oder -prozessen zu ermöglichen. Unternehmenskultur wird neben den erforderlichen Kompetenzen zu einem zentralen Thema – für zukünftige Produktfunktionen und Entwicklungseffizienz.
- Wissen und Kompetenzen- immer und überall abrufbar.
Produkt- und Konstruktionserfahrung müssen für Ingenieure verfügbar sein. Die Wiederverwendung von Wissen und Bausteinen der Entwicklung – als Funktionen, Komponenten, Modelle – ist ein entscheidender Aspekt für die Effizienz.Die Systemansicht ist für ein umfassendes Verständnis des Systemverhaltens erforderlich. Datengesteuerte Technologien und Dienste müssen eine kontextbasierte Unterstützung bieten, die den Umgang mit Komplexität ermöglicht.
Schneller und flexibler zum Ziel: Aktuelle Forschung am VIRTUAL VEHICLE.
Dr. Jost Bernasch bringt die Überlegungen auf den Punkt: „Was sind die wichtigsten Voraussetzungen, um auch komplexe Produkte effizient und effektiv zu realisieren? Wir glauben, dass eine ganzheitliche Sichtweise ein entscheidender Faktor ist – durch das Zusammenbringen verschiedener Disziplinen, die Integration von Partnern, die Bereitstellung einer perfekten Umgebung für die Zusammenarbeit, die jederzeitige Sicht auf das System innerhalb des Lebenszyklus und die Konsistenz von Prozessen, Daten, Informationen und Entscheidungen entlang des Produktlebenszyklus und konsequent unter Berücksichtigung der menschlichen Faktoren.“
Aber wie nun will man mehr Agilität und Geschwindigkeit für weit verbreitete Variantenanalysen gleichzeitig erreichen? Gemeinsam mit namhaften Partnern aus Industrie und Forschung untersucht VIRTUAL VEHICLE, wie ein Szenario für eine zukunftsorientierte, marktorientierte Produktentwicklung und -implementierung aussehen muss. Um das volle Potenzial auszuschöpfen, ist eine neue Denkweise erforderlich. Trotz Geschwindigkeit und Effizienz muss die Qualität gesteigert werden und neue Funktionen erfordern neue Ansätze zur Verifizierung und Validierung. Die Demokratisierung von Daten, Methoden oder virtuellen und physischen Tests bietet das Potenzial, die Entwicklung innerhalb einer wachsenden Netzwerkzusammenarbeit zu verteilen. Die Wiederverwendung von Wissen, Modellen oder Workflows und Prozesssteinen trägt erheblich zur Steigerung der Effizienz und Effektivität bei.
Automatisierungsumgebung für kontinuierliche Integration.
Die Testautomatisierung ist ein Schlüsselfaktor für die Effizienz und Schnelligkeit der Entwicklung.Bewährte agile Softwareentwicklungsansätze müssen durch vollständige Systemsimulation angereichert werden, um eine konsistente und kontinuierliche Verfolgung des Fahrzeugentwicklungsfortschritts zu ermöglichen. Neben der durch Automatisierung bewältigten Komplexität wird die nahtlose Integration verschiedener Entwicklungsbereiche unterstützt. Eine derartige automatisierte Test- und Simulationsumgebung wird im VIRTUAL VEHICLE Research Center in einer Reihe von Forschungsthemen entwickelt:
Forschungsthema ADAS: „Automatisierte Fahrfunktionsentwicklung“.
Im Gegensatz zur reinen Softwareentwicklung gilt es im Rahmen der Entwicklung von automatisieren Fahrfunktionen weitere, anhängliche Komponenten während dem Test zu berücksichtigen. Neben der Ausführung von entwickelten Fahrfunktionen auf realen Steuergeräten liegt das Hauptaugenmerk auf der nahtlosen Integration von Fahrzeug- und Umfeldsimulationen. Auf diesem Wege müssen somit die unterschiedlichen Software-, Hardware und Simulationsumgebungen zum Testen neuer Entwicklungsstände kontinuierlich integriert und getestet werden, worin die Herausforderung in der Heterogenität der Komponenten liegt. Dieser Ansatz stellt eine Erweiterung des bereits in der Software etablierten sog. Continuous Integration Konzeptes (Agile Engineering) in Richtung Fahrzugentwicklung dar und ermöglicht eine effektive Entwicklung von automatisierten Fahrfunktionen. Zudem erfolgt eine inhärente Versionierung, Dokumentation und ein Reporting jeder Systemänderung zum gewährleisten maximaler Transparenz und Nachverfolgbarkeit.
Forschungsthema Aktive Fahrzeugsicherheit: Die „Safety-Toolchain“.
Im kontinuierlichen Entwicklungsprozess eines aktiven Sicherheitssystems ist eine virtuelle Testumgebung erforderlich, um die Auswirkungen auf die Unfallschwere zu bewerten.
Die von VIRTUAL VEHICLE entwickelte Safety Toolchain ermöglicht durch ihren modularen Ansatz und einen hohen Automatisierungsgrad die Integration in einen agilen Entwicklungsprozess integrierter Sicherheitssysteme. Auf diese Weise lässt sich die Wirksamkeit von aktiven, passiven und integrierten Sicherheitsschutzsystemen unter realen Bedingungen zuverlässig bewerten. Die Safety Toolchain ist perfekt geeignet, um die Auswirkungen von Änderungen in einem Sicherheitssystem auf die Unfallschwere in angemessener Zeit abzuschätzen; sie umfasst das Simulieren einer beliebigen Anzahl von Unfallszenarien vom gewöhnlichen Fahrbetrieb bis zum Unfall ohne Benutzerinteraktion.
Wesentliche Neuerung in der Toolchain ist, dass eine hochkomplexe Anwendung, die auf einer jahrelangen Entwicklung von vielen Experten aufbaut, nun so gekapselt und als Service angeboten werden kann, dass die Nutzung unkompliziert und einfach möglich ist. Gekapselte Komplexität mit hoher, abgesicherter Funktionalität, das ist hier der Schlüssel für eine deutliche Verbesserung in der Fahrzeugentwicklung. In dem Beispiel ermöglicht es eine effiziente und effektive Bewertung von Sicherheitsassistenzsystemen innerhalb eines agilen Fahrzeugentwicklungsprozesses.
Forschungsthema „Twin Factory“: Entwicklung „First Time Right“.
Die Grundidee eines „Digital Factory Twin“ besteht darin, reale Produktionsprozesse mithilfe von Simulationsmodellen virtuell abzubilden. Während bekannte Konzepte hauptsächlich den Ressourcen- und Teilestatus widerspiegeln, eröffnen funktionsorientierte Prozesssteuerungskonzepte, welche die individuellen Merkmale jedes einzelnen Produktionsteils abdecken, eine Fülle neuer Möglichkeiten.
Die Einsatzmöglichkeiten zur Individualisierung von Produktionskomponenten mit ihren spezifischen Eigenschaften sind vielfältig: Neben der Trendanalyse der Komponenteneigenschaften, der vorausschauenden Anlagensteuerung während des Betriebs und der vorausschauenden Instandhaltung (predictive maintenance) können Maßnahmen ergriffen werden, um in Echtzeit die Wirksamkeit der überwachten Prozessparameter oder der Komponentenfunktion zu überprüfen. Außerdem ist es mit zertifizierten virtuellen Komponenten möglich, eine virtuelle Inbetriebnahme beim Anlagenhersteller zu implementieren – dafür müssen dann keine schwierig verfügbaren seriellen Komponenten vorhanden sein. Auch die Konstruktion komplexer Baugruppen wie z. B. Gesamtfahrzeuge, kann sichergestellt werden, lange bevor die dafür benötigten Komponenten im Werk ankommen
12. „Grazer Symposium Virtuelles Fahrzeug“: Die Keynotes
Maik Gummert, Head of E/E Virtual Validation and Simulation,Volkswagen AG:
„Die Automobilindustrie durchläuft einen schnellen Wandel, der die gesamte Wertschöpfungskette umfasst. Hochintegrierte Systeme ersetzen relativ einfache verteilte Steuergeräte und erfordern völlig neue Architekturkonzepte und -technologien für die Entwicklung und Validierung von Fahrzeugfunktionen. Anstehende Innovationen, wie drahtlose Software-Updates und selbstlernende Systeme, stellen die Validierung der Fahrzeugfunktionen vor neue Herausforderungen. Die Integration des kompletten E/E-Pakets, d.h. die Vereinigung aller elektrischen und elektronischen Hard- und Softwaresysteme in ein komplettes End-to-End-System, wird zunehmend zur Hauptfehlerquelle und muss daher als unabhängige Entwicklungsaufgabe betrachtet werden. Die Entwicklungs- und Genehmigungsfähigkeit kann nur durch den Einsatz neuer digitaler Integrations- und Simulationswerkzeuge realisiert werden und führt zu einem vollständigen Simulationsplattformpaket, das nicht nur zur Entwicklung, sondern auch zur Validierung der Fahrzeugfunktionalität verwendet wird. Ziel dieser Plattform ist es auch, den Einsatz von Hardware in der Entwicklung schrittweise zu reduzieren, indem simulative Technologien mit traditionellen Validierungstechniken kombiniert werden.
Vor diesem Hintergrund setzt Volkswagen Pkw zwei Digitalisierungsinitiativen im Rahmen der vollständigen E/E-Paketvalidierung um. Erstens bietet ein virtuelles Validierungs- und Verifikations-Framework ein Bausteinsystem für Simulationen, das eine inkrementelle Integration in das gesamte E/E-Paket ermöglicht. Zweitens ist SimLAB ein abteilungsübergreifendes „Projekthaus“, in dem Entwicklungspotenziale durch agile Kooperationsmodelle optimal genutzt werden, um virtuelle Technologien in die Simulationsplattform zu integrieren und die Validierung neuer Fahrzeugfunktionen durchzuführen.“
Ulrich Schulmeister, Vice President Systems Engineering Vehicle,Robert Bosch GmbH:
„Die automobilen Megatrends (Elektrifizierung, Automatisierung, Konnektivität) und neue Mobilitätskonzepte führen zu einer zunehmenden Interaktion innerhalb der mechatronischen Systeme eines Autos und zu einer zunehmenden Interaktion mit den umgebenden Systemen. Somit ist ein verstärktes Zusammenspiel der Systeme im gesamten Fahrzeug zu erwarten. Dies führt zu veränderten Randbedingungen für Fahrzeughersteller und Zulieferer:
- Erhöhung der domänenübergreifenden Funktionen.
- Veränderte Beschaffung von Automobilherstellern und Mobilitätsanbietern.
- Erhöhte Komplexität.
Für die Robert Bosch GmbH als Automobilzulieferer ist es unerlässlich, auf diese Herausforderungen angemessen zu reagieren, um wettbewerbsfähige Produkte und Dienstleistungen anbieten zu können und um auf Systemebene ein attraktiver Entwicklungspartner zu sein.
Diese Herausforderungen erfordern eine ganzheitliche Sicht der Fahrzeuge, auch für einen Tier1-Anbieter, um wettbewerbsfähige Produkte und Dienstleistungen (Komponenten, Subsysteme, höher integrierte Systeme) zu entwickeln. Aus diesem Grund hat Bosch Business Sector Mobility eine System-Engineering-Organisation (SE) zur Entwicklung domänenübergreifender Fahrzeugfunktionen mit dem Namen BBM-SE gegründet. Um diese Aufgabe zu erfüllen, gibt es zwei methodische Schlüsselelemente für effizientes und effektives domänenübergreifendes System-Engineering. Es wird ein MBSE (Model-Based Systems Engineering)-Framework verwendet, um die erhöhte Komplexität zu bewältigen, das Risiko von fehlerhaften / fehlenden Produktmerkmalen zu reduzieren und den Integrationsaufwand zu minimieren. Ein domänenübergreifender Fahrzeugsimulator unterstützt die schnelle und robuste Bewertung von Lösungsvarianten und sowie bei der Ermittlung von Anforderungen hinsichtlich Time-to-Market und Entwicklungskosten.
Alle diese Methoden werden bereits in mehreren internen Projekten verwendet, validiert und verbessert. Eines dieser Projekte ist die Entwicklung einer internen Engineering-Plattform, dem sogenannten „Rolling Chassis“. Auf dieser Plattform ist es möglich, das Zusammenspiel des Verhaltens des von Subsystemen verschiedener Domänen (xDomain-Subsystems) zu optimieren, und es können neue xDomain-Funktionen wie Wärmemanagement, Vorhersagefunktionen und optimiertes Bremsen entwickelt werden.“
Uwe Class, Director Safe Mobility Systems, Corporate Research and Development,ZF Friedrichshafen AG:
„Der Wandel in der Automobilindustrie hin zu zukünftigen Mobilitätskonzepten, wie unterstütztes und autonomes Fahren oder auch andere Transportmöglichkeiten mit unterschiedlichen möglichen Insassenpositionen, hat einen großen Einfluss auf die Entwicklung und Erprobung von Fahrzeugsicherheitsfunktionen. Daher muss der Aufwand für die virtuelle Bewertung in der frühen Entwicklungsphase massiv zunehmen. Darüber hinaus führt das Zusammenspiel von Funktionen (aktive und passive Sicherheitsfunktionen) zu völlig neuen Wegen zur Validierung und Entwicklung von Fahrzeugsicherheitsfunktionen und -produkten. Integrated Safety muss alle Entwicklerebenen miteinander verbinden, um ein kooperatives Fahrzeugsystem anbieten zu können – unter Berücksichtigung der Euro NCAP-Roadmap für Szenario-basiertes Testen. ZF begegnet diesem Paradigmenwechsel mit der Entwicklung von Rahmenbedingungen und Methoden für die virtuelle Bewertung von Kraftfahrzeugsystemen.“
Björn Giesler,Director ADAS Function Development, Samsung untersucht in seiner Keynote die wichtigsten Herausforderungen der Entwicklung und sowie Lösungen, die agile Methoden bieten können und identifiziert Vor- und Nachteile einiger spezifischer agiler Lösungen:
„In der Fahrerassistenz wird alles schwieriger: Höhere NCAP-Anforderungen führen zu höheren funktionalen Sicherheitsniveaus, neue Normen für SOTIF (‚Safety Of The Intended Functionality‘, also die Sicherheit der Sollfunktion) und Sicherheit stellen zusätzliche Einschränkungen dar. Die Erwartungen der Kunden steigen mit dem Stand der Technik. Nun stellt sich im Zuge des Umstiegs auf hoch- oder sogar vollautomatisiertes Fahren notwendigerweise die Frage, wie herkömmliche Systeme in höhere Automatisierungsgrade integriert werden können oder ob dies überhaupt möglich ist. Immer raschere Produktstarts schließen die Möglichkeit langer Entwicklungsphasen aus, auch die Systemkomplexität ist über spezifizierbare Rahmen hinausgewachsen. Wenn die „Wasserfall-basierte“ Entwicklung von ADAS – also ein lineares, nicht iteratives Entwicklungsmodell – jemals funktioniert hat, ist dies nicht mehr der Fall.
Agile Entwicklung und das um sie herum entwickelte Universum an Methoden können einen Weg bieten, auf dem Architektur, Algorithmen, Funktionsleistung und Verifizierung gleichzeitig und organisch wachsen können. Kontinuierliche Integration, Verifizierung und Test des Einsatzes vor Ort ermöglichen eine ständige Überwachung der Realisierbarkeit des entworfenen Systems und können das Entwicklungsteam schlank, motiviert und erfolgreich machen. Weiterentwicklungen und Updates „Over-the-air“ – also die drahtlose Aktualisierung verschiedener Fahrzeugfunktionen – können bis direkt zu den Kundenfahrzeugen erfolgen.“
VIRTUAL VEHICLE – Zahlen und Fakten
COMET K2 Programm „Digital Mobility“ erfolgreich gestartet, zahlreiche EU-Projekte an Bord.
VIRTUAL VEHICLE hat auch im Geschäftsjahr 2018 seine beeindruckende Erfolgsgeschichte fortgeschrieben. Der Start des COMET K2 Digital Mobility Programms am 1.1.2018 mit derzeit 40 wissenschaftlichen und 54 Industriepartnern verlief erfolgreich und bildet die Basis für umfangreiche strategische Aktivitäten zur Entwicklung künftiger Fahrzeugtechnologien. Zudem ist VIRTUAL VEHICLE in derzeit 38 EU Projekten maßgeblich involviert, weitere fünf starten in den nächsten drei Monaten. Damit kann VIRTUAL VEHICLE seine Spitzenposition im Feld europäischer F&E Zentren für die Automobil- und Bahnindustrie weiter ausbauen. Die Betriebsleistung 2018 lag bei € 21,8 Mio., mit Stichtag 31.12.2018 sind 250 Mitarbeiter aus 17 Ländern beschäftigt, somit ein Zuwachs um 8% gegenüber 2017. Die kontinuierlich hohe Nachfrage der Industrie nach der Innovations- und Forschungskompetenz des VIRTUAL VEHICLE zeigt sich auch im Bereich der Dienstleistung und Auftragsforschung.
About… VIRTUAL VEHICLE – Enabling Future Vehicle Technologies.
Das VIRTUAL VEHICLE Research Center ist ein führendes internationales F&E Zentrum für die Automobil- und Bahnindustrie mit Sitz in Graz, Österreich. Das Zentrum konzentriert sich auf die konsequente Virtualisierung der Fahrzeugentwicklung. Diese Verknüpfung von numerischen Simulationen und Hardware-Tests führt zu einem umfassenden HW-SW Gesamtsystem-Design und zur Automatisierung von Test- und Validierungsverfahren.
Das internationale Partnernetzwerk von VIRTUAL VEHICLE besteht aus rund 100 internationalen Industriepartnern (OEMs, Tier-1 und Tier-2 Zulieferern sowie Software-Anbietern) sowie über 40 internationalen wissenschaftlichen Institutionen.
VIRTUAL VEHICLE ist das größte COMET finanzierte Forschungszentrum Österreichs und ist aktuell in über 35 EU-Projekten aktiv. Zusätzlich bietet VIRTUAL VEHICLE ein breites Portfolio an Auftragsforschung für die Fahrzeugentwicklung.
Weitere Informationen: www.v2c2.at
Kontakt & Information:
VIRTUAL VEHICLE
Marketing & Communications
Wolfgang Wachmann
Tel: +43-316-873-9005
wolfgang.wachmann@v2c2.at