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Den Kabelstrang bis hin zur Fertigung planen

Bordnetzplanung in der Automobilindustrie

Den Kabelstrang bis hin zur Fertigung planen

Im Laufe der Bordnetz-Entwicklung müssen Designer schnelle und ressourcensparende Antworten finden. Die Entwicklung dieser modularen Systeme ist komplex, die Anzahl der Varianten bei Serienfahrzeugen kann in die Hunderttausende gehen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Engineering-Software.

Bild: Leoni

Viele große deutsche Automobil-Hersteller setzen mittlerweile auf kundenspezifische Kabelstränge (KSK). Dies gestattet ihnen, den Käufern hohe Freiheit in der Zusammenstellung ihres Fahrzeuges zu ermöglichen – etwa für die individuelle Konfiguration von Assistenzsystemen, Infotainment und vielem mehr. Diese Modularität ist nicht vergleichbar mit den vordefinierten Ausstattungsmöglichkeiten vieler nordamerikanischer Hersteller, die auf rund 150 Varianten kommen. Die Autobauer, die das KSK-Prinzip anwenden, müssen hunderttausende unterschiedliche Kombinationen im Engineering-System – mit all seinem Beziehungswissen – abbilden und später exakt fertigen können. Ohne ein zentrales Datenmodell ist dies kaum zu beherrschen. Einige Automobilhersteller, die mit einem hochentwickelten marken- und länderübergreifend eingesetzten Baukasten-System arbeiten, nutzen dazu eine Software-Plattform mit Mehrschicht-Architektur und Datenbankbasierung: Vom verdrahtungsneutralen 150- Prozent-Systemplan über den 150-Prozent-Kabelplan, die Datenausgabe im KBL-XML-Standard bis zu Verlegung und Layout in 3D sowie schließlich der Bereitstellung der individuellen fertigungsrelevanten Daten der realen KSK deckt Engineering Base (EB) von Aucotec den Workflow in der Bordnetzplanung ab.

Von der Vorplanung zum Kabelstrang

Durch ein ‚Verwendungsstellen‘-Konzept lassen sich mit der Lösung Ausstattungsvarianten der elektrischen Komponenten abbilden. Im zugehörigen Leitungsstrang muss das Datenmanagement rund 650 Module, vier Kilometer Leitungen, 1.500 Einzelleitungen, 600 Stecker und rund 200 Splices verwalten können. Die Konsistenz erhält das System über ein Datenmodell, das theoretisch unendlich erweiterbar ist, Änderungen in jeder Planungsstufe erkennt und die Informationen den beteiligten Disziplinen jederzeit zur Verfügung stellt. Somit unterstützt die Anwendung die synchrone Projektbearbeitung, Funktionen zur Differenz- und dem Merge-Management und ermöglicht zudem asynchrones Arbeiten, zum Beispiel bei Lieferanten. Die Plattform hält neben grafischen Symbolen auch die Anlagenobjekte: Die Geräte, Anschlüsse oder Leitungen ‚wissen‘ als Datenbankobjekte, was sie sind und wie sie sich zu verhalten haben. Gleiches gilt für Orte, Funktionen und Topologien. Das hilft bei Dokumenten-Erstellung und Systemkopplungen. Das Engineering-Werkzeug übernimmt automatisch Verbindungsdaten auf Basis der Vorplanung für den Systemplan. Darin steht dann bereits fest, welche Komponenten verbaut werden. Hier erfolgt die Verschaltung ausgerichtet an den gewählten Funktionen wie Licht, Entertainment, Motorkontrolle. Der Kabelplan verwendet diese Festlegungen, um für die Fahrzeugausprägung die Verdrahtung zu bestimmen. Darauf folgt das Anlegen der Verbinder (Splices). Letztendlich steht die komplette Verdrahtung als Modell zur Verfügung. Dabei unterstützen Assistenten die Steckerauswahl und Platzierung, die Leitungsdefinition, Festlegung von Trennstellen und die Modularisierung des Leitungsstrangs.

Durchgängige 3D-Integration

Daneben bietet die Anwendung auch eine 3D-Integration. Dazu hat der Software-Hersteller 2013 das Integrationswerkzeug Harness Integration Manager (HIM) erworben, das in Zusammenarbeit mit dem Engineering Center Steyr entwickelt wurde, einer Magna-Tochtergesellschaft. Zusätzlich holte das Unternehmen für die Anwenderbetreuung den Ingenieur-Dienstleister Intec Industrie-Technik GmbH & Co. KG als Partner mit ins Boot. Mithilfe der Anwendung erhält das CAD-System Catia V5 von Dassault Systèmes die elektrologischen Definitionen aus der Engineering-Lösung: Die 3D-Leitungsstrang-Daten, bestehend aus Topologie, Länge und Schutzmaterial, übergibt das Integrationswerkzeug wieder an das Bordnetzplanungstool. Dort findet das Routing der Einzeldrähte statt und es entstehen automatisiert 2D-Leitungsstrang-Ableitungen und Folgedokumentationen.

Automatisierung statt ‚wire-by-wire‘-Planung

Die Software-Unterstützung geht über die Erzeugung der fertigungsrelevanten Dokumente hinaus: Zunächst erhalten die Bordnetz-Hersteller mit der Kabelbaumliste (KBL) die 150-Prozent-Daten aller möglichen Komponenten eines Leitungsstrangs. Mit der Bestellung eines KSK erfährt der Fertiger dann die Teilenummern der zu verarbeitenden Module, mit denen das Engineering-System den passenden 100 Prozent-Strang berechnet. Gibt es noch Topologie-Variationen, zum Beispiel durch Rechts- oder Linkslenkung, wird das über eine gesonderte Modulnummer geregelt. Der größte Aufwand liegt bei der Definition dieser Module, denn jede Leitung muss vorab definierten Modulen zugeordnet werden. Auch die Pflege der Stücklisten stellt in der Praxis immer wieder eine Herausforderung dar. Einige Bordnetz-Hersteller organisieren für sich noch einmal die Leitungsstränge in bestimmte, den diversen Fertigungsstufen angepasste Module. Das bisherige Umarbeiten des 150-Prozent-Plans auf herstellerbezogene Fertigungsbaugruppen kann einige Mannwochen an Zeit kosten. Die Engineering-Software hilft hier unter anderem mit automatisierter Analyse der Modularisierung und daraus resultierender Generierung von Fertigungsmodulen.

Ebenfalls zur Fertigungsvorbereitung zählt die Planung der Produktionskapazitäten. Dabei unterstützt das Werkzeug die Planung der Fertigungsschritte auf Basis der Baugruppen sowie die Berechnung der benötigten Arbeitszeit. Die Ergebnisse sind sowohl zur Preisgestaltung nutzbar als auch für die Zuordnung des Auftrags zu dem Fertigungsstandort, dessen Auslastung die schnellstmögliche Auftragsabwicklung bietet. Die Funktionen der Engineeringanwendung sind darauf ausgelegt, den Kabelstrang-Konfektionären die immer noch vielerorts übliche ‚wire by wire‘-Fertigung des Bordnetzes zu ersparen. Das materialaufwendige Zusammenstecken des Bordnetzes am Formboard ohne Vorberechnungen soll entfallen sowie Zeitkalkulationen, die nur auf Erfahrungswerten basieren. Indem Daten in einem einzigen System vorgehalten werden und viele ansonsten einzelne Arbeitsschritte innerhalb der Lösung automatisiert ablaufen, können Fehler durch Handeingaben und langwieriges Zusammensuchen von Informationen aus vielen Einzel-Dateien vermieden werden. So lassen sich exakt passende Fertigungskonzepte sehr schnell generieren.