BordNetzSim3D – Simulationsgestützte Auslegung von Kabelbäumen und Digitaler Zwilling des Bordnetzprozesses

BMWK-Projekt: Simulationsbasierter Prozess zur 3D-mechanischen Bordnetzauslegung

Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt »BordNetzSim3D« arbeiten wir gemeinsam mit unseren Partnern daran, erstmals eine durchgängig digitalisierte Plattform und Toolbox bereitzustellen, die es Unternehmen ermöglicht simulationsbasiert Bordnetze zu entwickeln. Eine virtuelle Produktentstehung – von der Konzeptphase bis zur Produktion – ebnet den Weg vom Hardware-orientierten hin zum simulationsbasierten digitalen Bordnetzprozess.
 

Optimieren eines komplexen Bordnetzes heißt Kabelbäume optimieren

Als Bordnetz bezeichnet man die Gesamtheit aller elektrischen und elektronischen Komponenten in Fahrzeugen. Es ist bereits jetzt das Nervensystem moderner Fahrzeuge und wird durch die aktuellen Entwicklungen immer wichtiger – besonders durch neue Antriebs- und Fahrzeugkonzepte (E-Mobilität), Fahrassistenzsysteme sowie durch die Vernetzung von Fahrzeugen und/oder das Autonome Fahren. Fahrzeuge werden in Zukunft mit immer mehr elektrischen Bauteilen und Funktionen ausgestattet und heutige Bordnetze sind hochkomplexe Konstrukte. Verbunden werden die Bauteile durch mehrere Kilometer Kabel, die im Kabelbaum zusammengefasst sind.

Unsere Projektziele im Überblick: Simulation als Zukunft der virtuellen Bordnetz-Auslegung

Ein moderner Bordnetzprozess (BNP) gewährleistet Unternehmen aus der Fahrzeugbranche das effiziente und digitale Planen, Auslegen, Herstellen und Montieren von Kabelbäumen.
Im Projekt unterstützen und etablieren wir einen solchen BNP, indem wir

  • einen neuartigen Bordnetzprozess ermitteln und konzipieren: Welche Anforderungen und Zusammenspiel im Unternehmen muss dieser Prozess erfüllen?
  • eine vollständig digitalisierte Plattform und Toolbox entwickeln: Welche bereits bestehenden Softwaretools sollen dabei auch miteinander verknüpft werden?
  • das simulationsbasierte Entwickeln von Kabelbaum-Systemen ermöglichen.
Digitale Auslegung der flexiblen Bauteile im Motorraum
© fleXstructures
Digitale Auslegung und Absicherung der flexiblen Bauteile im Motorraum durch IPS Cable Simulation.

Zentrales Element ist das Collaboration-Hub, welches als übergeordnetes Steuerungs- und Informationssystem in Form einer Datenbank für alle notwendigen technischen Komponenten als Cloud-Lösung fungiert. Schwerpunkt unseres Teams vom Fraunhofer ITWM ist das Entwickeln einer digitalen Toolbox, in der die wesentlichen Apps für den Collaboration-Hub zur Verfügung gestellt werden. Außerdem erarbeiten wir neue experimentelle Methoden und konzipieren Versuchshardware zum Ermitteln von Kabeleigenschaften.

Die Entwicklungsschwerpunkte des Fraunhofer ITWM im Überblick

  • Echtzeitsimulation komplexer Kabelbaumstrukturen
  • Experimentelle Ermittlung, Modellierung und Simulation komplexer Kabelstruktureigenschaften
  • Ermittlung von Kabel-Wöhlerlinien zur simulationsgestützten Lebensdauervorhersage
Grafik Neuer Bordnetzprozess
© Fraunhofer ITWM
Neuer Bordnetzprozess im Schema

Expertise aus Kaiserslautern: Fraunhofer ITWM und fleXstructures bauen Entwicklungen aus

Basis für den Projektansatz ist die von der fleXstructures GmbH (fX) gemeinsam mit unserem ITWM-Team entwickelte Software IPS Cable Simulation. Um den aktuellen Herausforderungen gerecht zu werden, nutzen schon heute Automobil- und Kabelhersteller digitale Werkzeuge wie unsere Software IPS Cable Simulation. Die etablierte Software wird im Projekt um einige Funktionalitäten und Komponenten erweitert. Wir nehmen den gesamten Entwicklungsprozess von Kabelbäumen in den Blick unserer Arbeiten und erstellen einen Digitalen Zwilling des Kabelbaumdesigns. Ein Entwicklungsschwerpunkt des Fraunhofer ITWM ist die Echtzeitsimulation komplexer Kabelbaumstrukturen. Standardmäßig arbeitet IPS Cable Simulation mit konstanten effektiven Steifigkeitseigenschaften. In »BordNetzSim3D« untersuchen wir die nichtlineare Ausprägung dieser Eigenschaften genauer, entwickeln komplexere Eigenschaftsmodelle und machen sie für IPS verfügbar. Ergänzend zu den experimentellen Arbeiten, wird auch an einer Verbesserung der Schätzung dieser Eigenschaften gearbeitet. Ein neues Konzept für die umfänglichen Materialdaten in der Software ist ebenso vorgesehen (u.a. 2D- und 3D-Konfiguration, neues binäres Format, GUI-Anpassung und MeSOMICS-Daten fließen mit ein).

Ergonomie, Montage, Richtlinien direkt im Bordnetzprozess berücksichtigen

Jetzt und auch in Zukunft werden komplexe Kabelbaumstrukturen von menschlichen Arbeitskräften im Fahrzeug montiert. Mit einem digitalen Menschmodell – wie in unserer Software IPS IMMA – lassen sich Bewegungsabläufe bei Montagearbeiten simulieren. Unser Softwaremodul bietet schnelle und effiziente Algorithmen zum einfachen Bewerten der Ergonomie von Montageprozessen. Im Projekt werden Aspekte der Ergonomie im Bordnetzprozess direkt mitgedacht. Dadurch werden sowohl in der Produktion bei Unternehmen zur Kabelbaumherstellung (KBH) als auch bei der Montage im Fahrzeug die Arbeitsbedingungen verbessert. Das heißt für die Firmen nicht nur Zeitersparnis, sondern auch eine bessere Produktqualität.

In der Software IPS IMMA steht die digitale Modellierung und Simulation menschlicher Arbeitstätigkeit im Vordergrund.
© fleXstructures
In der Software IPS IMMA steht die digitale Modellierung und Simulation menschlicher Arbeitstätigkeit im Vordergrund – hier bei der Montage eines flexiblen Leitungssatzes.

Unsere Projektpartner

  • fleXstructures GmbH (Projektkoordination)
  • Coroplast Fritz Müller GmbH & Co. KG
  • Volkswagen AG

 

Projektlaufzeit und -förderung

Das Projekt ist auf eine Laufzeit von drei Jahren angelegt (Oktober 2021 bis September 2024) und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen der Maßnahme des Fachprogramms »Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien«, Bereich »Querschnittstechnologien« gefördert. Das Projektvolumen beträgt fünf Millionen Euro (zu 70 Prozent gefördert durch das BMWK).