Дигиталните методи за разработка съкращават времето за пускане на пазара за проводници за данни в автомобила

Съвременните автомобили изискват много сложни бордови мрежи – с километри проводници за данни, които трябва да бъдат изключително надеждни и производителни, особено за критични за безопасността приложения при автономното шофиране. В същото време мегатенденции, като например софтуерно дефинираните автомобили, изискват все по-бързи цикли на разработка и иновативни решения. Времето за пускане на пазара, т.е. времето от идеята до пускането на пазара, се превръща в решаващ фактор за конкурентоспособността: Който въвежда бързо нови системи на пазара, получава технологични и икономически предимства. Почти не остава време за дълги цикли на разработка. Дигиталните методи за разработка следва да помогнат за по-бързата подготовка за серийно производство. Но какви точно са тези методи?

Висока техническа и процедурна сложност 

Проводниците за данни трябва да изпълняват все по-високи изисквания, особено в хода на поетапното въвеждане на автономното шофиране, защото те са „нервната система“ на съвременните автомобили. Те трябва да пренасят данни с висока скорост, да бъдат устойчиви на електромагнитни смущения, температура и огъване – и същевременно да пестят място, а в идеалния случай и разходи.  В същото време, класическите, последователни процеси на разработка затрудняват бързото внедряване: Дългите процеси на координация, фрагментираните набори от инструменти, сложните интерфейси между специализираните отдели и повторните валидации с всяка промяна в дизайна костват ценно време. Конструкцията, симулацията, валидирането и производството често работят в отделни системи – без свързана база данни. Информацията трябва да се прехвърля ръчно, да се обработва отново или да се конвертира в несъвместими формати. При разработването на бордови мрежи инженерите отделят до 80% от работното си време за промени и тяхната координация – огромен времеви фактор. Тези препятствия показват: За да се съкрати времето за пускане на пазара, са необходими нови подходи, които да овладеят техническите предизвикателства и да ускорят процеса на разработка.

Симулация: Ранно валидиране и икономия на време 

Ранната симулация може значително да съкрати циклите на разработка. Усъвършенстваният софтуер за симулация позволява виртуална проверка на ЕМС свойствата, поведението на сигнала и избора на материали на ранен етап. По този начин могат да се избегнат неправилни разработки и да се намали броят на физическите прототипи. Конкретен пример е проектът BordNetzSim3D, финансиран от BMWK. Тук за първи път се реализира напълно дигитализирана платформа, която позволява на компаниите да разработват бордови мрежи, използвайки симулация – от концептуалната фаза до готовността за серийно производство. Този дигитален подход съкращава времето за пускане на пазара, като осигурява вземане на дизайнерски решения още в концептуалната фаза. 

Дигитален близнак: Виртуални изображения като ускорители на разработката 

Докато симулациите често обхващат отделни аспекти или тестови ситуации, дигиталният близнак отива една крачка по-напред. Дигиталният близнак представлява физически продукт в 3D модел – включително геометрия, електрически свойства и външни влияния. Това позволява симулиране и оптимизиране на кабелните системи в реално време. Това позволява на разработчиците да симулират поведението на автомобила при работа – дори преди да съществуват реални прототипи. Така например механичното напрежение, термичното стареене или електрическите смущения могат да бъдат симулирани върху дигиталния модел. Всички стъпки на процеса – включително производството – могат да бъдат безпроблемно свързани и изградени върху една и съща дигитална база данни. Ако се открие проблем (напр. прегряване на определено място), 3D конструкцията може да бъде коригирана и виртуално тествана отново – само за няколко дни, вместо за много седмици. В индустриалната практика дигиталните близнаци вече подобряват сътрудничеството отвъд екипите и националните граници. Промените се регистрират централно и са видими за всички. Този принцип на „Single Source of Truth – Единствен източник на истина“ предотвратява несъответствията и позволява паралелната работа. Така конструкцията, симулацията и планирането на производството могат да се извършват едновременно, без да се налага да се изчакват взаимно. Различните екипи използват обща, актуална информационна база и поддържат подсистемите си синхронизирани. Корекциите в дизайна се тестват и синхронизират директно върху дигиталния модел. Това спестява време, повишава качеството и позволява паралелно развитие.

Бързо прототипиране: По-бързи образци и обратни връзки

Въпреки всички симулации, истинският прототип остава незаменим в много случаи – било то за тактилни тестове, тестове за прилягане към автомобила или презентации пред клиенти. Бързото прототипиране обозначава методи, с които такива части-образци могат да бъдат произведени особено бързо. 3D печатът (Additive Manufacturing) инициира преди всичко промяна на парадигмата. 3D печатът превръща CAD идеята във физически компонент в рамките на няколко часа. Компонентите могат бързо да бъдат създадени, адаптирани и изработени отново. Additive Manufacturing вече може драстично да съкрати времето за разработка. Това често дава на разработчиците повече време да проучат различни опции за дизайн. Бързото прототипиране не само помага проектите да станат по-гъвкави и ориентирани към клиента, но също така насърчава креативността: Повече итерации за по-кратко време означават, че по-разнообразни идеи могат да бъдат изпробвани и оптимизирани, преди даден дизайн да влезе в серийно производство. 

Делта тестове: Целенасочено тестване вместо цялостно повторно валидиране

Традиционно почти всяка промяна водеше до обширна обща валидация: Многобройни тестове трябваше да бъдат повторени, за да се гарантира, че всички спецификации продължават да бъдат спазени. Това коства време. Точно тук се намесва подходът на делта тестовете: Вместо винаги да преминавате през цялата тестова програма, когато правите промяна, се фокусирате конкретно върху засегнатите области – промяната спрямо предишното състояние. По този начин се тестват само компонентите, които действително са засегнати – например при промени в материалите или малки корекции в оформлението. Предпоставки са прозрачната документация на промените и дигиталната проследимост. Симулациите и дигиталните близнаци помагат за прецизното ограничаване на въздействията и правилната оценка на рисковете. Като цяло, делта тестовете в управлението на промените позволяват по-гъвкав подход към корекциите: Актуализациите и подобренията могат да бъдат интегрирани по-бързо, без да се нарушава графикът за пускане на пазара всеки път.

„Concurrent Engineering“ – Паралелна разработка

Ключов инструмент за съкращаването на времето за разработка е преминаването от последователна към паралелна разработка. В класическия „водопаден модел“ всяка стъпка от процеса (напр. проектиране на корпуса) изчаква завършването на предишната (напр. завършване на електрическата схема), преди да започне следващата стъпка. Тази последователност води до времена на изчакване и ненужно забавя целия проект. Concurrent Engineering разрушава тази схема: Тук няколко разработки се изпълняват едновременно и в тясна координация. Конструкторите, например, работят по механичната интеграция на проводниците за данни в автомобила, докато специалистите по електроника все още работят по оптимизацията на електрическите схеми – двата екипа непрекъснато се координират и итеративно коригират частичните си резултати. Предпоставка за това са последователните модели данни и високото ниво на обмен на информация. Всички работят по продукта едновременно – с помощта на общи модели данни, например в PLM системи (Product Lifecycle Management System – Система за управление на жизнения цикъл на продукта). Дигиталният близнак служи като централен източник на информация. Проблемите се идентифицират и решават своевременно. Предимствата на паралелната разработка са икономията на време и подобрено качество на резултатите. Проблемите или несъответствията между отделите (напр. твърде малко място за проводник с обвивка) се откриват по-рано, тъй като екипите работят едновременно върху цялостната мрежова система. Корекциите не се правят в края чрез трудоемки и времеемки цикли на промяна, а се включват непрекъснато. Като цяло, към оптимално координирания дизайн се подхожда итеративно.

Нова работа: Гъвкави методи и разпределени екипи

Влиянието на съвременните методи на работа върху времето за разработка не бива да се подценява. Техническите инструменти, сами по себе си, не са достатъчни – начинът, по който хората си сътрудничат, определя скоростта и качеството на разработваните проекти. В разработката на автомобили, която традиционно се характеризира с дългосрочни цикли, гъвкавият начин на мислене набира все по-голяма популярност. Методи от света на софтуера, като Scrum или Kanban, се адаптират към хардуерни проекти, за да може да се реагира по-бързо на промените. Това означава, например, организиране на разработката в кратки „спринтове“, ранна и честа оценка на прототипи (включително дигитални) и непрекъснато получаване на обратна връзка. Кросфункционалните екипи – състоящи се от разработчици, специалисти по планиране на производството и специалисти по качеството – обединяват необходимите широки познания за бързото справяне със сложни задачи. Дигиталните инструменти, като дигиталните близнаци, улесняват сътрудничеството, а Remote Collaboration (дистанционното сътрудничество) дава възможност за проекти между различни локации в реално време.

Въпреки че въвеждането на подобни форми на работа е свързано с културна промяна, то се отплаща с по-бързи и по-добри резултати.

Глобално интегрирани екипи за разработване на продукти с унифицирана CAD система в MD ELEKTRONIK

MD отдавна е запозната с тенденцията и предимствата на методите за дигитална разработка и вече успешно е внедрила много от тези градивни елементи в различни разработвани проекти. Един пример е паралелната симулационна оценка на 3D моделите по време на дизайна на продукта. FEM симулацията се използва за проверка на механичните, динамичните и термичните параметри на бъдещия компонент на ранен етап, докато високочестотната и електрическа симулация оценява параметрите за високопроизводителен пренос на данни. За тази цел е създадена обширна база данни на материалите, която предоставя основни свойства на полимери и метали с коефициентите, зависещи от дизайна, напр. температурна крива, затихване и диелектрична проводимост, за целите на икономията на време.

Нашият център за бързо прототипиране предоставя на интердисциплинарните екипи за разработка на проекти на базата на дигиталния близнак-прототип различни технологии за печат – в зависимост от предназначението. По този начин още по време на фазата на проектиране могат да се провеждат опити при клиента и партньора по разработката, напр. за тестване на сложни системни архитектури от няколко доставчика и взаимодействието на компонентите на ранен етап в прототипен автомобил, технологичен демонстратор или тестов автомобил при реалистични условия.

Паралелните линии на проектиране при корпуси, контактни и функционални части осигуряват бърз цикъл на разработка, като през това време срещите с клиентите по проектите могат да се провеждат паралелно благодарение на глобалното позициониране на MD. Производствените процеси и инструменти се разработват въз основа на централния 3D модел веднага щом дизайнът достигне определено ниво на готовност. И тук отново дигиталният близнак е основата за Injection Molding Simulation, която показва и минимизира влиянията на производителността на последващия производствен инструмент върху компонента.

Имате още въпроси по темата или искате да научите повече за нашите продукти? Свържете се сега с MD, за да научите повече за веригите на доставки и способността за доставяне на нашите продукти!

Нашият екип ще Ви окаже съдействие!

Йоханес Тре

Като директор „Развитие“, Йоханес Тре отговаря за отделите за разработка в сферите на продуктовия дизайн, високите честоти, електрониката, сензорите и оптиката в централата на групата MD. Освен това неговата отговорност включва симулацията, центъра за бързо прототипиране и инженерния тестов център (Engineering Test Facility) като лаборатория за тестове, свързани с разработката.
Над 22 години опит в автомобилния сектор, включително 17 години управленска отговорност – от приложно инженерство, през ръководител на разработката на информационно-развлекателни системи до ръководител на всички отдели за разработка, го правят експерт в този бранш. Тъй като най-новите технологии се разработват на глобалния пазар, международното позициониране на научноизследователската и развойна дейност е важен фокус за него. Неговите отговорности включват също създаване на центрове за научноизследователска и развойна дейност в Азия и Северна Америка, както и внедряване и обучение на междукултурни екипи за разработка, които съвместно да разработват решения за повече от един клиент и повече от една страна. Той също така поддържа тесен контакт с международна мрежа от доставчици на продукти и услуги, за да работи непрекъснато със своите глобални екипи за научноизследователска и развойна дейност за разширяване на границите на технически осъществимото в интерес на бързото, гъвкаво и иновативно разработване на продукти.

Може също да ви е интересно

Между платформената стратегия и индивидуализацията: Предизвикателства пред съвременната архитектура на бордовите мрежи

Прочетете повече

Възходът на китайските производители на оригинално оборудване (OEM) – китайската гледна точка

Прочетете повече

Как свързаността и градската мобилност оформят автомобилния пазар във Франция

Прочетете повече