数字化开发方法缩短了汽车数据线缆的上市时间

现代车辆需要高度复杂的车载网络，以及长达数公里的数据线缆，自动驾驶中的安全敏感型应用要求这些线缆必须极为可靠且性能强大。与此同时，诸如软件定义车辆这样的大趋势要求更快的开发周期和创新的解决方案。上市时间，即从创意到上市的时间，成为决定性的竞争因素：谁能迅速将新系统推向市场，谁就能获得技术和经济上的优势。几乎没有时间进行冗长的开发循环。数字化的开发方法旨在助力更快实现量产。但具体有哪些方法呢？

技术与程序复杂性高

随着自动驾驶技术的逐步引入，数据线缆的作用愈发关键，它们堪称现代车辆的“神经系统”。这些线缆需承载高数据速率传输，具备电磁兼容性、耐温耐弯折特性，同时节省空间，理想状况下还要降低成本。  然而传统的按顺序开发流程却阻碍了快速实施：冗长的协调循环、零散的工具环境、部门间复杂的接口以及每次设计变更后的重新验证，均耗费了宝贵时间。设计、模拟、验证与生产往往在各自独立的系统中进行，缺乏通用的数据基础。信息必须手动传输、重新处理或转换为不兼容的格式。以车载网络开发为例，工程师们估计要将高达80%的工作时间耗费在更改与协调上，这无疑是一个巨大的时间黑洞。这些瓶颈表明：为了缩短产品上市时间，必须引入既能应对技术挑战，又能加速开发进程的新思路。

模拟：早期验证并节省时间 

早期模拟可以显著缩短开发周期。先进的模拟软件使得电磁兼容性、信号行为及材料选择得以在虚拟环境中进行早期验证。由此可以避免错误开发，减少实体原型的数量。一个具体的例子就是BMWK资助的BordNetzSim3D项目。该项目首次实现了一个完全数字化的平台，使企业能够基于模拟开发车载网络：从概念阶段到批量生产。这种数字化方法通过在概念阶段就确保设计决策的正确性，从而缩短了产品上市时间。 

数字孪生：虚拟映像作为开发加速器 

模拟通常只覆盖单一方面或测试情境，而数字孪生则更进一步。数字孪生将实体产品映射到3D数据模型中，包括几何形状、电气特性和外部影响。这样就可以实时模拟和优化电缆系统。这使得开发人员甚至在真实原型出现之前就可以模拟车辆中的运行行为。例如可以在数字模型上模拟机械应力、热老化或电气干扰。生产前的所有流程步骤都可以无缝连接，并基于同一个数字数据基础构建。如果发现问题（例如某处过热），可以调整3D结构并在虚拟环境中重新测试，这仅需几天而非数周。在实践中，数字孪生已经在工业中改善了跨团队和跨国界的合作。更改被集中记录，对所有人可见。这种“单一真相来源”原则避免了不一致，并允许并行工作。因此设计、模拟和生产规划可以同时进行，无需相互等待。不同的团队共享最新的信息基础，并保持其子系统同步。设计调整直接在数字模型上进行测试和同步。这节省了时间，提高了质量，并允许并行开发。

快速原型制作：更快的样品与反馈循环

尽管进行了所有的模拟，但在许多情况下，真实的原型仍然不可或缺，无论是用于触觉检测，车辆的适配测试还是客户演示。快速原型制作是指可以特别迅速地制造这些样品零件的方法。尤其是3D打印（增材制造）在此领域引发了一场范式变革。3D打印可以在几个小时内将CAD创意转化为可触摸的部件。因此可以迅速制作、调整并重新生产部件。如今，增材制造已经可以显著缩短开发时间。这使得开发人员往往有更多时间探索不同的设计选项。因此，快速原型制作不仅有助于使项目更加敏捷和面向客户，还激发了创造力：在更短时间内进行更多迭代意味着，在设计进入量产之前，可以尝试和优化更多不同的创意。 

增量测试：精准测试而非全盘重新验证

以往几乎每一次更改都会导致广泛的整体验证：必须重复许多测试，以确保继续满足所有规范。这耗费时间。正是增量测试方法的用武之地：不必总是运行整个测试程序，而是在发生更改时，有针对性地聚焦于受影响的部分，即与之前版本的差异部分。因此仅对实际受影响的部件进行测试，例如在材料更改或小幅布局调整时。这需要透明的更改文档和数字可追溯性。模拟和数字孪生有助于精确界定影响范围并合理评估风险。总体而言，更改管理中的增量测试允许更敏捷地处理调整：更新和改进能更快地被整合，而无需每次都打乱发布时间表。

“并行工程” – 并行开发

缩短开发时间的一个关键杠杆是从顺序开发转向并行开发。在传统的“瀑布模型”中，每个流程步骤（例如外壳设计）都需要等待前一个步骤（例如电路图完成）完成后才能开始。这种顺序导致了等待时间以及不必要的项目延迟。并行工程打破了这种模式：多项开发工作同时进行，并且紧密协调。例如当电子工程师还在优化电路图时，机械工程师已经开始在车辆中进行数据线缆的机械集成，两个团队持续沟通并迭代调整他们的部分成果。这需要通用的数据模型和频繁的信息交换。所有人都同时致力于产品开发：由共用的数据模型提供支持，例如PLM系统（产品生命周期管理系统）。数字孪生此时作为中央信息源。问题可以及早发现并解决。并行开发的优势在于节省时间和提高结果质量。由于团队同时在联网的整个系统上工作，因此可以提前识别出各工作之间的问题或不一致（例如安装空间过窄，无法安装护套电缆）。调整不会等到最后才在复杂的更改回合中进行，而是持续融入其中。总体而言，通过迭代逐步接近最佳协调的设计方案。

新工作方式：敏捷方法与分布式团队

现代工作方法对开发时间的影响不容小觑。仅靠技术工具是不够的，人们的合作方式在很大程度上决定了项目开发的速度和质量。以往以长周期为特征的车辆开发领域，敏捷思维方式正日益普及。来自软件世界的方法，如Scrum或看板，被应用于硬件项目，以更快地应对变化。这意味着例如在短时间的冲刺中组织开发，尽早并频繁地评估原型（包括数字原型），并不断获得反馈。由开发人员，生产计划人员和质量专家组成的跨职能团队汇集了快速处理复杂任务所需的广泛专业知识。数字孪生等数字工具简化了协作，远程协作则实现了跨地点的实时项目推进。

引入此类工作方式虽伴随着文化变革，但能带来更快更好的成果。

MD ELEKTRONIK全球整合且使用统一CAD系统的产品开发团队

迈恩德早已洞悉数字化开发方法的趋势及其优势，并在多种开发项目中成功应用了这些构建模块。例如在产品设计过程中对3D模型进行并行的模拟评估。通过FEM模拟，能提前验证未来部件的机械、动态及热特性等参数，而高频和电气模拟则评估高性能数据传输的参数。为此，我们建立了庞大的材料数据库，囊括了聚合物和金属的基本属性，并结合温度变化、阻尼和介电常导率等设计相关因素，以便快速应用。

我们的快速原型制作中心为跨学科开发团队提供基于数字孪生技术的原型，采用不同打印技术以适应各种用途。这使得在设计阶段即可进行客户及合作伙伴的测试，例如在接近真实条件的原型车、技术载体或样机中，提前验证多个供应商的复杂系统架构及部件间的协同工作。

外壳件、接触件及功能件的并行设计循环确保了快速开发周期，同时得益于迈恩德的全球布局，客户项目会议可以同时举行。根据中央3D模型，一旦设计达到一定成熟度，就开始开发生产流程和模具。数字孪生技术在此再次发挥基础作用，支持注塑成型模拟，揭示并最小化后期制造工具对部件性能的影响。