Engineering 29.07.2005, 18:39 Uhr

Entwicklungshilfe aus dem Computer  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 29. 7. 05 – Realistische Simulationen aus dem Computer sorgen im Kino für perfekte Illusionen. In der Produktentwicklung helfen sie dagegen, komplexe Strukturen und Zusammenhänge zuverlässig zu beurteilen. So werden im Automobil- und Flugzeugbau Probleme bereits am digitalen Modell untersucht und damit Kosten für viele reale Prototypen eingespart.

Kaum ein neues Automobil oder Flugzeug absolviert heute seine ersten realen Kilometer, bevor es nicht bereits tausende virtuelle Testkilometer fehlerfrei im Rechner zurückgelegt hat. Gerade Branchen mit hohem Entwicklungsaufwand profitieren am stärksten vom konsequenten Einsatz der Technologien aus dem Bereich Virtual Reality (VR). Nach den USA und Japan ist Deutschland führend in der VR-Forschung, „wegen seiner investitionsbereiten Automobilindustrie“, wie der Pionier der VR-Forschung, Frederick Brooks jr., vor kurzem auf einer Fachtagung in Bonn feststellte.

Statt an aufwändigen Plastelinmodellen diskutieren Karosseriedesigner ihre ersten Designstudien längst in 3-D an Powerwalls oder in der CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), und die Ergonomie eines Cockpits lässt sich ebenso zeit- und geldsparend digital testen wie das Crashverhalten. Für Peter Zimmermann, Leiter der VR-Research-Abteilung bei Volkswagen, steht wenigstens fest: „Die VR-Technologie hat die Entwicklungsarbeit im Automobilbau revolutioniert.“

Seit 1993 investiert der Wolfburger Automobilhersteller in die digitale Produktentwicklung und setzt dabei auf die Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Forschungsinstituten. „Heute ist unser Entwicklungsprozess praktisch vollständig digital“, sagt Zimmermann. Ohne Computer Aided Design (CAD) und Engineering (CAE), VR oder Augmented Reality (AR) geht nichts mehr. „Die sequenzielle Entwicklung von Bauteilen“, so der Experte, „ist tot“. Stattdessen kooperieren unterschiedliche Spezialisten in virtuellen Umgebungen miteinander, arbeiten parallel bis zur Produktionsreife.

Ohne VR-Anwendungen lassen sich die vor allem in der Elektrik immer komplexer werdenden Fahrzeuge auch kaum verwirklichen, zudem fordert der Markt immer kürzere Entwicklungszeiten. Peter Zimmermann untermauert die Leistungsfähigkeit der Systeme: „Ein VW-Käfer ließe sich damit binnen eines Jahres entwickeln“ und ein moderner Pkw in 36 Monaten.

Luftströme im Motorraum, die Festigkeit eines Stoßdämpfers, das Crashverhalten – so gut wie alles lässt sich simulieren. „Die Qualität der Prototypen ist sehr hoch“, erklärt Torsten Steinborn, Projektleiter VR bei Opel, „auch weil unsere Zulieferer direkt in unserer VR-Datenbank arbeiten.“ Um die Vorzüge der digitalen Entwicklung voll ausnutzen zu können, müssen die Hersteller viel in Hochleistungsrechner, Software und Mitarbeiterschulung investieren. Gespart werde dafür an Hardwaremustern und Versuchsträgern, allein im Modellbau lägen die Einsparungen durch digitale Baugruppen bei bis zu 30 %.

„An einem virtuellen Modell lassen sich Änderungen 1:1 sofort umsetzen“, sagt Steinborn. So erfolgt die ergonomische Anordnung von Armaturen, Griffen und Fenstern für verschieden große Fahrer nur noch im virtuellen Prototyp. Das Vertrauen in die Aussagekraft solcher Simulationen ist offenbar groß. Bei Opel jedenfalls prüft der TÜV neue Bauteile schon, wenn sie nur als digitales Modell im Rechner vorliegen – die endgültige Abnahme erfolgt allerdings erst am realen Pendant. Auch das Management bis hoch zum Vorstand, so der Opel-Entwickler, ziehe sich oft die 3-D-Brille über und nutze virtuelle Modelle gern bei Vergleichsentscheidungen.

Doch bei aller Leistungsfähigkeit der VR/AR-Technik, sie hat ihre Grenzen. VW-Forscher Peter Zimmermann gesteht: „Der Umgang mit VR ist harte Arbeit, das wird bei all dem Hype oft vergessen.“ So mangele es im Bereich der Mensch-Maschine-Schnittstelle an intuitiven, schnell lernbaren Lösungen. Auch zeige das Negativbeispiel Elchtest bei der A-Klasse, dass man sich bei der Feinabstimmung eines Fahrzeugs nicht allein auf die Simulationsdaten verlassen dürfe. Der Mensch als letzte Prüfinstanz, so Zimmermann, sei unverzichtbar. Schwierig bleibt auch die realistische Darstellung der taktilen Beschaffenheit von Materialien. „In der VR kann ich die Frage, ob ein Werkstoff heiß, kalt, weich oder hart ist nicht beantworten“, erklärt Steinborn, „dafür muss ich ihn schon in die Hand nehmen.“ MARTIN BORRÉ/CIU

Von Martin BorrÉ/Martin Ciupek
Von Martin BorrÉ/Martin Ciupek

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