Gläserner Prototyp

Porsche verwirklicht eine Vision

Die Porsche AG stattet als einer der ersten Automobilhersteller die Prototypen einer kompletten Baustufe mit RFID-Transpondern aus.

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    Der aktuelle Porsche 911 Carrera

Am gläsernen Prototyp tüfteln Automobilhersteller nun schon einige Zeit. Die Porsche AG hat diese Vision verwirklicht und die Prototypen einer ganzen Baustufe mit RFID-Transpondern der neuesten Generation ausgestattet. Das Ergebnis: vollkommene Transparenz bis auf Einzelteilebene für einen automatischen Abgleich der Daten von realen und virtuellen Prototypen.

Während der Entwicklung eines Fahrzeugs entstehen unzählige Varianten von Entwicklungsbauteilen, welche in den Prototypen erprobt werden müssen. Die Simulation sichert dabei die jeweiligen Hardwareversuche mit komplexen Berechnungen ab. Dabei müssen die digitalen Prototypen ständig mit den realen abgeglichen werden, weshalb detaillierte Informationen über den aktuellen Aufbauzustand des realen Prototypen unerlässlich sind. Angesichts der immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten müssen unnötige Korrekturschleifen zwingend vermieden werden – vor allem, weil sich die Versuchsteile auch während der Erprobungsphase ständig weiterentwickeln.

Die Fahrzeugentwickler stellt dies vor eine große Herausforderung. Zwar können sie Bauteile über einen Datamatrix-Barcode im Aufbau identifizieren. Im Erprobungsbetrieb sind Barcodes aber oft nur nach Demontage der Bauteile sichtbar. Das führt dazu, dass zum Beispiel in der Crashvorbereitung ein sehr hoher Aufwand zur Verifikation des richtigen Baustands betrieben werden muss. Hinzu kommt, dass die Barcodes nicht serialisiert sind und in der Folge Bauteile innerhalb eines Änderungsstandes nicht differenziert werden können. Schließlich endet die Möglichkeit zur Identifikation oft auf der Modulebene. Aus welchen Einzelteilen sich das Modul zusammensetzt, wird ebenso wenig erfasst wie Prozess- oder Montageparameter.

Den „gläsernen Prototyp“ verwirklichen

Fahrzeugentwickler betreiben aus diesen Gründen heute einen enormen Aufwand, um die Bauteile in den Prototypen im Vorfeld genau zu dokumentieren. Das kostet zum einem viel Zeit und damit Geld, zum anderen ist das Verfahren fehleranfällig und verschafft letztlich doch keinen exakten Überblick. Ein Zustand, der angesichts der sich wandelnden Rahmenbedingungen – etwa die Zunahme von Baureihen und Derivaten oder die stärkere Einbindung von Lieferanten – nicht zufriedenstellt.

Daher formulierten die Entwickler bei Porsche eine Vision. Sie wollen einen „gläsernen Prototyp“ verwirklichen, der vollkommene Transparenz bis auf die Ebene der Einzelteile garantiert. Alle Änderungsstände sollen stets erkennbar sein, die realen und die virtuellen Prototypendaten sollen sich vollständig und automatisch abgleichen lassen. Zudem sollen zusätzliche Informationen zu den Bauteilen abrufbar sein, so etwa das Herstelldatum oder der verwendete Werkstoff. Und: der „gläserne Prototyp“ sollte keine theoretische Spielerei bleiben, sondern mittelfristig der Standard bei der Entwicklung neuer Modelle werden. 2007 machten sich die Porsche-Entwickler an die Arbeit. Schon bald wurde klar, dass sich die ehrgeizigen Ziele nur mit externer Unterstützung erreichen lassen. Schließlich wurden die Spezialisten der Tochtergesellschaft Mieschke Hofmann und Partner (MHP) hinzugezogen.

Leistungsstarke RFID-Tags, einheitlicher Standard

Technische Basis für den „gläsernen Prototyp“ ist die RFID-Technologie, die das berührungs- und sichtkontaktlose Auslesen von Kennzeichnungsinformationen ermöglicht und sich in den letzten Jahren entscheidend weiterentwickelt hat. Die Transponder arbeiten mittlerweile im UHF-Bereich, früher war der HF-Bereich üblich. Dieser Technologiewechsel brachte wichtige Vorteile mit sich: Die Transponder können nun aus größerer Entfernung und schneller ausgelesen werden, sie sind im metallischen Umfeld erheblich besser lesbar und sie lassen sich im Pulk erfassen. Zudem sind die Tags kleiner geworden, können verformt werden und sind erheblich günstiger als noch vor wenigen Jahren. All das erlaubt es, RFID-Transponder an zahlreichen und gegebenenfalls sehr kleinen Bauteilen zu befestigen – eine zwingende Voraussetzung für das Prototyp-Vorhaben.

Da auch andere OEMs an diesem Fortschritt interessiert waren, schlossen sich auf Initiative von Porsche einige deutsche Hersteller 2010 im Arbeitskreis „gläserner Prototyp“ zusammen. Ein wichtiges Ziel war es, sich unternehmensübergreifend auf einen einheitlichen RFID-Standard zu verständigen. Dieser sollte eindeutig regeln, welche Daten in welcher Form auf die RFID-Transponder geschrieben und in welcher Form Metadaten übertragen werden. Das Engagement führte Anfang 2012 schließlich zur Veröffentlichung der VDA-Empfehlung 5509. Demnach enthalten die Transponder keine Informationen zum Bauteil selbst, sondern lediglich eine Identifikationsnummer. Über diese eindeutige ID mit 40 Ziffern beziehungsweise Buchstaben lässt sich auf verschiedene Daten zugreifen, die im IT-System hinterlegt sind und dort gepflegt werden. Dies können durch die VDA-Empfehlung festgelegte Metadaten wie zum Beispiel das Herstelldatum und technische Besonderheiten oder Angaben zur Geometrie des Bauteils und Informationen zu dessen Funktion, Prüfergebnisse und Messdaten sein.

Einsatz bei gut 150 Prototypen

Um den „gläsernen Prototyp“ auch wirklich in der Praxis umzusetzen, mussten die Zulieferer überzeugt und eingebunden werden. Schließlich liegt es bei ihnen, die Bauteile nach der Fertigung mit den serialisierten Transpondern zu versehen (Tagging) und die zugehörigen Daten korrekt an Porsche zu übermitteln. Zudem galt es, einen klaren Prozess zu definieren und diesen schrittweise in den IT-Systemen abzubilden – beginnend bei eben jenem Tagging durch die Lieferanten und endend beim Speichern aktueller Erprobungsergebnisse. Im Umfeld eines realen Fahrzeugprojektes legten die Berater von MHP die einzelnen Prozessschritte exakt fest, passten die involvierten IT-Module an und stellen saubere Schnittstellen sicher.

Nach dem erfolgreichen Einsatz der HF-Technologie bei der Entwicklung des aktuellen 911 Carrera erprobt Porsche seit 2011 die UHF-Technologie in der Praxis. Es wurden 60 Einzelteile vorwiegend an Bauteilen der Karosserie und des Interieurs definiert, für die zwölf Lieferanten an allen für die Prototypenphase hergestellten Teilen RFID-Transponder gemäß der VDA-Empfehlung 5509 anbringen. Somit wurden alle rund 150 Prototypen einer gesamten Baustufe mit RFID-gekennzeichneten Komponenten aufgebaut. Sollen bei diesen Fahrzeugen die Änderungsstände verifiziert oder die Daten der realen und der virtuellen Prototypen abgeglichen werden, genügt die Fahrt durch ein RFID-Gate, das die Identifikationsnummern erfasst.

Auch wenn der Reifegrad der neuen Technologie Schritt für Schritt noch weiter ausgebaut werden muss, sind die Verantwortlichen bei Porsche und MHP mit den Ergebnissen zufrieden: Das technische Konzept wurde bestätigt, die erhoffte Transparenz erreicht. Nun gilt es, die Zahl der gekennzeichneten Bauteile zu erhöhen und gleichzeitig die Technik in neuen Bereichen einzuführen, die aufgrund der physikalischen Rahmenbedingungen nicht ohne weiteres erfasst werden konnten. Porsche geht auf dem Weg zur Vision „gläserner Prototyp“ mit Erfolg einen pragmatischen Weg: Mit jedem Neuprojekt wird ein weiterer Teil Schritt der Vision umgesetzt.

www.porsche.de

www.mhp.de

* Die Autoren sind Dr. Roger Markworth, Leiter Entwicklung Karosserie Methoden bei der Porsche AG, und Thomas Grabscheit, Manager bei Mieschke Hofmann und Partner (MHP) und verantwortlich für den RFID-Bereich.

Bildquelle: Porsche

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