Stromnetze und Nervensysteme

Kabelbäume sind gleichzeitig Stromnetz und Nervensystem. Sie gehören zu den komplexesten und teuersten Teilen im Fahrzeug. Geradezu exemplarisch zeigen sie die Anforderungen im Zusammenhang mit komplexen, variantenreichen Produkten:

• Kabelbäume sind komplex und bestehen aus hunderten von Modulen und Einzelteilen.
• Ihre Beschreibung erfordert unterschiedliche Sichten, z.B. 2D- und 3D-Geometrie und elektrologische Verschaltung.
• Kabelbäume sind extrem variantenreich, da sie auf das jeweilige Fahrzeug und seine Ausstattung mit Controllern und Elektronik-Komponenten abgestimmt sein müssen.
• OEMs und Zulieferer bilden hierarchische Lieferketten und müssen komplexe Modelldaten austauschen.
• Die Stückzahlen sind hoch, so dass sich auch kleine Optimierungen schnell rentieren.

Die KBL (Kabelbaumliste; engl. Harness Description List) ist eine offizielle Empfehlung des VDA für den Austausch standardisierter Produktdaten. Der auf STEP (AP 212) abgebildete Standard wird im Rahmen der Arbeitsgruppe Fahrzeugelektrik im Arbeitskreis CAD/CAM kontinuierlich weiterentwickelt - unter Beteiligung von 4Soft-Mitarbeitern.

4Soft bietet das kostenfreie Werkzeug kbl4all an, mit dem sich KBL-Dateien überprüfen und anzeigen lassen.

Die Herausforderung

Besonders fordernd werden Entwicklung und Fertigung von Kabelbäumen durch die hohe Anzahl an Varianten für individuell ausgestattete Fahrzeuge. Sowohl bei den Automobilherstellern (OEMs) als auch bei den Zulieferern führen Reibungsverluste in den eigenen Prozessen oder bei der Zusammenarbeit miteinander deshalb unter Umständen zu unnötigen Kosten oder Qualitätsproblemen. Typische Symptome sind:

• Daten werden aufwändig und fehleranfällig von Hand übertragen.
• Missverständnisse beeinträchtigen die Qualität und machen Iterationen nötig.
• Ergebnisse werden mehrfach erarbeitet, obwohl sie anderswo bereits vorliegen.
• Die Prozesse und ihre Ergebnisse sind schwer nachzuvollziehen.

Die Zulieferer müssen in ihrer Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Herstellern außerdem auch mit teilweise sehr spezifischen Prozessen und Austauschformaten umgehen und können dadurch Synergiepotenziale oft nicht nutzen.

Der Entwicklungsprozess

Ein durchdachter, IT-gestützter Entwicklungsprozess auf Basis von Standards wie der KBL kann wesentliche Verbesserungen und Kostensenkungen bringen. Der im Folgenden skizzierte, stark idealisierte Prozess basiert auf unseren Erfahrungen in Kundenprojekten und in der Arbeitsgruppe Fahrzeugelektrik im Arbeitskreis CAD/CAM des VDA.

Der Entwurf des Kabelbaums beginnt, nachdem die elektronischen Bauteile im Fahrzeug und ihre logischen Funktionen weitgehend feststehen. Zunächst werden die elektrologische Verschaltung der Komponenten und die geometrische Verlegung des Kabelbaums im Fahrzeug entworfen. Außerdem wird der Kabelbaum in sogenannte Module zerlegt.

Zur Bewertung der Kabelbaumarchitektur fließen die elektrologischen und die geometrischen Daten zusammen: Die elektrologischen Verbindungen werden entlang der Kabelbaumtopologie „gerouted“. Aus einer Komponentenbibliothek kommen die nötigen Anschlagteile bzw. Kontaktteile für den Anschluss der Leitungen an die Verbindungselemente hinzu. Diese Bordnetzarchitektur wird iterativ so lange bewertet und verfeinert, bis ein optimales Ergebnis erreicht ist (siehe Abbildung 1).

Am Ende dieses Optimierungsprozesses dokumentiert die sogenannte Kabelbaumliste, kurz KBL, den Entwicklungsstand. Der VDA-Standard ist auf den STEP-Standard AP 212 abgebildet und beschreibt den Kabelbaum idealerweise mit allen Informationen, die ein Zulieferer benötigt.

Der dargestellte Prozess basiert auf dem Gedanken, dass die Ausstattung eines Fahrzeugs mit Elektronik weitgehend unabhängig von seiner Form ist. Die Entwicklung der Elektrologik kann damit weitgehend unabhängig von der Entwicklung der Geometrie erfolgen. Die Vielzahl möglicher Kombinationen aus Elektrologik und Geometrie bleibt dadurch beherrschbar. Erst ein nachgelagerter Schritt führt beide Welten zur Bordnetzarchitektur zusammen.

Die IT-Systeme

Am Kabelbaumentwicklungsprozess sind eine Reihe von Software-Systemen beteiligt, wie in Abbildung 2 skizziert. Dazu gehören insbesondere die Autorentools für die Schaltplanentwicklung sowie für die Erstellung der Geometrie (2D/3D). Die Daten aus den Autorentools werden von einem speziellen PDM-System verwaltet, das auch die Konfiguration von Varianten, die Moduldefinition und den Export der Kabelbaumliste unterstützt. Eine Komponentenbibliothek hält die Informationen über vorhandene Kabelbaumkomponenten, Verbinder und Leitungen.

Alle Systeme verfügen über Schnittstellen für den Datenaustausch. Dieser sollte nicht nur innerhalb des Automobilherstellers gewährleistet sein, sondern auch zwischen Herstellern und Zulieferern.