Komplexität, Zeit- und Kostendruck beim Harness Design Die erhöhte Nutzung von Elektronik in Fahrzeugen stellt ständig steigende Anforderungen an die ENTWICKLUNGSWERKZEUGE UND -PROZESSE DER KFZ-VERDRAHTUNG. Die Zunahme der verfüg-baren Optionen ist so gewaltig, dass statistisch gesehen jedes 1,2. Kraftfahrzeug über einen eige-nen Kabelbaum verfügt. Diese große Zahl an Variationen gilt es zu bewältigen und zu verwalten.

E lektrik und Elektronik stellen heute 25% der Kosten eines Fahrzeuges. Bis zum Jahr 2011 wird der Inhalt

für Elektrik und Elektronik auf 40% der Gesamtkosten vorhergesagt. Diese Kos-ten ergeben sich aus bis zu 70 elektro-nischen Systemen, die heute in einem normalen Mittelklassefahrzeug verbaut werden. Einige der Systeme benutzen gleiche Signale und Informationen und sind damit von einander abhängig. Für die Kommunikation zwischen diesen Systemen werden heute, je nach Anfor-derung an Datenmenge, Kommunikati-onsgeschwindigkeit und Auslastung, zwischen drei und zehn Bussysteme ein-gesetzt. Vergleicht man die Kosten für die Bussysteme und Einzelverdrahtung gibt es einen kostenoptimalen Mix der Me-thoden, den es in der frühen Phase der Entwicklung zu finden gilt.

Die Anforderungen an Spannungsver-sorgung, Absicherung und an die Fest-legung der Massestellen werden auf dem klassischen Wege durch Einzelverdrah-tung implementiert. Fasst man Verdrah-tung und Bussysteme im Kabelsatz zu-sammen, dann verbinden diese mehrere 100 Komponenten mit über 800 Drähten bei einer Gesamtlänge von mehr als 2,5 km. Der Kabelsatz ist nach dem Motor die zweitteuerste Komponente im Fahrzeug.

Er steht deshalb und auch wegen seines hohen Gewichtes im Brennpunkt für fortwährende Verbesserungen. Um die Funktion und die Qualität des Kabelsat-zes sicherzustellen, sind über den gesam-ten Entwicklungszeitraum viele Per-sonen und viele Abteilungen involviert. Eine reibungslose Kommunikation ist dabei entscheidend. Neben der technischen Komplexität wird der Kabelsatz maßgeblich von der indivi-duellen Konfiguration des Käufers beein-flusst. Der Käufer stellt sein Fahrzeug aus den verfügbaren Funktionen nach seinen persönlichen Wünschen zusammen. Rein mathematisch ergeben sich daraus mehrere Millionen Varianten des Kabel-baums [0]. Statistisch gesehen gleichen sich damit ca. 1,2 Fahrzeuge im elek-trisch-elektronischen Inhalt.

Gerade weil die Komplexität mit stei-gender Anzahl der Systeme immer mehr Kombinationen zulässt, wird über Marktbeobachtung und Vorhersage des Käuferverhaltens versucht, diese Kom-plexität zu beherrschen [2]. Einmal fest-gelegt, wirken sich die für den Markt ge-planten Optionen und deren Kombina-tionen auf den kompletten Prozess von der Idee bis zum Produkt aus. Nach Prof. Dr. Gausemeier[1, 2, 3] läuft dieser Pro-duktprozess in drei Phasen ab:

1. Strategische Produktplanung durch die Marketing-Abteilung. 2. Produktentwicklung durch die Ent-wicklungsabteilungen und zugeordnete Supplier, 3. Produktion. In der Folge wird hier auf die drei Haupt-phasen dieses Prozesses und auf die Über-gänge zwischen den Phasen des Prozesses eingegangen.

Markt und Marketing Welche Funktionen suchen Käufer? Wie viele Käufer bevorzugen eine Funktion? Welche Funktionen wird der Markt in der näheren Zukunft annehmen? Kann der Fahrzeughersteller über die Funktion ei-nen Wettbewerbsvorteil und Zuwachs an Marketshare erreichen? Welchen Preis akzeptiert der Markt? Was macht der Mit-wettbewerb? Welche Funktionen werden in welchem Land gefordert, damit dort homologiert werden kann? Diese Fragen haben das Ziel, das Marktpotential des Zielmarktes zu identifizieren, das Produkt für den Markt zu definieren und den Busi-ness-Plan zu erstellen.

Während der strategischen Planung wird die Komplexität durch die Varianz quasi festgelegt. Als Erfahrungswert gilt, dass eine Verdopplung der Varianten mit einer Kostensteigerung der Entwicklungs-

Bild 1: Die Auswahl zweier Lautsprecherkombinationen führt schon zu mehreren baubaren Türkabelsätzen (Derivatives).

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kosten von 20% bis 30% einhergeht [5]. Weil aber höhere Kosten sich in höheren Preisen materialisieren, besteht die Ge-fahr, dass der Absatz stagnieren kann [6].

Um auf Kosten von vorneherein steu-ernd einzuwirken, empfiehlt es sich, die Varianz mit folgender Priorität zu mana-gen [2]: 1. Vermeidung von unnötigen Varianten 2. Reduzierung von Varianten 3. Meistern der Varianz Aus den genannten Gründen hat das Marketing folgende Aufgaben: � Festlegung der Funktionen eines Fahr-

zeugtyp – z.B. Variante Motor, Option Schiebedach, Variante Audiosystem.

� Festlegung der Standardinhalte der Fahrzeugreihe – z.B. ABS, ASR, auto-matische Abblendung des Rückspie-gels.

� Bestmögliche Vorhersage des zu erwar-teten Absatzes für die Kombinationen – z.B. 15% wählen elektrisches Schieb-dach.

� Bündelung der Funktionen zur Ein-schränkung der Vielfalt – z.B. Winter-paket = Sitz-, Außenspiegel-, Stand- und Scheibenwaschdüsenheizung.

Zur Vermeidung, Reduzierung und Be-herrschung der Komplexität durch Vari-anz werden die beschriebenen Aufgaben in eine Matrix von Funktionen und von Kombinationen dargestellt.

Entwicklung In der Entwicklung werden so komplexe technische Anforderungen umgesetzt, wie die Architektur festzulegen, die Sys-teme zu spezifizieren, zu entwickeln und zu integrieren. Die Matrix der Funktio-nen und deren Kombinationen ist aber der komplexitätsbestimmende Parame-ter des Entwicklungsprozesses.

In der Konzeptphase der Entwicklung wird die Architektur für den Fahrzeugtyp bestimmt. Bei zu erwartenden Kosten für Elektrik/Elektronik von 40% der Ge-samtkosten des Fahrzeuges, gewinnt ein früher Kostenvergleich unterschiedlicher Architekturansätze an Bedeutung. Die Bausteine aus denen sich die Architektur ergibt, sind: � Versorgung und Kommunikation un-

ter Verwendung des klassischen Kabel-satzes,

� Kommunikation über Einsatz von Bus-systemen,

� Zusammenfassung aber auch Aufsplit-tung von Steuereinheiten (Elektronik) der Systeme sowie die

� Implementierung in Software. Mit der Festlegung auf die Architektur für eine bestimmte Fahrzeugbaureihe sind auch folgende Randbedingungen vor-

bestimmt: Die Inhalte der Systeme und de-ren Bauteile, die Anzahl der Busse und not-wendigen Gateways zwischen den Bussen sowie die Softwarepakete. Um das Produkt Fahrzeug in den aktuell üblichen 24 Monaten auf den Markt brin-gen zu können, muss die Integration von Elektrik und Elektronik parallel zu den Entwicklungen der Einzelsysteme stattfin-den. Der Fahrzeughersteller steht damit vor der logistischen Aufgabe viele eigene Abteilungen und unterschiedliche Supplier mit eventuell unterschiedlichen Entwick-lungsumgebungen zu koordinieren.

Zur Minimierung von Reibungsver-lusten werden immer weniger Supplier mit immer mehr Systemverantwortung versehen. Die Kommunikation zwischen Hersteller und Supplier wird zur kriti-schen Stelle im Prozess.

Die beste Art, die wachsende Komple-xität eines neuen Fahrzeuges zu beherr-schen, ist vom ersten Tag an mit dem OEM zusammenzuarbeiten. Sehr oft müssen die Entwickler beim OEM unvor-hergesehene Anforderungen während der schon laufenden Entwicklung ein-bringen. Das kann eine erneute Validie-rung eines Systems oder sogar des gesam-

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ten Fahrzeuges nach sich ziehen [4]. Die Bedeutung von Änderungsmana-

gement und interdisziplinärem Aus-tausch (MCAD/ECAD, ECAD/PDM, MCAD/PDM) zwischen unterschiedli-chen Entwicklungsumgebungen beim OEM und beim Supplier ist deshalb min-destens so hoch zu bewerten, wie die Fä-higkeiten der Entwicklungswerkzeuge selbst.

Fertigung Während beim OEM der Fokus zuerst auf der Adressierung des Marktes, später dann auf der Konfigurierbarkeit und Funktion des Produktes Fahrzeug liegen, wird für die Fertigung der Fokus auf die Kosten zur Herstellung des Kabelsatzes gelegt. Weil die Herstellung des Kabel-baumes überwiegend Handarbeit ist, wird der Supplier Standorte wählen, die eine kosteneffiziente Fertigung erlauben. Alleine die Forderung eine definierte Va-riante des Kabelsatz 24h oder 48h nach Abruf direkt am Band des jeweiligen OEMs zur Verfügung zu stellen, bewirkt, dass in der Nähe des Herstellers, die abge-rufene individuelle Konfiguration endge-fertigt wird.

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� Um die Endfertigung reibungslos zu ge-stalten, zerlegt der Supplier den kom-pletten Kabelsatz (150% Kabelsatz) während der Arbeitsvorbereitung in Fer-tigungseinheiten (Module), die vorgefer-tigt an den Standort der Endfertigung ge-liefert werden können. Zur Komplexi-tätsminimierung kann der Supplier dem Hersteller z.B. aus Kostengründen vor-schlagen, bestimmte Anteile im Kabel-satz immer zu verbauen.

Module werden wie folgt aufgebaut: � Vorfertigen von Modulen ist in größe-

rer Stückzahl möglich, � Aufbau des Kabelsatzes für das Stan-

dardfahrzeug mit möglichst wenigen Modulen,

� Module adressieren nicht mehr als eine Funktion,

� alle Kombinationen sind abgedeckt. Beachtet man, dass heute schon einige OEMs dem Käufer erlauben, die Kon-figuration seines Fahrzeuges bis ca. eine Woche vor dem Produktionstermin zu verändern, wird klar wie gut die Module für die Endfertigung des Kabelsatzes vor-bereitet sein müssen.

Übergreifend Die Kommunikation zwischen den Ent-wicklungsumgebungen ist grundlegend, um die komplexen Beziehung der Daten über Systemvarianten, Marktkonfigura-tionen und Fertigungsmodulen konsis-tent zu halten. Einige Beispiele:

Das Marketing entscheidet kurz vor Serienstart eine Option in den Standard zu übernehmen, um mit dem Wett-bewerb gleichzuziehen. Die Entwicklung des Systems wird wahrscheinlich da-durch nicht beeinflusst. Der Supplier hat aber zu prüfen, ob es für ihn kostengüns-tiger ist die betroffenen Module zusam-menzufassen.

Das Marketing entscheidet im fort-geschrittenen Projekt ein neues System einzubringen. Die Entwicklung muss das neue System in die festgelegte Architek-tur integrieren. Das System an sich wird verifiziert. Je nach Abhängigkeiten muss auch das Gesamtsystem neu verifiziert werden [4]. Ist die Busauslastung noch akzeptabel? Kann das im Durchmesser gewachsene Kabelbündel noch ohne Kollision verlegt werden? Letztlich muss der Supplier seine Module anpassen.

Die Entwicklung der Leiterplatte eines Steuergeräts wird durch einen Kontakt-tausch deutlich günstiger herstellbar. Der Systemsupplier informiert den OEM über die neue Anordnung der Bauteilkontak-te. Die Systemintegration ändert die Ver-drahtung und informiert den Kabelsatz-supplier. Der Supplier verifziert seinen

Module hinsichtlich der Änderung. Eine datenbasierende Kommunikati-

on, die den Prozess so weit wie möglich überspannt, ist im Umfeld der oben be-schriebenen Komplexität eindeutig einer informationsbasierenden Kommunikati-on vorzuziehen.

Zusammenfassung Der Elektronikanteil im Automobil

wird in den nächsten Jahren noch deut-lich zunehmen. Die daraus resultierende steigende Anzahl von Varianten eines Fahrzeugs wird dabei in Kauf genom-men. Die individuelle Konfiguration von Fahrzeugen ist dabei der wesentliche Komplexitätstreiber. Erschwerend kommt hinzu, dass die Verarbeitung der „Konfiguration“ sich in jeder Phase an-ders darstellt:

Das Marketing spricht von marktori-entierten Funktionen und Kombinatio-nen, die Entwicklung von technisch um-setzbaren Varianten der Systeme und technikorientierten Konfigurationen des Kabelbaumes und die Fertigung von kos-tenoptimierten Modulen, die schnell zum Kabelsatz zusammengefügt werden können. Alle zielen aber auf ein Endpro-dukt hin, das individuell konfigurierte Fahrzeug. Um die Komplexität zu meis-tern erfordert es, ausgefeilte Entwick-lungs-, Fertigungs-, Datenmanagement- und Änderungsprozesse, permanente Kontrolle ob die Komplexität vermieden

und reduziert werden kann sowie eine durchgängige Entwicklungumgebung.(jj)

Dipl.-Ing. (FH) Hans-Peter Trum betreut bei Mentor Graphics auf Europäischer Ebene Business Development für die Produkte CHS (elektrische Integration von Schaltplan bis zum Kabelsatz), Volcano (CAN LIN Netzwer-ke im Kfz) und SystemVision (Multidomain-Simulation). Literatur [0] http://www.emcien.com 27 Optio-nen in einen Armaturenbrettkabelsatz werden zu 7 Millionen baubaren Kable-sätzen [1] Prof. Dr. Lindemann – Vorlesung 2006 „Engineering Management“ [2] Prof. Dr. Klug – Vorlesung 2007 „Ma-nagement der Systemorientierten Unter-nehmungsführung [3] Prof. Dr. Gausemeier – http://www.hni.uni-paderborn.de/rip/forschung/in-novationsmanagement [4] Doug Burcicki, Yazaki NA – Just-Au-to.com 2006 Report [5] Dr. Berninghaus et al – Vorlesung Sommer 2005 [6] Fraunhofer Institut – Fabrikplanung und Logistik Analyse von Typen und Tei-len zur Variantenreduzierung 1998. infoDirekt www.all-electronics.de

weitere Infos : 614AEL0407

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Bild 2: Darstellung von Optionen und Kombinationen am Beispiel eines Audio-systems.

Bild 3: Beispiel einer Liste potentieller Gi-ve-Aways.