Ein Digital Twin könnte den Zustand des Kabelbaums und seiner Komponentenzuverlässigkeit überwachen. (Bild: Audi, Illustrationen: Andreas Croonenbroeck)
Variantenvielfalt und Veränderlichkeit sind beim Kabelbaum besonders hoch: Jedes zusätzliche Ausstattungsmerkmal verändert das Bordnetz, das aus 3.000 bis 4.000 Einzelteilen besteht. Ein Digital Twin (DT) könnte perspektivisch eine genaue Zustandsüberwachung des Kabelbaums und seiner Komponentenzuverlässigkeit auf Basis elektrischer, mechanischer und umgebungsbedingter Einflüsse erreichen – und eine virtuelle Absicherung durch einen OEM-Digital-Twin-Ansatz leisten. So plant Bordnetzlieferant Leoni, in der Zukunft die Netze zusammen mit seinem digitalen Zwilling an Kunden auszuliefern. In einer Roadmap wurden Etappenziele definiert, für die weitere Iterationsschleifen zusammen mit den Automobilherstellern notwendig sind.
Datenbasierte Zustandsüberwachung
Schon heute spielt Simulation eine wichtige Rolle, vor allem zur Optimierung von Produkten und Subsystemen in deren Entwicklungsphase. „Auf der Komponenten- und der Systemebene ist man bei validierten Simulationsmodellen auf einem guten Weg“, berichtet Aravind Ramesh Chakravarthi, Teamleiter Simulation und digitale Validierung im Bereich Research & Development bei der Leoni Bordnetz-Systeme GmbH. Um validierte Submodelle in den Kontext des Gesamtsystems einzubetten, müssten allerdings noch Standards definiert werden. Als Grundlage für den DT kommen Parameter aus elektrischen, mechanischen und thermischen Modellen sowie dem EMV-Modell (elektromagnetische Verträglichkeit) in Frage.
„Der Sinn des digitalen Zwillings besteht darin, sowohl bereits während der Entwicklung, aber auch im späteren Betrieb eine datenbasierte Zustandsüberwachung zu ermöglichen, um zum Beispiel Ausfälle zu prognostizieren. Ein synchronisiertes digitales Modell lohnt sich deshalb nicht zwangsläufig für jede einzelne Ader, sondern erfolgt erst nach einem tiefen Verständnis der technischen und wirtschaftlichen Bedürfnisse“, sagt Chakravarthi. Je mehr Teile, desto aufwendiger werde die Integration eines Digital Twin. An diesem Punkt sei es sinnvoll zu klären, ob Konzepte mikro- oder makroskopisch ausgelegt werden sollten, so der Leoni-Fachmann. Orientiert man sich an Subsystemen aus rund fünf Komponenten oder am gesamten Bordnetz?
Kosten-Nutzen-Verhältnis
Vor allem sind aus Zuliefersicht Daten rund um die Rahmenbedingungen und Fahrprofile gefragt, denn je nach Szenario ändern sich Strom- und Datenflüsse im Hinblick auf das Bordnetz erheblich. Dafür ist ein gemeinsamer Ansatz notwendig, der gegenseitige Erwartungen abbildet. Um einen Zugang zu diesem Thema zu bekommen, setzt man bei Leoni auf Pilotprojekte, die einen Teilbereich auf Komponenten- und Subsystemebene abdecken. „Das ist im ersten Schritt wichtig, um ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln und das Kosten-Nutzen-Verhältnis besser einordnen zu können“, erklärt Aravind Ramesh Chakravarthi. Im nächsten Schritt soll dann der Funktionsumfang vergrößert werden.
Für die IT ergeben sich demnach zwei große Herausforderungen: Zum einen stellt sich die Frage, wie die nötige Konnektivität geschaffen werden kann. Dafür arbeiten bei Leoni IT-Infrastruktur- und Datenanalyseteams immer bereits von Anfang an im Projekt zusammen. Zum anderen muss definiert werden, welche Sensorik an welcher Stelle notwendig ist und welche Daten mit Cloudlösungen gesammelt und kontinuierlich in Echtzeit analysiert werden müssen. Offen ist noch, wie ein zentrales „Aufnahmegerät“ im Auto aussehen kann, das die Rohdaten aus verschiedenen Bereichen einsammelt und in die Cloud verschiebt.
Aus Sicht von Chakravarthi könnte hier 5G-Technologie helfen: „Wir wissen, dass es viele Parameter im Bordnetz gibt, die überwacht werden sollten. Die Anforderungen in der Qualitätssicherung, Entwicklung, Produktion und im Service sind allerdings sehr unterschiedlich“, konstatiert Chakravarthi. Für den OEM ist perspektivisch die gesamte Spannungsüberwachung im Auto entscheidend: Werden all diese Bedürfnisse kombiniert, sind die Anforderungen an einen Digital Twin sehr hoch. Ob das Konzept einwandfrei funktioniert, soll jetzt geklärt werden, denn: „Je komplexer es wird, desto höher ist das Ungenauigkeitspotenzial“, erklärt der Simulationsexperte.
