Durch die digitale Transformation können Unternehmen die reale und die digitale Welt miteinander verbinden sowie die Lebenszyklen von Produkt und Produktion optimieren. Genau diese Fähigkeit macht ein Digital Enterprise aus – nämlich Daten zu erfassen, zu verstehen und überall in der Organisation zu nutzen. So ist ein Unternehmen in der Lage, um prompt auf Marktanforderungen zu reagieren, innovative Produkt- und Produktionslösungen zu entwickeln, Komplexität zu überwinden und zudem immer nachhaltiger zu werden.
Wie das in der Praxis funktionieren kann demonstriert Siemens an Hand eines kleinen, leichtgewichtigen, voll elektrischen Roadsters namens SimRod. Er steht stellvertretend für alle modernen Produkt- und Produktionsprozesse. Siemens validiert und demonstriert die Leistungsfähigkeit des Digital Enterprise anhand der fortschrittlichen Technologie von Siemens Xcelerator. Die offene Business-Plattform umfasst auch ein ganzheitliches Engineering-Software- und Automatisierungsportfolio.
Roadster-Design mit dem Digitalen Zwilling
Ein modernes Elektrofahrzeug soll mit einer Stromladung mehrere hundert Kilometer zurückzulegen können – und das Fahren soll auch Spaß machen! Außerdem muss der voll elektrische Roadster energieeffizient und nachhaltig gebaut werden. Diese Basismerkmale sind der Grundstein für die Konzeption, die Tests sowie die Verbesserung des SimRod. In einem herkömmlichen Entwicklungszyklus müsste ein langwieriger Designprozess durchlaufen werden, bevor schließlich mehrere physische Modelle und Prototypen zum Testen des Designs gebaut werden. Anhand der Ergebnisse dieser Tests in der realen Welt folgen dann Re-design- und Optimierungszyklen, bevor erneut physische Modelle und Prototypen für Testzwecke erstellt werden.
Durch den Digitalen Zwilling kann ein Digital Enterprise die reale und die digitale Welt miteinander verbinden. So lässt sich dieselbe Aufgabe deutlich schneller mit weniger Prototypen erledigen. Das spart Ressourcen, die bisher für aufwändige Tests verbraucht werden mussten. Während die Designer den Digitalen Zwilling des Produkts – in diesem Falle der SimRod – verfeinern und fertig entwickeln, können andere Engineering-Teams mit demselben Digitalen Zwilling in unterschiedlichen Simulationumgebungen bereits jeden einzelnen Aspekt des Fahrzeugs testen und verbessern. Das betrifft die mechanischen, elektrischen und elektronischen Systeme genauso wie die Software, die Karosserie, das Fahrverhalten oder den Antriebsstrang. Für ein modernes Elektrofahrzeug können Design- und Engineering-Teams so nicht nur ihre Designprozesse beschleunigen, sondern die Designs auch verifizieren, validieren und optimieren – komplett in der digitalen Welt.
Kontinuierlicher Optimierungskreislauf
Für die finale Verifizierung sowie Validierung der Funktionalität, Performance und Fahreigenschaften des SimRod jedoch weiterhin sind bestimmte Tests in der realen Welt erforderlich. Aber auch dabei spielt der Digitale Zwilling eine wichtige Rolle. Der SimRod ist mit dutzenden von Sensoren ausgestattet, die während der Tests die Daten aus jedem einzelnen Fahrzeugsystem erfassen. Durch Zurückspielen dieser Daten in den Digitalen Zwilling können die Ingenieure in kurzer Zeit mögliche Optimierungen ermitteln und Lösungen entwickeln. Durch das Erfassen, Verstehen und Nutzen der Daten entsteht ein kontinuierlicher Optimierungskreislauf.
Bei einer kurzen Fahrt über Kopfsteinpflaster in der belgischen Stadt Leuven wurde eine solche Möglichkeit für den SimRod ermittelt: Die erfassten Daten zeigten nämlich, dass das Gewicht des Spurstangenhebels – der die Bewegungen des Lenkrads auf das Vorderrad des Fahrzeugs überträgt – reduziert werden könnte, ohne an Strukturfestigkeit und Stabilität zu verlieren. Um einen leichteren Spurstangenhebel zu entwickeln, scannten Siemens-Ingenieure das Originalteil und nutzten generatives Design, um dessen Topologie zu optimieren. So konnte das Gewicht des Teils um 30 Prozent verringert werden – bei gleicher Festigkeit. Übrigens: Zum Testen des neuen Designs wurden auch jene Daten genutzt, die seinerzeit auf Kopfsteinpflaster in Leuven erfasst wurden.
Unterstützt die additive Fertigung
Aufgrund seiner komplexen organischen Geometrie kann der optimierte Spurstangenhebel mithilfe von Additive Manufacturing (AM) gebaut werden. Den Druckprozess vereinfacht der Digitale Zwilling des Produkts (hier: der Spurstangenhebel). Die Geometrie der Komponente lässt sich nämlich mit fortschrittlichen Materialsimulationen validieren und für den Druckprozess vorbereiten. Dazu werden die Druckausrichtung, Unterstützungsstrukturen sowie Simulationen von Schichten, Schraffur und Druck definiert. Diese Lösungen eignen sich sogar zur Nachbearbeitung und Prüfung der virtuellen Komponente, um Design und Herstellungsprozess zu verifizieren.
