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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines
digitalen Prototyps für
ein Führungssystem
zum Führen
von elektrischen und/oder hydraulischen und/oder pneumatischen Kanälen und/oder
Leitungen und/oder Rohren für
ein Transportsystem, insbesondere für ein Nutzfahrzeug.
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Viele
technische Systeme sind durch eine ausgeprägte Variantenvielfalt gekennzeichnet.
Dies gilt insbesondere für
Fahrzeuge und dort in besonderer Weise für Nutzfahrzeuge. Beispielsweise
lassen sich Nutzfahrzeuge, wie Lastkraftwagen, in Sattelschlepper,
Verteiler, Baustellenfahrzeuge und Kommunalfahrzeuge unterteilen,
die sich durch eine Vielzahl von Varianten hinsichtlich Fahrerhaus,
Rahmenhöhe,
Radstand, Radformel, Tonnage, Federungsart und hinsichtlich der
individuellen Ausstattung unterscheiden. Um eine derartige Variantenvielfalt
zu beherrschen, erfordert es optimierte Prozesse in der Produktion,
Logistik, Qualitätssicherung
und vor allem in der Entwicklung.
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Im
Fahrzeugentwicklungsprozess für
Personenwagen und Lastkraftwagen werden heutzutage durchgängig 3D-gestützte Entwicklungssysteme
eingesetzt. Systeme zum 3D-Computer-Aided-Design (CAD) unterstützen die
dreidimensionale Erstellung von Bauteilgeometrien. Aus den 3D-Geometrien lassen
sich mit Finite-Element-Methoden (FEM) oder anderen Berechnungsverfahren
räumliche
Spannungsverteilungen im Bauteil ableiten, um die Dimensionierung
des jeweiligen Bauteils ermitteln zu können. Ferner sind Systeme zur
Aggregierung von 3D-Bauteilgeometrien zu 3D-Gesamtfahrzeugdarstellungen als digitaler
Prototyp, sogenannter digital mock up (DMU) bekannt, welche räumliche
Baubarkeitsuntersuchungen unterstützen und ohne den Aufbau eines
physikalischen Prototyps (physical mock up (PMU)) sicherstellen,
dass eine Fahrzeugkomponente am jeweils bestimmten Einbauort montierbar ist
und störungsfrei
in Betrieb genommen werden kann. Die Zusammenstellung dieser 3D-Gesamtfahrzeugdarstellungen
erfolgt z. B. in modernen IT-Systemumgebungen über ein
entsprechendes Datenbanksystem für
Entwicklungsdaten.
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Derartige
Datenbanksysteme können
auch als Engineering Data Management Systeme oder kurz EDM-Systeme
bezeichnet werden und dienen zum Speichern beziehungsweise Archivieren
von 3D-Bauteilgeometrien,
deren Zusammenstellungen zu 3D-Baugruppen auch unter Mehrfachverwendung und
Transformation einzelner 3D-Bauteilgeometrien sowie von Konfigurationen
der 3D-Baugruppen
und 3D-Bauteilgeometrien zu 3D-Gesamtfahrzeugdarstellungen.
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Ein
Schlüssel
für die
Zuordnung von derartigen 3D-Baugruppen oder Komponenten zu Baureihen
oder Einzelfahrzeugen sind beispielsweise Kennungen, die in Form
von Kodierungen der jeweiligen Baugruppe zugeordnet sind. Derartige
Kodierungen kennzeichnen zum Beispiel eine Baureiheneigenschaft
und/oder eine Sonderausstattung. Durch die Kodierung können beispielsweise
die Fahrerhausvarianten, zum Beispiel hoch, niedrig, lang, kurz,
die Radformel, zum Beispiel 8 × 6/4,
oder auch die Ausstattungen, zum Beispiel elektrisches Schiebedach, Rückleuchten
in LED-Ausführung,
identifiziert werden. In modernen IT-Systemumgebungen können übergeordnete
Baugruppeninformationen, wie Transformationen oder Konfigurationen,
in einem EDM-System und/oder auch in einem Stücklistensystem oder Bill of
Material (BOM)-System archiviert werden. Eine solche Konfiguration
steuert damit auch die Varianz, das heißt die Zusammenstellung der
Komponenten zu der jeweiligen durch das Fahrerhaus, die Rahmenhöhe, die
Radformel oder Tonnage gegebene Baureihe.
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Neue
Systeme zur CAD-3D-gestützten
Fahrzeugentwicklung ermöglichen
neben der dreidimensionalen Erstellung von mechanischen, vergleichsweise
steifen Komponenten auch die Erstellung von dreidimensionalen Geometrien
für Komponenten, deren
Bauraumbedarf im Fahrzeug maßgeblich durch
die Eigenschaft der Elastizität
oder Plastizität während der
Montage und auch während
des Fahrzeugbetriebs gekennzeichnet ist. Beispiele für derartige
Komponenten sind Leitungshüllen
zur Aufnahme und zum Schutz elektrischer Verbindungsleitungen im
Fahrzeug, Leitungssätze
als Verbund einer ummantelnden Hülle
von isolierten Einzeladern und Rohrleitungen für Pneumatik oder Hydraulik
sowie Kanäle
für die
Beheizung und Belüftung
des Fahrzeuginnenraums. Derartige Komponenten werden im Folgenden
als Führungssysteme
bezeichnet. Zur Konstruktion der Geometrien derartiger Führungssysteme
werden in modernen CAD-3D-Systemen spezielle Programmmodule angeboten,
teilweise stehen auch IT-Spezialsysteme zur Verfügung.
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Da
sich die Geometrien derartiger Führungssysteme
regelmäßig über alle
Systembauräume
beziehungsweise Fahrzeugbauräume
verteilen und sich dabei außerdem
durch eine Vielzahl von Abzweigungen und Segmenten auszeichnen,
sind typischerweise z. B. für
Nutzfahrzeuge 400 bis 500 Einzelsegmente in einem CAD-3D-System
erforderlich, um ein Führungssystem
zu modellieren. Diese Modellbildung erfolgt derzeit manuell durch
Entwicklungsingenieure, die die Lage der Führungssysteme und damit deren
Bauraumbedarf im Nutzfahrzeug festlegen müssen.
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Eine
manuelle Neuerstellung jeder Variante im CAD-3D-System für Serienumfänge von
Baustellenfahrzeugen, Verteilerfahrzeugen, Sattelschleppern mit
allen Fahrerhausvarianten oder Radständen bedingt bis zu fünfstellige
Mengengerüste
und ist damit sehr zeitintensiv, so dass darauf im Fahrzeugentwicklungsprozess
im Hinblick auf Einsparung von Zeit und Kosten oft verzichtet werden
muss, mit dem Nachteil, dass der Einfluss der Geometrie des jeweiligen
Führungssystems
auf den Bauraum und auf die anderen Komponenten im Fahrzeug oft
erst bei der Montage von physikalischen Prototypen bemerkt wird,
so dass Fehlerbehebungen erst in einer relativ späten Entwicklungsphase
möglich
und auch erforderlich sind.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Verfahren der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass der Aufwand
zur Erzeugung eines digitalen Prototyps für ein solches Führungssystem
reduziert ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das 3D-Modell des gesamten
Führungssystems
aus zuvor erzeugten 3D-Geometrieeinheiten
abzuleiten und automatisch zu erzeugen. Durch ein mehrstufiges Verfahren
lassen sich durch eine geschickte Methodik bzw. Vorgehensweise unter Verwendung
verfügbarer
moderner CAD-EDM- und BOM-Systeme eine Automatisierung der CAD-3D-Modellerstellung
für das
gesamte Führungssystem
erreichen, wobei konsequent 3D-Geometrieeinheiten
wiederverwendet und gezielt kombiniert werden. Diese Vorgehensweise
basiert dabei auf einer Nutzung der den einzelnen 3D-Geometrieeinheiten
oder auch der den übergeordneten
Zusammenbauten zugeordneten Kodierung.
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Im
einzelnen wird dies beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht,
dass für
eine Vielzahl von Teilen des Führungssystems
3D-Geometrieeinheiten generiert werden und mit einer Kodierung versehen
werden, die eine Zuordnung des jeweiligen Teils zu Fahrzeugvarianten
ermöglicht.
Diese kodierten 3D-Geometrieeinheiten werden außerdem in der Regel im EDM-System
oder in einem separaten Datenspeicher gespeichert bzw. archiviert. Zur
Generierung einer bestimmten Fahrzeugvariante werden nun alle zugehörigen 3D-Geometrieeinheiten anhand
der zugehörigen
Kodierung ermittelt und zusammengestellt. Aus den so zusammengestellten 3D-Geometrieeinheiten
kann nun ein digitaler Prototyp des Führungssystems für die bestimmte
Fahrzeugvariante generiert werden. Insbesondere die Ermittlung und
Zusammenstellung der erforderlichen 3D-Geometrieeinheiten sowie
das Generieren des digitalen Prototyps kann innerhalb einer geeigneten Datenverarbeitungsanlage
automatisch erfolgen, wodurch sich ein extremer Zeit- und Kostenvorteil
ergibt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
lassen sich somit für
die jeweilige Fahrzeugvariante bereits zu einem relativ frühen Zeitpunkt
der Fahrzeugentwicklung die Verlegbarkeit des jeweiligen Führungssystems
im Fahrzeug überprüfen. Die
Gefahr relativ später
kostenintensiver Korrekturen am physikalischen Prototypen lässt sich
dadurch reduzieren.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist auf beliebige variantenreiche oder modulare Transportsysteme
wie Schienenfahrzeuge, Flugzeuge oder Kraftfahrzeuge anwendbar.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt in einer stark vereinfachten,
schaltplanartigen Prinzipdarstellung den grundsätzlichen Ablauf eines Verfahrens
zum Erzeugen eines digitalen Prototyps für ein Führungssystem.
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Entsprechend 1 sind
in einem Stücklistensystem 1 oder
BOM-System 1 für
alle Fahrzeuge und Fahrzeugvarianten Stücklisten 2 gespeichert,
in denen jeweils sämtliche
für die
jeweilige Fahrzeugvariante benötigten
Teile aufgelistet sind. Ferner umfasst das Stücklistensystem 1 sämtlichen
Kodierungen 3, welche die jeweiligen Geometrieeinheiten
bestimmten Fahrzeugvarianten zuordnen. Ein Engineering Data Management
System (kurz: EDM-System) 5 umfasst die 3D-Geometrieeinheiten
zu den Teilenummern für
eine Vielzahl von Teilen eines Führungssystems
des Fahrzeugs. Diese Teile bzw. Geometrieeinheiten sind mit einer
Kodierung versehen, welche eine Zuordnung des jeweiligen Teils bzw.
der jeweiligen 3D-Geometrieeinheit
zu unterschiedlichen Fahrzeugvarianten ermöglicht. In der Regel umfasst das
Stücklistensystem 1 umfasst
einen Datenspeicher zum Speichern bzw. Archivieren der Teilenummern
der 3D-Geometrieeinheiten mit deren Kodierung und Transformationen.
Das EDM-System 5 umfasst den Datenspeicher zum Speichern
der 3D-Geometrieeinheiten und den zugeordneten Teilenummern oder
bei fehlenden Transformationen im BOM-System auch die Transformationen.
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Bei
den Führungssystemen
handelt es sich bevorzugt jeweils um eine zusammenhängende und zusammengehörige Anordnung
von Komponenten, deren Bauraumbedarf im Fahrzeug durch ihre Elastizität oder Plastizität während der
Montage und/oder während
des Betriebs des Fahrzeugs wesentlich bestimmt ist. Insbesondere
handelt es sich bei einem derartigen Führungssystem um Leitungshüllen zur Aufnahme
und zum Schutz elektrischen Verbindungsleitungen, um Leitungssätze im Verbund
einer ummantelnden Hülle
von isolierten elektrischen Leitern und Rohren oder Schläuchen für Pneumatik und/oder
Hydraulik oder um Kanäle
für Beheizung, Kühlung, Belüftung und
Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes.
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Im
BOM-System 1 sind somit alle aktuell gültigen Code-Kennungen oder Kodierungen 3 für alle Fahrzeugvarianten
abgelegt. Das BOM-System 1 ermöglicht eine Zusammenstellung
aller gewünschten Fahrzeugvarianten
unter Einbeziehung aller Kodierungen, die eine spezielle Fahrzeugvariante
definieren. Die archivierten Daten des BOM-Systems 1 lassen
sich somit gezielt nach einer Fahrzeugvariante auflösen. Diese
Sammlung aller Kodierungen für
die jeweilige Fahrzeugvariante mit den für die Kodierung gültigen Transformationen
kann dann beispielsweise in Form einer Transferdatei 4 dem
EDM-System 5 zugeführt
werden. Das EDM-System 5 enthält somit zunächst sämtliche
3D-Geometrieeinheiten 6, die zum Aufbau des Führungssystems
verwendbar sind. Mit Hilfe der Kodierungen können nun im EDM-System 5 die
für die
spezielle Fahrzeugvariante relevanten 3D-Geometrieeinheiten für das gewünschte Führungssystem
bzw. für
die gewünschte
Variante des Führungssystems
identifiziert und konfiguriert werden. Beispielsweise werden eine
3D-Geometrieeinheit 6 mit der Komponente A und eine 3D-Geomentrieeinheit 6 mit
der Komponenten B über
die Teilenummer identifiziert und konfiguriert. Das bedeutet, dass
für eine
bestimmte Fahrzeugvariante bzw. für eine bestimmte Führungssystemvariante
alle zugehörigen
3D-Geometrieeinheiten 6 anhand der zugehörigen Kodierung
ermittelt und über
die Transformationen lagerichtig zusammengestellt werden. Diese Zusammenstellung
kann beispielsweise in Form einer DMU-Aggregierungsdatei 7 an ein
CAD-System 8 übermittelt
werden. In diesem CAD-System 8 kann nun ein digitaler Prototyp
des Führungssystems
für die
bestimmte Fahrzeugvariante anhand der zusammengestellten 3D-Geometrieeinheiten 6 angezeigt und
analysiert, beispielsweise hinsichtlich der Überprüfung von Kollisionen von Führungssystem
und Fahrzeugkomponenten generiert werden.
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Sofern
das EDM-System 5 selbst eine Definition der Kodierungen
zulässt,
kann auch im EDM-System 5 direkt die Konfiguration der
jeweiligen Fahrzeugvariante ohne das BOM-System 1 vorgenommen werden,
sofern das EDM-System 5 einen Zugriff zu den kodierten
3D-Geometrieeinheiten 6 hat.
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Ausgangspunkt
dieses Verfahrens ist dabei eine an sich bekannte Unterteilung von
physikalischen Führungssystemen
in mehrere Einheiten, nämlich
die 3D-Geometrieeinheiten, die in der Regel über Steckverbindungen oder
Adapter oder dergleichen miteinander verbunden sind. Beispielsweise gibt es
eine Leitungssatzeinheit für
den Motorbereich und eine Leitungssatzeinheit für das Fahrerhaus. Die CAD-3D-Geometrien
für diese
Einheiten werden insbesondere als Knoten im EDM-System 1 archiviert.
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Des
weiteren können
Verlegevarianten berücksichtigt
werden. Derartige Verlegevarianten können beispielsweise dadurch
entstehen, dass bei gleicher Segmentlänge ein Führungssystemsegment verschiedene
Bauräume
beansprucht. Fertigungstechnisch ist dies kein Unterschied für die jeweilige Führungssystemeinheit.
Im Fahrzeug wird jedoch ein anderer bzw. zusätzlicher Bauraum für die Führungssystemeinheit
beansprucht. Im EDM-System 1 kann auch für die gegebenenfalls
vorhandene Verlegevarianz eine entsprechende Kodierung vorhanden
sein, wodurch bei der Überprüfung der
Fahrzeugvarianten auch Verlegevarianten berücksichtigt werden können.
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Des
weiteren können
sogenannte Längenvarianten
vorgesehen sein, die insbesondere bei Lastkraftwagen dadurch entstehen,
dass sich Segmentlängen
mit den Radständen
oder Rahmenteillängen ändern. Derartige
Längenvarianten
können
durch die Modularisierung der Führungssystemeinheiten
in sogenannte Zonen abgebildet werden. Derartige Zonen schneiden
diejenigen Anteile einer Führungssystemeinheit
aus der Gesamteinheit heraus, die im wesentlichen durch eine Längenvarianz
charakterisiert sind. Derartige Zonen können jedoch auch unabhängig von
ihrer jeweiligen Längenvarianz
virtuelle Anteile einer Führungssystemeinheit
zusammenfassen. Eine derartige Zusammenfassung kann als CAD-3D-Geomentrie
vergleichsweise komplex werden, so dass insbesondere eine parallele
Bearbeitung im Rahmen der Entwicklung in den Zonen erforderlich
ist.
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Um
eine parallele Bearbeitung zu ermöglichen, müssen an Übergängen der Zonen die jeweiligen
CAD-3D-Geometrien der Führungssystemsegmente
zusammenpassen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die 3D-Geometrieeinheiten
kodierte Schnittstellen zu im Führungssystem
unmittelbar benachbarten 3D-Geometrieeinheiten aufweisen. Derartige
Schnittstellen können
auch als Border-Of-Zone-Element (BOZ-Element) bezeichnet werden.
Ein derartiges BOZ-Element oder BOZ-Modul ist in 1 mit 9 bezeichnet.
Der Endpunkt jeder CAD-3D-Geometrie
eines solchen Führungssystemsegments
am jeweiligen Zonenübergang
mündet also
in einem derartigen Punkt bzw. in einer solchen Schnittstelle bzw.
in einem solchen Border-Of-Zone-Element
mit identischen Koordinaten bezüglich der
jeweiligen Nachbarzone. Auch diese Zonen können wiederum durch Kodierungen
gekennzeichnet und gespeichert werden. Führt man alle CAD-3D-Geometrien
des Führungssystems
durch die Kodierung gesteuert im CAD-3D-System 8 aggregiert
zusammen, so erhält
man die CAD-3D-Geometrie der Führungssystemeinheit
für die
jeweilige, durch die Kodierung spezifizierte Baureihe bzw. Ausstattungsvariante.
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Der
Schnitt der einzelnen Einheiten des Führungssystems in Zonen ist
beispielsweise durch die jeweilige Entwicklungsaufgabe bestimmt.
Beispielsweise lässt
sich im Extremfall jedes Segment als Zone darstellen und durch eine
Kodierung steuern. Die Wiederverwendung von bereits im CAD-3D-System modellierten
Führungssystemgeometrien
bzw. 3D-Geometrieeinheiten
kann dabei als Orientierung für
den richtigen Schnitt herangezogen werden. Beispielsweise lassen
sich für
das jeweiligen Führungssystem
drei Zonen denken, die dann eine Einheit für das Führungssystem bilden. Beispielsweise
eine Front-Zone, eine Mittel-Zone und eine Heck-Zone. Berücksichtigt
man nun drei Varianten für
die Front-Zone und zwei Varianten für die Mittel-Zone sowie zwei Varianten
für Heck-Zone
ergeben sich insgesamt sieben 3D-Geometrieeinheiten,
mit deren Hilfe sich zwölf
Varianten für
die Führungssystemeinheit
generieren lassen. Durch eine entsprechende Steuerung anhand der
Kodierungen lassen sich diese zwölf
verschiedenen Varianten einfach zusammenstellen.
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Zusammenfassend
lässt sich
festhalten, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Verbindung
mit einer geschickten Nutzung der Variantensteuerung eine automatisierte
Erzeugung von Führungssystemeinheiten
realisierbar ist. Die bei einer herkömmlichen Vorgehensweise auftretenden Nachteile,
wonach der Einfluss der jeweiligen Führungssystemgeometrie auf den
Bauraum und die Blockade von Komponenten im Fahrzeug erst bei der Montage
der physikalischen Prototypen bemerkt wird, wodurch teure Fehlerbehebungen
in einer späten
Entwicklungsphase erforderlich sind, können dadurch vermieden werden.