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Die Grundlagen des Fahrzeugentwicklungsprozesses + V-Modell

 

Beim Eintritt eines Automotive-Projekts in die Konzeptphase müssen die zukünftigen Fahrzeugentwicklungsprozesse und Produktionsvolumina in Grundzügen skizziert sein. An dieser Stelle sollten die Marktneueinsteiger eine erste Vorstellung von Ausstattung, Funktionen und Komponenten des Fahrzeuges haben. Investor_innen sollten fest an Bord sein und idealerweise haben sich die Marktneueinsteiger auch erfahrene Partner mit ins Boot geholt, die sie bei der Planung, Entwicklung und Fertigung ihres Fahrzeuges unterstützen. Darüber hinaus sollten sie auch entschieden haben, ob sie beabsichtigen, eine Fabrik von Grund auf neu zu planen und zu bauen (auch bekannt als Greenfield-Ansatz), oder ob sie in Erwägung ziehen, eine bestehende Anlage (Brownfield-Ansatz) zu nutzen.

Erst wenn dazu alle notwendigen Überlegungen angestellt wurden und die Vorbereitungsarbeiten abgeschlossen sind, kann mit der Erstellung einer Strategie rund um den Fahrzeugentwicklungsprozess begonnen werden. Innerhalb dieser Strategie werden die Planungs-, Entwicklungs-, Herstellungs-, Testungs- und Validierungsphasen des Fahrzeuges (bzw. des Produktionsstandortes) festgelegt. Die Konzeptphase ist der erste (und in der Regel der umfangreichste) Teil des Fahrzeugentwicklungsprozesses. In dieser Phase werden die technischen, funktionalen und wirtschaftlichen Ziele sowie der Zeitplan für das Fahrzeugprojekt definiert, validiert und umgesetzt.

Dieser Artikel bietet einen Überblick über den gesamten Fahrzeugentwicklungsprozess bei Magna, mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Konzeptphase. Es werden auch einige Faustregeln für Marktneueinsteiger als Anhaltspunkte für einen reibungslosen Projektablauf genannt, einschließlich Fragen zu Design, Materialanforderungen, Vorschriften und insbesondere zur Bedeutung virtueller Test- und Validierungswerkzeuge.

DAS GRUNDMODELL DER FAHRZEUGENTWICKLUNG

Im einfachsten Fall basiert ein Fahrzeugprojekt auf einem V-Modell, in dem die Projektmeilensteine in einer horizontalen Linie und die Produktspezifikation über eine vertikale Ebene verlaufen. Die linke Seite des V beschreibt den Anforderungs- und Spezifikationsprozess, was bedeutet, dass die funktionalen und technischen Spezifikationen des Gesamtfahrzeuges sowie seiner Systeme und Komponenten ausgehend von den Anforderungen der Kund_innen definiert werden.

Die rechte Seite des V ist durch den Validierungs- und Testprozess gekennzeichnet. Die validierten Komponenten werden – zunächst in Systeme und später in das Gesamtfahrzeug – integriert, bevor das Fahrzeug schließlich freigegeben wird. Vereinfacht gesagt, wird im Entwicklungsprozess das automobile Konzept zunächst in Systeme und Komponenten zerlegt und dann wieder zu einem Gesamtfahrzeug zusammengesetzt.

V-Model from Magna for Projects

 

Die Konzeptphase umfasst das linke obere Segment des V-Modells. Ziel der Konzeptphase ist es, die wesentlichen technischen und wirtschaftlichen Ziele sowie den Gesamtzeitrahmen des Projektes zu verifizieren. Diese Phase beginnt mit der Erstellung des Kundenmarktprofils (CMP – Customer Market Profile). Nachdem dieses erstellt und der Zielmarkt sowie die Benchmark-Fahrzeuge definiert sind, können die ersten vollständigen Fahrzeugziele mit dem ersten Satz messbarer Größen festgelegt werden.

Sobald die Gesamtfahrzeugziele klar sind, werden sie auf Systemebene in weitere Schritte unterteilt. Dieser Prozess ist geprägt von einer intensiven Zusammenarbeit zwischen den interdisziplinären Teams, da sich Fahrzeugeigenschaften in mehreren Systemen überschneiden und Änderungen in einem Bereich oft Auswirkungen auf eine Vielzahl anderer Bereiche haben.

Während der Konzeptphase werden zwei Schlüsseldokumente erstellt:

  1. das Produktlastenheft (bzw. die Produktlastenhefte), worin die Aufgaben und Ressourcen für System- oder Komponentenlieferanten aufzeigt werden
  2. eine erste Stückliste (BOM – Bill of Materials), die alle Ressourcen auflistet, die zur Kalkulation des Businessplanes für das gesamte Fahrzeug benötigt werden

Beide Dokumente reflektieren den Fortschritt der Fahrzeugkonzeption und werden während dieser Entwicklungsphase kontinuierlich aktualisiert und immer detaillierter.

Mit den vorliegenden Anforderungen, Spezifikationen und der groben Stückliste können die Fahrzeugziele in der Zielvereinbarung (TA – Target Agreement) erfasst werden. Sobald diese erstellt ist, sind die darin festgelegten Ziele, Anforderungen und Messgrößen endgültig und dienen als Richtwerte für die nachfolgende Entwicklungsphase.

 

5 STRATEGIEN FÜR EINEN REIBUNGSLOSEN PROJEKTABLAUF

Während der Konzeptphase können mehrere herausfordernde Situationen auftreten. Die folgenden fünf Strategien können dabei als Hilfestellung dienen:

Strategie #1: Anpassung der Stückliste (BOM – Bill of Materials)

Die Stückliste ist einer der häufigsten Fallstricke für Marktneueinsteiger. Die erste Stückliste wird in der Konzeptphase erstellt und basiert rein auf Schätzungen, d. h. sie ist notgedrungen in einigen Segmenten unvollständig. Im Laufe des Projektes und mit fortschreitendem Informationsumfang bedarf es daher regelmäßiger Anpassungen oder Ergänzungen dieser Schätzungen, die im ursprünglichen Entwurf noch nicht vorhanden waren bzw. nicht vorhanden sein konnten. Bereits geringfügige Änderungen am Projekt können die kalkulierten Kosten des Businessplanes verändern. Daher sollten Marktneueinsteiger Veränderungen während der Konzeptphase ständig verfolgen und für einen klaren Entscheidungsprozess sorgen.

Strategie #2: Design und Technik im Gleichgewicht halten

Die Hauptinteraktionspunkte in der Fahrzeugentwicklung bestehen in der Regel zwischen den technischen Merkmalen eines Fahrzeuges und seinem Design- und Gestaltungskonzept. Technische Anforderungen schränken die kreative Freiheit manchmal ein, während Designentscheidungen ihrerseits Kompromisse von der technischen Seite verlangen. Enge Zusammenarbeit und ein gegenseitiges Verständnis zwischen den technischen Teams und den Designer_innen helfen dabei, die notwendige Balance zu finden.

Strategie #3: Durchführung von Simulationen und virtuellen Tests

Es ist wichtig, bereits in einem sehr frühen Stadium der Projektentwicklung mit der Validierung des Fahrzeugkonzeptes zu beginnen, um zu beurteilen, ob die Fahrzeugziele erreicht werden können. Dies wird mit virtuellen Technologien in den Test- und Validierungsprozessen erreicht.

Durch den Einsatz virtueller Entwicklungsmethoden können Time-to-Market und Entwicklungskosten optimiert werden. Dank virtueller Werkzeuge und Simulationsmethoden ist die Vorhersagequalität digitaler Prototypen sehr weit fortgeschritten, wodurch bereits in dieser frühen Projektphase ein hoher Designreifegrad erreicht werden kann.

Bei der Fahrzeugsicherheit beispielsweise gibt es zahlreiche Anforderungen und Standards. Dazu zählen:

  • gesetzliche Anforderungen und Verbraucherbewertungen: z. B. NCAP (New Car Assessment Programme) oder IIHS (Insurance Institue for Highway Safety)
  • Markt- und Technologietrends: z. B. neue Elektroplattformen und autonomes Fahren

Diese Anforderungen und Standards können zu neuen Herausforderungen bei der passiven Sicherheit und bei der Crash-Tauglichkeit führen. Der Karosseriebau muss diesen Anforderungen durch den Einsatz verschiedener Materialkombinationen und hybriden Fügetechnologien gerecht werden, was wiederum eine hohe Vorhersagequalität und Effizienz der Simulationsmethoden erfordert. Um beide Faktoren zu erreichen, braucht es einen ständigen Vergleich zwischen Simulation und Messungen.

Virtuelle Tools können diesen Prozess erheblich erleichtern. Kleine Fügeelemente werden zunächst physikalisch getestet, bevor die Ergebnisse dieser Tests in eine Gesamtfahrzeugsimulation einfließen. Auf diese Weise können Ergebnisse einfacher und schneller sowie mit höherer Genauigkeit erzielt werden. Um qualitativ hochwertige Daten zu generieren, sind die richtigen Simulations-Tools von grundlegender Bedeutung. Der Wert der virtuellen Simulation hängt letztendlich jedoch von der richtigen Interpretation der Ergebnisse ab. Eine solche ist somit mindestens gleichbedeutend wie die verwendete Software.

Strategie #4: Relevante Qualitäts- und Sicherheitsstandards

Die Fahrzeugindustrie unterliegt einer Vielzahl unterschiedlicher und standortabhängiger Reglementierungen sowohl in Bezug auf Produktionsstätten als auch auf die Fahrzeuge selbst. Nicht nur die Zertifikate für Qualität und Sicherheit sind regional unterschiedlich, sondern auch die Art und Weise, wie sie kontrolliert werden.

Beispielsweise wird die Sicherstellung von Qualitätsstandards in den USA weitgehend von den OEMs selbst verwaltet und gelegentlich von Beamten überprüft. In Europa hingegen ist ein Validierungsprozess erforderlich, in dessen Rahmen OEMs Dokumente zur Inspektion und Genehmigung bei der Inspektionsbehörde einreichen müssen.

Die regionale Herangehensweise an Normen und Vorschriften könnte somit auch bei der Standortentscheidung eine Rolle spielen. Unabhängig von der endgültigen Entscheidung sollten die regulatorischen Rahmenbedingungen der Automobilindustrie so früh wie möglich berücksichtigt werden, um Änderungen in letzter Minute zu vermeiden.

Strategie #5: Das richtige Timing

Es ist eine Sache, einen Fahrzeugprojektplan aufzustellen, aber eine ganz andere, ihm einen zeitlichen Rahmen zu geben. Die Erstellung eines Zeitplanes erfordert ein tiefes Verständnis des gesamten Fahrzeugentwicklungs- und Fertigungsprozesses, um festlegen zu können, wie die einzelnen Aufgaben am effizientesten organisiert werden sollen.

Große Projekte wie die Fahrzeugentwicklung sind auf ihrem Weg zahlreichen Verzögerungen ausgesetzt und es gibt viele Faktoren, die ein Hersteller nicht beeinflussen kann. Daher ist der wichtigste Aspekt eines Fahrplanes nicht unbedingt, wie gut er bestimmte Verspätungen vorhersagen kann, sondern wie er ohne größere Rückschläge an Verspätungen angepasst werden kann. Solche Anpassungen erfordern eine schnelle Entscheidungsfindung und eine engmaschige Überwachung.

 

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

Ein Fahrzeugentwicklungsprozess kann am besten in einem V-Modell erfasst werden. Dieses Modell gliedert sich in eine Anforderungs- und Spezifikationsphase, in der Kundenanforderungen – unterteilt in funktionale und technische Ziele – spezifiziert werden, sowie eine Validierungs- und Testphase, in der die entwickelten Komponenten in einem Gesamtfahrzeug umgesetzt werden.

Die Konzeptphase umfasst das linke obere Segment dieses V-Modells. Diese Phase beginnt mit der Erstellung eines Kund_innenmarktprofiles, aus dem Benchmark-Fahrzeuge und Fahrzeugziele abgeleitet werden. Sind diese Ziele weiter konkretisiert und validiert, werden sie in einer Zielvereinbarung festgehalten. Um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, müssen sowohl die Fahrzeugstückliste (BOM – Bill of Materials), die Abstimmung zwischen Technik und Design, regulatorische Standards und insbesondere virtuelle Tests genau überwacht werden.

Im weiteren Verlauf der Konzeptphase entwickelt sich aus der Fahrzeugvision sukzessive ein vollständiges Fahrzeug. Das bedeutet natürlich auch, dass sein Umfeld – Anlagen, Versorgungsnetz etc. – entsprechend mitwachsen muss. In dieser Phase sollten Fragen zu den Herstellungs- und Organisationsprozessen der Anlagen detailliert skizziert werden. Auch die Lieferantensuche beginnt in dieser Phase. Alle diese Themen werden jedoch in den folgenden Artikeln weiter erörtert.

 

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Martin Peter

Martin Peter ist seit April 2018 Vice President Engineering and Technology bei Magna Steyr. Er kam 2001 zu Magna und hatte mehrere Schlüsselpositionen in den Bereichen Fahrzeugtechnik, Produktentwicklung und Programmmanagement inne – darunter internationale Einsätze in China, Deutschland, Malaysia und Polen. Martin Peter ist Diplom-Ingenieur für Maschinenbau mit Business Management.

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