Newsletter 03/2020

10. September 2020

Unser Experte für die virtuelle Systementwicklung, Dr. Christoph Sohrmann, erklärt, warum Standardisierung entlang der Lieferkette für zuverlässige Elektronik-Komponenten und Systeme in der Automobilindustrie fundamental ist.

Funktionale Sicherheit im Systemdesign
© Alexandr Mitiuc / Fotolia.com

Die Roadmap der Automobilindustrie für die kommende Jahre lautet E-Mobilität und autonomes Fahren. Deren Umsetzung wird voraussichtlich ähnlich große Veränderungen mit sich bringen wie die Erfindung des Automobils selbst. Während das Fahrzeug früher in erster Linie ein mechanisches Produkt war, ist es heute ein vollständig elektronisches System. Viele der neuen Funktionen erhöhen dabei insbesondere die Sicherheit des Fahrers sowie der anderen Verkehrsteilnehmer und bedürfen damit eines speziellen, sicherheitsorientierten Entwicklungsprozesses. Insbesondere bedeutet das für viele Komponenten eine Neuentwicklung, um die Sicherheitsziele zu erreichen. Leider kann an dieser Stelle nur bedingt auf Produkte aus dem Consumer-Bereich zurückgegriffen werden, da hier gänzlich andere Anforderungen zu erfüllen sind. Während zum Beispiel die Lebensdauer eines Consumer-Produktes mit etwa 2 Jahren oft ausreichend bemessen ist, gelten im Automobilbereich 10 bis 15 Jahre als Standard. Und das, trotz höhten Belastungen bezüglich Temperatur, Feuchte oder mechanischer Beanspruchung:

 

  Consumer
Automobil
Temperatur bis 40° bis 165°C
ESD-Verträglichkeit bis 3 kV bis 15 kV
Fehlerraten bis 10 % 0 %

 

Die externen Belastungen der Einzelkomponenten sind meist nur dem OEM bekannt, da dieser weiß, wo eine Komponente verbaut wird und wie der exakte Lebenszyklus der Komponente aussieht. Aus diesen Parametern werden schließlich repräsentative Lastprofile abgeleitet welche in Richtlinien wie z.B. der LV124 bzw. VW80000 münden. Darüber hinaus existieren aber viele weitere Anforderungen, welche auf unterschiedliche Weise zwischen den Entwicklungspartnern kommuniziert werden müssen. Belastungen, die die Komponente selbst erzeugt, zum Beispiel Selbsterwärmung, sind oftmals nur dem Zulieferer bekannt. Mit wachsender Komplexität der Entwicklung wächst damit auch die Anforderung an die Kommunikation. Für den Austausch der Lastprofile kommen dabei sogenannten Mission Profiles zum Einsatz. Ein Mission Profile ist eine vereinfachte Darstellung aller relevanten statischen und dynamischen Lastbedingungen, welchen eine Fahrzeugkomponenten innerhalb ihres Lebenszyklus ausgesetzt ist. Dabei umfasst der Lebenszyklus die Fertigung, den Test, die Lagerung, den Transport sowie die operative und passive Nutzung einer Komponente.

Eine spezielle Herausforderung im automobilen Entwicklungsprozess liegt nun darin, die Information über die Mission Profiles sicher, vollständig und widerspruchsfrei zwischen den Entwicklungspartnern entlang der Wertschöpfungskette auszutauschen. Viele Iterationen oder sogar Fehler könnten vermieden werden, wenn der Austausch dieser Daten unmissverständlich und standardbasiert zustande käme. Leider werden Informationen über Mission Profiles aktuell noch in vielen teils historisch gewachsenen, generischen Datenformaten, wie z. B. Microsoft Excel oder Requirements-Engineering-Datensätzen, zwischen Entwicklungspartnern ausgetauscht. Während für einfache Zusammenhänge ein Excel-Sheet ausreichen kann, zeigt sich jedoch die Komplexität eines Mission Profiles erst auf den zweiten Blick:

  • Lasten können Histogramme, Tabellen oder funktionale Zusammenhänge sein
  • Lasten haben physikalische Einheiten, die sich regional unterscheiden
  • Größen können toleranzbehaftet oder statistisch verteilt sein
  • Lasten sind oft mehrdimensional, z.B. bezüglich Temperatur und Feuchte
  • Lasten können zyklisch auftreten, z.B. vormittags, von Montag bis Freitag, und besonders im Winter
  • Lastprofile können hierarchisch sein, z.B. die Überlagerung einer Selbsterwärmung mit der Umgebungstemperatur
  • Lasten können gleichzeitig oder nacheinander auftreten etc.

Angesichts der geschilderten Herausforderungen für die automobile Entwicklung heute und in Zukunft, sind sich die Partner entlang der Lieferkette einig: Es bedarf eines spezifischen Austauschformates für Mission Profiles. Leider eigenen sich bestehende Datenformate wie ReqIF, SysML, PMML, LML oder RIIF bei genauer Betrachtung nicht für die Erfassung der komplexen und spezifischen Zusammenhänge, die in einem Mission Profile auftreten können. Daher arbeitet aktuell ein Konsortium von Industrie- und Forschungspartnern mit Hochdruck an der Weiterentwicklung und IEC/ISO-Standardisierung des Datenformats MPFO, welches eine prototypische Lösung für den Austausch von Mission Profiles bietet. Durch die Arbeitsgruppe wird das Feedback aller Teilnehmern der Lieferkette einbezogen und in das Datenformat überführt. Im Anschluss an die Standardisierung kann die Implementierung des Formates in entsprechende Software-Tools erfolgen.

Der standardisierte Austausch von Mission-Profile-Informationen zwischen Entwicklungspartnern der automobilen Lieferkette stellt ein wesentliches Element bei der Entwicklung zuverlässiger Komponenten und Systeme der zukünftigen Fahrzeuggenerationen dar. Dazu wird die Standardisierung eines Dateiformats für Mission Profiles aktuell stark vorangetrieben.