PLM Mobilität neu gedacht

Autor / Redakteur: Eduard Rüsing* / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Von Null auf 100: Auf Basis der Plattform PTC Windchill entwickelten 80 Partner das erste serienreife Modell des Street-Scooter, und das in etwa der Hälfte der üblichen Zeit und zu einem Zehntel der Standardkosten.

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80 mittelständische Unternehmen und zahlreiche Forschungseinrichtungen haben das erste Elektrofahrzeug explizit für den Kurzstreckenverkehr entwickelt.
80 mittelständische Unternehmen und zahlreiche Forschungseinrichtungen haben das erste Elektrofahrzeug explizit für den Kurzstreckenverkehr entwickelt.
(Bild: Street-Scooter)

Wie lässt sich in kurzer Zeit und zu möglichst geringen Kosten ein Elektroauto von Null bis zur Serienreife entwickeln? Diese Frage konkretisierten die Professoren Schuh und Kampker von der RWTH Aachen weiter auf die Zielformel: Wie muss dazu eine Entwicklungs- und Systemumgebung inklusive der anschließenden Produktion aussehen, damit sich kundenspezifisch weitere Derivate relativ einfach und zu einem Bruchteil der Kosten und der Zeit daraus ableiten lassen? Das Ergebnis ist ein Struktur- und Entwicklungskonzept, mit dem bis zu 80 Partner auf der System- und Kommunikationsbasis Windchill von PTC in etwa der Hälfte der konventionell üblichen Zeit und zu einem Zehntel der Standardkosten das erste serienreife Modell des Street-Scooters entwickelt haben.

Erstes Modell: Nutzfahrzeug für Postauslieferungen

Um wirtschaftlich konkurrenzfähig zu sein, wurde der Street-Scooter für die Effizienzlücke der urbanen Verkehrsumgebung (kurze Fahrzeiten mit häufigem Stop-and-Go, begrenzte Reichweite von circa 120 km, niedrigere Höchstgeschwindigkeit, hohen Schadstoffauflagen, etc.) konzipiert, denn dort sei der ‚Straßenroller‘ günstiger als Autos mit Verbrennungsmotor.

Die gesteckten Ziele wurden beim ersten serienreifen Modell, einem Nutzfahrzeug für Postauslieferungen der DHL, das sich zurzeit in der Testphase befindet, erreicht: mit dreieinhalb Jahren eine Halbierung der Entwicklungszeit und mit 30 Millionen Entwicklungsaufwand ein Zehntel des marktüblichen Wertes. Prof. Dr. Achim Kampker, Geschäftsführer der Street-Scooter GmbH und Inhaber des Lehrstuhls für Produktionsmanagement am Werkzeugmaschinenlabor (WZL): „Derartig anspruchsvolle Vorgaben erforderten nicht nur eine von Grund auf neue Vorgehensweise bei der Technologie, sondern beim gesamten Geschäftsmodell Auto.“ Der Technologieansatz war dann nicht einfach ein Austausch des Antriebsstranges eines konventionellen Modells, sondern ein völlig neues Auto, „das auf das Wesentliche reduziert, um die Batterie herum gebaut wurde“. Gespart werden durfte dabei allerdings nicht auf Kosten der Qualität; also waren findige Ideen gefragt.

Baukastenprinzip ermöglicht kontinuierliche Produkterneuerung und Varianten

Grundlage der Struktur des Street-Scooter ist das Baukastenprinzip: Die modulare Produktarchitektur soll sicherstellen, dass sich das Elektroauto für die Stadt kontinuierlich erneuern und rekonfigurieren lässt. Das Fahrzeug wurde in neun LEG (lead-engineering-group) eingeteilt wie Karosserie, Thermomanagement, Antriebsstrang, Batterieentwicklung, Bordnetz und nicht zuletzt die LEG Gesamtfahrzeug. Für diese Kompetenzfelder wurden erfahrene Partner geworben, von denen zehn als Gesellschafter zusammen mit dem WZL die Street-Scooter GmbH gründeten. Bewusst wurde die Kompetenz der Partner in Anspruch genommen, die weitestgehend bereits entwickeltes und bewährtes Produkt-Know-how in das Projekt einbrachten.

Kommunikationsmanagement als Basis für Entwicklung

Produkt und Prozesse sollten möglichst parallel und komplett für den gesamten Produktlebenszyklus entwickelt werden, und das in einem Netzwerk mit Zulieferpartnern, deren Arbeitsmittelpunkt zwar Aachen ist, die eigentlich aber von keinem einzelnen Kraftpunkt aus gesteuert werden. Prof. Kampker: „Um das notwendige Kommunikationsmanagement der Daten und Prozesse in den Griff zu bekommen, haben wir sehr früh auf PTC gesetzt und als strategischen Partner mit ins Boot geholt.“ Das Unternehmen sei mit seiner Product-Lifecycle-Management-Lösung Windchill und der CAD-Plattform Creo als einziger in der Lage gewesen, die hohen Anforderungen zu erfüllen. Die Software von PTC wurde und wird im Rahmen des Projektes zum Beispiel eingesetzt für:

  • das Basiskonzept, die modulare Produktarchitektur
  • die reibungslose Zusammenarbeit zwischen den Partnerunternehmen (Kollaboration)
  • die Produktanalysen im Vorfeld (CO2, Environmental, Gewicht und Kosten)
  • das Fertigungsprozess-Management und
  • das Service-Lifecycle-Management.

PTC-Plattform liefert konsistente Modelle für kundenspezifische Derivate

Um kundenspezifische Derivate in noch kürzerer Zeit und noch geringerem Aufwand als für die Ausgangsplattform erfolgreich entwickeln zu können, war eine Voraussetzung entscheidend: die Erstellung von konsistenten, mathematisch eineindeutigen Modellen. Dies habe kein anderer PLM/CAD-Anbieter garantieren können, außer PTC, so Prof. Kampker. Das zentrale Repository von Windchill, auf das man weltweit einfach über Browser zugreift, sichert zudem als die „single source of truth“, dass softwaretechnisch nur eine „Datentonne“ existiert, die den aktuell gültigen Stand der sich in Entwicklung, Produktion oder Service befindlichen Bauteile abbildet. Das vermeidet unnötige Versions- und Geometriekonflikte und bildet die Grundlage für ein effizientes Versions- und Changemanagement.

Infrastruktur integriert verschiedene Systeme

Anders als bei klassischen OEM-Zuliefer-Beziehungen brachten die Street-Scooter-Zulieferer ihr bereits etabliertes Know-how auf ihren vorhandenen Autorensystemen ein. Damit war PTC als Mitglied der LEG Gesamtfahrzeug in der Pflicht, im ersten Schritt eine Infrastruktur aufzusetzen, um alle Partner mit ihren unterschiedlichen Systemen, wie zum Beispiel NX, Solid-Works, Catia oder PTC Creo zu integrieren. Die Konsolidierung erfolgt in der Windchill-Umgebung mithilfe der Multi-CAD-Designwerkzeuge von PTC Creo. Bei der folgenden Einbindung der Partner in ihre jeweiligen LEG-Entwicklungsprozesse erhielt jeder seinen sicheren Arbeitsbereich und die LEG ihre Projekträume, um die über VPN gesicherte Kollaboration zu ermöglichen.

Überführung in modulare Produktarchitektur

Anschließend wurde die gesamte Struktur in den Kontext einer modularen Produktarchitektur überführt. „Das war ein Meilenstein, denn das versetzte uns in die Lage, sehr schnell neue Fahrzeugvarianten ableiten zu können“, so Markus Hannen, Technischer Direktor bei PTC und mitverantwortlich für das Projekt in der Startphase. Der erste Prototyp, ein dreisitziges Modell namens Compact, war bereits nach einem Jahr fertig und wurde auf der IAA 2011 in Frankfurt gezeigt. Wenig später dann die Anfrage der Post: Gemäß den Anforderungen für ein Nutzfahrzeug wurde die Modularchitektur nun um eine Plattformarchitektur erweitert. Der Prototyp des Kastenwagens der Post war dann wiederum bereits auf der IAA Nutzfahrzeuge 2012 in Hannover zu sehen. Für die jetzt angelaufene Produktion der Test-Fahrzeuge wurden aktuell die Fertigungsprozesse, ebenfalls im Kontext der modularen Produktstruktur, in Windchill integriert.

Effiziente Struktur-Umgebung

Markus Hannen: „Mit dieser gesamten OEM-Zuliefer-Umgebung haben wir ein Konzept etabliert, bei dem die Struktur der Träger aller relevanten Informationen ist und in einer Art modularer Wissenssynthese das integrale Basiswissen über das Produkt bereitstellt. Damit können wir zum Beispiel Produktanalysen wie Kostenstrukturen und Energiebilanzen oder Complianceregelungen wie Umweltregularien und die Verwendung der sogenannten ‚Konfliktmineralien‘ mit Windchill Analytics per Knopfdruck ableiten.“

Es sei jetzt auch relativ einfach, das Ausscheiden eines Zulieferers und/oder die Aufnahme eines neuen im Netzwerk auszubalancieren und etwa die Implikationen auf Kosten oder Compliance zu ermitteln. Ein weiterer wichtiger Punkt zur Erreichung der Effizienzsteigerungen und der Flexibilität sei, dass mit dieser Struktur-Umgebung die Zusammenführung bzw. die Synthese der parallel laufenden Kreativprozesse zum vollständigen Fahrzeug zeitlich im Entwicklungsprozess nach vorn verlagert werden kann. Hannen: „Das heißt, ein funktionsfähiges Produkt kann an beliebigen Zeitpunkten abgeleitet werden, während das generische Produkt kontinuierlich weiterentwickelt wird.“

Service-Lifecycle-Management unterstützt frühzeitige Optimierung des Fahrzeugs

Im Sinn einer ganzheitlichen Erstellung des Produkts mit einem vollständigen Produkt-Lifecycle-Management wird als nächster Schritt das SLM-Modul mit Servicedienstleistungen wie Montageanleitungen, Handbüchern, aber auch die Rückkopplung von etwaigen Qualitätsproblemen integriert. Die direkte Rückführung der Schadenswerte der Teile, der sogenannte ‚closed loop of quality‘, hilft zu einem frühen Zeitpunkt bei der Optimierung des Fahrzeugs und steigert die Kundenzufriedenheit. Ein Beispiel, wo der Servicegedanke mittels der Schadensstatistik bereits im ersten Modellentwurf Eingang gefunden hat, sind die jeweils dreigeteilten Stoßstangen des Street-Scooters: Wegen der im Stadtverkehr häufig vorkommenden Rangiermanöver sind die Ecken der Stoßstangen relativ stark anfällig für Kollisionen. Kommt es zu einem Schaden, so lässt sich durch die Dreiteilung nur der betroffene Stoßstangenbereich günstig auswechseln.

Geplante Serienfertigung

Prof. Kampker sieht das Street-Scooter-Projekt auf einem guten Weg und absolut im vorgegebenen Zeitrahmen. „PTC hat von Anfang an verstanden, wo wir hinwollten und uns bis zum CEO dabei unterstützt.“ Der heutige Status quo zeige ein Modell in Vorserie, das noch 2014 in einer Größenordnung von 3000 Stück im Jahr in Serie gehen soll. Parallel dazu werden zwei Derivate in die Vorserie geführt, das ist das dreisitzige Modell Compact und das Pedelec, ein E-Bike, bei dem auch die Anforderungen der Post bei der Briefzustellung Pate standen. Die Montage der Vorserienmodelle erfolgt mit circa 40 Mitarbeitern in einem ehemaligen Werk von Bombardier in Aachen. Im Moment werden die Modelle nur an Flottenkunden abgegeben. Das kann sich schnell ändern, wenn für den Vertrieb im Flächenmarkt ein Unternehmen gefunden wird. „Denn den Aufbau von Vertriebsstrukturen für den Privatkunden wollen wir in der Street-Scooter GmbH nicht mehr stemmen“, so Prof. Kampker. Dann würden auch Privatkunden in den Genuss eines kostengünstigen Elektroautos für die Stadt kommen.

Weiterführende Informationen

  • PTC zeigt seine Produkte und Lösungen auf der Hannover Messe 2014 vom 7. bis 11. April.
  • Weitere Infos zur Konstruktionssoftware Creo finden Sie hier.
  • Weitere Informationen zum Street-Scooter finden Sie hier.
  • Ansprechpartnerin bei PTC ist Frau Fink, Senior Manager Corporate Communications: Tel. +49-7056-630-94-07.

(mz)

* *Dipl.-Wirtschaftsing., Ing. (grad.) der Nachrichtentechnik Eduard Rüsing ist freier Journalist, Tel. +49-721-40-3000.

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