Kontext

Leistungsstarke elektronische Komponenten bei ZF sind typischerweise kundenspezifisch und extremen thermischen und elektrischen Beanspruchungen ausgesetzt. Die Validierung des Beanspruchungsverhaltens und der Wärmeableitung stützte sich traditionell auf umfangreiche physikalische Tests und hochgradig detailgetreue Simulationen, was zu Validierungsphasen führte, die oft bis zu zwölf Monate dauerten. Gleichzeitig forderte der Marktdruck deutlich kürzere Entwicklungszyklen, wodurch die Validierung zum dominierenden Engpass im Gesamtprozess wurde.

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Anstatt die Validierung als eine späte, hardwarezentrierte Phase zu betrachten, zog ZF VrfÜberprüfen Verifizierungs- und Validierungsaktivitäten vorgelagert durch die Einführung von virtueller V&V auf Basis von Digital Twins. Simulationsmodelle waren keine Ad-hoc-Artefakte mehr, sondern wurden bewusst entlang der V-Modells entwickelt, mit expliziten Anforderungen, Verifikationskriterien und Validierungsnachweisen. Durch die Verknüpfung von Produktanforderungen mit Simulationsmodellanforderungen schuf ZF eine Grundlage, um Simulationsmodelle frühzeitig freizugeben und sie sicher zur Anforderungsvalidierung einzusetzen, lange bevor physische Prototypen verfügbar waren.

Architekt für Flow

Um dies praktisch umzusetzen, etablierte ZF eine MBSE-basierte Toolumgebung, die Digital Twins automatisch generieren konnte, welche das thermische Verhalten des in der Entwicklung befindlichen Produkts widerspiegeln. Das Systemmodell diente als Integrationsrückgrat und verband Anforderungen, Simulationsworkflows, Testfälle und DSNEntwurfErgebnisse. Um prohibitive Laufzeiten zu vermeiden, hat ZF KI-Techniken angewendet, um die kritischsten Bereiche des Modells zu identifizieren und weniger relevante Bereiche wegzulassen und zu reduzieren. Diese architektonische Entkopplung ermöglichte schnelle, wiederholbare Simulations-Workflows und bewahrte gleichzeitig Rückverfolgbarkeit, Konsistenz und Vertrauen in die Ergebnisse über verschiedene Domänen hinweg.

Ergebnis

Die Validierungszeit konnte letztendlich von zwölf Monaten auf nur zwei Monate reduziert werden, was die Wirtschaftlichkeit der Entwicklung von Hochleistungselektronik grundlegend veränderte. Obwohl die Erreichung dieses Ziels mehrere Jahre kontinuierlicher Investitionen erforderte, erzielte das Team auf dem Weg dorthin mehrere zwischenzeitliche “Schnellgewinne”. Die Validierung hörte auf, eine feste nachgelagerte Phase zu sein, und wurde zu einer integrierten, sich kontinuierlich verbessernden Fähigkeit. Dies ermöglichte es ZF, die gesamte Entwicklungszeit zu verkürzen, ohne Kompromisse bei der Sicherheit, Zuverlässigkeit oder der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften einzugehen.