Implementieren durchgängiger Lösungen für testbasiertes Lebensdauer-Engineering

Abstimmung von Fahrzeugen auf lokale Kundenbedürfnisse

2017 verzeichnete Nissan mit 5.820.000 verkauften Fahrzeugen weltweit ein Rekordjahr. In jenem Jahr wurde die Renault-Nissan-Allianz weltweit führender Verkäufer von Personenkraftwagen, noch vor Volkswagen.

Die Markenbekanntheit und der Wiedererkennungswert von Nissan sind auf dem Höhepunkt. Tatsächlich berichtet der YouGov BrandIndex, der die öffentliche Wahrnehmung von Tausenden von Marken in Europa misst, dass Nissan der fünftplatzierte Automobilzulieferer (von 38) für Verbraucher im Vereinigten Königreich (UK) ist.

Um die Markenwahrnehmung weiter zu steigern und das Qualitätsranking zu verbessern, setzt Nissan hohe Maßstäbe in Bezug auf technische Qualität und Zuverlässigkeit. Es ist wichtig, die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden vor Ort zu verstehen und zu erfüllen. Die Aufgabe des Nissan Technical Centre in Europe (NTCE) besteht darin, den Ruf von Nissan zu unterstützen und sicherzustellen, dass die Leistungsmerkmale neuer Fahrzeugdesigns und -konzepte den Erwartungen der europäischen Verbraucher entsprechen. Das Nissan Technical Centre Spain (NTCE-S) ist ein Kompetenzzentrum für die Konstruktion und die Entwicklung von Fahrzeugen, die in den europäischen Produktionswerken von Nissan hergestellt werden. Es konzentriert sich auf Kernaktivitäten wie die Entwicklung des Antriebsstrangs, die Entwicklung leichter Nutzfahrzeuge und Tests.

Nissan hat es sich zur Aufgabe gemacht, seinen europäischen Kunden die höchsten Standards in Bezug auf Qualität und Zuverlässigkeit zu bieten. Dies ist einer der Gründe, warum NTCE-S in Simcenter-Softwarelösungen™ von Siemens Digital Industries Software für testbasiertes Lebensdauer-Engineering investiert hat, um seine Engineering-Fähigkeiten auf das nächste Niveau zu heben.

Lebensdauer ist das A und O

Die Hauptaufgabe der Abteilung für Funktion und Lebensdauer bei NTCE-S besteht darin, die funktionale Leistung der Komponenten eines Motors über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs zu validieren. Um die Leistung zu bewerten, führt das Team umfangreiche Tests an Komponenten durch, die auf dem Motorprüfstand (Dyno) von NTCE montiert sind. Außerdem wird die Leistung der Komponente in einer vollständigen Montagekonfiguration bewertet, bei der das gesamte Fahrzeug auf dem Motorprüfstand (Dyno) positioniert wird. Schließlich unterzieht das Team Pkw und leichte Nutzfahrzeuge (z. B. Pick-up-Segment) Ermüdungstests, entweder auf dem Prüfstand oder auf der Teststrecke.

Ein großer Teil der Tests, die von den Teams für Betriebsfestigkeit und Lebensdauer durchgeführt werden, sind Lebensdauerprüfungen. Die Lebensdauer ist ein wichtiges Leistungsmerkmal von Pkw und leichten Nutzfahrzeugen. Im Marktsegment der leichten Nutzfahrzeuge neigen die Verbraucher dazu, eine Marke zu wählen, der sie vertrauen, dass sie ihren Anforderungen im Alltag gerecht wird.

„Die Lebensdauer ist extrem wichtig“, sagt Arturo Barreu, Powertrain Durability Test Engineer, Function and Durability Department, NTCE-S. „In Europa ist dieses Attribut eng mit der Wahrnehmung von Qualität verbunden. Da die Nachfrage nach Qualität steigt, müssen wir die Langlebigkeit unserer Fahrzeuge bestätigen. Die Verbraucher erwarten, dass Autos nicht schon nach einem Jahr, sondern erst nach bis zu 20 Jahren kaputt gehen.“

Auch andere Attribute wie Fahr- und Fahrzeugkomfort, Motorleistung und Kraftstoffeffizienz sind bei der Konstruktion des Fahrzeugs von Bedeutung. Das Aufgabenfeld eines Ingenieurs für Lebensdauer-Engineering ist komplexer geworden, da die Teams in diesem Bereich bei der Konzeption und Prüfung von Komponenten, Subsystemen und Gesamtsystemen von Fahrzeugen der nächsten Generation immer mehr Parameter berücksichtigen müssen.

Optimierung von Prozessen

Einer der Schritte, die das Team unternahm, um das Lebensdauer-Engineering zu verbessern, bestand darin, in Lösungen aus dem Simcenter-Portfolio zu investieren. Siemens Digital Industries Software trägt mit seinem Portfolio dazu bei, den Engineering-Prozess zu optimieren, indem es eine durchgängige Lösung für testbasiertes Lebensdauer-Engineering anbietet.

Eine komplette Kampagne für eine Lebensdauerprüfung besteht aus Messungen auf dem Motorprüfstand, gefolgt von Messungen auf dem Rollenprüfstand. Danach begibt sich das Testteam auf die Teststrecke. Da die Ingenieure die Prüfgeräte von einem Ort zum nächsten transportieren und das Prüfobjekt neu instrumentieren müssen, schätzen sie die Portabilität und Flexibilität der Simcenter™ SCADAS-Hardware.

„Wir verwenden Simcenter SCADAS für alle unsere Datenerfassungsaufgaben“, sagt Barreu. „Es ist ein tragbares System, das sehr kompakt ist. Zudem ist es vielseitig und passt sich unseren Bedürfnissen an. Damit können wir verschiedene Arten von Daten wie Beschleunigung oder Belastungen mit derselben Ausrüstung erfassen. Unsere Simcenter SCADAS-Datenerfassungssysteme verfügen über insgesamt mehr als 100 Kanäle, die wir problemlos vom Motorprüfstand zum Rollenprüfstand und zur Teststrecke und zurück transportieren können.“

Über die Datenerfassung hinaus optimierte das Team seinen Lebensdauer-Engineering-Prozess, indem es bei der Belastungs- und Ermüdungsanalyse auf die Software Simcenter Testlab™ setzte. Die Software unterstützt effektiv jeden Schritt einer Testkampagne, von der Datenerfassung über die Lastklassifizierung bis hin zur Prognose der Ermüdungslebensdauer. Darüber hinaus ist es Teil einer Plattform, die sich dem multiphysikalischen testbasierten Performance Engineering widmet und als solche hilft, den Beitrag verschiedener Leistungsattribute wie Akustik, Komfort und Lebensdauer in Kombination mit geringem Gewicht und Kraftstoffverbrauch zur insgesamt wahrgenommenen Qualität und Zuverlässigkeit besser auszubalancieren.

Die Hauptaufgabe der Abteilung Funktion und Lebensdauer besteht darin, die Funktionsfähigkeit von motorbezogenen Komponenten zu testen und zu validieren. Währenddessen erfassen, analysieren und vergleichen die Ingenieure Testdaten einer Vielzahl von Komponenten und Motorsubsystemen. Sie kombinieren die Ergebnisse von Lebensdaueranalysen, wie z. B. Verweildauer, Regenflusszählung, Bereichspaarzählung, Klassengrenzenüberschreitungszählung und die Vorhersage der Ermüdungslebensdauer, mit den Ergebnissen typischer NVH-Analysen (Geräusche, Schwingungen und Rauigkeit), die Peak-Hold-Spektren, Ordnungsabschnitte, Farbkarten und vieles mehr umfassen können. Alle Lebensdauer- und NVH-Daten werden mit derselben Simcenter SCADAS-Hardware erfasst, und die Analyse wird in einer einzigen Softwareumgebung durchgeführt, was sie zu einem sehr effizienten Prozess für das Engineering-Team macht.

„Die zentrale Herausforderung, mit der wir konfrontiert sind, ist die Konsolidierung unseres Wissens“, sagt Barreu. „Wir müssen heute mehr Komponenten testen als je zuvor. Diese Komponenten sind auch anderer Natur. Wir testen immer mehr elektronische Bauteile und immer weniger mechanische Teile. Die Zusammenarbeit mit Siemens ist unerlässlich, um sich diesen Veränderungen anzupassen und diese neuen Komponenten zu validieren.“

Für die Validierung des Bauteils auf dem Prüfstand nutzt das Team Simcenter Testlab, um ein äquivalentes Schadensprofil zu synthetisieren und die bei den Teststreckenmessungen auf dem Prüfstand auftretenden Schadensereignisse konsequent nachzubilden. Dieses hocheffiziente Verfahren beschleunigt die Prüfung erheblich, indem es die Schädigung des Bauteils während der Lebensdauer des Fahrzeugs realitätsnah simuliert.

NTCE-Ingenieure haben festgestellt, dass Simcenter Testlab unabhängig von der Kanalanzahl eine hohe Stabilität bietet, was ihnen die Konfiguration von Online-Analysen erleichtert. Darüber hinaus bietet die Lösung dank der Process Designer-Funktionalität eine schnelle und fehlerfreie Datennachbearbeitung und ein sofortiges, übersichtliches Reporting.

„Simcenter Testlab ist unser bevorzugtes Tool für die Lebensdauervalidierung“, sagt Barreu. „Es ist einfach zu konfigurieren und ermöglicht es uns, die Verarbeitung zu automatisieren. Es ist auch eine sehr gute Software für die schnelle Berichterstattung und den Datenaustausch mit unseren Kollegen.“

Die Ergebnisse der Prüfungen liefern zuverlässige Daten, die endlos manipuliert werden können, um genauere technische Einblicke in das Ermüdungsverhalten der Komponenten zu erhalten. Diese Daten unterstützen die Definition weiterer Tests oder füttern die Simulationsmodelle mit zuverlässigen, validierten Informationen.

„Simcenter Testlab bietet eine integrierte, durchgängige Lösung für die Erfassung und Verarbeitung von Lastdaten“, sagt Guillermo Gonzalez, leitender Ingenieur für Funktion und Haltbarkeit bei NTCE. „Die Lösung beschleunigt die Gewinnung wichtiger Erkenntnisse über die Haltbarkeit bei der Vorbereitung von Prüfstandskampagnen oder zuverlässigen Simulationen mit Tools zur Belastungs- und Ermüdungsanalyse. Sie ist schneller, einfacher zu bedienen und robust.“