Automobilbau: Die Gestaltung mit dem virtuellen Design verbinden

Die präzise und schnelle Überführung physischer Fahrzeugmodelle in die virtuelle Welt ist ein wichtiger Erfolgsfaktor bei der Designentwicklung. In Zusammenarbeit mit BMW erarbeitete Tebis verlässliche Methoden, um die Formfindung über manuelle Gestaltung möglichst effektiv mit dem virtuellen Design verbinden zu können.

Für die Formfindung eines neuen Fahrzeugs sind nicht nur Ideen und Kreativität, sondern auch spezielle Technik und Software erforderlich. Bei der BMW Group erzeugen die Kreativen sowohl ein Computer-Modell eines neuen Fahrzeugs als auch eine physische Ausführung. Am greifbaren Objekt lässt sich die Form am besten beurteilen und weiterentwickeln. An dieser Stelle kommt Software von Tebis ins Spiel, die CAD/CAM-Lösung übernimmt die Flächenrückführung. Diese dient dazu, das Clay-Modell (also das physische Modell) in die Computerwelt zurückzuführen und die Daten für weitere Prozessschritte nutzbar zu machen. Die am realen Modell abgesicherten virtuellen Daten sind erforderlich unter anderem für die High-End-Visualisierung – Grundlage für die endgültige Formenwahl.

Der Weg zur neuen Form

Heute erschaffen Designer in der Regel die gewünschte Form eines geplanten neuen Fahrzeugs zunächst im 3D-Raum durch Poly-Modelling. Hier entstehen am Bildschirm 2D-Skizzen und daraus 3D-Flächendaten. Diese Daten dienen als Grundlage für die physischen Modelle, die meist aus Clay (Industrieplastilin) bestehen. Die Clay-Modelle dienen der finalen Formfindung und Designabsicherung. An ihnen wird das Design beurteilt; Designer und Modelleure ändern Proportionen und Formen.

Die Rolle der Software im Designprozess

Ein bearbeitetes, finalisiertes Clay-Modell wird immer digitalisiert. Dabei entstehen Scandaten. Auf den eingelesenen Scandaten im STL-Format lassen sich an „Tebis“-Stationen in kurzer Zeit die Flächendaten für weitere Prozessschritte erzeugen. Tebis bietet hochwertige CAD-Flächendaten in zwei Qualitätsstufen: Konstruktionsflächen und Designflächen. Die exzellenten Designflächen besitzen Vorstrakqualität und werden beispielsweise zur 3D-Visualisierung für fotorealistische Bilder und Filme vom virtuellen 3D-Modell benötigt. (Strak ist ein Begriff unter anderem aus dem Automobildesign und bezeichnet alle sichtbaren Flächen im Interieur und Exterieur des Autos). Die qualitativ hochwertigen Flächen können in Computer-Aided-Styling-Systemen (CAS) direkt weiterbearbeitet werden und bekommen dort ihre finale Strakqualität.

Konstruktionsflächen entstehen als Vorstufe der Designflächen in etwa der halben Zeit. Sie sind bezüglich Flächenstrak weniger qualitätsvoll und werden mit Abteilungen wie Karosserie, Fahrwerk und Antrieb ausgetauscht.

Der Faktor Zeit in der Flächenrückführung

Der Zeitraum von der Konzeption bis zur Markteinführung neuer Modelle verkürzt sich ständig. Gleichzeitig spielt im Bereich Automotive das Design eine enorme Rolle; es muss ansprechend, markant, innovativ und markenkonform sein. Der Formfindungsprozess über Clay-Modelle trägt zwar dazu bei, die geforderte Designqualität zu liefern, verschlingt aber auch wertvolle Zeit im Entwicklungsprozess. Tebis ist es in Zusammenarbeit mit BWW Group in den vergangenen zwei Jahrzehnten gelungen, immer hochwertigere Designflächen in immer kürzerer Zeit zu erzeugen.

Allein von 2010 bis 2013 wurde eine Halbierung der Bearbeitungszeit erreicht. Grundlage hierfür war ein gemeinsames Projekt mit dem Ziel, in eine qualitativ beste Flächenrückführung eines Fahrzeugexterieurs statt 100 Stunden nur noch 50 Stunden investieren zu müssen.

Projekterfolg: Neue Techniken und ihre Vorteile

Im Fokus des Projekts standen unter anderem eine neue toleranzgesteuerte Approximationstechnik sowie die vollautomatische Kurvensynchronisation. Besonderes Augenmerk legte Tebis auf die bis dato sehr zeitintensive manuelle Rekonstruktion der theoretischen Kanten. Hier konnten durch neue Algorithmen die größten Zeitfresser im Prozess eliminiert werden.

Auch das User-Interface wurde unter die Lupe genommen, um den Zugang auch für Einsteiger noch leichter zu gestalten. Das Projekterfolg: Für hochwertige CAD-Designflächen einer Fahrzeugaußenhaut sind heute für ein Modell mittlerer Komplexität etwa 50 Stunden einzurechnen. Genügt CAD-Konstruktionsqualität, etwa für eine Einbauuntersuchung, reichen 25 Stunden. Die Vorteile für Anwender: Deutliche Kosteneinsparung, einfaches Handling in der Flächenrückführung, kontinuierliche, zeitnahe Datenbereitstellung qualitativ hochwertiger CAD-Flächen über den gesamten Formfindungs- und Clay-Prozess.

Neue Techniken: Entwicklung aus der Praxis

Tebis profitierte durch die praxisnahe Softwareentwicklung und den Test des Prototyps im realen Arbeitsumfeld. 2015 brachte Tebis den bei der BMW Group eingesetzten Software-Prototypen offiziell mit der Version 4.0 auf den Markt. Seither können alle Tebis Kunden ihre Flächen doppelt so schnell auf Basis von Meshes erstellen und an theoretische Kanten anpassen, was für die Akzeptanz der Flächen in den Folgeprozessen Voraussetzung ist.

Aktuell arbeitet Tebis zusammen mit der BMW Group an noch mehr Automatisierung in der Flächenberechnung. „Wir denken an Schnellflächen“, erläutert Eckhard Metzger, Produktmanager bei Tebis, die Vision. „Wir möchten von heute im Schnitt 25 Stunden Aufwand für Konstruktionsflächen runter auf zehn Stunden für Flächen, die sich für erste Untersuchungen eignen. Wir sind äußerst zuversichtlich, dass wir dieses Ziel erreichen werden.“

Text: Tebis, Bilder: BMW & Tebis


Meilensteine: Tebis und virtuelles Design bei BMW

Seit ca. 1990: Virtuelles Design zunehmend im Bereich Automotive eingeführt; parallel oft Einsatz von Clay-Modellen. Probleme: Viel Zeit für Digitalisierung eines Modells, riesige Datenmengen, Fräsen auf Meshes.

1996: Tebis Scandatenverarbeitung zur Verbesserung des Digitalisierungsprozesses bei der BMW Group eingeführt. Vorteile: Schattierbarer Polyeder, visuelle Kontrolle auf gescannten Oberflächen, Fehler im CAD-Flächenmodell erkennen und korrigieren.

1997: Einzelflächen auf Tastdaten über Tebis Flächenapproximation möglich. Vorteile: Flächen optimieren, Löcher schließen, Basis- flächen erzeugen. Aber: Harmonische Übergänge zu den Nachbarflächen noch über Standard-CAD-System – ein im Vergleich zu heute zeitintensiver Vorgang.

1998: Scandatenverarbeitung mit Tebis optimiert – für Prozessschritte mit Meshes ohne Flächen, Austausch über STL-Format. Vorteile: Funktionen zum Beschneiden, Reduzieren der Daten, Füllen von Löchern, Verlängern von Bereichen etc.

2003: Tebis Software-Prototyp für Flächenrückführung eingeführt. Vorteile: PC-basierte Lösung, weniger Technik am Arbeitsplatz, Flächen- statt Tastdaten, Datenvolumen erheblich reduziert, kein Austausch von Schnitten. Aber: Für qualitativ beste Flächen immer noch zwei bis drei Wochen Arbeitszeit erforderlich.

2005-2008: Neue Tebis Module im Einsatz. Vorteil: Einzelflächen mit Übergangsbedingungen zu Nachbarflächen ohne Umweg über Standard-CAD erzeugen, Flächen qualitativ besser und für weitere Phasen im Entwicklungsprozess optimal nutzbar. Aber: Zeitaufwand für höchste Qualität: Flächenrückführung für Exterieur im Schnitt 70 Stunden, für Flächen höchster Qualität 120 bis 125 Stunden.

2009: Tebis BREP-Familie: Von Tebis in enger Zusammenarbeit mit BMW entwickelte Module zur Flächenrückführung in einem Softwarepaket zusammengefasst.

2010-2013: Projekt zur Verbesserung der Clay-Prozessqualität. Ergebnis: Halbierung der für eine qualitativ beste Flächenrückführung eines Fahrzeugexterieurs erforderlichen Zeit.

2013-2015: Zeit für Flächenrückführung weiter verkürzt und auf neue Bereiche ausgeweitet, Funktionalitäten kontinuierlich neu- und weiterentwickelt.

Seit 2015: Flächenrückführung mit Tebis ist Standard im Bereich Exterieurdesign bei der BMW Group. Tebis 4.0 mit allen in Kooperation mit der BMW Group entwickelten Design-Funktionen am Markt.

  • Für die Formfindung eines neuen Fahrzeugs sind spezielle Technik und Software erforderlich. Bild: BMW
  • Arbeiten am Clay-Modell des BMW X2. Bild: BMW
  • In der der Farbanalyse erkennen Experten konvexe und konkave Bereiche. Bild: Tebis
  • Beurteilung der Oberflächengüte rückgeführter Flächen. Bild: Tebis
  • Bei Flächenrückführung und - modellierung bleiben in Tebis die theoretischen Kanten erhalten. Bild Tebis
  • Neue Methoden ermöglichen es, die Formfindung über manuelle Gestaltung effektiv mit dem virtuellen Design zu verbinden. Bild: BMW
  • Auf der Grundlage des in Tebis erzeugten Flächenmodells (linker Bildschirm) werden im Tool für Arbeits-Visualisierungen (rechter Bildschirm) die Renderings für den BMW X2 vorbereitet. Bild: BMW
  • Auf Knopfdruck wird in Echtzeit anhand der Reflexionsdiagnose (Zebrashading) die Glätte der mit Tebis erzeugten Design-Flächen erkennbar. Bild: BMW
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