Produktentwicklung CAD-Lösung: Cloudnative Entwicklungsplattform beschleunigt Zusammenarbeit

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Es gibt kaum Fahrzeuge, die für die spezifischen Anforderungen von Schwellenländern entwickelt wurden. Das britische Start-up OX Delivers arbeitet daher an der Entwicklung eines robusten Elektro-Lkw, der afrikanischen Bedingungen standhält. Mit Onshape, der cloudnativen Produktentwicklungsplattform von PTC, können dabei alle Design-Teams in 
Echtzeit und auch über weite Entfernungen hinweg in einer CAD-Lösung zusammenarbeiten.

Weltweit haben 3,4 Milliarden Menschen keinen Zugang zu motorisierten Verkehrsmitteln. Etwa ein Drittel von ihnen lebt südlich der Sahara in Afrika. Für diese Menschen bedeutet das Fehlen eines fahrbaren Untersatzes eine massive Einschränkung der Möglichkeiten, ihren Lebensunterhalt zu verdienen. Wenn zum Beispiel ein Bauer in Ruanda seine Produkte über weite Strecken ins nächste Dorf tragen muss, um sie dort auf dem Markt verkaufen zu können, dauert das nicht nur signifikant länger als mit einem Auto, sondern begrenzt auch stark die Menge, die er verkaufen kann.

Zu teuer für die Endkunden

Um das zu ändern, wurde im Jahr 2013 die gemeinnützige Organisation „Global Vehicle Trust“ gegründet. Diese beauftragte den südafrikanisch-britischen Autodesigner „Gordon Murray Design“ mit der Entwicklung des OX-Prototyps. Dieser Lkw sollte kostengünstig, geländegängig und einfach zu reparieren sein und eine hohe Ladekapazität haben.

Es wurden vier Prototypen eines Diesel-Lkw als sogenannte Flat-Pack-Produkte gebaut. Sie werden in einem flachen Paket verschickt und vor Ort aufgebaut. Der OX-Lkw bestand aus Paneelen, die durch einen Stahlrahmen verbunden sind. Doch selbst bei günstigster Herstellung war dieser noch zu teuer für die Endkunden.

CAD-Lösung: Robuste E-Laster für Ruanda

Um das gescheiterte Projekt zu retten, gründete sich „OX Delivers“ im Jahr 2020 mit dem Ziel, durch Umwandlung des OX-Diesel-Lkw in ein Elektrofahrzeug ein skalierbares Geschäftsmodell zu schaffen. Denn Elektrofahrzeuge haben eine höhere Leistungsausbeute als solche mit Verbrennungsmotor. Sie sind zudem ohne Gangschaltung besser steuerbar und bringen mehr Kraft auf die Räder. Außerdem sind Elektrofahrzeuge einfacher und günstiger in der Wartung. Organisationen wie US AID, Innovate UK und das Advanced Propulsion Centre haben die Umrüstung finanziell unterstützt.

Weil auch ein Elektro-Lkw für die meisten Kunden in Schwellenländern zu teuer ist, entwickelt OX Delivers diesen nicht für den Verkauf, sondern um den Platz darauf zu vermieten – oder wie es das OX-Team nennt: ein Uber für Kartoffeln. Die Fahrer sind Mitarbeiter der Firma und erhalten einen fairen Lohn sowie Essen, Unterkunft und nach Bedarf Kinderbetreuung, um speziell auch Frauen zu unterstützen.

Durch dieses Geschäftsmodell änderte sich die Art der Entwicklung komplett, weil die Reparatur- und Wartungsfähigkeit sowie die Betriebskosten über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg eine erheblich größere Rolle spielen als bei Fahrzeugen, die für den Verkauf konzipiert sind.

Das Entwicklungsteam teilte den Lkw hierfür nicht wie üblich in Innen- und Außenraum, Fahrgestell etc., sondern in Module, die kleinere Fahrzeugabschnitte umfassen. Das Ziel: Wenn an einer Stelle eines Fahrzeugs etwas kaputt geht, lässt sich das Modul einfach ersetzen. „Ein gutes Beispiel hierfür ist die vordere Crash-Struktur. Ein Teil des Fahrerhauses ist komplett angeschraubt, dieser soll den Großteil eines Aufpralls auffangen und so die Hauptstruktur schützen. Er lässt sich leicht abnehmen und wieder anbringen, so dass auch ein großer Aufprall nicht gleich auf das Fahrgestell durchschlägt und die gesamte Struktur beschädigt“, erklärt Kristiana Hamilton, Mitglied des 14-köpfigen Design- und Ingenieurteams von OX Delivers.

Vor-Ort-Tests zeigten Optimierungsbedarf: CAD-Lösung soll helfen

Ein Pilotprojekt läuft derzeit in Ruanda. Der auf Elektroantrieb umgerüstete Diesel-Lkw, der OX 1, wurde für Tests dorthin verschifft. Es stellte sich jedoch heraus, dass die zentrale Fahrposition, für die Gordon Murray bei seinen Sportwagen bekannt ist, auf den Straßen Ruandas nicht zulässig ist. So wurde das Pilotfahrzeug noch am Hafen von der Mittel- auf Linkssteuerung umgerüstet.

Die Testfahrten vor Ort zeigten weitere Optimierungsansätze: Die Sitzbank bot den Fahrern auf den unebenen Straßen keinen Halt. Zudem war sie aufgrund fehlender Verstellmöglichkeiten sehr unbequem für die Menschen in Ruanda, weil die meisten von ihnen deutlich kleiner sind als Europäer. Hinzu kommen die Straßenverhältnisse: Von einer asphaltierten Straße kann es direkt auf eine unbefestigte Straße mit viel Staub, losem Schotter und Schlaglöchern gehen.

Das Fahrgestell war zwar robust, aber nach Tests vor Ort in Ruanda entdeckte das Ingenieurteam schnell einige Probleme, insbesondere mit Rissen. Zudem war es nicht so beschaffen, dass es leicht zu reparieren war. Weil OX Delivers die Lkw selbst betreiben wird, anstatt sie zu verkaufen, ist die Betriebszeit entscheidend.

Die ursprüngliche Stahlkastenprofilkonstruktion funktioniert gut – bis man Reparaturen durchführen muss auf einem Markt, auf dem man nur gebogene Bleche kaufen kann. Denn dadurch ist es schwierig, ein komplettes Kastenprofil herzustellen und es ausreichend stabil zu machen.

CAD-Lösung: Zusammenarbeit verteilter Teams

Auf Basis des Feedbacks aus Ruanda optimiert das Team von OX Delivers in Großbritannien das Design des Lkws fortlaufend. „Wir durchlaufen derzeit eine Iteration des Fahrgestells und gestalten das Ganze schrittweise um, damit es besser zu unserem Markt passt und leicht repariert werden kann“, beschreibt Kristiana Hamilton.

Das Team arbeitet in einem iterativen Prozess nach dem „Fail Fast“-Ansatz: Funktionierte etwas nicht, analysiert das Team, was besser funktionieren könnte, testet dies und wiederholt den Prozess, bis das Design perfektioniert ist. „Wir arbeiten in einer agilen Umgebung mit zweiwöchigen Sprints. Wenn wir während eines Sprints auf etwas stoßen, das nicht funktioniert, können wir einfach die Richtung ändern“, erklärt Kristiana Hamilton.

Hierfür nutzt das Team Onshape, die Cloud-native Produktentwicklungsplattform von PTC, weil sie einen agilen und kollaborativen Designprozess unterstützt. Sie beinhaltet ein leistungsstarkes CAD und PDM (Produktdatenmanagement). „Nicht alle Ingenieure bei OX Delivers waren mit CAD oder PDM vertraut. Aber Onshape war für alle einfach zu handhaben“, so Hamilton.

Weil die CAD-Lösung Cloud-basiert ist, kann das britische Team in Echtzeit mit den Teammitgliedern in Ruanda und externen Partnern zusammenarbeiten. Alle können auf die neuesten Daten zugreifen und diese aktualisieren. Bei CAD- und PDM-Systemen, die auf Legacy-Dateien basieren, müssen Dateien hierfür gesperrt und ausgecheckt werden. Das bedeutet, dass immer nur eine Person an einer Datei arbeiten kann. Mit Onshape gibt es keine Checkout-Prozesse, sodass alle zur gleichen Zeit in einer Datei arbeiten können. Dadurch lassen sich Aufgaben aufteilen und im Kontext der Arbeit der anderen erledigen, was den Prozess erheblich beschleunigt.

Umgestaltungen werden im Team realisiert

Auf Basis der Daten aus Ruanda hat das OX-Team die Originalkabine umgestaltet. Gemeinsam mit den EV-Experten für Antriebsstrang- und E-Antriebssysteme von der Firma Dana wurde eine elektronische Antriebseinheit (EDU) entwickelt und die Fahrzeugarchitektur von einem Front- zu einem leistungsfähigeren Hinterrad-Antrieb geändert, der sich optional auf Allradantrieb umstellen lässt. Das Antriebsstrang-Team hat neue Halterungen für die überarbeitete EDU entwickelt. Die Ideen wurden schnell in Onshape ausgearbeitet, in Onshape-Simulation getestet und mehrmals überarbeitet, bevor physische Prototypen hergestellt wurden.

Ein Konstrukteur des ruandischen Teams konzentriert sich auf die Ladefläche des Lastwagens. Hier wird viel Arbeit investiert, um sicherzustellen, dass sie die richtige Größe hat und mit allen nötigen Werkzeugen ausgestattet ist.

Außerdem unterstützen die OEMs Penso und Potenza das OX-Team bei der Weiterentwicklung des Lkw-Designs und testen einige Prototypen und Systeme auf den physischen OX-Testeinheiten. Sie wollen soweit möglich mit den neuesten CAD-Daten arbeiten. Da die großen OEMs in der Regel Catia oder NX nutzen, importiert OX meist STEP-Dateien in Onshape. Penso ist noch einen Schritt weiter gegangen: Zwei seiner Ingenieure modellieren Dateien aus dem ursprünglichen Catia-Format direkt in Onshape.

Echtzeit-Feedback aus dem Feld

Derzeit ist ein Mitglied des britischen Teams in Ruanda, um Konstruktionsdaten aus dem Feld zu sammeln, von Echtzeit-Feedback aus Tests verschiedener Betriebszyklen bis hin zu Informationen über Wartungsprobleme.

Designer und Ingenieure aus Großbritannien machen sich in Ruanda regelmäßig ein Bild vom Markt, den Bedingungen und Kunden, während Mechaniker aus dem ruandischen Team nach Großbritannien reisen, um die erforderliche Hochspannungsschulung für die Wartung der E-Lkw zu absolvieren. Die Lkw werden in Großbritannien gebaut und per Flat-Pack-Lieferung nach Ruanda geschickt, wo er vom dortigen OX-Team zusammengebaut wird. Dort wird bereits über die Weitergabe von Montageanleitungen nachgedacht, die die vorhandenen CAD-Daten nutzen. Inzwischen verfügt OX über vier Fahrzeug-Depots und hat über zweitausend Kunden geholfen, 13.000 Tonnen Waren zu bewegen.

Der Autor Bernhard Eberl ist Onshape Education Customer Success Director Europe und PTC Wellness Ambassador.