Fahrzeugdesign im Cyberspace
Von Kai Tubbesing
Im Großraum Stuttgart schlägt das Herz der deutschen Automotive-Branche. Die Metropolregion am Neckar, in der Gottlieb Daimler am 29. Januar 1886 das Patent für das erste benzinbetriebene Automobil anmeldete, beheimatet nicht nur die traditionsreichen Fahrzeughersteller Daimler und Porsche. Sie ist auch der Sitz von mehr als 400 Zulieferern, teilweise von Weltrang. Dazu zählen etwa Robert Bosch, Mahle Behr, Eberspächer, Mann+Hummel, Modine Europe, ZF TRW und die Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH (ehemals NuCellSys GmbH). So verwundert es nicht, dass 45 % des gesamten industriellen Umsatzes in der Region auf die Kfz-Branche zurückzuführen sind. Diese zählt rund 110.000 Beschäftigte; einschließlich aller Unternehmen, die den Löwenanteil ihres Umsatzes mit der Fahrzeugindustrie erzielen, sind es sogar beinahe doppelt so viele.
Tradition und Moderne im Schulterschluss
In dieser Region sind rund 800 Firmen vernetzt, sie bilden nahezu die komplette Wertschöpfungskette ab. Zu den Mitgliedern zählen sowohl große Hersteller und Zulieferer als auch Hidden Champions und innovative Mittelständler. Die zugehörigen Initiativen umfassen beispielsweise die bereits im Jahr 2000 gegründete Cluster-Initiative Automotive Region Stuttgart (CARS) und automotive-bw als landesweiten Zusammenschluss regionaler Bündnisse. Alle verfolgen das Ziel, die Automobilindustrie am Standort durch die Verknüpfung von Wirtschaft und Forschung zu stärken, um den Weg für neue Fahrzeugtechnik- und Engineering-Konzepte zu ebnen. Das geschieht unter anderem durch Fachtagungen und Seminare zu den neuesten Trends und Technologien sowie die gezielte Vermittlung von Kooperationsmöglichkeiten zwischen den einzelnen Mitgliedern.
Schwarz auf Weiß
Dieser Beitrag erschien zuerst in unserer Magazinreihe „IT-Unternehmen aus der Region stellen sich vor“. Einen Überblick mit freien Download-Links zu sämtlichen bereits verfügbaren Einzelheften bekommen Sie online im Pressezentrum des MittelstandsWiki.
Auch im Hinblick auf Forschung und Entwicklung stellen die Unternehmen in der Region bereits heute die Weichen in Richtung Zukunft. Daimler, Porsche, Bosch und viele weitere Zulieferer unterhalten hier ihre Entwicklungszentren und arbeiten an Konzepten, die die ganze Branche voranbringen sollen. Entwicklungsdienstleister wie die Bertrandt AG, die MBTech Group GmbH oder die Vector Informatik GmbH arbeiten den Fahrzeugherstellern in vielen Trendbereichen zu. Dazu zählen etwa autonomes Fahren, Elektromobilität, Connected Cars und 3D-Virtualisierung sowie die Entwicklung von Extended-Reality-Anwendungen für die Industrie.
BW in der VR-Offensive
Das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg startete 2018 eine VR-Offensive, um Ausbildungen und Start-up-Gründungen im Bereich Virtual Reality zu fördern und den Wirtschaftsstandort zum führenden Mixed-Reality-Zentrum in Europa auszubauen. Deshalb rief die Landesregierung das Projekt Virtual Reality@BW ins Leben und stattete es für die Jahre 2018 und 2019 mit Fördergeldern in Höhe von 1,6 Millionen Euro aus. Davon soll nicht nur die regionale Medien- und Filmindustrie profitieren, sondern auch die Automobilbranche: Hier kommen Virtual- und Augmented-Reality-Anwendungen längst im Bereich von Produktentwicklung und Design zum Einsatz. Eine blühende Start-up-Szene könnte dabei helfen, weitere wichtige Impulse zu setzen. Die Initiative unterstützt Studierende und Absolventen, welche die Gründung eines eigenen Unternehmens im Extended-Reality-Bereich ins Auge fassen, um wichtiges Know-how in der Region zu halten.
Auch sonst eignen sich die Standortbedingungen ideal, um AR- und VR-Technologie in Entwicklung und Herstellung zu verankern: Mit dem landesweit agierenden Virtual Dimension Center (VDC) in Fellbach befindet sich das deutschlandweit führende Kompetenznetzwerk für virtuelles Engineering direkt vor der Haustür. Die Einrichtung bringt Unternehmen aus dem Hard- und Softwarebereich, Hochschulen, Technologiedienstleister und Anwender zusammen. Forscher des Instituts für Technische Verbrennung (ITV) an der Universität Stuttgart, des Forschungsinstituts für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt bieten sich im Bereich anwendungsorientierter Forschung ebenfalls als Kooperationspartner an. Sie konzentrieren sich auf unterschiedliche Trendthemen, zu denen beispielsweise alternative Fahrzeugantriebe, die Entwicklung neuer Leichtbaukonzepte und der Einsatz von IT-Technologie auf dem Weg zum autonomen Fahrzeug zählen.
Mit Zukunftstechnologie zurück in die erste Porsche-Werkstatt und das Jahr 1948. Im Jubiläumsjahr 2018 konnten Museumsbesucher ein 356 Coupé per Datenbrille und VR lackieren und bearbeiten. (Bild: Porsche AG)
Cyberdesign statt plastischen Modellen
In der Automobilindustrie, die bei der Einführung moderner Industrie-4.0-Technologien und der Digitalisierung der Produktion besonders agil agiert, ist der Einsatz fotorealistischer AR- und VR-Technologie längst keine Zukunftsmusik mehr: Fahrzeugdesigner gestalten das Interieur und Exterieur heute im Cyberspace. Porsche hat den Weg in Richtung Augmented Reality bereits in Angriff genommen und arbeitet mit dem Pforzheimer Medien- und IT-Dienstleister Meyle+Müller sowie dessen Partner medialesson zusammen, um Designprozesse auf dem Weg zum fertigen Fahrzeug effizienter zu gestalten. Wo früher Papier und Bleistift zum Einsatz kamen, um einzelne Designelemente und Gestaltungsschritte zu verbildlichen und anschließend in einem zeitaufwendigen und kostenintensiven Prozess in immer neue Clay-Modelle zu übertragen, gehen die Entwicklungsschritte heute deutlich schneller von der Hand. Zwar können die Stuttgarter nicht vollständig auf den Einsatz physischer Modelle verzichten, viele Detailfragen klären sie allerdings im Cyberspace.
Eine Einführung macht mit Chancen und Risiken vertraut; dazu gibt es gleich die ersten Beispiele: Otto in Hamburg, Lufthansa Technik und Viessmann in Berlin. Danach geht der Blick Richtung Nordrhein-Westfalen zu Henkel und Grohe, aber auch zu Hidden Champions wie der Harting-Gruppe. In Bayern sind Jungheinrich, die Wenzel Group, Lamilux und natürlich KUKA gute Beispiele, in Baden-Württemberg Firmen wie Festo und Trumpf. Der Blick über den Tellerrand nach Österreich zeigt, dass dort Namen wie Erema, Radel & Hahn und LiSEC, aber auch Red Bull digital erfolgreich unterwegs sind. Auf die Chancen der Digitalisierung geht dann Matthias Meyer genauer ein, der Beispiele aus den Bereichen Big Data, Augmented und Virtual Reality sowie Open Innovation nennt. Eher in Richtung Disruption geht das Digitalisierungsinterview, das wir mit Andreas Franken geführt haben; mit ihm haben wir außerdem über die Folgen für den Arbeitsmarkt gesprochen. Weitere Gastbeiträge behandeln das Thema aus der Perspektive von Marketing und Vertrieb, Kundendienst, Logistik, Baubranche und Gastronomie sowie Kommunikationstechnologie. Nicht zuletzt steht auch die Digitalisierung der Energiewende an.
Sebastian Reher, Leiter VR Präsentationen im Design der Porsche AG, sieht den aktuell größten Nutzen im Zusammenspiel der realen und virtuellen Dimension des Designs:
- „Nach wie vor werden bei Porsche durch Handarbeit und mit viel Liebe zum Detail neue Fahrzeugdesigns – sowohl im Exterieur als auch im Interieur – an physischen Modellen dargestellt, verfeinert und bis zur Serienreife gebracht. Dieser iterative Prozess, der sich über mehrere Monate erstreckt, beinhaltet aber ebenso eine digitale Repräsentation der Modelle. Teils parallel, teils abwechselnd wird das Design am physischen Modell oder in der digitalen Welt weiterentwickelt. Durch moderne Fräs- und Scantechniken werden digitale Daten auf die physischen Modelle übertragen oder von diesen ins Digitale zurückgeführt.“
Die Fahrzeugentwickler schaffen virtuelle 3D-CAD-Visualisierungen ihrer Konzepte und projizieren diese in Form von holografischen Inhalten auf ein grobes Clay-Modell, das nicht mehr als eine grobe Grundform eines Fahrzeugs repräsentiert. Mit einem Augmented-Reality-Headset gehen sie anschließend gemeinsam im Team um das Modell herum, nehmen das Fahrzeug als Ganzes aus allen Blickwinkeln in Augenschein, diskutieren verschiedene Ansätze oder tauschen einzelne Elemente in Echtzeit aus, um die optimale Lösung zu finden. Aufgrund der Flexibilität der hochauflösenden und fotorealistischen AR-Technologie spielt es keine Rolle, ob es sich dabei um Felgen, die Motorhaube oder das Interieur des Fahrzeugs handelt. Auch schnelle Detailanpassungen wie etwa die Auswahl bestimmter Texturen oder Farben stellen kein Problem dar. Selbst Animationen beweglicher Fahrzeugteile, der Blick auf die technischen Komponenten hinter der Karosseriefassade und das Einblenden frei festlegbarer Kontextinformationen sind möglich. Ein weiterer Vorteil dieser Herangehensweise: Die Überprüfung in der virtuellen Umgebung zeigt, welche einzelnen Komponenten-Designs ästhetisch und funktional gut zusammenpassen. Fehler wie etwa ein zu klein geratener Außenspiegel oder schlecht erreichbare Bedienelemente im Innenraum fallen im Kontext des gesamten Fahrzeugs sofort auf.
Dabei kommt es laut Philipp Bauknecht, Gründer und CEO der medialesson GmbH, bei der Entwicklung einer maßgeschneiderten Anwendung vor allem auf das Feintuning an:
- „Für uns lag die größte Herausforderung des Projekts in der Kombination aus realen, physischen Objekten mit digitalen, holografischen Inhalten. So wurden beispielsweise die Scheinwerfer eines Autos digital an einem Clay-Modell angebracht. Es ist eine enorme Präzision nötig, damit die Hologramme stabil positioniert werden können.“
Die Basis für die Teamarbeit, bei der sich mehrere Mitarbeiter mittels AR-Headset im gleichen Raum bewegen, bildet eine ausgeklügelte Sensorik: Diese ortet den Nutzer im Raum, um Bilder im korrekten Blickwinkel auf den Displays anzuzeigen, erkennt Augenbewegungen und kann Handgesten des Nutzers in Steuerbefehle umsetzen. Die in der Industrie am weitesten verbreitete Lösung ist derzeit Microsofts HoloLens. Auch die standortübergreifende Zusammenarbeit gelingt ohne Reiseaufwand: Die Daten aller 3D-Modelle stehen den Beteiligten weltweit zur Verfügung.
Digitale Prototypen der Mercedes-GL-Klasse: Mithilfe von Mixed Reality können die Daimler-Ingenieure Einzelkomponenten oder komplette Motoren „digital einbauen“ und evaluieren. (Bild: Daimler AG)
Im Rahmen ihres Industrie-4.0-Produktionskonzepts Factory 56 zeigt die Daimler AG unterdessen einen weiteren Weg auf, um VR-Technologie für die digitalisierte Automobilproduktion nutzbar zu machen. Das Unternehmen bildet geplante Produktionsprozesse bereits vor ihrer tatsächlichen Umsetzung einschließlich der zugehörigen Arbeitsplätze im virtuellen Raum ab, um frühzeitig Optimierungen vorzunehmen. Darüber hinaus bietet der Hersteller seinen Kunden die Möglichkeit, in ausgewählten Autohäusern per VR-Brille im Wunschfahrzeug Platz zu nehmen und sich aus allen verfügbaren Möglichkeiten die individuelle Wunschausstattung zusammenzustellen. Durch die Verknüpfung von VR und realem Fahrzeug spricht die Lösung auch den Geruchs- und Tastsinn an. Schließlich arbeitet Daimler auch an der Vision, den Fahrzeuginnenraum selbst zu virtualisieren und die physische, den Fahrer umgebende Realität mit virtuellen Komponenten verschmelzen zu lassen. Dazu zählen etwa der Wechsel zwischen einer Tag- und Nachtansicht der durchfahrenen Region, das Ausblenden von Werbetafeln und Lärmschutzwänden oder die Einblendung zusätzlicher Informationen zu Gebäuden oder Sehenswürdigkeiten. Demgegenüber gehört die virtuelle Simulation zur Optimierung von Fahrzeugkomponenten schon lange zum Repertoire der Hersteller: Software prüft automatisch verschiedene Designs auf ihre Umsetzbarkeit, testet die Aerodynamik einer Karosserie im virtuellen Windkanal und untersucht das Fahr- und Crashverhalten sowie die Effizienz neuer Motorkonzepte. Finale Tests unter Realbedingungen ersetzen derartige Lösungen allerdings noch nicht gänzlich.
Im Schwerpunktbeitrag zeichnet Axel Opermann nach, wie der VR/AR-Hype zum Geschäftsmodell geworden ist. Die weiteren Folgen sichten einerseits konkrete Extended-Reality-Anwendungen in der Industrie, speziell im Automobilbau, andererseits schicke VR-Lösungen zum Anfassen und Eintauchen für Consumer. Außerdem stellen wir das Berufsbild Virtual-Reality-Entwickler vor, zeigen praktische Use Cases bei der RZ-Wartung auf und bitten Dr. Thomas Alt zum Interview über Augmented Reality im Kundensupport. Lohnend ist nicht zuletzt ein Seitenblick ins Erlanger Hybrid Studio und nach Österreich – dort sitzen einige der interessantesten XR-Start-ups weltweit.
Die Entwicklung steht erst am Anfang
Bereits heute leistet VR-Technologie einen wichtigen Beitrag, um die Designprozesse bei den Global Playern der Automobilbranche aus Stuttgart schneller und kosteneffizienter zu gestalten. Neue Konzepte stehen bereits in den Startlöchern und lassen auf eine weitere Verschlankung der Prozesse hoffen. Was bereits in Kürze möglich sein könnte, zeigt die Volkswagen-Luxusmarke Bugatti: Der Hersteller plant, den Designprozess vollständig in den Cyberspace zu verlagern, und setzt zu diesem Zweck auf Virtual statt Augmented Reality. Das Team um Chefdesigner Achim Anscheidt möchte zukünftig 90 % der Entwicklung im virtuellen Raum durchführen, bevor Bugatti ein erstes Modell produziert und die finalen Anpassungen erneut in VR vornimmt. Das soll nicht nur die Designkosten von 400.000 auf nur noch 80.000 Euro reduzieren, sondern auch viel Zeit sparen: „Es dauert nicht mehr eineinhalb Jahre. Es dauert ein halbes Jahr mit Virtual Reality, mit der VR-Brille“, gab Anscheidt kürzlich gegenüber Forbes zu Protokoll. „Ich kann um das komplette Auto herumlaufen und sogar hineingehen, was ein total seltsames Gefühl ist.“
Kai Tubbesing arbeitet als freier Fachjournalist, Texter für Unternehmen und Agenturen sowie Übersetzer im Herzen des Ruhrgebiets. Sein Kompetenzportfolio umfasst neben klassischen IT-Themen wie Netzwerktechnologien, Security und PC-Hardware auch den Mobilgeräte- und Audiobereich. Bis 2017 war er als leitender Redakteur und stellvertretender Chefredakteur in der deutschen Redaktion von Tom’s Hardware tätig.
