Projekt GAIA-X 4 PLC AAD: Production, After-Sales und PLC - Across automated driving; Teilvorhaben: Methoden zur szenarienbasierten Entwicklung und Zulassung im digitalen Ökosystem

Abstract

Hauptziel dieses vorwettbewerblichen FuE-Projektes im Rahmen der GAIA-X 4 Future Mobility Projektfamilie war die Entwicklung eines offenen, dezentralen Datenökosystems, das die Produktentwicklung, die Fertigung sowie den After Sales auf Basis eines Digitalen Zwillings ermöglichen sollte. Der Aufbau des Datenökosystems erfolgte auf Grundlage von zwei innovativen Anwendungsfällen aus der Praxis der hochautonomen Fahrfunktionen sowie der Sensorentwicklung und -fertigung. Aufgabe der Teilprojekte 1 - 3 war der Aufbau von GAIA-X konformen Informations-, Prozess-, Daten- und Governance-Modellen sowie zum Betrieb benötigten IT-Services. Diese schafften die Rahmenbedingungen für die Umsetzung der in den Teilprojekten 4 und T5 beschriebenen Szenarien. Ziel war es, die für Aufbau, Entwicklung und Nutzung eines Digitalen Zwillings notwendige Infrastruktur und die zugehörigen Basisdienste zu schaffen, um den Digitalen Zwilling als Grundlage für Mehrwertdienste verfügbar zu machen. Dafür wurden in TP 1 eine Gesamtlösungsarchitektur für ein ODDE (Open Distributed Data Ecosystem), unter Berücksichtigung und Integration der GAIA-X Gesamtarchitektur und relevanter Teilarchitekturen, sowie die Abstimmung mit anderen GAIA-X Projekten erarbeitet. In TP2 wurde das benötigte Infrastruktursystem für Digitale Zwillinge für autonome Fahrfunktionen sowie für die Sensorik entwickelt und getestet. In TP3 wurden passend dazu Informationsmodelle und Datenarchitekturen entwickelt sowie Prozesse und Rollen definiert und adaptiert. Die entwickelten Lösungen aus TP1 bis TP3 wurden in den beiden Anwendungsfällen TP4 und TP5 instanziiert, fachgerecht entwickelt und getestet (bottom-up bzw. deduktiv). Gleichermaßen flossen die Lösungen aus TP4 und TP5 in die Lösungsentwicklung von TP1 bis TP3 ein (top-down bzw. induktiv). Der Schwerpunkt in TP4 „Stream ALKS“ lag auf Entwicklung, virtueller Absicherung und Zulassungsaspekten der beschriebenen hochautomatisierten Fahrfunktion „Adaptive Lane Keeping System“ (ALKS) auf Basis eines Digitalen Zwillings. Dabei wurde nicht nur ein Digitaler Zwilling für die Fahrfunktion, sondern auch ein Virtuelles Testfeld / -umgebung aufgebaut (System-of-Systems). Dazu entstanden Szenarien für eine auf Standards basierende kollaborative Entwicklungsumgebung, die es den Partnern ermöglichte, die spätere Produktentwicklung und Absicherung auf Basis von Digitalen Zwillingen durchzuführen. Für die Weiterentwicklung der Fahrfunktion (Feed-back-to-Design) sowie die Wartung im Feld (Predictive Maintenance) wurden mit Hilfe des Digitalen Zwillings Schattendaten aus dem Feld entlang des Product Life Cycle (PLC) gesammelt, ausgewertet und, wenn notwendig, Updates eingespielt (z.B. OTA). Der Schwerpunkt in TP5 „Stream Sensor“ lag auf der virtuellen Absicherung der Supply Chain sowie der Fertigung. In einem der Szenarien sollte ein Digitaler Zwilling einer Supply Chain aufgebaut werden, mit der Engpass-Situationen (Bull-Whip Effekt) simuliert und Lösungsmöglichkeiten abgeleitet werden konnten. Somit konnte der von Menschen verursachte Bull-Whip Effekt für das kritische Bauteil Sensor in der Produktion mitigiert werden. In der Konsequenz konnte eine Sensor Knappheit besser verhindert werden durch eine verbesserte Koordinierung entlang der Lieferketten innerhalb des Sensor Product Life Cycle (PLC). Für die Kalibrierung der Sensoren in der Fertigung war es essenziell, dass Daten aus dem Feld vorliegen. Dazu wurden Digitale Schatten für die Sensoren im Feld aufgebaut, die Nutzungsdaten für die Kalibrierung der neuen Sensoren in der Fertigung lieferten. Analog zu TP4 wurden Szenarien für die Entwicklung und Absicherung des Sensors die Umgebungsdaten (System-of-Systems) sowie für die Wartung und Nachjustierung im Feld (Predictive Maintenance) entlang des Product Life Cycle (PLC) berücksichtigt. Modelle und Daten erlaubten die Nachbildung verschiedener Stufen in der Sensorentwicklung durch einen Digitalen Zwilling. Folgende Ziele wurden im Rahmen des beschriebenen GAIA-X 4 PLC AAD Vorhabens erreicht: • Die Anwendungsfälle wurden bis zum Reifegrad eines Demonstrators vorangetrieben • Auf-/Ausbau eines Daten-/Dienste-Ökosystems, um GAIA-X zu nutzen und mit neuen Modulen (Teilprojekte 1-3) zu erweitern • Bereitstellung von Schnittstellen basierend auf den Anforderungen der Anwendungsfälle • Methodische und systemische Anbindung und Integration von Partnernetzwerken in das Daten-/Dienste-Ökosystem • Entwicklung und Betrieb eines Digitalen Zwillings für autonome Fahrfunktionen und deren Sensorik, sowie die dafür notwendige Methodik • Entwicklung eines Informations-, Prozess-, Daten- und Governance-Modells, sowie zum Betrieb benötigte IT-Services, für den operativen Einsatz von digitalen Zwillingen • Etablierung eines bidirektionalen Datenaustausches mit den Digitalen Zwillingen Die Anwendungsfälle erzeugten einen erheblichen Mehrwert für die Entwicklung und Produktion, sowie zukünftiger Mobilitätsdienste. Unmittelbare Anwendung ist für das automatisierte und vernetzte Fahren in Europa zu erwarten. Umgesetzt wurden die Konzepte zunächst für den Straßenverkehr, aufgrund seiner vielen Freiheitsgrade und der daraus entstandenen Komplexität. Eine Übertragung bzw. unmittelbare Anwendung der Konzepte für den Schienenverkehr oder die Binnenschifffahrt ist darüber hinaus ebenso denkbar.