BPK Rahmenprogramm: Besichtigung des BMW Group Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ)

Das weltweite Forschungs- und Entwicklungsnetzwerk der BMW Group

Die treibende Kraft: Leidenschaft für Innovation

Das Bild des genialen Erfinders, der einsam in seiner Werkstatt forscht, gehört in der Automobilindustrie schon lange der Vergangenheit an. Durch effiziente Prozesse und eine enge Verzahnung der Fachbereiche trägt jeder Einzelne direkt zur Entstehung der Produkte und damit zum Erfolg der BMW Group und ihrer Marken BMW, MINI, Rolls-Royce sowie BMW Motorrad bei. Um Trends frühzeitig erkennen zu können und maßgeschneidert entsprechende Lösungen anzubieten, ist es für die BMW Group entscheidend, in direkter Kommunikation mit den wichtigsten Märkten zu stehen. Das weltweite Forschungsnetzwerk der BMW Group mit fünfzehn Standorten in fünf Ländern ist immer am Puls der Zeit. Dabei stehen alle Innovationsstandorte in ständigem Kontakt mit dem Forschungs- und Innovationszentrum der BMW Group in München (FIZ) und sie fungieren sowohl als Dienstleister als auch als konstanter Impulsgeber.

Das Forschungs- und Innovationszentrum der BMW Group (FIZ)

Als eines der modernsten Entwicklungszentren der Automobilindustrie weltweit dient das FIZ als zentrale Schnittstelle für alle technischen sowie gestalterischen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Fertigung, Logistik- und Produktionsprozesse, Motoren und alternative Antriebe, innovative Werkstoffe und Mobilitätskonzepte – das ist nur ein Bruchteil der Bereiche, die vom FIZ für die drei Marken BMW, MINI Rolls-Royce und BMW Motorrad sowie deren Submarken BMW M und BMW i abgedeckt werden.

1986 begann der Bau vom FIZ, ursprünglich war es für 4.000 Mitarbeiter ausgelegt. Das Entwicklungszentrum fördert mit seinem wabenartigen Grundriss die Kommunikation der Mitarbeiter anhand kurzer Wege. Die Idee, dass Innovation nur durch kurze Kommunikationswege möglich ist, spiegelt sich konsequent in der Architektur des FIZ wider. Das 2004 angeschlossene Projekthaus orientiert sich in seiner Architektur am Produktentstehungsprozess der BMW Group und versammelt alle an einem Fahrzeugprojekt Beteiligten aus den Bereichen Entwicklung, Fertigung und Einkauf auf einer gemeinsamen Projektfläche.

Langfristige Optimierung und Erweiterung des FIZ: FIZ Future

Trotz zahlreicher Erweiterungen, wie beispielsweise dem Aerodynamischen Zentrum, erreicht der Münchner Standort ständig seine Kapazitätsgrenze. Das FIZ Areal, das ursprünglich für 4.000 Mitarbeiter ausgelegt war, beherbergt heute mehr als 26.000 Mitarbeiter!

Durch das stetige Unternehmenswachstum von BMW, durch die technologischen Veränderungen (z.B. E-Mobilität, neue Materialien, zunehmende Vernetzung) und durch neue Arbeitszeit- und Arbeitsplatzmodelle ergeben sich mittel- und langfristig erforderliche Flächen-und Restrukturierungsbedarfe. Deshalb plant die BMW Group momentan eine umfangreiche Erweiterung des FIZ Areals in München: das Projekt „FIZ Future“ soll zukünftige Bedarfe definieren und mit der Erarbeitung eines Masterplanes einen abgestimmten Rahmen für deren geregelte Entwicklung schaffen.

Das weltweite Forschungs- und Entwicklungsnetzwerk der BMW Group

Das FIZ ist bei weitem das größte Entwicklungszentrum der BMW Group. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor des Unternehmens ist das weltweite Forschungs- und Entwicklungsnetzwerk der BMW Group.

In den USA ist die BMW Group mit vier Standorten für Forschung und Entwicklung vertreten. Das “California Innovation Triangle” beinhaltet das BMW Group Technology Office in Mountain View, das Engineering and Emission Test Center in Oxnard und BMW Designworks USA in Newbury Park. An der Westküste in Woodcliff Lake befindet sich das BMW Group Development Office USA. Die BMW Group hat weitere Entwicklungsstandorte in Shenyang, Peking und Shanghai (China), sowie in Tokyo (Japan).

Im Entwicklungszentrum für Dieselmotoren (EWZ) in Steyr (Österreich) wurden bisher alle BMW Dieselmotoren entwickelt. Bereits in der ersten Entwicklungsphase beginnt die Kooperation zwischen Produktionsspezialisten und Lieferanten. So auch im Landshuter Leichtbauzentrum: Leichtbauspezialisten forschen hier an der Verwendung innovativer Materialien und optimieren dementsprechend die Produktionsprozesse. Dank der verkehrsgünstigen Lage zwischen der Münchner Fahrzeugentwicklung und den bayrischen Produktionsstandorten der BMW Group, kann das erlangte Wissen schnell in das Design und die Produktion neuer Fahrzeuge und Fahrzeugteile integriert werden.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

EMV – Elektromagnetische Verträglichkeit

Die beiden EMV-Absorberhallen im Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) der BMW Group in München ermöglichen die Untersuchung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) aller Systeme im Gesamtfahrzeug. Erprobungen finden dort sowohl unter reproduzierbaren Laborbedingungen als auch in simulierten, dynamischen Fahrzuständen statt. Dabei können die Wechselwirkung aller elektronischen Systeme und Assistenzfunktionen auch in realitätsnahen Fahrzuständen simuliert und praxisgerecht erprobt werden.

Die größere der beiden Hallen ist 29 Meter lang, 17 Meter breit und 11 Meter hoch. Zur Ausrüstung zählen unter anderem ein Rollenprüfstand und computergesteuerte, bewegliche Attrappen. So kann die Aktivierung von Fahrstabilitätssystemen bei exakt definierten Geschwindigkeiten ebenso simuliert werden wie das Eingreifen anderer Fahrerassistenzsysteme. An den Decken der Prüfkammern ist jeweils ein bewegliches Antennensystem installiert, das die nötigen elektromagnetischen Felder generiert. Nach außen hin ist das Gebäude abgeschirmt, damit Mess-Ergebnisse nicht von äußeren Einflüssen verfälscht werden. 

Die beiden EMV-Absorberhallen im FIZ ermöglichen eine umfassende Absicherung des Gesamtfahrzeugs – von der absolut zuverlässigen Funktion der Fahrwerksregel- und Assistenzsysteme bis hin zum störungsfreien Empfang von Telefon-, Radio-, TV- und Navigationssignalen. Pro Jahr werden dort rund 450 Fahrzeuge getestet. Die Produktqualität und die Zuverlässigkeit des Gesamtfahrzeugs hält so unter dem Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit stetig mit den steigenden Anforderungen Schritt.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Das Aerodynamische Versuchszentrum (AVZ)

Eine der wichtigsten Erweiterungen des Forschungs- und Innovationszentrums (FIZ) war das Aerodynamische Versuchszentrum (AVZ) der BMW Group, das mit modernsten Windkanälen ausgestatten ist. Der Bau des AVZ begann 2006, eröffnet wurde es in 2009. Die BMW Group investierte über 170 Millionen Euro in den Bau und die Ausstattung des Versuchszentrums. Hier werden Fahrzeugmodelle in Originalgröße, Prototypen und Serienfahrzeuge anhand einer präzisen Abbildung der realen Strömungsverhältnisse auf der Straße untersucht. Der von einem Gebläse erzeugte Windstrom mit einem Durchmesser von 8 Metern trifft das an seiner Messposition im Plenum verankerte Fahrzeug. Die Räder des Fahrzeugs stehen auf kleinen Laufbändern, mit deren Hilfe die Drehbewegung der Fahrzeugräder simuliert wird. Damit lässt sich der sogenannte Flow-Split – also die Anteile der Strömung, die über und unter dem Fahrzeug sowie seitlich daran entlang fließen – wesentlich genauer erfassen als in einem konventionellen Windkanal. Der BMW Group Windkanal ermöglich den Entwicklern, genau zu erkennen, wie sich Detailoptimierungen auf den Luftwiderstand, die aerodynamische Balance oder die Zu- und Abfuhr von Kühlluft auswirken. Die maximale Anströmgeschwindigkeit im neuen Windkanal beträgt 300 km/h. Dies führt beispielsweise bei der Untersuchung von Motorsportfahr­zeugen auch im Hochgeschwindigkeitsbereich zu realitätsnahen Messungen.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

BMW setzt auf HTC Vive VR-Brillen und Mixed Reality bei der Entwicklung neuer Fahrzeugmodelle.

Bilder aus dem Computer statt aufwendig gebauter Entwürfe: mehr Flexibilität, schnellere Ergebnisse und geringere Kosten.

Als erster Automobilhersteller hat BMW in 2016 ein konsequent aus Komponenten der Computerspiele-Industrie entwickeltes Mixed Reality System in der Fahrzeugentwicklung ein. Dieses bietet deutliche Verbesserungen gegenüber bisher bekannten VR-Systemen. So wird der Grundstein dafür gelegt, dass Virtual Reality in nicht allzu ferner Zukunft an vielen Entwicklerarbeitsplätzen Realität sein wird.

Durch den Einsatz des Computersystems kann vor allem in frühen Entwicklungsstadien Zeit und Aufwand gespart werden. Bislang konnten VR Untersuchungen nur an teuren Spezialanlagen durchgeführt werden. Durch den Einsatz von Consumer Electronic gewinnen die Entwickler ein ungeahntes Maß an Flexibilität, weil Änderungen sehr schnell umgesetzt und getestet werden können. Zusätzlich werden sich Entwickler aus aller Welt von ihrem Standort aus an der Entscheidungsfindung beteiligen, ohne dafür weit reisen zu müssen. Erst wenn Entwürfe dank der 3D-Brille überprüft sind, werden sie zur weiteren Erprobung tatsächlich gebaut.

Seit den 1990er Jahren setzt die BMW Group VR-Systeme im Entwicklungsprozess ein. Nun festigt BMW diese Vorreiterrolle durch den konsequenten Einsatz von Technologie aus einer Branche, die bisher nicht im Fokus der industriellen Anwendung lag. Komponenten aus der Computerspiele Industrie ermöglichen es Ingenieuren und Designern seit diesem Frühjahr, immer häufiger und realistischer in virtuelle Welten abzutauchen. Die kürzeren Innovationszyklen der Consumer Electronic ermöglichen einen deutlich gesteigerten Funktionsumfang bei gleichzeitig geringeren Kosten. Dadurch können mehr Fahrzeugfunktionen immer wirklichkeitsgetreuer in einem VR Modell abgebildet werden. Zudem ist eine Skalierung auf viele Entwicklerarbeitsplätze mit geringem Aufwand möglich.

Die BMW Strategie mit dem Fokus auf innovative Technologien und Digitalisierung kann damit bestmöglich unterstützt werden. Mit Hilfe der visuellen Erlebnisse lassen sich schnell Fahrzeugfunktionen und neue Innenraumkonzepte darstellen. Damit ist es möglich, Fahrten durch eine Großstadt zu simulieren und dabei zu testen, wie die Rundumsicht auf die Umgebung ist, oder ob ein Display je nach Blickwinkel oder Sitzposition schwer zu erkennen oder zu erreichen ist. Der Entwicklungsingenieur hat dabei die Illusion, in einem realen Auto in einer realen Verkehrssituation zu sitzen.

Nach intensiven Evaluierungen im Jahr 2015 hat BMW sich für den Einsatz der derzeit leistungsfähigsten Lösungen entschieden. Durch frühzeitige Unterstützung durch den Mobile Computing-Hersteller HTC kommen bereits seit Herbst 2015 mehrere HTC Vive Entwicklerkits in Pilotprojekten zum Einsatz.

Kernstück dieser Brille sind zwei hochauflösende Displays und ein laserbasiertes Trackingsystem, das bei BMW einen Bereich von 5 x 5 Metern abdeckt. Die grafischen Inhalte werden von Software, die sonst die beste Grafik in Computerspielen realisiert, berechnet. BMW setzt dafür die Unreal Engine 4 von Epic Games ein. Diese ermöglicht eine stabile Ausgabe von 90 Bildern pro Sekunde bei gleichzeitig fotorealistischer Qualität. Um die Berechnungen durchzuführen, werden High End Game Rechner mit wassergekühlten und übertakteten Komponenten (u.a. Intel Core i7 und zwei Nvidia Titan X Grafikkarten) verwendet. Fortschritte bei Hard- und Software der Brille sind zu erwarten und werden regelmäßig evaluiert.

Optische Eindrücke alleine reichen nicht aus. Aus diesem Grund setzt BMW einen wiederverwendbaren Interieuraufbau ein, der durch die Verwendung von Rapid Prototyping zusätzlich die Wahrnehmung im Sinne einer Mixed Reality unterstützt. Darunter versteht man die intelligente Kombination von tatsächlich fühlbaren Oberflächen und Bedienelementen mit der virtuellen Realität. So entsteht ein ganzheitliches Erlebnis, das noch weiter gesteigert wird, indem beispielsweise der typische BMW Motorsound präzise, räumlich wiedergegeben wird. Im Zusammenspiel mit dem Virtual-Reality-Modell kann man das Fahrzeug dann in verschiedenen Umgebungen erleben. Der absolut realistische Fahrzeugeindruck, der dadurch entsteht, ist in der Automobilindustrie bisher einzigartig.

Das verwendete HTC Vive Lighthouse -Trackingsystem erzeugt im Raum ein für den Menschen nicht sichtbares Lichtfeld, das von Sensoren an der VR-Brille und den Controllern erfasst wird. Die verwendeten Laser erneuern das Trackingfeld im Abstand weniger Millisekunden, und ermöglichen so eine höchst präzise Ortung jeder Körper-Bewegung und selbst kleinste Veränderung der Blickrichtung. Nur durch dieses sehr genaue und stabile Tracking kann sich der Betrachter störungsfrei in der virtuellen Umgebung bewegen – Voraussetzung für einen möglichst naturgetreuen Raumeindruck und einen maximalen Immersionsgrad, aber auch für eine gute Verträglichkeit der VR-Brille.

Das optimale Zusammenspiel der einzelnen Devices und Komponenten wie VR-Modell, Rapid Prototyping, VR-Brille und Tracking wird durch das von BMW in Eigenleistung entwickelte Mixed Reality Gesamtsystem realisiert.