Warum robuste Elektronik für Offroad-Hersteller immer wichtiger wird

Techniker analysieren Schaltkreise im Produktverifizierungslabor von John Deere.

Neue Maschinen verfügen zunehmend über hochentwickelte Displays, die bisher der Automobilindustrie vorbehalten waren, sowie über Telematik, intelligente Steuerungen, elektrifizierte Antriebssysteme und autonome Funktionen.

Während sich viele Gespräche auf neue Funktionen konzentrieren, ist für OEMs eine grundlegendere Frage, ob die elektronischen Systeme, die diesen Funktionen zugrunde liegen, so konstruiert sind, dass sie auch unter diesen Bedingungen bestehen können.

Das ist deshalb wichtig, weil Elektronik bei anspruchsvollen Anwendungen zunehmend eine zentrale Rolle für die Betriebszeit, den Maschinenwert und die Markenglaubwürdigkeit spielt.

Jason Weishaar, Leiter OEM-Vertrieb und Geschäftsentwicklung bei John Deere, sagt: „Die größte Veränderung, die ich in den letzten 10 Jahren beobachtet habe, ist die Zunahme des Einsatzes von Elektronik zur Realisierung fortschrittlicher Funktionen an Industriemaschinen.“

Insbesondere verweist er auf die Autonomie und sagt: „Das ist eigentlich nur mit hochentwickelter Computerelektronik möglich.“

Jason Weishaar

Gleichzeitig haben sich jedoch auch die Erwartungen an die Bedienerumgebung verändert. Dan Dougherty, Leiter der Elektronikfertigung und des OEM-Vertriebs bei John Deere, erklärt, dass sich die Branche zunehmend an Automobildesign orientiert habe, von größeren Schnittstellen bis hin zu digitalen Funktionen in der Kabine.

„Man sieht größere Displays und Infotainmentsysteme, die eher Pkw-ähnlichen Systemen ähneln“, sagt er, da die OEMs auf die Kundenerwartungen reagieren, die weit über die traditionellen Off-Highway-Märkte hinausgehen.

Während die Kombination aus fortschrittlicher Funktionalität und steigenden Benutzererwartungen den Anteil der an Bord verbauten Elektronik erhöht, steigen gleichzeitig auch die Konsequenzen, wenn diese Systeme nicht die erwartete Leistung erbringen.

Raue Umgebungen, höhere Einsätze

Für OEMs besteht die technische Herausforderung nicht einfach darin, mehr Elektronik hinzuzufügen. Es geht vielmehr darum sicherzustellen, dass diese Elektronik auch unter extremen Umgebungsbedingungen bestehen kann.

Dougherty nennt als Hauptgefahren „Staub, Schmutz, eindringende Flüssigkeiten, extreme Temperaturschwankungen und Vibrationen“.

Weishaar fügt noch einen weiteren Punkt hinzu: „Schock. Die plötzlichen Stoßbelastungen, die beispielsweise auftreten, wenn ein Lader in einen Steinhaufen fährt.“

In solchen Momenten sind elektronische Bauteile nicht nur einer gleichmäßigen Betriebsbelastung ausgesetzt, sondern auch unvorhersehbaren Spannungsspitzen und -ausschlägen.

Diese Ausflüge sind wichtig. Pkw verkehren typischerweise in einem relativ engen und gut erforschten Bereich von Bedingungen. Geländefahrzeuge hingegen nicht.

John Deere Elektronikfertigungsstätte in Fargo, North Dakota

Maschinen im Abbruch-, Recycling- oder Steinbruchbereich können wiederholten Stößen, Verunreinigungen, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen in Kombinationen ausgesetzt sein, die schwer nachzubilden sind, es sei denn, sie werden gezielt darauf ausgelegt und getestet.

Für Weishaar ist das der Kern der Robustheit. Robuste Elektronik ist zwar für den Betrieb unter diesen Bedingungen konzipiert, muss sich aber vor allem dort auch bewähren. Das ist der entscheidende Punkt.

„Es geht nicht nur darum, die richtigen Komponenten auszuwählen, sondern darum, das Design als Ganzes abzusichern und zu testen, ob die Parameter eingehalten werden.“

Dougherty macht deutlich, dass Robustheit nicht allein eine Frage der Technik ist.

Er sagt: „Es geht nicht nur darum, elektronische Systeme so zu konstruieren, dass sie diesen Bedingungen standhalten, sondern auch darum, sie so herstellen zu können, dass sie diesen Bedingungen standhalten.“

In der Praxis bedeutet das, dass Prozesskontrolle, Montagekompetenz und die Konsistenz zwischen Prototyp und Serienfertigung allesamt eine Rolle dabei spielen, ob ein Modul im praktischen Einsatz bestehen kann.

Zuverlässigkeit ist mehr als nur eine Frage des Gehäuses.

Eine der auffälligsten Erkenntnisse aus der Diskussion ist, dass die Elektronik selbst nicht immer das schwächste Glied darstellt, für das sie gehalten wird.

„Die Elektronik dieser Maschinen ist in vielerlei Hinsicht langlebiger als die mechanischen Teile“, sagt Weishaar. Probleme entstünden häufig in den „Verbindungssystemen – insbesondere Kabelbäumen und Steckverbindern“.

Dougherty beschreibt ein in der Branche häufig anzutreffendes Muster, das er als „Swapnostik“ bezeichnet: den Austausch eines Controllers, eines Displays oder eines anderen Moduls, weil dies die Ursache zu sein scheint, obwohl das eigentliche Problem woanders im System liegt.

Dan Dougherty

„Swapnostics geht der eigentlichen Ursache eines Systemproblems nicht auf den Grund“, sagt er. „Und oft könnte es sich um etwas so Simples wie ein Problem mit dem Kabelbaum oder ein anderes systembezogenes Problem handeln.“

Für OEMs hat dies weitreichende Folgen, die über die Serviceeffizienz hinausgehen. Fehldiagnosen führen zu unnötigen Komponentenaustauschen, verursachen Probleme bei der Garantieanalyse und können dazu führen, dass zugrundeliegende Integrationsprobleme ungelöst bleiben.

In einem Markt, in dem die Betriebszeit direkt mit dem Kundenumsatz zusammenhängt, ist das ein kostspieliger blinder Fleck.

Die Frage der wahren Kosten

Laut Dougherty wird die kommerzielle Argumentation rund um den Einsatz robuster Elektronik oft zu eng gefasst.

Er merkt an, dass OEMs möglicherweise mehr in hochwertige Komponenten und validierte Designs investieren müssen, um eine maximale Langlebigkeit ihrer Geräte zu erreichen. Die wichtigere wirtschaftliche Frage ist jedoch, ob diese höheren Kosten die Gesamtbetriebskosten über die gesamte Lebensdauer senken.

Ein kostengünstigeres Modul, das in der Praxis schlecht funktioniert, kann schnell teuer werden, wenn Serviceeinsätze, Ausfallzeiten, Reputationsschäden und wiederholte Ausfälle berücksichtigt werden.

In diesem Sinne sind robuste Elektronikgeräte nicht einfach nur eine Beschaffungsentscheidung; sie sind Teil der Gesamtbetriebskostenrechnung.

Dougherty sagt: „In diesem Bereich gibt es derzeit viele Innovationen, insbesondere im Bereich der Autonomie – und diese Merkmale werden genutzt, um Maschinen auf dem Markt hervorzuheben.“

Das erhöht den Druck erneut. Wenn digitale Fähigkeiten als Wettbewerbsvorteil genutzt werden, ist die Zuverlässigkeit der zugehörigen Elektronik unerlässlich.

Eine Funktion, die in einer Demo funktioniert, aber im praktischen Einsatz nicht zuverlässig, wird dadurch nicht nur zu einem technischen Problem, sondern auch zu einem Markenproblem.

Partnerschaft für die gesamte Technologie

Roboter werden zur Herstellung der Bildverarbeitungseinheiten von John Deere eingesetzt.

Das ist einer der Gründe, warum immer mehr OEMs überdenken, wie viel Elektronikkompetenz sie intern aufbauen wollen.

Für die größten Hersteller mag tiefgreifendes internes Elektronik-Know-how weiterhin eine Kernkompetenz darstellen. Doch für viele kleine und mittelständische OEMs sieht die wirtschaftliche Lage anders aus. Laut Dougherty müssen sie sich oft fragen: „Worauf wollen wir uns als Kernkompetenz konzentrieren?“

Die Herausforderung besteht darin, dass die moderne Elektronikentwicklung Hardware, Software, Validierung, Fertigung, Beschaffung und Lebenszyklusplanung umfasst.

Er glaubt, dass viele OEMs sagen werden: „Das ist einfach zu viel für uns, um darin zu investieren, deshalb werden wir einen guten Partner dafür suchen.“

Bei dieser Entscheidung geht es nicht mehr nur um Produktdesign. Es geht auch um Systemintegration und Lieferkontinuität.

Weishaar ist der Ansicht, dass eine frühzeitige Einbindung den Lieferanten helfen kann, besser zu verstehen, was die Kunden wirklich brauchen, und sicherzustellen, dass das Endergebnis sowohl „kostenoptimiert“ als auch robust ist.

Dougherty ergänzt, dass bei anspruchsvolleren Anwendungen – insbesondere bei der Elektrifizierung und Autonomie – eine frühzeitige Zusammenarbeit erhebliche Vorteile bringen kann, wobei der Erfolg davon abhängt, sicherzustellen, dass die Systeme „in einem frühen Stadium der Fahrzeugentwicklung harmonisch zusammenarbeiten“.

Dann gibt es noch das Problem der Lieferkette. „Es geht nicht nur darum, etwas zu haben, das funktioniert“, sagt Weishaar, „sondern darum, etwas zu haben, das langfristig funktioniert.“

Dieser Punkt hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, da OEMs mit Komponentenengpässen und dem Druck zur Neugestaltung ihrer Produkte konfrontiert waren. Dougherty argumentiert, dass „die Fähigkeit, Komponenten im Laufe der Zeit zu beschaffen, auszuwählen und zu verwalten, für diese Branche genauso wichtig ist wie die Robustheit der Elektronik selbst.“

Für Branchen, in denen die Ausrüstung jahrzehntelang im Einsatz bleibt, ist diese Denkweise der Langlebigkeit von Bedeutung.

Dougherty sagt, dass OEMs „bei der Komponentenauswahl sehr bewusst vorgehen und sich gut auf Obsoleszenz und die Realitäten der langfristigen Unterstützung vorbereiten müssen“.

Eine strategische Designentscheidung

John Deere Produktionsstätte für Leistungselektronik

Die übergeordnete Lehre ist, dass robuste Elektronik nicht als ein Problem der Spezifikation in einem späten Stadium behandelt werden sollte.

Da Offroad-Maschinen immer stärker vernetzt, automatisiert und softwaregesteuert werden, rückt die elektronische Zuverlässigkeit immer mehr in den Mittelpunkt der Maschinenstrategie – sie beeinflusst die Betriebszeit und die Lebenszykluskosten sowie die Sicherheit, mit der OEMs fortschrittliche Funktionen auf den Markt bringen können.

Wichtig ist, dass vertrauenswürdige Elektroniksysteme zunehmend Einfluss auf die Differenzierung von Maschinen und Marken haben werden.

„Diejenigen OEMs, die in der Elektronikbranche künftig erfolgreich sein werden“, sagt Dougherty, „sind diejenigen, denen die Umsetzung des gesamten Technologie-Stacks gelingt.“

Für Offroad-Hersteller könnte dies die wichtigste Erkenntnis sein. Im Wettlauf um intelligentere Maschinen liegt der wahre Wettbewerbsvorteil möglicherweise nicht in der Integration zusätzlicher Elektronik, sondern darin, sicherzustellen, dass diese Elektronik robust genug ist, um langfristig Vertrauen zu gewinnen.

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Dieser Artikel wurde von KHL Content Studio in Zusammenarbeit mit Experten von John Deere Electronics erstellt.

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Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von John Deere Electronics.

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