Ingolstadt

3D CAD: Die digitale Designphase des Audi A1 Sportback

Binärcode trifft Fingerspitzengefühl: Was passiert, wenn die Power von 4.300 Laptops und menschliche Handarbeit verschmelzen? Das hat Autorin Charlotte Seybold im Audi Designcenter herausgefunden und das Geheimnis um das Debüt des Audi A1 Sportbacks gelüftet.

23.09.2019 Lesezeit: 5 min

Gespannt schiebe ich die Tür zum sogenannten C3-Studio im Audi Design auf. Grelles Licht quillt mir aus den Neonleuchten entgegen, Elektropop wabert sanft aus den Lautsprechern. Im Raum wimmelt es von Designern, 3D-CAD-Formgestaltern und Clay-Modelleuren. CAD steht für Computer-Aided Design – das bedeutet, dass die Designphase durch automatisierte, digitale Prozesse unterstützt wird. Und da – in der Mitte des großen Modellstudios, steht er: der Audi A1 Sportback. Aus hellbraunem Clay, einer speziellen Industrieplastilin-Mischung. Eigens für mich angefertigt.

Doch warum braucht es für die digitale Designphase ein physisches Modell? Muss man digitales Design noch greifbar machen? Mit diesen Fragen eile ich durch die Halle zu Markus Gleitz, dem Leiter des Design Exterieur CAD / Technik. Er und seine Kollegen lassen mich die digitale Designphase des Audi A1 Sportback Exterieurs hautnah erleben.

Audi A1 Sportback: Digitalisierung trifft Handwerkskunst – der 3D-CAD-Prozess

Visualisierung A1 anhand 3D-CAD-Daten

3D-CAD-Daten in Lebensgröße: Visualisierungssoftware macht digitales Design greifbar.

Markus Gleitz steht am anderen Ende des Studios vor einer großen Leinwand, der sogenannten LED-Powerwall. Für mich ordnet er die digitale Designphase in den Ablauf des gesamten Designprozesses ein: „Der Designprozess eines Serienmodells bei Audi dauert circa viereinhalb Jahre und besteht aus einzelnen Phasen. Im Vorfeld der digitalen Designphase arbeiten wir mit Experten der Technischen Vorentwicklung und dem Vertrieb zusammen.”

Und wie starten die Audi-Experten mit ihrer Arbeit am Produktdesign? „In der initialen Designphase definieren wir erste technische Rahmenbedingungen, wie die Höhenlage der Motorhaube oder den Radstand”, erklärt er weiter.

3D CAD: Computergestütztes Design der Zukunft.

3D CAD: Computergestütztes Design der Zukunft.

Innerhalb dieser Vorgaben können die Designer ihrer Kreativität in der Entwurfsphase freien Lauf lassen. Gezeichnet wird traditionell auf Papier oder digital auf dem Grafiktablett. Auf die Entwurfsphase folgt die digitale Designphase oder kurz der C3-Prozess – um den geht es heute. Die drei „C“ stehen für: CAD, Concept und Claymilling.

Im C3-Prozess setzen CAD-Formgestalter die Skizzen der Designer in ein 3D-CAD-Datenmodell um. Die Daten werden an der Powerwall fotorealistisch in Echtzeit dargestellt. Zeitnah werden die Daten auch von Fräsmaschinen in ein physisches Claymodell gefräst. Die perfekte Kombination, um Digitalisierung greifbar zu machen.

Aber erstmal der Reihe nach. Markus Gleitz führt mich zum Arbeitsplatz des CAD-Formgestalters Harald Riedlmüller. Sein Schreibtisch befindet sich außerhalb des C3-Studios, lediglich durch eine große Glasfront vom Studio abgetrennt. Von hier aus überblickt er die gesamte C3-Halle: LED Powerwall und Claymodelle hat er so jederzeit im Blick. Auch seine 3D-CAD-Daten kann er vom Arbeitsplatz aus direkt auf die große Powerwall im Inneren des Studios übertragen – Luftlinie: 20 Meter.

Auf der Powerwall bewerten die Designer und CAD-Gestalter die Daten im Maßstab 1:1 und überprüfen sie auf ihre Stimmigkeit. Durch die hohe Leistung des sogenannten Rechenclusters, also eines großes Rechner-Netzwerkes, können die Designer die Auswirkungen ihrer Änderungen am digitalen Modell sofort nachvollziehen.

CAD-Formgestalter Harald Riedlmüller hat alles im Blick
3D-CAD-Formgestalter Harald Riedlmüller überblickt von seinem Schreibtisch aus die gesamte C3-Halle: LED Powerwall und Claymodelle hat er so jederzeit im Blick.

Das 3D-Auto wird fotorealistisch in Echtzeit dargestellt. Harald Riedlmüller zeigt mir, wie ich einzelne Koordinaten am Rechner verschieben kann. Ich verpasse dem Audi A1 Sportback eine noch breitere Heckklappe und staune nicht schlecht, als mein Entwurf auf der Leinwand im Studio aufpoppt. „Änderungen in puncto Proportionen, Überhänge und Schattenwurf können wir mit der 3D-Software super schnell visualisieren“, sagt Harald Riedlmüller. „Im Gegensatz zu früher werden so mögliche Unstimmigkeiten nicht erst beim physischen Claymodell entdeckt.“

3D-CAD-Design: Verblüffend echt – fotorealistisch in Sekundenschnelle

3D CAD: Markus Gleitz vor der LED Powerwall

Automobildesign der Zukunft: Markus Gleitz bewertet die CAD-Daten an der Powerwall und überprüft sie auf ihre Stimmigkeit.

Das Rechencluster ermöglicht es außerdem, die 3D-CAD-Daten in Echtzeit sogar fotorealistisch zu simulieren. Zurück in der Halle erfahre ich, was das bedeutet: Mit einem Mausklick werden die CAD-Daten in Sekundenschnelle zu einer fotorealistischen Darstellung des Audi A1 Sportback. Ich muss zugeben: Bei der Heckklappe habe ich ein wenig übertrieben.

Einen Klick später befindet sich der Kompaktwagen von Audi virtuell im Design Studio Peking. Harald Riedlmüller schwenkt über das Modell und betrachtet den A1 von oben. Sogar die Spiegelungen im Lack sind fotorealistisch animiert. Die Visualisierungssoftware arbeitet nach dem sogenannten Ray-Tracing-Prinzip: Mithilfe dieses vektorbasierten Strahlverfahrens werden optische Effekte wie Licht, Schatten oder Spiegelung physikalisch korrekt berechnet und in Abhängigkeit zur Tageszeit dargestellt. Für perfektes Automobildesign.

“Durch die Hightech-Visualisierung können wir Design­bewertungen bereits in einem sehr frühen Designstadium digital treffen.”

Markus Gleitz, Leiter Design Exterieur CAD / Technik

Die Rechenleistung des Clusters entspricht der Performance von rund 4.300 Notebooks. Auch dynamische Fahraufnahmen und Fahrsimulationen der Modelle können berechnet und auf der Powerwall dargestellt werden: Ohne dass der A1 Sportback jemals auf den Straßen Barcelonas unterwegs war, sehe ich, wie er um 19 Uhr abends bei Sonnenuntergang über die Straßen Spaniens gleitet. Aber anfassen kann ich ihn dadurch immer noch nicht.

Ist das etwa der Grund, weshalb der Audi A1 deshalb noch aus Clay gefräst wird? „Nein, nicht nur wegen der Haptik“, erklärt Harald Riedlmüller. „Auf der Powerwall bekommen wir einen sehr guten Eindruck vom Fahrzeug. Aber nichts ersetzt das Gefühl, in der Realität vor einem Modell zu stehen. Dann ist der Blickwinkel für das menschliche Auge realistisch und lebensecht“, erklärt er. Die digitalen Möglichkeiten erleichtern die Herstellung eines lebensgroßen Modells. Durch den permanenten Abgleich zwischen Powerwall und Claymodell setzen die Fräsmaschinen Änderungen in den 3D-CAD-Daten am Claymodell automatisiert um.

Vorausgesetzt, es ist genügend Material vorhanden. Bevor die Maschine meine ausladende Heckklappe fräsen kann, muss frischer Clay aufgetragen werden. Das passiert noch immer von Menschenhand.

Digital Design: So kommt der Clay auf das Modell
Digitalisierung trifft Handarbeit: Markus Gleitz und Daniel Rogalski tragen Clay auf das 1:1 Modell auf.

Hallo Zukunft! Virtual Reality im Design

3D CAD Virtual Reality dank VR-Brille

Aufbruch in die Zukunft: Mit Hilfe von VR-Brillen können die Designer die Modelle in einer virtuellen Simulation realistisch und lebensecht in 3D begutachten.

Ein weiteres Hilfsmittel steht den Audi-Designer schon heute zur Verfügung: VR-Brillen. „Mit der VR-Brille können wir das Modell in einer virtuellen Simulation in 3D begutachten. Die lebensechte Darstellung von Design-Modellen wird damit noch realistischer“, erklärt Harald Riedlmüller. „In den nächsten Jahren werden VR-Anwendungen zum Standard-Tool im Design-Prozess“, ergänzt Markus Gleitz. Doch VR-Brillen werden noch mehr können.

Als die Fräsmaschine ihre Arbeit beginnt, ist Zeit, noch einen Blick in die Zukunft zu wagen: Im sogenannten Holodeck ein Stockwerk höher forschen Audi-Designer an weiteren virtuellen Darstellungsmöglichkeiten. Mittels einer VR-Brille begutachten sie dort ihr 3D-CAD-Modell in einer virtuellen, real erscheinenden Welt. Mehrere Nutzer können sich gleichzeitig einloggen und erkennen sich als Avatare. In absehbarer Zeit werden VR-Brillen auch Design-Meetings über Kontinente hinweg ermöglichen. Dann treffen sich beispielsweise Audi-Designer aus Ingolstadt, Peking und Los Angeles als Avatare in einem virtuellen Studio. Dann erwachen digitale Daten zum Leben: Datenhandschuhe ermöglichen mittels haptischem Feedback das digitale Anfassen von virtuellen Modellen. Ganz nach dem Motto: Digitalisierung zum Anfassen!

3D-Design: Audi A1 Sportback

Die Fräsmaschine ist mittlerweile fertig. In rund 15 Minuten hat sie meine Änderung am Claymodell umgesetzt. Verlegen streiche ich über die breite Heckklappe. Zum Glück kann man meine Änderungen mit ein paar Klicks wieder rückgängig machen. Das Design der Zukunft liegt doch besser in den Händen der Designer und 3D-CAD-Formgestalter.

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