Standardisierte Daten für die Produktentstehung

Durch die strikte Einführung und Umsetzung von Standards in Engineering und Fertigung kann ein Industrieunternehmen die Effizienz nicht nur der Produktentwicklung, sondern auch der Produktion nachhaltig und deutlich steigern. Allerdings ist eine Änderung der Methodik im Engineering erforderlich, zu der auch eine durchgängige Standardisierung von Abläufen, Prozessen und Dokumenten gehört.

Bild: Eplan Software & Service

Ziel der Standardisierung muss es dabei sein, aus dem Engineering heraus die Datenqualität zu liefern, die erforderlich ist, um material- und ressourceneffizient zu fertigen. Wenn dies gelingt, kann nicht nur Doppelarbeit in Konstruktion und Verwaltung vermieden werden, sondern die standardisierten Daten bilden auch eine wichtige Grundlage für die (teil)automatisierte Produktion und sogar für kaufmännische Prozesse wie Einkauf und Materialwirtschaft.

Beispiel Schaltanlagenbau

Schon für Maschinen und Anlagen mittlerer Größe können die Schaltpläne mehrere tausend Seiten umfassen. Entsprechend aufwändig ist die Elektroplanung und entsprechend groß das Potenzial zur Effizienzsteigerung. In der traditionellen Vorgehensweise beginnt die Schaltanlagenplanung mit einer Entwurfsphase, an der mindestens drei Gewerke und somit drei Personengruppen beteiligt sind. Zumeist startet das Projekt mit der mechanischen Konstruktion. Im zweiten Schritt übernimmt der Elektro-/Steuerungstechniker die Hardwareentwicklung des Steuerungskonzeptes und beschreibt die Elektrotechnik in Form des Schaltplans funktional. Auf Basis dieser Vorgaben aus der Elektrokonstruktion wiederum plant im dritten Schritt der Schaltanlagen-/Steuerungsbauer den elektromechanischen Montageaufbau des Schaltschranks. Dabei wählt er in der Regel die Komponenten des Schaltschrankgehäuses aus und legt die Position der elektrotechnischen Komponenten im Schaltschrank nach definierten Kriterien, Normen, Kundenstandards et cetera fest.

Zeitersparnis durch Automatismen

Wenn der Planer schon zu Beginn seiner Tätigkeit, das heißt in der Entwurfsphase, auf moderne CAD/ CAE-Tools zurückgreift, kann er standardisierte Vorlageprojekte nutzen und/oder Module beziehungsweise Makros für Funktionsbausteine verwenden. Bei der Erstellung von Dokumenten lassen sich Automatismen nutzen, die von der Konstruktions- und Planungs-Software bereitgestellt werden. Die Zeitersparnis, die daraus resultiert, lässt sich in etwa quantifizieren. Im Elektro-Engineering gibt es drei mögliche Methoden:

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KI in Fertigungsbranche vorn

Die neunte Ausgabe von Rockwell Automations „State of Smart Manufacturing“ Report liefert Einblicke in Trends und Herausforderungen für Hersteller. Dazu wurden über 1.500 Fertigungsunternehmen befragt, knapp 100 der befragten Unternehmen kommen aus Deutschland. ‣ weiterlesen

• klassische, projektorientierte Arbeitsweise
• standardisierte Arbeitsweise
• automatisierte Arbeitsweise mit 80 bis 90 Prozent Generierungsanteil bei Plänen und Auswertungen

Der Automatisierungs- und Standardisierungsgrad baut generisch aufeinander auf, und von Stufe zu Stufe lassen sich Einsparungen von 30 bis 40 Prozent erzielen. Ähnliches gilt für die Planung des Schaltschranks inklusive der Fertigungsintegration, das heißt die direkte Anbindung von Maschinen (Blechbearbeitung, Kabelkonfektionierung) an die Elektro-CAD-Software. Die Werte beziehen sich auf einen typischen Großschrank mit rund 500 Verbindungen.

Methodik anzupassen

Bei der Planung eines Schaltschrankes lässt sich erheblich Zeit einsparen. Bild: Bauer Steuerungstechnik

Das Rationalisierungspotenzial besteht hier einerseits in der Automatisierung von Wiederholungstätigkeiten, zum Beispiel beim Erstellen von Verbindungs- und anderen Listen aus dem System heraus. Darüber hinaus lassen sich über eine Schnittstelle zum ERP-System automatisch Daten synchronisieren und Dokumente generieren, die auf der kaufmännischen Ebene des Schaltschrankbaus (Einkauf/ Bestellung von Komponenten, Kapazitätsplanung et cetera) benötigt werden. Diese und andere Vorteile lassen sich aber nicht durch die bloße Anschaffung und Nutzung moderner CAD/CAE-Systeme zum Beispiel für die Elektroplanung nutzen. Wie bereits erwähnt ist eine durchgängige Standardisierung von Abläufen, Prozessen und Dokumenten erforderlich, wie nachfolgend beschrieben. Am Beginn eines Projektes im Schaltanlagenbau sollten externe Kundendaten und Projektvorgaben in Form von standardisierten Daten in die Prozesskette integriert werden.

Das vereinfacht nicht nur die Verarbeitung der Dokumente, sondern ermöglicht auch die Wiederverwendung von Projektergebnissen in ähnlichen Folgeprojekten. Wenn Projekte und Prozesse klar definiert sind, ist die Erstellung eines neuen Projektes per ‘Click of the button’ möglich. Eine solche Vorgehensweise in der Konstruktion minimiert den Aufwand in der Projektierung erheblich. Darüber hinaus lassen sich auch aus den standardisierten Dokumenten per Tastendruck andere Dokumentenarten wie etwa Fertigungszeichnungen und Stücklisten generieren. Somit entfällt der manuelle Aufwand für das Erstellen dieser Dokumente. Das spart nicht nur Zeit, es schließt auch Fehlerrisiken beim Übertragen aus, deren Behebung wiederum sehr viel Zeit kosten, besonders wenn sie zu einem späteren Zeitpunkt auffallen. Das durchgängige Datenmanagement mit dem Ziel der Standardisierung verringert also nicht nur den Projektierungsaufwand, sondern steigert auch die Qualität.

Potenziale für die Fertigung

Dasselbe gilt für die Nutzung der Daten in der (Schaltanlagen-)Fertigung. Liegen hier standardisierte Daten als Grundlagen vor, lassen sie sich direkt und ohne weiteres Eingreifen wie Konvertieren, Programmieren et cetera für verschiedene Produktionsprozesse nutzen – zum Beispiel als:

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Innovationstreiber Thin[gk]athon: Kollaborative Intelligenz trifft auf Industrie-Expertise

Der Thin[gk]athon, veranstaltet vom Smart Systems Hub, vereint kollaborative Intelligenz und Industrie-Expertise, um in einem dreitägigen Hackathon innovative Lösungsansätze für komplexe Fragestellungen zu generieren. ‣ weiterlesen

• Bohrinformationen und Fräsdaten für NC-Bearbeitungsmaschinen
• prozessoptimierte Daten für den Materialzuschnitt (Tragschienen et cetera)
• Maschinendaten für die Drahtkonfektionierung (intern oder extern) bis hin zur Kennzeichnung einzelner Adern
• Etikettierung/Beschriftung von Bauteilen und Leitungen
• Schritt für Schritt Anweisungen für die manuelle Verdrahtung

Die Folge: Der Automationsgrad in der Fertigung kann erheblich gesteigert werden. Das spart – genau wie bei der Erstellung der für die Fertigung nötigen Dokumente – Zeit und erhöht zugleich die Qualität des Gesamtprozesses.

Systemoffenheit und Schnittstellen

Die Autorin Birgit Hagelschuer ist Pressesprecherin der Eplan Software & Service GmbH & Co. KG.

Um diese Vorteile nutzen zu können, muss der Maschinenbauer eine weitere Voraussetzung erfüllen. Er sollte CAD/ CAE-Software einsetzen, die eine durchgängige Verarbeitung und Nutzung der Konstruktionsdaten ermöglicht beziehungsweise fördert. Wichtig ist hier insbesondere die Integration der CAX-Werkzeuge in die IT-Infrastruktur zum Beispiel durch migrationsfähige Schnittstellen zu ERP-, PDM- und PLM-Lösungen. Daten der Schaltschrankplanung sollten entsprechend aufbereitet und strukturiert für die Fertigung bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die Daten unmittelbar an automatisierte Anlagen für die mechanische Bearbeitung von Schrankbauteilen und für die Verdrahtung weitergegeben beziehungsweise an die beauftragten Dienstleister gesendet werden. Auch hier kann man wieder – auf der Basis umfassender Praxiserfahrung – die Einsparpotenziale in etwa beziffern. Einige Beispiele, wiederum für einen Großschrank mit 500 Verbindungen:

• Die Einführung von Verdrahtungslisten verkürzt den Zeitaufwand für die Verdrahtung um bis zu 30 Prozent
• Wenn Klemmleisten manuell vorkonfektioniert oder automatisiert konfektioniert oder direkt vorkonfektioniert werden, ergeben sich für diesen Arbeitsschritt Zeitvorteile bis zu 50 Prozent. Wenn sie vorkonfektioniert und beschriftet beim Klemmenhersteller bestellt werden, sind es bis zu 95 Prozent.
• Durch die direkte Übergabe der NC-Daten für die mechanische Bearbeitung an den Bohrautomaten beziehungsweise das Bearbeitungszentrum spart der Anwender bis zu 50 Prozent Zeit bei der Planung des Montageaufbaus als Basis für die NC-Programmierung. Zugleich entfällt eine häufige Fehlerquelle – die manuelle Maschinenprogrammierung zum Beispiel auf Basis von Zeichnungen.
• Eine projektübergreifende Fertigungsoptimierung beim Zuschnitt längenvariabler Komponenten wie Kabelkanäle oder Tragschienen verkürzt den Zeitaufwand beim Zuschnitt um bis zu 50 Prozent.

Erhebliche Vorteile

Es bringt also erhebliche Vorteile, wenn standardisierte Projekte, Prozesse, Listen und Zeichnungen als Grundlage verwendet werden. Denn die Daten aus der Planung wirken sich zu einem hohen Prozentsatz in den Material- und Fertigungskosten aus. Und auch im Engineering sorgt eine durchdachte Standardisierung für messbare Effizienzgewinne – unter der Voraussetzung, dass auch die Konstruktionsmethodik entsprechend angepasst wird.