- IT&Production - https://www.it-production.com -

Wachsenden Anforderungen an das Engineering begegnen

Flexible Produktion

Wachsenden Anforderungen an das Engineering begegnen

Die Idee 'Industrie 4.0' setzt Maßstäbe und wird sowohl die Produkt- als auch die Fertigungssicht umkrempeln. Zusammen mit Elektro- und Automatisierungstechnik wird damit das Engineering an Bedeutung gewinnen. Individualisierte Produkte und komplexe Anlagen lassen sich mit den passenden Tools auf der Entwicklung hin zur 'Industrie 4.0' schon heute unterstützen.

Bild: Aucotec AG

Statt starrer Fertigungsstraßen für ein Produkt in einer Ausführung sollen nach der vierten Industrierevolution Einzelaufträge für individuelle Produkte mit der Effizienz und Kostenentwicklung der Serienproduktion abgearbeitet werden. So würde zum Beispiel nicht mehr eine Fertigungsstraße ausschließlich für den Bau eines bestimmten Limousinentyps aufgebaut, eine andere für Cabrios und wieder eine für Kombis. Stattdessen soll der Fertigungsprozess so flexibilisiert werden, dass eine Straße alle drei Varianten baut, in wechselnder Reihenfolge, aber im gleichen Tempo wie zuvor. Oder eine Abfüllanlage wird in der Lage sein, verschiedene Rezepturen in entsprechende Behältnisse zu füllen und empfängerbezogen zu konfigurieren. Mit solch einer sich Produkt- und Auftrags-Anforderungen anpassenden Fertigungsstraße entfallen aufwändige Hallen-Umbauten oder Hardware-Umrüstungen bei jeder Produktänderung. Auf Dauer kann das die Kosten deutlich senken, auch wenn die Investitionen in flexible Roboter und intelligentere Automatisierungstechnik zunächst ansteigen. Die Frage nach der Rolle des Engineering von Elektro- und Automatisierungstechnik lässt sich dabei aus zwei Perspektiven angehen: Zum einen wird die zunehmende Individualisierung deutlichen Einfluss auf das Engineering des Produkts haben, zum anderen auch auf die Fertigungsanlagen.

Die Produktsicht: Individualität gewinnt

Aus der Produktsicht geht es dabei um die individualisierte Planung des Produktes, sofern es elektrotechnische Anteile aufweist. Dazu bietet die Automobilindustrie bereits Beispiele: Die großen deutschen Hersteller setzen auf kundenspezifische Kabelstränge (KSK). Das Schlagwort lautet ‚Modularität‘. Dies ist das große Plus der deutschen Premium-Hersteller, denn in diesem Segment erwarten Kunden, frei zu sein in der Zusammenstellung ihres Wunschfahrzeugs. Nicht die maximale Luxus-Ausstattung ist das Optimum, sondern die individuelle Konfiguration von Assistenzsystem, Infotainment, Licht und Ähnlichem. Diese Modularität mit beliebigen Varianten ist nicht vergleichbar mit Ausstattungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel U.S.-Hersteller sie anbieten. Dort kommt der Käufer etwa 150 Varianten. Bei den Autobauern, die den KSK zum Prinzip gemacht haben, ergeben sich hingegen einige 100.000 Kombinationen. Das führt zwangsläufig dazu, dass vom Engineering höchste Flexibilität und der bestmögliche Überblick verlangt wird. Dabei muss der Leitungsstrang mit allen Varianten als 150-Prozent-Entwurf abbildbar sein, um alle kombinatorischen Möglichkeiten im Planungstool vorausdenken zu können und dann auf einhundert Prozent herunterzubrechen. Die datenbankbasierte Software-Plattform Engineering Base (EB) von Aucotec kann solche modularen Beziehungen darstellen, indem sie die Grafik mit einer flexiblen Datenbank verbindet. Dadurch lässt sich die komplette Logik aller Verbindungen nachvollziehbar und aktuell abbilden. Bei großen deutschen Autobauern ist dieses System bereits seit Jahren im Einsatz. Die Erfahrungen aus dieser Industrie könnten auch als Grundlage für den Umgang mit den Flexibilitäts-Anforderungen anderer Branchen im Hinblick auf Industrie 4.0 dienen.

Die Fertigungssicht: Flexible Anlagen gefordert

Der zweite Bereich, der eklatanten Veränderungen entgegensieht, ist der Maschinen- und Anlagenbau. Fertigungsstraßen mit immer mehr Robotik und hochflexiblen Fertigungszellen werden entstehen, um variierende Produktmodule im Takt der Serienfertigung herzustellen. Zum Erkennen der Produktgeometrie und dem schnellen Reagieren darauf ist ein Vielfaches an Sensoren und Aktoren zu planen und dokumentieren. Doch nicht nur deren Anzahl wird zunehmen, sondern auch ihre Intelligenz: SPSen für Sensoren mit Zweidrahttechnik haben dann ausgedient, Kamera- und Scannertechnik muss via Ethernet eingebunden werden. Das Mehr an Informationen ergibt komplexere Datenströme und erfordert größere Rechenkapazität. Egal, ob Rechner vor Ort oder eine zentrale Einheit zum Einsatz kommen, auch für die aufwändigere Steuerung und deren Technik ist ein adäquates Planungssystem notwendig. Ein Rohling, der an einer Fertigungszelle ankommt, enthält alle Informationen für seine weitere Verarbeitung. Die Station muss diese Informationen erkennen und blitzschnell umsetzen. So müssen Stellmotoren von Greifern auf die Geometrie reagieren oder Rezepturen, Druck und Abfüllmenge in Verpackungsanlagen angepasst werden. In dem Maß, wie sich die Automatisierungstechnik vervielfacht, steigt auch der Engineering-Aufwand – vermutlich aber wegen Kostendrucks ohne zusätzliche Ressourcen. Daher muss das Engineering mit Flexibilität, Durchgängigkeit und Qualität ausgleichen. Hier kann sich eine Engineering-Methodik aus der Prozesstechnik und der Planung für Elektro-, Mess- und Regeltechnik (EMR) etablieren, in der das Handhaben von Massendaten Alltag ist.

Von der Prozessindustrie zum Anlagenbau

Die Software-Plattform ist auch in Großanlagen der Prozessindustrie im Einsatz. Vom Einsatz entsprechender Lösungen kann auch der Maschinen- und Anlagenbau profitieren – zum Beispiel mit dem in der Prozesstechnik verbreiteten, alphanumerisch-orientierten Arbeiten. Beim Design-Prozess geht der Trend ohnehin in diese Richtung. Dies ist aber nur mit einer zentralen Datenbank umsetzbar, denn nur so lassen sich grafische Arbeitsschritte einsparen oder automatisieren. Das System erlaubt das Planen von Objekten, auch wenn sie grafisch noch gar nicht dargestellt sind. Es aktualisiert alle weiteren Darstellungen, wenn ein Objekt in einer Liste, einem Arbeitsblatt oder grafisch bearbeitet wurde. Die datenbankgestützte Verwaltung der Mess- und Stell-Stellen sowie automatisierte Zuordnungen der Ein- und Ausgänge (E/A) von SPSen und Leitsystemen sind weitere in der Prozesstechnik erworbene Fähigkeiten, welche die zukünftige Datenflut der Industrie 4.0. eindämmen können. Sie funktionieren unabhängig von der Hardware, denn hier muss die Vielfalt der Anbieter in jeden Planungsprozess, auch für länderübergreifende Projekte mit unterschiedlichen Zulieferern, integrierbar sein. Mit einem dritten Aspekt der schließt sich der Kreis der erweiterten Anforderungen an das Engineering von Produkten und Fertigungsanlagen: Aus der Fertigungssicht wird bei Betrachtung der Maschinen einer Anlage schnell wieder die Produktsicht: Wenn in Zukunft ein Kunde eine Maschine ordert, die zehn verschiedene Produkte seriell bearbeiten kann, werden solche Maschinen etwa so komplex sein wie ein Auto. So wird im Sondermaschinenbau das Thema Modularität noch einmal einen gewaltigen Schub erleben. Das Arbeiten mit hochkomplexen Baukastensystemen wird noch notwendiger. Engineering-Methoden ohne zentrale Datenbank werden dieser Datenflut und Kombinatorik nicht gewachsen sein, aber durchaus ein Tool, das 100.000e Bordnetzvariationen im KFZ-Bau handeln (oder: handhaben) kann.

Erfolgsfaktor zentrales Änderungsmanagement

Allein die Anforderungen an das Änderungsmanagement werden durch die wachsende Vielfalt noch deutlich potenziert. Es muss zwei unterschiedliche, aber parallel existierende Arbeitsweisen unterstützen, um den zukünftigen Aufgaben gerecht zu werden. Zum einen das kooperative Arbeiten einer Gruppe an einem Versionsstand eines bestimmten Themas – schon das ist effizient nur mit zentraler Datenhaltung machbar – zum anderen das asynchrone Arbeiten unterschiedlicher Disziplinen an einem Produkt. Das zeigt etwa die Zusammenarbeit von Elektrik und Hydraulik, oder wenn eine Gruppe bereits an der nächsten Version eines Produktes arbeitet: Ändern sich Anschlüsse oder Kabellängen, muss jeder betroffene Bereich davon wissen. Das ist sofort der Fall, wenn alle auf einer Datenbasis arbeiten. Nur eine zentrale Datenbank erkennt Änderungen an jeder Stelle und zeigt sie an, so dass jede Gruppe ihren Anteil anpassen kann.

 

Vorteile durch Modularisierung und Standardisierung




Bild: Oystar Hassia

Kurth ist Engineering Director E-Technik am Oystar Hassia-Standort Ranstadt. Das Werk arbeitet seit seit einiger Zeit mit der Engineering-Software EB. Die Plattform führt Elektrik und Verfahrenstechnik zusammen. Die Oystar- Gruppe gehört in Verpackungsfragen weltweit zu den führenden Unternehmen. Da in den Hassia- Anlagen verschiedene Linien zusammenlaufen, gab es höchste Anforderungen an Durchgängigkeit und Einheitlichkeit im Engineering. „Diese Know-how-Kombination ist einzigartig“, sagt Kurth, „und die Fakultäten arbeiten heute praktisch automatisch miteinander auf einer Datenbasis, das beschleunigt erheblich. Dank EBs Datenbank-Konzept haben wir außerdem die Fehlerquote bei der Zeichnungs- und Stücklistenerstellung der unterschiedlichsten Funktionen wie Elektrik, Pneumatik, Verfahrens- und Prozesstechnik deutlich minimiert.” Hassias Modularisierungs- und Standardisierungskonzept wird durch die nun mögliche virtuelle Baukastenstruktur leichter umsetzbar. Die Software sichert nach Angaben von Kurth Wissen durch nur einmal zu erarbeitende Bausteine. Gleichzeitig werde unter anderem mit Variantenhandling und Multiuser-Einsatz Zeit geschaffen. Der Engineering Manager erklärt: „Wir denken, dass wir mit diesem System auch den Herausforderungen von Industrie 4.0 gut gewappnet entgegengehen können.”