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Karosseriebauanlagen aus dem Baukasten

Karosseriebauanlagen aus dem Baukasten

Drei neue Produktionsanlagen baut der Volkswagen-Konzern im Schnitt jedes Jahr. Wie in der Fahrzeugproduktion spielt dabei Standardisierung eine immer wichtigere Rolle. Im Bereich der Anlagenelektrik setzt der Automobilbauer daher auf ein modulares Konzept, das auf einem Baukastensystem für Schaltungsunterlagen basiert.




Bild: Volkswagen

Pionierarbeit wird großgeschrieben in einem Automobilkonzern, der für sich in Anspruch nimmt, ‚das Auto‘ zu bauen: Von der Marke Volkswagen werden jedes Jahr im Schnitt drei neue Produktionsanlagen – mit jeweils hunderten von Robotern – für verschiedene Länder geplant und aufgebaut. Mit steigender Anzahl von Fahrzeugderivaten bei gleichzeitiger Reduzierung der Produktion je Fahrzeugderivat stellen sich neue Herausforderungen für die Planungen von Produktionsumfängen. Es rückt die Definition von Standards in den Vordergrund und damit die Frage, wie diese abgebildet werden können. Der Autobauer setzt daher in der Planung der Anlagenelektrik seit 2009 auf eine modulare und baukastenbasierte Konstruktion. Dazu kommt das Eplan Engineering Center (EEC) zum Ensatz.

Das Herzstück des Systems ist ein Baukastensystem mit Konfigurator für die Generierung von Schaltungsunterlagen mit regelbasierter Plausibilitätsprüfung. Nahezu alle mechatronischen Abhängigkeiten werden von der Lösung berücksichtigt. Die Daten haben ihren Ursprung in einem zentralen Modell als ‚Single Source of Truth‘. Von dieser Arbeitsweise wollen die Wolfsburger auch ihre Zulieferer überzeugen – mit wachsender positiver Resonanz. Die mit dem EEC realisierte Konfigurationslösung heißt ‚Volkswagen Elektro-Anlagen Konfigurator‘ (VEAK). Das Team um Steffen Strickrodt, Ingenieur in der Planung Anlagenelektrik, hat in enger Zusammenarbeit mit dem Softwareanbieter die Konfigurationsoberfläche entwickelt. „Wir haben mit dem VEAK eine für uns und unsere Zulieferer bedienerfreundliche und einfache Oberfläche im EEC geschaffen, die genau auf unsere Standards abgestimmt ist“, erläutert Strickrodt.

Paralleles Engineering statt sequenzieller Arbeitsschritte

Der Ingenieur vergleicht das zugrunde liegende Prinzip gerne mit den Fahrzeug-Konfiguratoren, die praktisch jeder Automobilhersteller im Netz anbietet: So wie der Käufer dort über Dialoge sein Wunschauto konfiguriert, soll auch der Baukasten den Projekteur benutzerfreundlich durch die Konfiguration einer Karosseriebauanlage führen. Im konventionellen sequenziellen Prozess beginnt die Mechanikplanung mit der Auslegung und der Layout-Auslegung, im Anschluss werden diese Daten an die Elektroplanung übergeben, welche dann wiederum für die Automatisierung der Anlage zuständig ist. Mit dem VEAK soll diese sequentielle Arbeitsweise mit den jeweiligen, interdisziplinären Verknüpfungsinformationen parallelisiert werden.

Doppelte Eingaben sollen so mit der Zeit verringert werden. Dazu werden mechanische Bestandteile einer Karosseriebauanlage mechatronisch betrachtet. Mechanische Komponenten wie Industrieroboter, Drehtische oder Schutztüren sind im System mit interdisziplinären Verknüpfungsinformationen – zum Beispiel der Darstellung im Stromlaufplan – abgebildet. Der Anwender konfiguriert das mechanische Abbild der Anlage unter Anreicherung von Informationen zur Abbildung eines Stromlaufplanes, etwa der Festlegung der Verdrahtungsreihenfolge. Das Ergebnis wird durch diese Vorgehensweise vorausschaubar, Fehler können reduziert und die Einhaltung von Standards gewährleistet werden.



Die mit dem EEC realisierte Konfigurationslösung heißt ‚Volkswagen Elektro-Anlagen Konfigurator‘ (VEAK) und unterstützt neben dem Engineering des Konzerns auch die Zusammenarbeit mit Projektdienstleistern

Zeitersparnis von bis zu 50 Prozent

Das verlangt natürlich einiges an Vorarbeit, die das Projektteam seit Ende 2009 in Zusammenarbeit mit der Planung geleistet hat: Die Vielzahl möglicher Komponenten wurde in A-, B- und C-Elemente hierarchisiert; A- und B-Komponenten müssen im Konfigurator verfügbar sein und decken rund 45 Prozent des Bedarfs ab. C-Komponenten gelten als ’nice to have‘, ob sie in den Baukasten kommen, hängt davon ab, wie häufig sie eingesetzt werden und wie schwierig sie abzubilden sind. Karosseriebauanlagen sind grundsätzlich dem Sondermaschinenbau zuzuordnen. Die richtige Größe der Module ist daher entscheidend, damit sich diese zu einem funktionalen Gesamtbild fügen lassen. Da der Projekteur die Konfiguration der Karosseriebauanlage vornimmt, muss dieser auch in letzter Instanz für das Resultat die Verantwortung tragen. Der Aufbau der Oberfläche des Konfigurators ermöglicht dem Anwender über ein integriertes Ampelsystem, die Konfiguration einzelner Module gezielt durchzuführen.

Die Vorarbeiten, die das Team mit dem Konfigurator bereitstellt, zahlen sich aus: Das Grundgerüst einer Arbeitsgruppe mit rund 300 Seiten Stromlaufplan lässt sich auf diese Weise „in zwei Stunden konfigurieren und hat einen Reifegrad von 70 bis 80 Prozent“, erläutert Strickrodt. Die verbleibenden 20 bis 30 Prozent müssten per Hand auskonstruiert werden. Dies geschieht, wie für Konstruktionsfirmen bei Volkswagen gewohnt, in Eplan Electric P8. Um in diesem Arbeitsschritt gezielt zum Ergebnis zu gelangen, werden Anleitungen bereitgestellt; wenn der Konstrukteur sich daran hält, hat er nach Angaben des Automotive-Ingenieurs einen nach Prüflauf korrekten Stromlaufplan. „Zulieferer bestätigen uns in einer aktuellen Umfrage: Der VEAK bringt rund 50 Prozent Zeitersparnis“, sagt Strickrodt. Bei Überprüfung und Nachkontrolle der Schaltungsunterlagen zahle sich die höhere Qualität der automatisch erzeugten Stromlaufpläne bereits aus.

Neues Prozessmodell bietet erhebliche Vorteile

Mit dem Konfigurationswerkzeug werden Leitplanken zur Einhaltung von Konstruktionsvorgaben abgebildet, was wiederum die Schwelle zum Eintritt in Projekte reduzieren kann, die nach Vorgaben der Volkswagen-Standards abgewickelt werden. Ziel ist es, die Komplexität für die Anlagenkonstruktion zu reduzieren, den Markt der möglichen Auftragnehmer zu erhöhen und so insgesamt mehr Flexibilität im Anlagenbau zu erreichen. Das deckt sich mit der Konzern-Strategie, Produktionsanlagen zu modularisieren und zu standardisieren. Aktuell wird die Lösung in den Projekten für die Werke in Puebla, Bratislava, Emden und Zwickau eingesetzt. Vorausgehend werden Firmen in einem zweitägigen Workshop mit dem Tool vertraut gemacht.

„Am ersten Tag zeigen wir, was der Baukasten kann, wie die Oberfläche strukturiert ist und wie Stromlaufpläne in Eplan Electric P8 entstehen; am zweiten Tag arbeiten die Workshop-Teilnehmer selbständig mit dem Baukasten, und am Ende sammeln wir Rückmeldungen zur Optimierung des VEAK“, beschreibt Strickrodt. In jedem neuen Karosseriebau der Marke Volkswagen soll das System beim Auftragnehmer Anwendung finden. Wichtig für die Etablierung sind Referenzprojekte wie die neue Karosseriebauanlage in Puebla, die rund 350 Roboter in cirka 50 Arbeitsgruppen umfasst. Jede Arbeitsgruppe enthält bis zu zwölf Roboter mit bis zu 300 Seiten Stromlaufplan. 50 Arbeitsgruppen erfordern also rund 15.000 Stromlaufplanseiten. Fragt man die Anwender über die Zufriedenheit und Potenziale reagieren diese in der Regel positiv.

Vorbereitung für globale Verfügbarkeit

Als Ziel gibt das VEAK-Team an, zu einem festen Bestandteil der Planung Anlagenelektrik zu werden – und zukünftig für die Konstruktion aller Neuanlagen berücksichtigt zu werden. Dafür sind gesicherte Schnittstellen für die Kommunikation mit Zulieferern nötig. Bereits im Jahr 2013 soll der Baukasten daher als webbasierter Konfigurator eingesetzt werden. So können künftig Releases und Updates einheitlich auf einem Zentralserver vorgenommen werden, einer globalen Verfügbarkeit steht damit nichts im Wege. Außerdem soll das Konfigurationswerkzeug zeitnah um die Disziplin ‚Software‘ erweitert werden, damit auch SPS-Programme für Karosseriebauanlagen automatisch generiert werden können.

Grundsätzlich bietet die eingesetzte Engineering-Software die Technologie, um alle projektspezifischen Unterlagen wie Angebote, Stücklisten, 3D-Modelle, Schaltpläne oder Software automatisch zu erzeugen. „Wir haben eine Revolution des Elektroengineering in den Händen, die wir mit einem starken Partner wie Eplan entschieden vorantreiben“, erklärt Strickrodt.