Digitaler Schaltschrankbau Das Potenzial ausschöpfen

Die Basis einer durchgängigen digitalen Wertschöpfungskette im Schaltschrankbau bildet der digitale Zwilling. Im Rahmen der Initiative „Smart Cabinet Building“ arbeitet der Engineering-Experte Zuken gemeinsam mit Partnern an offenen, aber dennoch durchgängigen Lösungen für den digitalen Schaltschrankbau.

Unter Druck: Der Schaltschrankbau ist aktuell von einem hohen Maß an manuellen Tätigkeiten geprägt; dazu kommen zunehmend komplexe Steuerungstechnik, der Kundenwunsch nach individuellen Lösungen, zeit- und kostenintensive Last-minute-Änderungen sowie immer engere Liefertermine.

Zur Sicherung der eigenen Wettbewerbsposition und auch zur Weitergabe dieser Vorteile an die Kunden im Maschinen- und Anlagenbau suchen viele Schaltschrankbauer deshalb nach Möglichkeiten, wie sie ihre Fertigung automatisieren und ihre Werker effizienter durch den Prozess führen können. Denn die (Teil-)Automatisierung bislang manuell geprägter Tätigkeiten verspricht viele Vorteile: konkurrenzfähige Kosten, konstant hohe Qualität, seriennahe Fertigung bereits ab Stückzahl 1 sowie kurze Produktions- und Lieferzeiten.

Die Bedeutung digitaler Schaltschrankmodelle

Standardisierung, Automatisierung und prozessübergreifende Lösungen bieten vor allem bei inkonsistenten Engineering-Prozessen und zeitaufwendigen manuellen Tätigkeiten beachtliche Optimierungspotenziale. Laut einer Studie des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart aus dem Jahr 2017 lassen sich „bis zu 90 % des Zeitaufwands bei der elektrischen Bestückung einsparen“, wenn digitale Schaltschrankmodelle für eine Vorkonfektionierung der Klemmen genutzt werden.

Bis zu 55 % der Fertigungszeit können nach der Studie in der mechanischen Bearbeitung eingespart werden, „wenn digitale Konstruktionszeichnungen zum Beispiel zur Bearbeitung der Montageplatte und der Korpuswände des Schaltschranks genutzt werden“. Dreh- und Angelpunkt für Effizienzsteigerung im Schaltschrankbau ist also die Nutzung von „digitalen Schaltschrankmodellen“ (Quelle: Elektrotechnik, Februar 2018).

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Kompetenzen und Know-how bündeln

Um dieses Potenzial zu heben, hat sich Zuken, Experte für Engineering-Lösungen für die Elektronik, Elektrotechnik und Mechatronik, mit drei Partnern zusammengetan. Gemeinsam mit dem Connectivity-Experten Weidmüller, dem Spezialisten für automatisierte Kabelverarbeitung Komax und Armbruster Engineering, Experte für Assistenzsysteme für die manuelle Produktion, bündeln sie im Rahmen der Initiative „Smart Cabinet Building“ ihre Kompetenzen und ihr Know-how. Gemeinsam arbeiten sie an einem offenen, aber dennoch durchgängigen Ansatz für den digitalen Schaltschrankbau, der die Aspekte des Wertschöpfungsprozesses ganzheitlich betrachtet.

Durchgängige Lösungen für den Schaltschrankbau

Das erklärte Ziel: durch die Vernetzung von Technologie und Expertise über alle Prozessschritte hinweg ganzheitliche Lösungen für die heutigen und zukünftigen Herausforderungen im Schaltschrankbau bereitstellen. Durch die Digitalisierung, Parallelisierung und Vernetzung der einzelnen Arbeitsschritte werden maßgeschneiderte ganzheitliche Lösungen für individuelle Anforderungen im Bereich des Schaltschrankbaus und der Schaltschrankfertigung möglich. So kann das vorhandene Optimierungspotenzial, das in den Schnittstellen zwischen den einzelnen Prozessschritten liegt, voll ausgeschöpft werden.

Der digitale Zwilling bildet die Basis

Im konkreten Ansatz des Smart-Cabinet-Building-Prozessmodells ist der Lieferant aller nötigen digitalen Informationen die Elektro-CAD-Systemfamilie E3.series von Zuken. Die skalierbare Softwarelösung für die Schaltschrank-Konstruktion und -Fertigung ermöglicht einen effizienten und präzisen Gestaltungs- und Fertigungsprozess. Mit einer objektorientierten Architektur bietet E3.series einen integrierten und konsistenten Designansatz. E3.series deckt alle Planungsschritte ab – vom Schaltplan bis zum Schaltschrankaufbau mit Datenaufbereitung für Schaltschrankfertigung und Kabelkonfektionierung.

Schaltschrankmodell enthält alle nötigen Informationen

Der Vorteil des Systems ist, dass alle im Verlauf der Planung einer Steuerungs- und Schaltanlage anfallenden Informationen in einem zentralen Projekt und somit jederzeit konsistent vorgehalten werden können. Die zentrale Verwaltung aller relevanten Daten ermöglichen das Abbild eines „digitalen Zwillings“, welcher im gesamten Engineering- und Fertigungsprozess allen Prozessen zu Grunde liegt. Der „digitale Zwilling“ des Schaltschranks als vollständige digitale Repräsentation enthält alle für die Automatisierung und Steuerung der einzelnen Bearbeitungsschritte erforderlichen Daten. Ein vollständig in E3.Series beschriebenes Datenmodell beinhaltet dementsprechend alle Informationen für die Fertigung des Schaltschranks. Dazu zählen die Datenausgabe für

• Kabelkonfektionier-Automaten,

• NC-Bohr- und Fräsmaschinen,

• das Ablängen von Kabelkanälen und Halteschienen sowie

• die digital geführte Verdrahtung und Inbetriebnahme-Prüfung.

Unterstützung für Montage und -verdrahtung

Über eine große Auswahl von fertigen Ergänzungsmodulen wie E3.Export-To-Komax, E3.Cut-Out oder einem Tool für die Erstellung von Sägelisten können dann die Daten zur Steuerung der einzelnen Bearbeitungsschritte abgeleitet werden. Weitere E3.series-Module wie E3.Assembling-Cockpit, E3.Wiring-Cockpit, E3.Wiring-Checks und der Export zum ELAM-System von Armbruster Engineering ermöglichen eine digitale Unterstützung der Schaltschrankmontage und -verdrahtung. Weiterhin bestehen Export- und Import-Funktionalitäten zu Klemmenleistenkonfiguratoren wie dem Weidmüller Configurator (WMC). Dieser ermöglicht wiederum in Kombination mit dem Rail-Assembler und Rail-Laser die Anbindung von automatischen Lösungen zur Bestückung und Beschriftung von Klemmenleisten.

Erfolgsfaktor Parallelisierung der einzelnen Schritte

Damit wird die Basis für einen weiteren wichtigen Erfolgsfaktor für Effizienzsteigerung und Kostensenkung im Schaltschrankbau gelegt: die Parallelisierung bislang meist sequentiell abgearbeiteter Tätigkeiten. Dies betrifft das Bestellen und die Vorkonfektionierung von Klemmenleisten ebenso wie das maschinelle Bearbeiten von Schaltschränken, Kabelkanälen und Tragschienen sowie die maschinelle Vorkonfektionierung von Kabeln und Drahtbündeln. Durch die Parallelisierung dieser Tätigkeiten kann das gesamte Material etwa doppelt so schnell einbaufertig neben dem entsprechenden Schaltschrank bereitliegen. Über eine Visualisierung der digitalen Schaltschrank- und Verbindungsdaten können die Werker dann digital unterstützt den Schaltschrank mit den Komponenten bestücken sowie durch die Verkabelung geführt werden, was weitere Effizienz- und Qualitätsvorteile ermöglicht.

Keine komplette Umstellung nötig

Ein großer Vorteil von E3.series für den digitalen Schaltschrankbau ist die Offenheit des Systems: Denn wer seine Schalt- und Kabelpläne mit einem Fremdsystem durchführt, kann dies auch weiterhin tun, und trotzdem auf E3.series zur Vervollständigung des digitalen Zwillings zurückgreifen. Ausgehend von einer Stückliste und einer Verbindungsliste, die jedes System ausgeben kann, können schnell die relevanten Daten importiert und der Schaltschrankaufbau inklusive Routing erzeugt werden. Damit gelingt es, Daten aus dem Engineering mit der Fertigung zu vernetzen, Fehler zu vermeiden und so den Prozess zu beschleunigen.

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