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Engineering Mehr Tempo mit Schaltanlagen 4.0

Autor / Redakteur: Jan-Henry Schall und Hans-Robert Koch* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Anlagenfertigung ist heute eng getaktet, enormer Zeitdruck die Regel. Wirtschaftliche und schnelle Prozesse erfordern deshalb durchgängig digitale Workflows. Rittal bietet gemeinsam mit Eplan bereits passende Ansätze und Lösungen nach Industrie 4.0., die Potenziale zur Effizienzsteigerung ausschöpfen können – nennen wir es Steuerungs- und Schaltanlagenbau 4.0.

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Steuerungs- und Schaltanlagenbauer können mit der Perforex LC 3015 neben Flachteilen auch komplette Gehäuse und Schaltschränke per Laserschneiden schnell und präzise bearbeiten. Die Neuentwicklung eignet sich ideal für den Einsatz bei Edelstahl, aber auch bei Stahlblech und pulverbeschichteten Blechen.
Steuerungs- und Schaltanlagenbauer können mit der Perforex LC 3015 neben Flachteilen auch komplette Gehäuse und Schaltschränke per Laserschneiden schnell und präzise bearbeiten. Die Neuentwicklung eignet sich ideal für den Einsatz bei Edelstahl, aber auch bei Stahlblech und pulverbeschichteten Blechen.
(Bild: Rittal)

Voraussetzung von Industrie 4.0 im Steuerungs- und Schaltanlagenbau ist die Digitalisierung und Integration von Wertschöpfungsprozessen. Dabei spielt die Durchgängigkeit von Daten eine wesentliche Rolle. Sie reicht vom digitalen Engineering und der Bestellabwicklung über die kundenindividuelle Produktion bis hin zum integrierten Kundenservice.

Im Zentrum steht dabei der virtuelle Prototyp, der sämtliche Prozessschritte effizient und wo immer möglich automatisiert ablaufen lässt. Das virtuelle Modell ist sozusagen das Rückgrat des gesamten Engineerings- und Fertigungsprozesses. Alle relevanten Informationen lassen sich in jedem Schritt wiederverwenden, Doppeleingaben und die damit verbundenen Fehler werden ebenso vermieden wie Missverständnisse.

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Beginnt das Engineering mit der Erstellung eines Schaltplans mit Eplan Electric P8, lassen sich dessen Informationen in Eplan Pro Panel einlesen und dort zum virtuellen Montageaufbau in 3D sowie zur virtuellen Verdrahtung der Komponenten verwenden. Die zu platzierenden Komponenten werden in Eplan Pro Panel in einer Montageaufbauliste angezeigt und vom Anwender nacheinander im virtuellen Schaltschrank platziert. So sieht der Konstrukteur immer die realen Platzverhältnisse – wie viele Klemmen zum Beispiel auf einer Schiene Raum haben und ob das gewünschte Steuergerät noch daneben platziert werden kann.

Die Datenobjekte, die in den umfangreichen Artikelinformationen im Eplan Data Portal bereitstehen und direkt in die Planung übernommen werden können, enthalten wesentlich mehr Daten als nur den Produktnamen, die Artikelnummer und die Geometrie des Bauteils: Hier können bis zu 200 Merkmale für eine Komponente wie z.B. dem Anreihschrank-System von Rittal in sogenannten Makros hinterlegt werden. Dazu gehören beispielsweise Logik-Informationen, 2D- und 3D-Grafikmakros, Schaltplanmakros, Fertigungs- sowie Zubehörinformationen.

In der lokalen Datenbank der Eplan-Anwender können den Artikeln aber auch Informationen hinzugefügt werden, die etwa für die kaufmännische Bewertung hilfreich sind, also Einzelpreise der Artikel. Dieser Ansatz ermöglicht den Konstrukteuren auch ohne zusätzliche Berechnungen im ERP-System bereits während der Planung kostentechnische Argumente in die Planung mit einzubeziehen.

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Qualitätscheck in der Frühphase

Durch die Softwarelösungen von Eplan lässt sich bereits in der Planungsphase eine Art Qualitätskontrolle realisieren, die dabei hilft, auf Basis von virtuellen Modellen Fehler zu minimieren und dadurch spätere Folgekosten im realen Schaltschrankbau zu vermeiden. Dies beginnt bei elektrotechnischen und logischen Validierungen im Stromlaufplan und unterstützt unter anderem beim virtuellen Montageaufbau in Eplan Pro Panel durch das Visualisieren von Mindestabständen und eventuellen Kollisionen der Bauteile – immer auf Basis der in den Artikeldaten digital hinterlegten technischen Informationen der Hersteller.

Eplan Pro Panel berechnet auch anhand der Verbindungen im Schaltplan und den platzierten Komponenten die optimalen Wege zwischen allen Anschlusspunkten der Geräte. Ist die gesamte Verdrahtung berechnet, wird eine Liste aller Verbindungsleitungen mit Querschnitt, Farbe, Länge und Art der Aderendbehandlung erstellt – auch hier wieder auf Basis der digital hinterlegten Artikelinformationen der Hersteller im Eplan Data Portal. Diese Verdrahtungslisten können dann für die manuelle Konfektionierung der Verdrahtungsleitungen genutzt werden, oder sind Vorgabe für eine vollautomatische Erzeugung von Leitungen mit Konfektioniermaschinen.

Thermische Optimierung

Mit dem virtuellen Modell können weitere Überprüfungen und Optimierungen stattfinden. Ein Beispiel dafür ist „Thermal Design Integration“. Hier wird auf Basis der Aufbauplanung in Eplan Pro Panel und der in den Artikelinformationen hinterlegten Verlustleistungen der Komponenten eine Art Simulation der Schaltschrankerwärmung durchgeführt. Es lässt sich schnell erkennen, wo sich im Schaltschrank Hotspots befinden, d.h. wo erhöhte Abwärme von Komponenten auftritt. Mit Thermal Design Integration können dann von den geplanten Klimatisierungskomponenten Vektoren eingeblendet werden, woraus erkennbar ist, welche Komponenten im Schaltschrank einer Überhitzung Gefahr laufen und welche optimal im Kreislauf der Kühlungsluft platziert sind.

Bearbeitungsprogramme erstellen

Steht dann final eine Lösung, geht der Auftrag in die Fertigung. Und auch hier spielt das virtuelle Modell des Schaltschranks eine Hauptrolle – egal ob der Schaltanlagenbauer die Bearbeitung des Schaltschranks und der Komponenten mit Automationslösungen oder manuell erledigt: Da alle Komponenten im Datenmodell zum Beispiel ihre Schraubpunkte und Ausschnitte mitbringen, lässt sich etwa die Bearbeitung der Montageplatte durch Bohren oder Fräsen ohne Medienbruch automatisieren: Die Daten aus dem Datenmodell dienen direkt zur Erstellung der Bearbeitungsprogramme. Diese werden dann direkt von den Automationslösungen von Rittal, wie zum Beispiel durch das Laserbearbeitungszentren Perforex LC in NC-Daten umgesetzt und daraufhin die Bearbeitung des Schrankes durchgeführt. Die gleichen Bearbeitungsinformationen werden auch bei der manuellen Bearbeitung benötigt.

Auch die Bestückung der Klemmleisten lässt sich automatisieren, etwa durch den Klemmenbestückungsautomat Athex von Rittal. Diese Anlage längt DIN-Schienen ab und bestückt diese auf Basis der digitalen Vorgaben aus dem virtuellen Modell mit Klemmen und anderen Bauelementen und beschriftet diese vollautomatisch. Die Wiederverwendung der digitalen Artikelinformationen greift hier ein weiteres Mal. Fehlerquellen wie z.B. bei einer Bestückung der Klemmleisten von Hand entfallen.

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Verdrahtung manuell oder automatisch

Ist die Montageplatte mit allen Komponenten und Kanälen versehen, beginnt die Verdrahtung. Auch hier gibt es wieder zwei Möglichkeiten – manuelle oder vollautomatische Verlegung der Verdrahtungsleitungen. Auf Basis der Daten im virtuellen Modell, das sowohl alle Anschlusspunkte als auch die Verdrahtungsinformationen, wie den Verlegeweg beinhaltet, lässt sich die Verdrahtung auch ansteuern. Die vollautomatische Variante der Verdrahtung wird über die direkte Datenübertragung aller Verdrahtungsinformationen an das Averex-Verdrahtungszentrum von Rittal realisiert. Hier werden komplette Montageplatten vollautomatisch verdrahtet und die notwendigen Verdrahtungsleitungen direkt produziert.

Aber auch für die manuelle Verdrahtung, die einen sehr hohen Arbeitsaufwand im Schaltschrankbau mit sich bringt, stehen wiederum auf Basis des virtuellen Modells des Schaltschranks alle Informationen bereit, die der Werker benötigt. Mit der neuen Lösung „Smart Wiring Application“ von Rittal, die direkt mit der Eplan-Software-Plattform verbunden ist, werden dem Werker alle notwendigen Informationen für die manuellen Schritte zur Verdrahtung angezeigt und protokolliert.

Datenverwendung in nachgelagerten Prozessen

Der Nutzen des virtuellen Modells reicht weit über die eigentliche Fertigung hinaus. So können die Daten beispielsweise bei Reparaturen, Modernisierungen und Umbauten wieder zur Vorbereitung dienen. So lässt sich bereits am PC genau ermitteln, ob beispielsweise eine leistungsstärkere Komponente in den bestehenden Einbauplatz passt. Wenn nicht, lässt sich am virtuellen Modell der Umbau genau planen, um die neuen Komponenten möglichst effizient in das bestehende Layout zu integrieren.

Mit seinem neuen Geschäftsbereich Rittal Automation Systems trägt Rittal dem Trend zur immer stärkeren Verzahnung der Prozesse vom Engineering bis zur Fertigung des Steuerungs- und Schaltanlagenbaus Rechnung. Hier werden Lösungen entwickelt, die den Datenfluss über den gesamten Produktionszyklus in der Fertigung hinweg nutzen.

Hannover Messe, Stand 11, Stand E06

* Jan-Henry Schall, Teamleiter Wertschöpfungskette & Hans-Robert Koch, Leiter Fachpresse; beide Rittal, Herborn

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