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Papierlose Fertigung

Zukunftschance Digitalisierung im Schaltschrankbau

| Autor/ Redakteur: Dirk Schütz / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Durch eine Vielzahl manueller Arbeitsschritte ist der klassische Schaltschrankbau zeitaufwendig und teuer. Für mehr Effizienz sorgen vollständig digitalisierte und papierlose Prozessabläufe.

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Vollständig digitalisierte Prozessabläufe können die Effizienz der Fertigung und Planung im Schaltschrankbau um fast 40 % steigern.
Vollständig digitalisierte Prozessabläufe können die Effizienz der Fertigung und Planung im Schaltschrankbau um fast 40 % steigern.
(Bild: Unitechnik)

Ob Serienfertigung oder Unikate: Zum klassischen Schaltschrankbau gehört eine Vielzahl manueller Arbeitsschritte. Das macht den Prozess insgesamt zeitaufwendig und teuer. Die Lösung: Eine Produktivitätssteigerung bei gleichzeitig höherer Flexibilität und Transparenz verspricht die durchgängige Digitalisierung entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Vollständig digitalisierte Prozessabläufe erhöhen die Effizienz in Fertigung und Planung um fast 40 %.

Medienbrüche vermeiden

Ziel sollte es im Schaltschrankbau daher sein, die verschiedenen Prozesse miteinander zu vernetzen und die entstehenden Daten für alle Arbeitsschritte zentral zu verwalten. Medienbrüche, wie sie bei der Neueingabe von Daten in andere Systeme oder durch die Übergabe von Schaltplänen in Papierform entstehen, sind zu vermeiden. Im Ergebnis profitieren Fertigungsunternehmen von deutlich effizienteren Abläufen.

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Digitaler Datenaustausch im Schaltschrankbau

Sind die einzelnen Arbeitsschritte von der Elektrokonstruktion im CAD-System über die Aufbauplanung bis hin zur mechanischen Fertigung, Verdrahtung und zur abschließenden Prüfung eng im digitalen Datenaustausch verzahnt, lässt sich der Aufwand für Arbeitsgänge wie das manuelle Übertragen von Stücklistendaten minimieren.

Einen weiteren vermeidbaren Mehraufwand stellen manuelle Mehrfacheingaben von schon aus der Konstruktion vorhandenen Informationen dar. Diese binden nicht nur Arbeitszeit, sondern erhöhen zusätzlich die Fehleranfälligkeit. Sind die einzelnen Prozessschritte untereinander nicht vernetzt, müssen Änderungen am ursprünglichen Auftrag zudem in mehreren Systemen umgesetzt werden.

Der digitale Zwilling im Schaltschrankbau

Einen hohen Mehrwert für die Vernetzung der Arbeitsschritte im Schaltschrankbau bringt der digitale Zwilling.

  • Das Modell entsteht in der Elektrokonstruktion und bei der Aufbauplanung.
  • Anschließend begleitet der Zwilling den gesamten Produktionsprozess und versorgt die einzelnen Abteilungen mit den jeweils erforderlichen Informationen.
  • Die Besonderheit: Kunde, Schaltanlagenbauer und deren Zulieferer arbeiten mit dem gleichen Modell.

Ein logisches Modell im virtuellen Schaltschrank

„Die Gerätehersteller, z. B. Siemens, Schneider oder SEW, liefern Eplan-Makros, in denen alle Eigenschaften ihrer Produkte abgebildet sind. Unsere Elektrokonstrukteure fügen diese Geräte in ihren Schaltplan ein und erzeugen so eine logische Version des Modells“, erläutert Mathias Terstegen, Fertigungsleiter Schaltanlagenbau bei der Unitechnik Systems GmbH. Der Aufbauplaner bringt das Modell anschließend in eine physische Form, indem er die Geräte im virtuellen Schaltschrank anordnet.

Was das digitale Modell beinhaltet

Das fertige Modell beinhaltet alle Maße und zeigt die einzelnen Geräte im Inneren in realistischer 3D-Darstellung. Ebenfalls enthalten sind die gesamte Verdrahtung mit allen Drahtwegen, Kabelkanälen und Hutschienen (Position und Länge) sowie sämtliche Bohrungen und Ausschnitte. Die haptische Darstellung vereinfacht viele Tätigkeiten, da einzelne Positionen im Gewerk leichter erkannt werden. Im Ergebnis ist die Fertigung weniger zeitaufwendig und die Fehleranfälligkeit sinkt maßgeblich.

Digitale Modelle ermöglichen die Automatisierung der Fertigung

  • Einen weiteren Vorteil bringen die im Zwilling gespeicherten Daten: Die Längen der Kabelkanäle und Hutschienen werden automatisch erzeugt. Das Ausmessen und der anschließende manuelle Zuschnitt entfallen. Stattdessen stellt ein automatischer Kabelkanal- und Hutschienen-Cutter das Material pro Schrank bereit.
  • Auch in weiteren Prozessschritten bringen die exakten Datensätze aus dem digitalen Zwilling einen hohen Mehrwert in der Bearbeitung. „Für die exakte Position der Bohrlöcher und Ausschnitte holt sich der Bohr- und Fräsautomat seine Daten aus dem 3D-Modell“, so Terstegen. Automatisierte Plott- und Druckstationen entlasten die Mitarbeiter zusätzlich bei der Beschriftung der einzelnen Bauteile.
  • Ein weiteres Beispiel für den Effizienzgewinn durch digitalisierte Prozesse ist das Outsourcen der Klemmleistenfertigung. Fertig beschriftete und komplett konfigurierte Klemmleisten sind über Zulieferer bestellbar: Dazu wird die fertig konstruierte Klemmleiste aus dem digitalen Zwilling zum Dienstleister geschickt und von diesem vollautomatisch produziert. „Ein solcher Automat rechnet sich allerdings nur dann, wenn laufend hohe Stückzahlen benötigt werden“, so Terstegen. „Hier müssen produzierende Unternehmen selbst entscheiden, welche Erweiterung des Maschinenparks sinnvoll ist und was sich outsourcen lässt.“ Auch Leitungen lassen sich nach den jeweiligen Anforderungen vorkonfektionieren.

Papierlose Fertigung dank Smart Wiring

Ein weiterer Schritt hin zur papierlosen Fertigung ist Smart Wiring. Die Technologie ermöglicht es, die gesamte Verdrahtung der Anlage über den digitalen Zwilling zu visualisieren. Ausgedruckte Schaltpläne für die Verdrahter gehören damit der Vergangenheit an. Die Arbeit erfolgt stattdessen via Tablet direkt am 3D-Modell.

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Eplan auf der SPS: Verdrahtung leicht gemacht

Auf der SPS 2019 stellt Eplan die neue Version von Smart Wiring vor. Die Version 2.9 soll den Prozess der Verdrahtung leichter und übersichtlicher machen. Architektur und Layout des Smart-Wiring-Monitors wurden komplett überarbeitet. Der Verdrahtungsstatus von Projekten wird nun direkt angezeigt, inklusive Prüfmodus. Dashboards können individuell angepasst werden und mit Hilfe aktueller Display-Bibliotheken für Webdiagramme automatisch angezeigt werden.

In der Version 2.9 wurden zudem die Verbindungsarten entscheidend erweitert. Heutige Automatisierungstechnik setzt sich klassisch aus zwei Themen zusammen – der Elektrotechnik und der Pneumatik. Im Schaltschrank verbaute Ventilinseln benötigen sowohl die elektrotechnische Ansteuerung als auch die entsprechende Schlauchverbindung. Ab der Version 2.9 können User auch Kabel und Schläuche in ihre Workflows integrieren. Dabei werden die unterschiedlichen Verbindungsarten berücksichtigt und verfügbare Informationen zu Kabeln und Schläuchen automatisch angezeigt. Für Kabeldaten ist die Darstellung übrigens umfassender als bei Drähten: Zusatzinformationen wie BMK (Betriebsmittelkennzeichen), Kabellänge (Gesamtlänge), Absetzlänge oder auch die Anzahl der Verbindungen im Kabel – das alles lässt sich mit Eplan Smart Wiring 2.9 bestimmen.

SPS 2019: Halle 6, Stand 210

Ablesen lassen sich aus dem digitalen Zwilling Leitungslängen, Leitungswege und Klemmpunkte. Dabei wird vom System der gleichmäßige Füllgrad der Kabelkanäle berücksichtigt. Arbeiten mehrere Abteilungen zeitgleich an dem Modell, ist es über den digitalen Zwilling zudem möglich, den aktuellen Bearbeitungsstatus in Echtzeit abzulesen. Änderungen sind so jederzeit für alle Beteiligten transparent und exakt dokumentiert.

„Ein wichtiger Aspekt ist für uns, dass wir mit der Digitalisierung der Prozesse Änderungen flexibel integrieren können“, so Terstegen. Bei Anpassungen sieht der Elektrokonstrukteur online, ob die betreffende Komponente schon verdrahtet ist, und die Änderung erscheint augenblicklich auf dem Tablet des Verdrahters. Umgekehrt fällt möglicherweise dem Verdrahter ein Fehler auf. Die Änderung wird in Echtzeit an den Elektrokonstrukteur übermittelt.

Fehlende Schnittstellen im Schaltanlagenbau

Eine Herausforderung bei der unternehmensübergreifenden Datenübertragung ist die Tatsache, dass es bislang keine allgemein genormte Schnittstelle für das 3D-Modell eines Schaltschranks gibt. In anderen Branchen, wie dem Baubereich, normiert die IFC-Schnittstelle die 3D-Darstellung eines Gebäudes. Eplan bietet mit Eplan Pro Panel die Möglichkeit, den digitalen Zwilling eines Schaltschranks in 3D zu beschreiben. Auf Basis dieses Modells lassen sich über standardisierte Schnittstellen alle in nachgelagerten Prozessen benötigten Informationen bereitstellen. Kunden und Dienstleister können die Daten aus dem digitalen Zwilling in ihren eigenen Prozessen nutzen. Zusätzlich erstellte Dokumente für den Informationsaustausch entfallen.

Gleicher Wissensstand für alle

Bei der Arbeit mit dem digitalen Zwilling sind alle Parteien jederzeit auf dem gleichen Stand. Der digitale Zwilling führt dazu, dass unternehmensübergreifend hocheffizient zusammengearbeitet werden kann – sei es im Austausch zwischen Kunden und Schaltschrankbauer oder zwischen Schaltschrankbauer und Zulieferer. Für den Kunden selbst liegt ein weiterer Vorteil im guten Überblick über den Prozessverlauf und die Fortschritte des Projekts. Selbst kleinste Details sind auf einen Blick verfügbar. Das erleichtert die Abstimmung, da sich Aspekte gemeinsam im Modell betrachten und rückbesprechen lassen.

* Dirk Schütz, Abteilungs- und Vertriebsleiter bei Schaltanlagenbau Unitechnik Systems GmbH, Wiehl

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