E-CAD

„Den Hitzetod sterben“

Das optimale Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik, Steuerungstechnik und Antriebstechnik wird bei der Entwicklung von effizienten Maschinen und Anlagen immer wichtiger. Dieter Pesch, Mitglied der Geschäftsführung bei Eplan, erläutert Chefredakteur Hajo Stotz, wie der Software-Anbieter die Hersteller dabei unterstützt.

SCOPE: Eplan - Herr Pesch, steht das "E" im Namen noch für E-CAD?

Pesch: Eplan deckt heute den gesamten Produktentstehungsprozess ab, in dem die Elektrotechnik ein wichtiger Teilprozess ist. Aber über die Jahre haben wir natürlich unser Portfolio erweitert, so dass wir heute den Prozess von der Konstruktionsseite bis in die Fertigung abdecken. Das heißt: Elektrokonstruktion mit unserer Eplan-Plattform inklusive Fluid und Schaltschrankkonstruktion sowie den Bereich Mechanik als Autodesk-Partner. Dann in Richtung Fertigung über diverse Schnittstellen aus unseren Produkten heraus zur Ansteuerung von Laserschneidmaschinen, von Robotern zur Montageplattenbehandlung, mechanischer Bearbeitung, bis hin zu Schnittstellen in die kaufmännische Welt, - Stichwort SAP - für Stücklistenstammdaten und Bewegungsdaten. Insofern steht das "E" heute in der Tat für den gesamten Bereich Engineering.

SCOPE: Ist beim Thema E-CAD alles ausgereizt oder gibt es da ebenfalls neue Entwicklungen, etwa in Richtung 3D? Zuken hat zum Beispiel vor kurzem ein neuentwickeltes 3D-System vorgestellt.

Pesch: Wir haben beim E-CAD im Rahmen der Funktionalitäten, die wir anbieten, inzwischen eine sehr hohe Reife erreicht. Auch im Rahmen dessen, was Kunden heute damit alles machen können. 3D ist, bezogen auf das Board-Design, bei Eplan derzeit weniger auf dem Plan. Bezogen auf die Schaltschrankkonstruktion bieten wir mit Eplan Cabinet aber bereits seit Jahren eine 3D-Lösung an. Hier geht es darum, dass man Schaltschränke einerseits vom Gehäuse her individuell bearbeiten muss - d.h. also Durchbrüche für Klimageräte, für Schalteranzeigegeräte und ähnliches. Der andere Teil ist natürlich der gesamte Ausbau des Gehäuses von innen. Also wo die die Verdrahtungen der Schaltgeräte platziert werden. Ursprünglich ist das im 2D abgelegt worden, aber das 3D bietet erhebliche Vorteile. Zum kann man durch diesen virtuellen 3D-Aufbau sehr schön die Einbausituation erkennen - auch im Sinne von Kollisionen und Einbausimulationen. Zum anderen bietet 3D auch Möglichkeiten der Ableitung für weitere Teilprozesse, also zum Beispiel zur Kabellängenermittlung oder Drahtkonvektionierung bis hin zur Aufbautopologie der Montageplatte. Und die ist wichtig für die Kühlung des Schrankes.

SCOPE: Inwieweit hat die Aufbautopologie Einfluss auf die Kühlung des Schrankes?

Pesch: Einen ganz entscheidenden. Es reicht heute nicht mehr aus, auf den Schrank einfach ein Kühlgerät draufzusetzen. Denn wenn man zum Beispiel oben im Schrank die hoch aufbauenden Geräte einbaut und darunter die weniger hoch aufbauenden, dann sind die untenliegenden im Kühlschatten. Die oben liegenden werden dann eventuell so sehr gekühlt, dass sich Tauwasser bildet, während die darunterliegenden den Hitzetod sterben. Das sieht man dann, wenn man eine thermodynamische Simulation macht. Dazu können wir entsprechende Daten zum Beispiel an die entsprechende Rittal-Software übergeben. So kann der Konstrukteur erkennen, ob er Luftleitkanäle einbauen oder doch einen anderen Aufbau wählen muss. Wenn man das aber erst im fertigen Schaltschrank feststellt, wird es natürlich extrem teuer. Mittlerweile fordern zum Beispiel Automobilhersteller wie Audi eine Bescheinigung des Zulieferers über das thermische Gleichgewicht des Schrankes, weil sich das auf die Lebenserwartung der Bauteile, etwa einer SPS, stark auswirkt. Die Grundlage dafür ist 3D.

SCOPE: Eplan bietet ein eigenes CAD-System für die Elektro- und die Fluidtechnik. Im Mechanik-Bereich vertreiben Sie Autodesk-Lösungen. Ist denn die Datendurchgängigkeit zwischen den Systemen gegeben - und von den Anwendern überhaupt gefordert?

Pesch: Out-of the box ist diese Durchgängigkeit nicht gegeben. Man muss schon etwas dafür tun. Ein denkbarer Anwendungsfall ist die virtuelle Verkabelung der Maschine, indem man die elektrotechnischen und mechanisch-geometrischen Aspekte miteinander verbindet. Das haben wir erforscht und bereits prototypisch umgesetzt. Das Mechanik-System weiß, wo die Sensorik und Aktuatorik platziert sind, und das E-CAD, welche Verbindung von wo nach wo geht. Im Inventor sind diese in Form einer Kabelliste verfügbar. Alle Kabel werden dann entlang von Stützpunkten im 3D-Modell der Maschine geroutet. Dabei kann der Konstrukteur sofort feststellen, dass z.B. der Sensor so montiert ist, dass das Kabel gar nicht oder nur sehr schwierig in den Sensor hinein geführt werden kann. Das passiert in der Praxis häufiger.

SCOPE: Aber auf Anwenderseite bestehen keine starke Forderungen nach einer entsprechenden Integration?

Pesch: Wenn man dem Anwender die Vorteile einer solchen Integration erklärt, wird das auch schnell erkannt. Es ist aber jetzt nicht so, dass er uns deswegen die Türe einrennt. Vielleicht sind wir da einfach noch etwas zu früh dran.

SCOPE: Denken Sie neben Autodesk zukünftig auch an andere Partner?

Pesch: Im Bereich "mechanische Systeme" arbeiten wir erfolgreich mit der Autodesk zusammen und sehen keinen Grund, das zu ändern. Zusätzlich haben wir noch weitere Schnittstellen zu diversen PDM-Systemen, da bei vielen Kunden bereits PDM-Systeme im Einsatz sind.

SCOPE: Mit dem Eplan Engineering Center (EEC) bietet Eplan ein Baukastensystem für das disziplinübergreifende, mechatronische Engineering komplexer Anlagen und Maschinen an. Haben Sie damit bei der Zusammenführung von Mechanik, Elektrik und Software alle Hürden bereits genommen oder woran müssen Sie noch arbeiten?

Pesch: Als erste Disziplin hat das EEC die Steuerungssoftware abgedeckt. Im Bereich der Code-Generierung und auch im Bereich der Stromlaufplangenerierung haben wir einen sehr hohen Abdeckungsgrad der Funktionalitäten erreicht und bereits zahlreiche Projekte erfolgreich umgesetzt. Derzeit arbeiten wir intensiv an der Mechanikintegration - die Aufgabenstellung hier: Wie kann aus einem Strukturbaum, in dem verschiedene Komponenten als notwendig definiert sind, ein 3D-Modell oder die Stückliste einer Maschine generiert werden?

SCOPE: Gibt es da bereits erste Ergebnisse?

Pesch: Ja, wir haben das bereits in zwei größeren Projekten umgesetzt. Eine interessante Frage dabei ist zum Beispiel, was man dem parametrischen 3D-CAD-System an Regeln und Intelligenz überlässt und was im EEC über das Regelwerk abgedeckt wird. Die Erkenntnisse aus den beiden oben erwähnten Projekten sind sehr aufschlussreich und zeigen auf, dass es hier noch Optimierungspotenziale gibt. Einmal geht es darum, automatisch 3D-Modelle von Werkzeugmaschinen zu generieren. Im anderen Fall geht es um Klima- und Lüftungsanlagen als 3D-Modell, um Lüftungskanäle und -klappen automatisch zu generieren. Also sehr unterschiedliche Anwendungsbereiche mit sehr unterschiedlichen Anforderungen. Da arbeiten wir intensiv daran.

SCOPE: Setzt das EEC dabei immer auf Autodesk-Lösungen auf?

Pesch: Keineswegs! Wir arbeiten mit jeder CAD-Lösung zusammen. Im Fall des Klimatechnik-Projektes zum Beispiel mit Solid Works. EEC ist offen für jedes CAD-System. Auch wenn wir Autodesk-Reseller sind, haben wir beim EEC überhaupt keine Präferenzen für ein CAD-System.

SCOPE: Welche Anwender setzen denn bereits EEC ein?

Pesch: Das sind bereits eine ganze Reihe. Konkret nennen kann ich Ihnen Belimed, Benninger, Heller, Hörburger, Kuka, Siempelkamp und SMS Siemag, um nur einige Beispiele zu nennen.

SCOPE: Standardisierung, Modularisierung und Variantenreduktion bezeichnet Eplan als die drei Säulen, um die Prozesskosten im Maschinen- und Anlagenbau mit dem EEC zu senken. Eignet sich dieser Ansatz damit nicht nur für Serienhersteller?

Pesch: Nein, eben nicht, denn das ist genau die Herausforderung im Maschinenbau. Ich kenne keinen Serienhersteller, der nur einen Standardtyp aus dem Lager verkauft. Die Maschinenbauer haben zwar ein Maschinenprogramm, aber bei vielen werden die Maschinen immer kundenspezifischer. Deshalb versuchen immer mehr Hersteller, individuelle Lösungen aus standardisierten Teilen zu bauen. Und das ist genau die Stärke des EEC.

SCOPE: Können Sie das an einem konkreten Beispiel festmachen?

Pesch: Nehmen wir einen Werkzeugwechsler. Wenn der Maschinenbauer diesen modular aufbaut und diese Module dann in zig verschiedenen Ausprägungen verwenden kann, kann er dem Kunden trotz Standard eine individuelle Lösung bieten. Normalerweise baut er den Wechsler mit 10 Magazinen, nun will ein Kunde nur fünf. Und die Kunst dabei ist nun, nicht von Grund auf neu zu konstruieren, sondern der Wechsler ist von Anfang an so konstruiert und modularisiert, dass es gleichgültig ist, wie viele Magazine der Kunde will. Im EEC wird der Werkzeugwechsler einfach entsprechend instanziiert. Das EEC leitet daraus eigenständig eine andere mechanische Konstruktion, eine andere Sensorik, ein anderes SPS-Programm ab, das die aktuelle Ausführung benötigt. Das alles wird automatisch im System berücksichtigt. Der Konstrukteur arbeitet damit nicht mehr auf der Sensor-Aktor-, Verschraubungs- oder der Detailebene, sondern eher auf abstrakter Ebene. Und das ist die hohe Kunst der Konstruktion.

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