Product Lifecycle Management

Auf gute Zusammenarbeit: Mechanik- und Elektronikentwicklung

Vor dem Hintergrund komplexer werdender mechatronischer Komponenten erlangt die Interaktion zwischen den an der Entwicklung beteiligten Ingenieursdisziplinen immer mehr Bedeutung. Entsprechend wird im Rahmen einer ganzheitlichen Produktentwicklungsstrategie die gemeinsame Verwaltung der mit den unterschiedlichsten Entwicklungswerkzeugen generierten Daten notwendig. Die Anbindung an ein vorhandenes Product Lifecycle Management (PLM) System ermöglicht einen prozesssicheren Austausch von Produktdaten und verbessert die gemeinsame Entwicklungsarbeit in interdisziplinären Projekten.

Bei der gemeinsamen Entwicklung an einem Produkt mit sowohl mechanischen als auch elektrotechnischen Bauteilen führt die starke Fokussierung auf die jeweiligen Einzeldisziplinen unweigerlich zu einem hohen Koordinationsaufwand zwischen den beteiligten Akteuren. Die bisher genutzten Modelle, wie Zeichnungen, Schaltplanentwürfe oder Platinenlayouts, sind sehr stark durch die Anforderungen der unterschiedlichen Entwicklungsdisziplinen geprägt. Somit ist ein hoher Abstimmungsbedarf für die erfolgreiche Zusammenarbeit notwendig. Dies ist jedoch stets mit einem teilweise vermeidbaren Zeit- und Kostenaufwand verbunden.

Die Gründe für die heute oftmals noch unzureichende Interaktion zwischen Mechanik- und Elektrik-/Elektronikentwicklung [E/E] lassen sich in drei Fragestellungen zusammenfassen: Womit wird heute entwickelt? Was bildet die Grundlage der Zusammenarbeit? Wie arbeiten die Ingenieure zusammen?

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Womit wird heute entwickelt?
Aufgrund der disziplinspezifischen Anforderungen nutzen die verschiedenen Ingenieursdisziplinen sehr ausgereifte und auf die jeweiligen Bedürfnisse zugeschnittene Entwicklungswerkzeuge. Während in der Vergangenheit noch sowohl Stromlaufpläne als auch zweidimensionale technische Zeichnungen mit denselben CAD-Programmen erstellt wurden, folgte aufgrund steigender Anforderungen an Qualität und Funktionsumfang der Entwicklungswerkzeuge in zunehmendem Maße eine Weiterentwicklung und disziplinspezifische Spezialisierung der Systeme. Ursache waren die steigende Komplexität der zu entwickelnden Komponenten, als auch die immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten. Für jede Disziplin wurden somit eigene Funktionen wichtig, was letztlich zu einer zunehmenden Trennung der Entwicklungsabteilungen führte.

So ist die Mechanikentwicklung heute vor allem durch den Einsatz von 3D-CAD-Systemen geprägt. In der E/E-Entwicklung sind hingegen vor allem zweidimensionale Modelle für Leiterplattenlayouts, Stromfluss- und Bestückungspläne weit verbreitet.

Was bildet die Grundlage der Zusammenarbeit
Bittet man Ingenieure unterschiedlicher Entwicklungsdisziplinen ihr aktuelles Projekt zu beschreiben, weichen die jeweiligen Ergebnisse oftmals stark voneinander ab (Quelle: „Systems Engineering in der industriellen Praxis“; Studie des Fraunhofer IPT et. al.). Die Ingenieure der Mechanikentwicklung beschreiben ihr Projekt meistens anhand einer technischen Zeichnung, wohingegen die Elektronikingenieure ihr Produkt eher mit einem Schaltplan darstellen. Es wird deutlich, dass unterschiedliche Denkmuster und Modelle innerhalb der einzelnen Entwicklungsdisziplinen vorherrschen, die mitunter lediglich von den jeweiligen Entwicklern interpretiert werden können.

So wird in der Mechanikentwicklung vorwiegend in Baugruppen gedacht. Deren Struktur ergibt sich insbesondere aus der Konstruktion selbst, beziehungsweise aus der Abfolge der verschiedenen Konstruktionsschritte. Ein Konstrukteur wird eine Elektronikkomponente somit eher als ein Bauteil unter vielen betrachten. In der Elektronikentwicklung hingegen werden die Bauteile gemäß ihrer jeweiligen Funktion zu Funktionsbaugruppen zusammengefasst und entsprechend dargestellt und platziert. Die Positionierung stellt somit nicht die mechanische Anordnung im Gesamtsystem dar, sondern vielmehr eine aus Sicht der Elektrotechnik logische Einteilung. Zusätzlich wird die Abstimmung zwischen den Disziplinen durch die jeweils unterschiedlichen CAD- und Entwicklungs-Systeme erschwert.

Wie arbeiten die Ingenieure zusammen?
Der beschriebene Einsatz verschiedener Entwicklungswerkzeuge beeinflusst auch die Art und Weise, wie in interdisziplinären Projekten zusammengearbeitet wird. Gegenwärtig konzentriert sich die Entwicklung von Produkten mit mechanischen und elektronischen Komponenten noch zu sehr auf die beteiligten Einzeldisziplinen. Eine gemeinsame Kommunikation zwischen den Ingenieuren der unterschiedlichen Fachrichtungen findet zwar in einigen Bereichen statt, wird jedoch durch die unterschiedliche Denkweise und mangelnde Interaktion während der eigentlichen Entwicklung zu sehr gehemmt. Fehlende Integrationslösungen, gerade im E/E-Bereich, spielen hierbei eine kritische Rolle. Vorhandene Schnittstellen sind oftmals fehleranfällig oder bieten nicht die benötigte Prozessunterstützung. Die gemeinsame Verwaltung der generierten Daten und deren einheitliche Abbildung in einem unterstützenden PLM-System ist eher die Ausnahme.

Zusätzlich ist die Produktstruktur mechatronischer und elektronischer Komponenten stark unterschiedlich. Dies erschwert ebenso die Zusammenarbeit, da hierdurch eine gemeinsame Datenverwaltung nur schlecht möglich ist und unterschiedliche Ablagemechanismen die Folge sind. Letztendlich führen all diese Aspekte zu der gegenwärtigen Trennung zwischen den Disziplinen Mechanik- und Elektronikentwicklung.

Gemeinsame ECAD/MCAD-Entwicklung
Die Anwendung disziplinspezifischer Entwicklungswerkzeuge führt häufig zu „Insellösungen“ und einer isolierten Datenverwaltung. Aufgrund der bereits beschriebenen Ursachen besteht heute somit vielfach eine Lücke in der Kollaboration zwischen der Entwicklung mechanischer Bauteile und elektronischer Komponenten. Dennoch müssen diese zwei unterschiedlichen Disziplinen zunehmend dazu in der Lage sein, an einer gemeinsamen Baugruppe zusammenzuarbeiten.

Durch die Verknüpfung von MCAD und E/E sowie der Verwendung eines PLM-Systems zur gemeinsamen Datenverwaltung lässt sich diese Lücke bereits heute schließen. Es gilt die eingesetzten und in der Praxis bewährten Entwicklungswerkzeuge geschickt miteinander zu verknüpfen. Zusätzlich ist neben entsprechenden Konnektoren vor allem die Abbildung einer gemeinsamen Produktstruktur im PLM-System von zentraler Bedeutung.

Während beispielsweise eine nicht vorhandene Schnittstelle zwischen E/E- und PLM-System eine manuelle Eingabe von Stücklistendaten verlangt, ermöglicht ein entsprechender E/E-PLM-Konnektor die Nutzung von gemeinsamen Baugruppen- und Stücklistenstrukturen. Die Anlage von Stücklisten wird somit gewerkübergreifend automatisiert. Redundante Daten, welche den Prozess der Produktentwicklung unnötig beeinträchtigen sowie ein nicht notwendiger Mehraufwand an Entwicklungsarbeit werden vermieden.

Die Verbesserungsmaßnahmen sollten sich jedoch nicht nur auf den technischen Aspekt konzentrieren, sondern auch den organisatorischen Ablauf der Entwicklung berücksichtigen. Die Abbildung 2 stellt diesen positiven Einfluss graphisch dar.

Lösungen und Praxisbeispiel
In der Praxis bildet die Kombination aus miteinander verknüpften Entwicklungswerkzeugen zusammen mit der gemeinsamen Verwaltung der generierten Daten die Grundlage, vorhandene Lücken zwischen der Mechanik- und Elektronikentwicklung zu schließen. So lässt sich die Struktur von in ECAD/EDA-Werkzeugen entwickelten Komponenten aus der Applikation heraus in die Konstruktionsprogramme der Mechanikentwicklung importieren. Die weitergehende mechanische Ausarbeitung durch den Konstrukteur wird ermöglicht, ohne dass ein eigenes Mechanikmodell erzeugt werden muss. Durch einen anschließenden Re-Import werden die Veränderungen an der mechanischen Struktur in das E/E-Werkzeug übernommen. Umgekehrt können mechanische Bauteile wie beispielsweise ein Gehäuse in das E/E-Werkzeug importiert und dort veranschaulicht dargestellt werden. Somit kann auch der Elektronik-Entwickler selbst die mechanische Struktur bei seiner Arbeit berücksichtigen und eventuellen Kollisionen vorbeugen.

Die gemeinsam erzeugte Produktstruktur wird als kombinierte Stückliste im PLM-System abgelegt. Somit sind sowohl die mechanischen, als auch die elektronischen Modelldaten gleichermaßen verfügbar. Darüber hinaus wird durch den automatisierten Abgleich der E/E-Bauteil-Library mit dem PLM-System der Pflegeaufwand deutlich verringert. Die Zusammenarbeit von Entwicklungsingenieuren mit anderen Abteilungen wird hierdurch wesentlich verbessert.

Die Erzeugung einer gemeinsamen Produktstruktur ermöglicht es zudem, sämtliche Produktdaten in einem System zu verwalten. Die Prozesssicherheit, gerade gegenüber einem manuellen Vorgehen wird erhöht sowie eine Rückverfolgbarkeit aus Gründen der Produkthaftung gewährleistet. Automatisierte Funktionen wie Versionierung, Ablage und Benennung sowie Stücklistensynchronisation entlasten die Entwickler von manueller Datenpflege. Fehler und redundante Datenhaltung werden vermieden. Bauteil-Bibliotheken können im PLM-System verwaltet und entsprechende Design-Vorlagen in die E/E- beziehungsweise MCAD-Systeme geladen werden.

Weitere Vorteile bieten definierte Konfigurations-, Freigabe- und Änderungsprozesse. Zudem können relevante, stets aktuelle Informationen über die gemeinsame Produktstruktur schneller an nachgelagerte Abteilungen wie Einkauf, Service oder Vertrieb weitergeleitet werden. -sg-

Autor: Marc Hutsch, PLM-Berater bei XPLM

XPLM Solution, Dresden, Tel. 0351/82658-0, http://www.xplm.com

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