Produktionssysteme

Kommunikation sichert Systementwicklung

Über das V-Modell koordiniert der Partikelmesstechnik-Spezialist Sympatec beim Bau von Messapparaturen die Softwareentwicklung mit der von Elektronik und Mechanik. Der relativ hohe Mechanik-Anteil erfordert zudem eine hohe Flexibilität in der Konstruktion. Das direkte Modellieren mit PTCs Creo Elements/Direct gibt den Konstrukteuren diese Freiheit. Systempartner ComputerKomplett Ascad konnte zudem innerhalb nur einer Woche auch die Datenverwaltung per Model Manager in Schwung bringen.

Michael Corban, CAD-CAM REPORT

„Mit zwei Schlüsselinnovationen gelang uns in der Partikelmesstechnik der Durchbruch“, berichtet Dr. Wolfgang Witt, Technischer Leiter und Prokurist der Sympatec GmbH in Clausthal-Zellerfeld. Zuvor arbeitete man bei der Bestimmung der Partikelgröße vor allem mit der Sedimentation – was neben ausreichend Zeit auch ein Lösungsmittel voraussetzt. „Diesem ‚nassen‘ Verfahren konnten wir mit der Laserbeugungsspektrometrie – der Beugung von Licht an den Partikeln – ein ‚trockenes‘ entgegensetzen.“ Dabei werden die Partikel trocken voneinander getrennt (Trockendispergierung) und durch das Messvolumen mit dem Prüfstrahl geschickt. Einer der Vorteile: Jetzt lässt sich die Messung nicht nur mittels einer Probennahme außerhalb des Herstellungsprozesses durchführen, sondern auch im Prozess selbst. „Damit das verlässlich funktioniert, mussten wir neben der Trockendispergierung aber auch ein mathematisches Verfahren entwickeln, um aus der Verteilung des gebeugten Lichts auf die der Partikelgrößen zu schließen“, so Witt weiter. „Glücklicherweise lässt sich hier eine Eindeutigkeit herstellen, wir können also die entsprechende Verteilung der Partikelgrößen berechnen.“

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Die Kenntnis der Größenverteilung von Partikeln spielt bei einer Vielzahl von Prozessen eine Rolle. „So hängt beispielsweise die Festigkeit von Zement von der Partikelgröße ab oder die Zuverlässigkeit von Kaffeemaschinen von der richtigen Konsistenz des Kaffeepulvers“, erläutert Witt. „Auch in der Pharmazie lässt sich die Aufnahme der Wirkstoffe darüber steuern.“ Sympatec muss also bei der Auslegung der Messapparate in der Lage sein, sich entsprechend der zu analysierenden Stoffe flexibel an die verschiedensten Randbedingungen anzupassen. Bei der Konstruktion der Messapparaturen spielt deswegen neben Elektronik und Software auch die Mechanik rund um das Messvolumen inklusive der entsprechenden Zu- und Abführungen eine große Rolle. „Die Probennahme ist ein entscheidender Faktor bei der Partikelgrößenanalyse, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten und die Gesamtheit abzubilden“, betont der Technische Leiter. Das gelte gleichermaßen für komplett ‚offline‘ arbeitende Laborgeräte, die Probennahme im Prozess verbunden mit der externen Analyse (online) oder Entnahme und Messung direkt im Prozess (inline).

Schlüsselinnovation im M-CAD erleichtert Konstruktion

„Soll beispielsweise ein Auffangtrichter oder ein Flansch geändert werden, müssen wir das einfach und schnell erledigen können“, ergänzt Dr. Markus Schaller, Entwicklungsleiter Mechanik bei Sympatec. Nur so könne man gut auf Kundenwünsche eingehen, was gerade im Prozessbereich sehr wichtig sei.

Entsprechend flexibel und effizient kann Sympatec mit einer Schlüsselinnovation im Bereich der M-CAD-Systeme arbeiten: dem direkten Modellieren. „Bereits vor 20 Jahren entschied sich Sympatec deswegen für den Einsatz des SolidDesigners“, erinnert sich Schaller. Ausschlaggebend war damals unter anderem, dass es nur mit diesem CAD-System gelang, innerhalb kurzer Zeit die Ecken einer Nut zwischen zwei Zylindern zu verrunden. Die Software, die zwischenzeitlich OneSpace Modeling und dann CoCreate Modeling hieß, wird nach der Übernahme von Hersteller CoCreate durch PTC inzwischen als Creo Elements/Direct vertrieben. Sie erleichtert dem Anwender vor allem die Modifikation bestehender Modelle, da er sich dabei nicht um die in parametrischen Systemen so wichtige Änderungshistorie kümmern muss.

Sympatec ist dem CAD-System und dem direkten Modellieren bis heute treu geblieben. Dabei ziehen die Verantwortlichen von Zeit zu Zeit durchaus Alternativen in Betracht. „Ich selbst bin kein Freund von Wartungsverträgen und kontinuierlich erfolgenden Updates – die Reibungsverluste sind einfach zu hoch“, erläutert Wolfgang Witt die Strategie des Unternehmens. „Software, und nicht nur die im CAD-Bereich, sollte sich rund sieben Jahre ohne großen Aufwand nutzen lassen. Dann suchen wir nach einer neuen Lösung und nehmen ganz bewusst auch einen gegebenenfalls erforderlichen Migrationsaufwand in Kauf.“ In der Zwischenzeit könne man dafür aber ungestört mit dem System arbeiten. „Alle sieben Jahre lohnt sich dann auch der Aufwand, nach der jeweils besten Lösung zu suchen.“ Da Sympatec vorhandene Anlagen aber nicht durch einfaches Skalieren an andere Aufgabenstellungen anpassen könne, mache bis heute ein parametrisches CAD-System keinen Sinn, so Witt weiter. „Das direkte Modellieren ist für uns die bevorzugte Modellier-Methode.“ Inzwischen ist an sechs Arbeitsplätzen Creo Elements/Direct installiert, zusätzlich auch an zwei weiteren Plätzen für Werksstudenten.

3D-Datenverwaltung auf neue Beine gestellt

Mit der dritten Entscheidung für die CAD-Software vor knapp zwei Jahren investierte Sympatec auch in eine Lösung für das Datenmanagement: den CoCreate Model Manager (heute Creo Elements/Direct Model Manager). „Wir hatten lange mit der Einführung einer Datenbank gewartet, weil ich der Meinung war, eine geordnete Dateistruktur mit vernünftiger Namensgebung reiche aus“, erinnert sich Wolfgang Witt. In der Vergangenheit habe das auch funktioniert. „Seit 1991 speichere ich alle Daten der Technik – sprich meiner Abteilung; inzwischen befinden sich auf einer Ein-Terabyte-Festplatte rund 750.000 Dateien.“ Allerdings habe er sich überzeugen lassen, dass im CAD-Bereich eine Datenverwaltung notwendig sei.

„Im 2D-Bereich hatten wir alles gut unter Kontrolle“, erläutert Mechanik-Entwicklungsleiter Markus Schaller. „Allerdings erfolgte eine Versionierung nicht auf Baugruppenebene, sondern nur bei den Teilen.“ Bei der Verwaltung der 3D-Modelle wurde es deswegen zunehmend schwieriger, nachzuvollziehen, welchen Status ein Projekt hatte. „Insbesondere bei Änderungen weiß dann sehr schnell keiner mehr, an welcher Stelle entsprechende Teile oder Baugruppen verbaut sind.“ Mit dem Model Manager kann Sympatec heute auch die 3D-Daten vernünftig verwalten – „ohne redundante Informationen, das war für mich der wichtigste Punkt“, betont Schaller. Durch die strikte Einführung einer Versionierung ist außerdem sichergestellt, dass auch der Service genau weiß, welche Version beim Kunden vor Ort verbaut ist.

Bei der Installation von Datenverwaltung und neuer CAD-Version war natürlich die Migration der Daten eine Herausforderung, auch wenn nicht restlos alle vorhandenen Daten mitgenommen wurden – etwa die aus längst abgeschlossenen Projekten. Beauftragt wurde mit der Installation und Migration der langjährige Partner im CAD-Bereich, die Bochumer Ascad GmbH – heute ComputerKomplett Ascad. „Bereits eine Woche nach Beginn der Umstellung konnte die Mechanik-Entwicklung schon wieder normal arbeiten“, freut sich Sympatecs Technischer Leiter Wolfgang Witt. „Auch die Schulungen erfolgten in dieser Zeit – alles in allem ein Glücksfall für uns.“ Denn neben den reinen CAD-Daten musste auch eine Reihe weiterer Daten wie etwa die Stammdaten in die Datenbank geschleust werden. Vorausgegangen war rund ein Vierteljahr Vorarbeit. In dieser Zeit konnte Ascad – basierend auf den seitens Sympatec gut aufbereiteten Informationen – den Migrationsprozess vorbereiten. Während des Prozesses selbst mussten dann nur noch Ausnahmefälle gelöst werden – etwa die, bei denen Sympatec aus bestimmten Gründen von der eigenen Namensgebung abgewichen war.

Inzwischen haben die Mitarbeiter im Bereich der Mechanik-Konstruktion die Datenverwaltung per Model Manager akzeptiert. Auch wenn gelegentlich Kritik kommt – wie so häufig beim Einsatz von EDM- oder PDM-Systemen – bezüglich des damit verbundenen Verwaltungsaufwandes. „Frage ich nach, wie lange etwas dauert, erhalte ich die Antwort: Das Zeichnen geht schnell, aber die Verwaltung...“, erläutert Wolfgang Witt. Setze er nach, was ‚Verwaltung‘ meine, folgten das Anlegen von Stücklisten und Teilen mit den entsprechenden Parametern. „Da kommen wir in Grenzbereiche. Ich würde mir deshalb wünschen, dass das System zwischen wesentlichen und unwesentlichen Aspekten unterscheiden kann und bei Bedarf mit Default-Parametern arbeitet – sonst geht viel Zeit bei der Verwaltung ‚unwichtigerer‘ Teile verloren.“ Ein Mensch könne das naturgemäß viel einfacher entscheiden.

Intensive Kommunikation macht Komplexität beherrschbar

Gerade beim Bau von Messtechnik-Apparaturen kommt dem Zusammenspiel der verschiedenen beteiligten Disziplinen eine große Bedeutung zu – neben der Mechanik geht es um Elektronik und vor allem um Software. Wie komplex die Thematik ist, verdeutlichen die folgenden Zahlen: Sympatec verwaltet rund 35.000 Teile, 10.000 Stücklisten, 200 im Einsatz stehende Elektronik-Boards sowie 3,5 Millionen Zeilen Softwarecode – davon 1 Million Zeilen selbst geschrieben. „Viele Probleme lösen wir über den intensiven Austausch untereinander“, erläutert Witt. „Die 20 Kollegen, die direkt in der Entwicklung arbeiten, setzen sich in regelmäßigen Abständen zusammen – und dabei arbeiten wir interdisziplinär.“ Für die Vielzahl der Anwendungen ließe sich auf diesem Wege auch so manche Lösung finden, auf die man sonst nicht komme – etwa der Einsatz einer Mikrohydraulik anstelle eines Elektroantriebs. „So können wir uns auch weltweit durchsetzen.“

Interessant ist dabei, dass Sympatec die komplette Entwicklung auch FDA-konform gestaltet und dokumentiert. Die Vorgaben der US-amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) spielen weltweit in den Bereichen Lebensmittel und Pharmazie, insbesondere auch der Medizintechnik, eine wichtige Rolle. „Wir haben uns entschieden, diese Anforderungen immer zu erfüllen – unabhängig von der Branche, in der unsere Geräte zum Einsatz kommen. Alle unsere Systeme werden so gebaut, dass wir sie in den Pharmaziebereich liefern können“, betont Witt. Das habe sich bewährt, auch unter dem Kostenaspekt. „Wenn wir für weniger kritische Branchen zusätzlich einfachere Prozesse gestalten, führt auch dies zu einem Mehraufwand – das rechnet sich nicht.“

Um die FDA-Vorgaben zu erfüllen, musste sich Sympatec wiederholt Audits stellen. Eines der wichtigsten Ergebnisse war wiederum, dass im Rahmen der Qualitätssicherung eine enge Abstimmung aller Beteiligten der Schlüssel zum Erfolg ist. „Unsere Entwicklung folgt den Vorgaben des V-Modells, über das wir auch die verschiedenen Disziplinen miteinander koordinieren können“, so Wolfgang Witt abschließend. „Unserem damaligen Berater Howard T. Garston Smith schicke ich deswegen nach anfänglicher Skepsis jährlich zu Weihnachten eine Dankeskarte.“ Zudem dürfe Sympatec Smith (unter anderem Autor des Buchs ‚Software Quality Assurance: A Guide for Developers and Auditors’) mit den Worten zitieren, dass man ein leuchtendes Beispiel in der Software produzierenden Industrie sei.

ComputerKomplett Ascad GmbH, Bochum Tel. 0234/9594-0, http://www.computerkomplett.de

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