Belegungsberechnung für Energieführungsketten
Am 21. November 2008 fand der Workshop Elektrotechnik-CAD das achte Jahr in Folge an der Universität Stuttgart statt. Im Zentrum der diesjährigen Tagung stand die Zukunft der ECAD-Technologie, motiviert durch Anwenderanforderungen und neue Entwicklungsansätze. Es sollten sowohl neue Methoden und Werkzeuge vorgestellt als auch zukunftsweisende Entwicklungsrichtungen aufgezeigt werden.
Selbstverständlich waren auch wir wieder mit einem Beitrag dabei. Bei der diesjährigen Arbeit handelte es sich um ein Verfahren zur Belegungsberechnung für Energieführungsketten. Hierbei wurde sowohl die Zuordnung von Leitungen zu entsprechenden Energieführungsketten, als auch die interne Belegung dieser Ketten berücksichtigt.
Sie finden detaillierte Angaben zu diesem Thema in unserem Projekt „OpenChainFit“. Eine kurze Einführung in die Thematik wurde auch im Tagungsband zum Workshop veröffentlicht
Einleitung
Vormontage und Vorfertigung von Teilbaugruppen gehören heute zu einem wichtigen Vorgehen in modernen Fertigungsprozessen im Maschinen- und Anlagenbau. Immer mehr Baugruppen sollen zur Steigerung der Effizienz vormontiert werden. Energieführungsketten[*] sind solch eine Teilbaugruppe, die sich meist extern besser bestücken lässt als später in der eigentlichen Anlage.
Zulieferfirmen bieten eine direkte Bestückung mit Leitungen heute schon an. So könnte eine vollständig belegte Energieführungskette direkt an die Arbeitsstation in der Fertigung geliefert werden. Wie aber bekommt man die Daten zur Erstellung der Ketten? Bisher manuell erbrachte Leistung durch Herauslesen der Informationen aus dem Stromlaufplan sind für eine automatisierte Vorfertigung nicht brauchbar.
In dem vorliegenden Projekt soll untersucht werden, inwieweit die benötigten Informationen aus vorhandenen Daten ermittelt werden können, und wie Algorithmen zur Berechnung von optimierten Belegungen beschaffen sein müssen.
Die Verbindung zwischen E- und M-CAD in der Praxis
Was in der Massenfertigung schon etabliert ist, setzt sich jetzt auch immer mehr in der Einzelfertigung und im Bau von Kleinserien durch: Die Vorfertigung durch spezialisierte und dadurch kostengünstige Zulieferer.
Ohne diese Entwicklung wären heute kleinere Betriebe oft nicht überlebensfähig und könnten dem enormen Preisdruck des Marktes nicht standhalten. Dennoch stellen solch vorkonfektionierte Baugruppen in der Praxis eine große Herausforderung dar. Es genügt nicht, einen fähigen Zulieferer zu finden, auch die Daten müssen für die Aufträge entsprechend erfasst und zeitnah dem Zulieferer zur Verfügung gestellt werden.
Dieses Problem tritt bei allen vorzufertigenden Teilen und Baugruppen auf. In dem hier vorgestellten Projekt konzentrieren wir uns auf die Belegung von Energieführungsketten und wollen an diesem Beispiel Möglichkeiten aufzeigen, dieses Problem zu lösen.
Die Verlegung von Leitungen in einer Maschine oder Anlage ist an sich ein klassische Routingproblem. Warum dann nicht einfach die Leitungen durch das 3D-Modell aus dem mechanischen CAD-System routen und so das Ergebnis erhalten? Nun, diese Möglichkeit ist mit Sicherheit die beste und wird sich in der Zukunft auch durchsetzen. Namhafte Hersteller von 3D-CAD-Systemen und E-CAD-Systemen haben in verschiedenen Kooperationen bereits anhand von Mustern aufgezeigt, dass dieses Verfahren zum Erfolg führen kann. Leider führen solche Integrationen, die oft mit dem Label: Mechatronik platziert werden, noch das Dasein eines Eye-Catchers auf Messen und Ausstellungen. In der breiten Masse der Anwender sind derartige Verfahren nur sehr selten im Praxiseinsatz zu finden.
Woran mag das liegen? Sicherlich sind die Gründe hierfür recht vielfältig. Einer der Hauptgründe ist meines Erachtens aber die noch fehlende Integration der mechanischen und elektrischen Fachbereiche in den Unternehmen. Selbst bei Unternehmen mit einem guten Verhältnis zwischen beiden Fachbereichen und einer regen und guten Kommunikation wird die Auswahl der CAD-Systeme von den Fachbereichen selbst bestimmt. Der Integrationsgedanke spielt bei Auswahlverfahren auf beiden Seiten eine eher untergeordnete Rolle. Hierdurch entstehen beim Anwender Inkompatibilitäten und Sonderkonfigurationen, die nur mit immensem Aufwand und hohen Kosten zu einer integrierten Lösung führen können.
Auch am Markt sind Kooperationen von CAD-Herstellern eine eher neue Erscheinung. Was aber kann ich tun, wenn mein Anbieter des E-CAD-Systems nicht mit dem meines 3D-CAD kooperiert, sondern mit dessen Konkurrenz? Soll ich meine ganzen Investitionen der letzten Jahre abschreiben und auf ein anderes System umsatteln? Muss ich hohe Anpassungskosten in Kauf nehmen und durch Drittanbieter eine Schnittstelle entwickeln lassen? Alle Überlegungen lassen sich bei sehr großen Unternehmen mit dem entsprechenden Budget vielleicht realisieren, aber kleinere und mittlere Unternehmen haben hierzu nicht die Möglichkeit.
So bleibt hier nichts anderes übrig als auf standardisierte Schnittstellen zu setzen und zu warten, dass diese möglichst bald in die Updates eingebaut werden. Leider ist eine offene Schnittstelle aber nicht immer das, was aus wirtschaftlicher Sicht gewinnfördernd für den Anbieter ist. Viele befürchten hierdurch allzu leicht austauschbar zu werden, auch wenn diese Angst unbegründet sein mag.
Nutzung vorhandener Daten zur Erstellung von Verlegeplänen
Um heute eine Lösung entwickeln zu können, die auch in der Praxis eingesetzt werden kann, ohne dass Systeme ausgetauscht werden oder riesige Budgets für Anpassungen bereit stehen müssen, bleibt nur der Weg über bereits vorhandene Daten.
Genau diesen Weg wollen wir in unserem Projekt beschreiten. Zur Kopplung der Daten zwischen den beiden Perspektiven des 3D-Anlagenbaus aus dem mechanischen Bereich und dem elektrotechnischen Bereich wollen wir uns nur bereits etablierten Daten widmen. Meist sind in Unternehmen Produktstrukturen und Baugruppen sowie Baugruppenhierarchien definiert. Dies mag in einem Fall gezielt so angelegt worden sein, wenn es sich zum Beispiel um einen schon automatisierten Variantenfertiger handelt; in anderen Fällen ergeben sich die Strukturen oft von selbst.
Mal ehrlich, selbst wenn jemand absolut keine Ahnung von der Strukturierung einer technischen Anlage hat, es wird ihm nur unter Anstrengung gelingen, etwas zu entwerfen, das absolut keiner Struktur folgt. Instinktiv wird man eine Strukturierung vornehmen, sei es von Seiten des Vertriebs oder getrieben von den technischen Fachbereichen. Auch ist es mir bisher nicht begegnet, dass Betriebsaufträge gänzlich unstrukturiert daherkommen.
Ob eine Struktur geeignet ist, oder ob zur vollständigen Eignung noch Transformationen und Anpassungen notwendig sind, wird sich bei der näheren Betrachtung der Teilprobleme zeigen. Ich möchte daher auf die entsprechenden Kapitel verweisen.
Presse & Literatur
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