Optimierte Fertigung mit Datenhaltung Schaltanlagenbau mit der „Industrie 4.0“-Brille

Autor / Redakteur: Uwe Scharf, Thomas Weichsel* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Wo lassen sich die Ideen und Konzepte von Industrie 4.0 verwirklichen und welche Branche ist heute schon wie weit? Diese Fragen werden in den nächsten Jahren die aktuelle Diskussion immer wieder bestimmen. Der Steuerungs- und Schaltanlagenbau, bei dem Unikatfertigung und Handarbeit heute noch die Regel sind, scheint als Paradebeispiel nicht prädestiniert zu sein. Doch das ist weit gefehlt..

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Wenn eine Schaltanlage in Betrieb geht, lief zuvor ein Engineering-Prozess mit vielen Schritten ab.
Wenn eine Schaltanlage in Betrieb geht, lief zuvor ein Engineering-Prozess mit vielen Schritten ab.
( Rittal)

Die Zukunftsvision Industrie 4.0 ist seit etwa drei Jahren innerhalb der fertigenden Industrie und dort speziell in der Automatisierungsbranche ein viel diskutiertes Thema. Eine der grundlegenden Ideen hinter Industrie 4.0 – der Begriff symbolisiert die vierte industrielle Revolution – ist das Zusammenwachsen der realen und der virtuellen Welt.

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Auf Basis des „Internets der Dinge“ soll eine intelligente Fabrik entstehen, in der sogenannte Cyber Physical Production Systems (CPPS) eine sehr flexible Produktion ermöglichen. Dabei sollen Verfahren zur Selbstoptimierung und Selbstdiagnose sowie autarke Entscheidungen der CPPS die Produktion und auch die sie umgebenden Prozesse, wie Einkauf und Logistik, insgesamt effizienter machen.

Gleichzeitig erhofft man sich, dass trotz Serienfertigung eine hohe Individualisierung des einzelnen Produktes möglich wird. Im Idealfall verfügt das noch unfertige Produkt beispielsweise über einen RFID-Chip oder Barcode mit allen Informationen, die zur Fertigung notwendig sind.

Am weitest fortgeschrittenen ist diese Technologie heute wohl in der Automobilindustrie, wo trotz Serienfertigung praktisch keine zwei völlig gleichen Fahrzeuge vom Band rollen und alle Prozesse sehr gut miteinander vernetzt sind. Aber auch hier ist noch keine vollständige Umsetzung der Konzepte von Industrie 4.0 realisiert. Denn die Daten auf dem RFID-Chip oder dem Barcode sind nicht mehr mit der ursprünglichen Datenbasis synchronisiert, so dass hier ein gewisser Bruch in der Datenhaltung eintritt.

Schaltanlagenbau nach Industrie 4.0?

Für Unternehmen im Schaltanlagenbau stellt sich die Frage, ob auch Schaltanlagen gemäß den Ideen von Industrie 4.0 produziert werden können. Klar ist: Die Auswirkungen der Zielsetzung von Industrie 4.0 auf das Engineering und die Abläufe in Fertigung und Montage im Schaltanlagenbau sind beträchtlich. Schaltanlagen in der Industrie, wie sie zum Beispiel in der Niederspannungs-Hauptverteilung zum Einsatz kommen, sind heute zwar standardisiert und etwa mit dem Systembaukasten von Rittal modular aufgebaut. Trotzdem ist jede Anlage genau an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst und muss daher individuell geplant und produziert werden.

Zunächst sollte man die Voraussetzungen betrachten, die für eine Industrie-4.0-Produktion notwendig sind.

Die ersten wichtigen Aspekte sind die Virtualisierung des gesamten Engineering-Prozesses und die Integration der Prozesse von der Produktentwicklung bis hin zur Produktion. Dazu gehören ein ganzheitliches Produktdaten-Modell (kaufmännisch, technisch, elektrisch und mechanisch) sowie eine Durchgängigkeit der zu Beginn des Prozesses erzeugten Daten.

Der Engineering-Prozess beim Schaltanlagenbau beginnt mit der Definition der Anforderungen und der anschließenden Elektroplanung. Eine Virtualisierung ist in diesem einen Teilschritt schon seit vielen Jahren Stand der Technik. Die mechanische Planung (zum Beispiel einer Maschine) ist häufig schon im Vorfeld durch den Maschinenbauer erfolgt. Auch hier ist die Virtualisierung unter Verwendung von nativen 3D-Daten mittlerweile Stand der Technik. Rittal stellt zum Beispiel sämtliche Produktdaten M-CAD-kompatibel über die Plattform Partsserver von Cadenas kostenlos zur Verfügung.

Die Elektroplanung findet heute praktisch ausschließlich mit leistungsfähigen CAE-Systemen statt. Um die nachfolgenden Prozesse möglichst effizient zu gestalten, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die bei der Elektroplanung erzeugten Daten durchgängig weiterverwendet werden können.

Kommt bei der Elektroplanung beispielsweise Eplan Electric P8 zum Einsatz, kann im Anschluss an die Hardwareplanung ein virtueller 3D-Prototyp für die technologische Umsetzung mit Eplan Pro Panel erstellt werden. Die notwendigen Daten für Gehäuse, Zubehör und Betriebsmittel, die im Schaltschrank eingebaut werden, kommen dabei aus dem Eplan Data Portal, in dem aktuell etwa 370.000 Artikel- und Gerätedatensätze von 57 namhaften Herstellern erhältlich sind. Neben den technischen Daten sind auch die 3D-Grafikdaten der Bauteile vorhanden, die zur Erstellung eines virtuellen Prototypen benötigt werden.

Hier findet der Rittal Anwender in Kürze das vollständige Rittal Portfolio abgebildet – kaufmännischen Daten für Integration in ERP-Systeme und die Anbindung von Einkauf und Logistik in den Gesamtprozess inklusive.

Von der Planung in die Fertigung

Die Fertigung im Schaltanlagenbau ist heute noch von viel Handarbeit geprägt. Dies bedeutet aber nicht zwangsläufig, dass die Prinzipien von Industrie 4.0 in diesem Bereich nicht umsetzbar sind. So bietet die Kiesling Maschinentechnik mit seinen automatisierten Maschinen zur Bearbeitung von Schrankbauteilen, zum Zuschneiden von Tragschienen und Kabelkanälen sowie zur Bestückung von Tragschienen mit ein umfangreiches Portfolio an, mit dem sich viele Schritte im Schaltanlagenbau automatisieren lassen.

Auf dem weiteren Weg in die Zukunft ist der Roboter Averex, der das aufwändige Verdrahten zwischen den einzelnen Komponenten auf der Montageplatte automatisiert, ein wichtiger Baustein. In allen Maschinen können die Daten aus der Eplan Elektroplanung und aus dem virtuellen 3D-Prototypen direkt weiterverwendet werden. Die Durchgängigkeit der Daten ist gerade hier besonders wichtig.

Aber unabhängig davon, ob die Fertigung mit automatisierten Maschinen oder Handarbeit in der Produktion überwiegen, lassen sich die Grundsätze von Industrie 4.0. weiter vorantreiben. Ein wichtiges Etappen-Ziel dabei ist die „papierlose“ Fertigung. Denn Industrie 4.0 bedeutet nicht, dass keine Menschen mehr in die Produktion involviert wären. Einige heute noch typische Arbeitsabläufe würden sich allerdings deutlich ändern. Es wäre zum Beispiel nicht mehr so, dass ein Mitarbeiter mit einer gedruckten Stückliste die Komponenten für einen Fertigungsauftrag zusammenstellt. Denn sobald eine Liste ausgedruckt wird, ist sie nicht mehr automatisch mit der durchgängigen Datenhaltung konsistent. Im Idealfall sollten Einkauf, Logistik und Materialwirtschaft so aufeinander abgestimmt sein, dass immer die gerade benötigten Komponenten bereit stehen. Und gleichzeitig müssen alle Prozesse entlang des gesamten Engineering-Prozesses stets auf die aktuellen Daten zugreifen können. Um die Daten immer auf dem aktuellen Stand bereitstellen zu können, sind allerdings hochverfügbare Transfernetze für die Datenhaltung und Übertragung notwendig.

Aus der Sicht des Anwenders

Die Sicht eines einzelnen Lieferanten auf den Prozess kann sehr schnell relativ einseitig werden. Wichtig ist es, sich die Sicht des Anwenders zu vergegenwärtigen. Für einen Schaltanlagenbauer gibt es beispielsweise nicht nur die elektrotechnische Sicht, wie sie der Elektroplaner hat. Am gesamten Prozess, der mit dem Bau einer Schaltanlage verbunden ist, sind auch andere Abteilungen beteiligt. Dies sind zum Beispiel die mechanische Konstruktion und Fertigung inklusive der Metallbearbeitung und Montage. Auch hier müssen Daten, wie NC-Bearbeitungsprogramme, Informationen zur Drahtkonfektionierung, Montageinformationen oder Stücklisten, zur Verfügung stehen. Genauso wichtig ist die Anbindung an die betriebswirtschaftlichen Prozesse innerhalb des Unternehmens. Bereiche wie Einkauf, Kalkulation, Auftragsvorbereitung und Logistik benötigen ebenfalls Daten, die wiederum mit den anderen Prozessen eng verknüpft sind.

Ein weiterer wichtiger Aspekt aus der Sicht des Anwenders im Schaltanlagenbau ist die neue Norm IEC 61439, die ab dem 1. November 2014 für alle neuen Niederspannungsschaltanlagen gültig sein wird. In dieser Norm sind die Dokumentationspflichten für den Schaltanlagenbauer deutlich umfangreicher als bisher. Die Anforderungen an die Dokumentationen lassen sich nur dann einfach und zuverlässig erfüllen, wenn sämtliche Daten für die Schaltanlage konsistent vorliegen. Die Standardisierung der Systeme im Schaltanlagenbau leistet hier einen wertvollen Beitrag.

Auf dem Weg in die Zukunft

Auch wenn die Visionen von Industrie 4.0 sicher noch viele Jahre benötigen, bis sie in vielen Bereichen der produzierenden Industrie umgesetzt sind, sind einige der Ideen schon heute verwirklicht. Im Schaltanlagenbau liegt das Hauptaugenmerk der aktuellen Entwicklung darauf, den Engineering-Prozess in seiner Gesamtheit zu optimieren. Dazu sind ein ganzheitliches Produktdatenmodell und eine durchgängige Datenhaltung von der Planung über die Fertigung bis hin zur Inbetriebnahme Grundvoraussetzung.

Innerhalb der Friedhelm Loh Group bieten die Unternehmen Eplan, Rittal und Kiesling Maschinentechnik dem Kunden bereits weit fortgeschrittene Lösungen an. Die optimale Abstimmung der Unternehmen innerhalb der Gruppe bietet hier einen enormen Vorteil, der gerade dem Anwender im Schaltanlagenbau zugute kommt.

Auf dem Weg hin zu Industrie 4.0 sind aber noch viele Hürden zu nehmen. Vor allem die Integration von Engineering-Lösungen in bestehende IT-Infrastrukturen, wie die Anbindung ERP-Systeme, ist oftmals noch nicht zufriedenstellend gelöst. Auch die Standardisierung von Schnittstellen und Prozessen zwischen den einzelnen Disziplinen innerhalb des Schaltanlagenbaus ist sicher eine Aufgabe für die Zukunft. Der Datenhaltung und -bereitstellung kommt innerhalb von Industrie 4.0 eine entscheidende Bedeutung zu. Neben der Durchgängigkeit wird auch eine sehr hohe Flexibilität erforderlich sein. Informationen sollen genau zu dem Zeitpunkt abrufbar sein, an dem sie benötigt werden. So stehen immer die aktuellen Daten zur Verfügung, um Entscheidungen über den bestmöglichsten nächsten Schritt innerhalb des Produktionsablaufs zu treffen.

Friedhelm Loh Group – Software-Kompetenz nimmt zu

Innerhalb der gesamten Friedhelm Loh Group ist seit Jahren ein klarer Trend hin zu immer mehr Software-Kompetenz festzustellen. Die Bereitstellung von Daten, Planungssoftware in den verschiedensten Disziplinen und die Integration der verschiedenen Prozesse nehmen nicht nur einen hohen Stellenwert innerhalb der Unternehmensgruppe ein, sondern sind ein klares Bekenntnis, die Zukunft der Produktion im Sinne von Industrie 4.0 aktiv mitzugestalten.

Für kommende Digital-Factory-Lösungen ist gerade die Integration von Mechanik-Know-how und die Kompetenz bei der Integration von Engineering-Lösungen in bestehende IT-Infrastrukturen des Softwareunternehmens Cideon, das seit 2013 zur Friedhelm Loh Group gehört, kombiniert mit dem Eplan-Prozesswissen eine wertvolle Voraussetzung.

* Dipl.-Ing. Uwe Scharf, Geschäftsbereichsleiter Produktmanagement, Rittal; Dipl.-Ing. Thomas Weichsel, Produktmanager Schaltschrank-Engineering, Eplan

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