Digitalisierung im Schaltanlagenbau

Titel

Schaltanlagen – In Hannover zeigt Rittal zusammen mit Eplan und Phoenix Contact, wie die Fertigung eines Schaltschranks in Zeiten der Digitalisierung in allen Schritten schneller und flexibler ablaufen kann.

10. April 2018

Kleine Losgrößen bis hinab zu Losgröße 1 flexibel, effizient und automatisiert produzieren zu können, ist einer der Vorteile der Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0. Der Schaltanlagenbau ist ein Paradebeispiel für eine Branche, die von diesen Konzepten in besonderer Weise profitieren kann, denn Losgröße 1 ist hier in vielen Fällen die Regel.

Riesiges Aufkommen

Würde man alle Schaltschränke aneinanderreihen, die pro Jahr in Europa auf den Markt kommen, entstünde eine Schaltschrankreihe von der dänischen Grenze im Norden Schleswig-Holsteins bis zur Zugspitze. Rund eine Million Großschaltschränke werden jedes Jahr allein in Europa in Umlauf gebracht.

Der Schaltanlagenbau ist also eine große Branche, und sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Großserienfertigung die Ausnahme ist. Viele Schaltanlagen werden in kleinen Serien oder sogar als Unikate gebaut. Gerade für solche Anwendungen mit Fertigung in Losgröße 1 kann Industrie 4.0 enorme Vorteile bringen.

Wie die Digitalisierung im Schaltanlagenbau aussehen kann, zeigt das Netzwerk »Smart Engineering and Production 4.0« (SEAP 4.0). Drei der führenden Lösungsanbieter für diese Branche sind hierfür zusammengekommen: Es handelt sich um Eplan für Engineering-Lösungen, Rittal für die Schaltschranksystemtechnik sowie Phoenix Contact für die Automatisierungstechnik. Die Technologiepartner beschäftigen sich aber nicht nur mit der reinen Produktion, sondern wollen zudem zeigen, wie sich alle Prozesse entlang der Wertschöpfungskette vom Engineering über die Fertigung bis zur Inbetriebnahme digitalisieren lassen. Ziel sind konkrete Lösungen, mit denen sich die Produktivität im Schaltanlagenbau deutlich steigern lässt. Von diesen Lösungen sollen speziell die Unternehmen der mittelständisch geprägten Branche profitieren.

Kern ist die Darstellung eines durchgängig digitalisierten Engineering- und Produktionsprozesses am Beispiel einer Schaltanlagenproduktion. Die Grundlage der durchgängigen Digitalisierung ist die nahtlose Kommunikation zwischen allen Software-Systemen, Maschinen und Anlagen. Daher ist es eines der Ziele, herstellerneutrale Standards für die Daten und Datenkommunikation zu schaffen. Diese sind die Basis für die Interoperabilität zwischen den verschiedenen Systemen aus den Bereichen Engineering, Materialwirtschaft, Fertigungsplanung sowie der Produktion. Für die Kommunikation setzt das Technologienetzwerk auf standardisierte Informationsmodelle und Kommunikationsprotokolle, wie sie durch AutomationML oder OPC UA bereitgestellt werden.

Prozesse im Fokus

Im Fokus sind die wesentlichen Prozesse von der Erstellung digitaler Artikeldaten, deren Verwendung im virtuellen Engineering einer Schaltanlage über die Fertigung bis hin zu Prüfung und Inbetriebnahme. Neben den Kommunikationsprotokollen ist auch die Bereitstellung von Informationen in standardisierter Form notwendig, die über die Protokolle kommuniziert werden sollen. Ausgangspunkt bildet der digitale Artikel, bei dem alle benötigten Informationen zur Verfügung stehen.

Sehr deutlich lässt es sich beispielhaft an einer Klemme darstellen, deren Klassifizierung als eClass vorliegt und für die ein Eplan Makro generiert werden kann. Die Informationen enthalten also sämtliche elektrotechnische Daten, mechanische beziehungsweise geometrische Daten sowie die kaufmännischen Informationen.

Dieser digitale Artikel wird dann im ersten Schritt für den smarten Engineering-Prozess verwendet. Dabei stellt das Eplan Data Portal die digitalen Daten aller Komponenten für die Elektro- und Aufbauplanung zur Verfügung. Nach der Elektroplanung lässt sich mit Eplan Pro Panel ein virtueller Prototyp erzeugen. So entsteht ein digitaler Zwilling der Schaltanlage, in dem sämtliche Informationen enthalten sind, die beispielsweise für die Fertigung und darüber hinaus benötigt werden.

Ausgehend vom digitalen Zwilling werden die Daten verwendet, um die Schaltanlage zu fertigen. Die über herstellerunabhängige Datenstandards und Datenschnittstellen bereitgestellten Daten können sowohl von konventionellen als auch intelligenten Maschinen oder Anlagen verarbeitet werden, die bei Bedarf verschiedene Fertigungsschritte übernehmen. Die aus dem virtuellen Prototyp gewonnenen Daten steuern zum Beispiel das Zuschneiden von Schienen und Kabelkanälen mit einem Secarex-Zuschnittcenter. Die fertig zugeschnittenen Tragschienen werden mit den notwendigen Klemmen bestückt.

Der hierfür verwendete ClipX.Mini-Loader verarbeitet ebenfalls die zur Verfügung gestellten Daten. Gleiches gilt für das eingesetzte Beschriftungssystem ClipX.Rail-Marker, welches die Klemmen mit den Bezeichnungen aus dem Schaltplan beschriften kann. So entsteht aus dem virtuellen Prototyp Schritt für Schritt eine physikalische Schaltanlage. Auch Prozesse innerhalb der Fertigung, bei denen viele manuelle Tätigkeiten notwendig sind, lassen sich durch die durchgängige Datenverwendung effizienter gestalten.

Gezeigt wird hier die Verdrahtung der Klemmen mit dem digitalen Assistenzsystem Eplan Smart Wiring. Dieses zeigt auf einem Tablet die zu verdrahtenden Verbindungen an und liefert alle notwendigen Informationen zur Konfektionierung und Montage, inklusive einer Visualisierung des Verlegewegs der Leitung innerhalb des Schaltschranks.

Auch für Prüfungen und Abnahmen lassen sich die Daten einsetzen. So wird geprüft, wie eine digitale Vorzertifizierung von Schaltanlagen in Zukunft realisierbar ist. Das Technologienetzwerk arbeitet in dieser Fragestellung eng mit der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE) zusammen. Per Augmented-Reality werden die Möglichkeiten am Messestand verdeutlicht.

Semantische Beschreibung

Mit standardisierten Informationsmodellen und Kommunikationsprotokollen ist erst ein einziger Schritt in Richtung Industrie 4.0 unternommen. Um Industrie-4.0-Konzepte umsetzen zu können, ist aber auch eine semantische Beschreibung der Kommunikation zwischen den verschiedenen Systemen, Anlagen und Maschinen notwendig. Auch in diesem Bereich ist das Technologienetzwerk aktiv.

Im Rahmen des Projekts openAAS (open Asset Administration Shell) vom ZVEI arbeiten die beteiligten Unternehmen an einer Verwaltungsschale speziell für den Schaltanlagenbau. Die Semantik für die Kommunikation wird Teil dieser Verwaltungsschale sein. Damit werden Industrie-4.0-Komponenten entlang der Wertschöpfungskette – die so genannten Assets – in die Lage versetzt, direkt miteinander in Interaktion zu treten.

Informationsmodelle, Kommunikationsprotokolle, Assets und Semantik – viele Konzepte im Rahmen von Industrie 4.0 wirken auf den ersten Blick sehr abstrakt. Eines der Ziele des Technologienetzwerks SEAP 4.0 ist es daher, den konkreten Nutzen für den Schaltanlagenbauer begreifbar zu machen.

Der Gemeinschaftsstand, der das smarte Zusammenspiel von Engineering und Fertigung am Beispiel des Schaltanlagenbaus demonstriert, leistet dazu einen wichtigen Beitrag. Für die Besucher werden die innovativen Konzepte von Industrie 4.0 so sehr real greifbar. mk

Erschienen in Ausgabe: 03/2018