Interdisziplinäres Engineering

CAE - Mechatronische Systeme und Komponenten treten nicht auf der Stelle; raditionelle Grenzen zwischen mechanischer und elektrischer Konstruktion sowie Software-Entwicklung fallen. Konstrukteure brauchen darum disziplinübergreifende Werkzeuge.

02. August 2007

Der Paradigmenwechsel vom grafik- oder objektorientierten zum funktionalen Engineering hat tief greifende Folgen für den Konstruktionsprozess: Vor allem im Sondermaschinenbau kommen Konstrukteure einfacher zum Ziel, weil sie Funktionsmodule auswählen, die automatisch über alle Einzeldisziplinen hinweg in die Konstruktion aufgenommen werden. Diese Vorgehensweise zeichnet zukünftige Engineering-Prozesse aus und findet ihre Antwort im Eplan Engineering Center.

Der Leistungszuwachs moderner Maschinen und Anlagen ist in hohem Maße dem Zusammenwachsen der Ingenieursdisziplinen zu verdanken: Ein Hydraulik- oder Pneumatikantrieb ohne elektronische Ansteuerung wird immer seltener. Durch die Programmierung von SPS und anderen Steuerungen lassen sich zusätzliche Leistungs- oder Produktivitätspotenziale der Maschinen-Hardware erschließen und

eine wesentliche Aufgabe der Maschinenbauer und ihrer Zulieferer besteht darin, ­mechanische und elektrische Komponenten zu mechatronischen Systemen und Modulen zusammenzuführen.

Wunsch nach Vernetzung

Diese Veränderung hat unmittelbare Auswirkungen auf die Konstruktion: Einzeldisziplinen müssen viel stärker vernetzt werden, weil das Eigenschaftsprofil der Maschine nicht mehr aus Einzelkomponenten und -funktionen, wie etwa leistungsstarken Antrieben, sondern aus dem Zusammenwirken der Disziplinen resultiert. Dies gilt gleichsam für die Konzeptphase wie für den gesamten Entwicklungsprozess.

Zum Beispiel ist es aus Konstrukteurssicht sinnvoll und wünschenswert, nicht nur Konstruktionselemente aus einer einzelnen Disziplin im CAx-System abzulegen und sie gegebenenfalls bei späteren Projekten wieder zu verwenden, sondern auch disziplin­übergreifend Module zu bilden. Die Änderungsfunktionen sollten nach Möglichkeit ebenfalls die Konsequenzen und Auswirkungen berücksichtigen, die eine Änderung, beispielsweise auf pneumatischer Ebene, auf die benachbarten Disziplinen hat, wie etwa auf die elektrische Ansteuerung und somit auf die Elektrokonstruktion. Das kommt gar nicht so selten vor.

Aus all dem ergibt sich: Die Leistungsfähigkeit der Schnittstellen hat im Computer Aided Engineering (CAE) inzwischen eine ähnliche Bedeutung für die Arbeit des Konstrukteurs wie die Funktionen der CAE- und MCAD-Systeme selbst. Ein weiterer Aspekt, der die Zukunft im CAE betrifft, ist der Wunsch nach umfassender Nutzung der Konstruktionsdaten auch über die Entwicklungsphase hinaus. Mit der Konstruktion soll eine Datenbasis entstehen, die während des Betriebs der Maschine nicht nur als statische Dokumentation genutzt wird, sondern zum Beispiel auch für die Visualisierung, die Prozessleittechnik oder die Instandhaltung.

Funktional statt disziplinär

Beide Anforderungen - die stärkere Verbindung der Einzeldisziplinen und die umfassende Nutzung der Konstruktionsdaten auch für den Betrieb der Maschine - lassen sich nur realisieren, wenn die Maschine schon in der Konstruktionsphase gesamtheitlich betrachtet und nicht ausschließlich in Einzeldisziplinen konstruiert wird.

Das stößt allerdings dort an Grenzen, wo der Konstrukteur selbst beteiligt ist: Im Zeitalter der Spezialisierung kann ein Elektroingenieur nicht die mechanische Konstruktion übernehmen oder die Hydraulikkomponenten auswählen. Aber: Alle Einzeldisziplinen können »ihre« Daten während der Konstruktion in einem gemeinsamen Datenpool sammeln. Und wenn der Controller die Daten intelligent aufbereitet, indem er sie nach Funktionen und eben nicht nach Disziplinen strukturiert, dann ergeben sich ganz automatisch wesentliche Vorteile für den Konstrukteur.

Eben diesen Schritt zum funktionalen Engineering hat Eplan Software & Service mit der Entwicklung des Eplan Engineering Center (EEC) vollzogen. Die Daten verschiedener Gewerke werden in dieser Einheit funktionsbezogen, das heißt als Module oder mechatronische Komponenten, zentral gespeichert und verwaltet.

Das EEC verändert die Arbeitsweise des Konstrukteurs fundamental. Statt sich mit Klemmenbelegungen oder Leiterdurchmessern zu beschäftigen, ruft er aus dem EEC den gewünschten Antrieb oder den Schweißroboter, den Greifer, das Handlingsystem oder was auch immer ab, gibt die benötigte Leistung oder andere Parameter ein, und das System integriert die ausgewählte Komponente in allen Disziplinen des Engineerings.

Auf diese Weise spart der Maschinenbauer nicht nur Zeit, weil. Auf der anderen seite gewinnt die Konstruktion auch an Qualität, weil es keine Inkonsistenzen zwischen einzelnen Gewerken mehr gibt - auch bei Änderungen werden alle Gewerke automatisch einbezogen.

Module aus der virtuellen Schublade

Und da dem EEC sukzessive weitere Module hinzugefügt werden, lernt das System beständig hinzu: Die Modulbibliothek wird immer größer, sodass immer weniger Funktionen individuell entwickelt werden müssen. Das ist vor allem im Sondermaschinenbau, der wiederkehrende Module und Funktionen zu immer neuen Maschinen und Maschinenvarianten kombiniert, ein Vorteil, der enorme Potenziale in der Entwicklung freisetzen kann. Das allerdings passiert nicht von heute auf morgen, quasi per Knopfdruck oder mit der Anschaffung der EEC-Lizenzen: Das Eplan Engineering Center muss erst mit Leben, das heißt mit Funktionsmodulen, gefüllt werden. Dazu bedarf es zunächst einer sehr gut überlegten Strategie, wie Anwender die Konstruktion und die Funktionen am besten strukturieren. Im zweiten Schritt werden dann die Funktionen definiert und ins EEC implementiert. Das ist ein Prozess, der am besten schrittweise erfolgt, indem man mit einzelnen Gewerken und Funktionen beginnt.

Doch es lohnt sich, diese anfängliche und auf keinen Fall zu unterschätzende Mehrarbeit zu leisten. Denn wenn die Baukästen gefüllt sind, vereinfacht sich die Konstruktion ganz erheblich. Deshalb wird der Ausbau des Systems forciert mit dem Ziel, Konstrukteuren neue Kosten- und Effizienzvorteile im disziplinübergreifenden Engineering an die Hand zu geben.

Mechatronisches Engineering

Der Weg des Computer Aided Engineering geht in Richtung mechatronisches Engineering. Der Werkzeugbau von Audi beispielsweise hat die Vorteile erkannt, die das funktionale Engineering bietet, und hat die­se Methodik mit dem Eplan Engineering Center bereits umgesetzt. Durch die Einführung des Systems kann der Autobauer aus Ingolstadt bereits eine ganze Reihe von Erfolgen verbuchen, zum Beispiel bei der Verkürzung der Planungszeiten von neuen Fertigungslinien.

Birgit Hagelschuer, Eplan Software & Service/ps

Fakten:Eplan Engineering Center:

- führt mechanische und elektrische Komponenten zu mechatronischen Systemen und Modulen zusammen,

- speichert und verwaltet Daten verschiedener Gewerke funktionsbezogen und zentral,

- befreit Maschinenbauer von lästigen Wiederholarbeiten,

- wächst beständig, was weniger Sonderentwicklungen nötig macht,

- zielt auf mechatronisches Engineering

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2007