»Ohne Kommunikation gibt es keine Mechatronik«

Konstruktion - Noch schneller zur Maschine – das mechatronische Modularisieren der Funktionen der Maschinen macht die Konstruktion effizienter. Das passende IT-Konzept optimiert Zeit und Kosten.

11. April 2008

Die Diskussion um die Vorteile der Mechatronik wird heute oft technisch geführt. Die Entscheidungen der Maschinenbetreiber werden in Zukunft immer stärker an anderen Faktoren ausgerichtet. Dabei kommt einer Maschinenkonstruktion, die gemeinsam mit dem Kunden auf der Basis mechatronischer Module erfolgt, eine steigende Bedeutung zu.

Projektrisiken minimieren

Der Zeitraum von der Investitionsentscheidung des Maschinen- oder Anlagenbetreibers bis zum produktiven Einsatz einer Maschine ist ein wichtiges Kriterium. Darüber hinaus gewinnt die Kalkulationsgenauigkeit der Maschinenausbringung, -geschwindigkeit und -zuverlässigkeit an Einfluss. Zum Teil werden das maximale Volumen oder die Abmessungen der Maschine bereits vom Controlling des Anwenders vorgegeben, da der Platz in der Fertigungshalle begrenzt ist.

Außerdem müssen Parameter wie Energieverbrauch berücksichtigt werden, denn die Energie wird zunehmend in die Stückkostenkalkulation mit einbezogen. Mechatronische Lösungen können hier Projektrisiken erheblich minimieren. Phoenix Contact setzt deshalb im unternehmenseigenen Maschinenbau auf die mechatronische Modularisierung.

Schneller zur fertigen Maschine – ein Standortfaktor des Maschinenbaus

Am Anfang der Prozesskette steht die Investitionsentscheidung des Maschinenbetreibers. Aus unterschiedlichen Gründen soll die neu zu schaff ende Produktionskapazität schnellstmöglich zur Verfügung stehen. In der Praxis muss der Betreiber auf eine sofort verfügbare Standardmaschine mit individuellen Anpassungen zurückgreifen, eine vorhandene Maschine umrüsten oder eine neue, individuell konstruierte Maschine anschaffen.

Speziell in Deutschland ist der Maschinenbau durch individuell für jeden Betreiber geplante Maschinen geprägt. Die Beschleunigung des Erstellungsprozesses einer neuen Maschine wird so zu einem wichtigen Standortfaktor.

Vereinfacht stellt sich der Anschaffungsprozess einer neuen Maschine folgendermaßen dar:

1. Investitionswunsch des Maschinenbetreibers

2. Kontaktaufnahme mit verschiedenen Maschinenbau-Unternehmen

3. Vertragliche Vereinbarung der Maschinen- Eigenschaften, Zeitpläne und Kosten im Vertriebsprozess

4. Dabei wird teilweise eine Konstruktion der Maschine notwendig, was erhebliche Risiken für den Maschinenbauer birgt

5. Konstruktions- und Entwicklungsprozess mit paralleler Elektrokonstruktion und Software-Entwicklung

6. Teilefertigung

7. Montage

8. Elektroinstallation

9. Inbetriebnahme

10. Abnahme der Maschine durch den Betreiber unter Prüfung der vertraglich vereinbarten Rahmenparameter Vor allem die Abnahme der Maschine durch den Betreiber gestaltet sich häufig schwierig, wenn er die Maschine bereits seit Längerem produktiv nutzt, aber auf die Erfüllung einiger im Vertrag zugesicherter Eigenschaften pocht und deshalb die restliche Bezahlung verweigert. Deshalb ist es aus wirtschaftlichen Gründen sinnvoll, die im Vertrag vereinbarten Details im Vertriebsprozess exakt zu fixieren. Je genauer am Anfang gearbeitet und je mehr der Betreiber in die Maschinendetails einbezogen wird und Entscheidungen treff en kann, umso größer wird seine Zufriedenheit mit der Maschine sein. Damit Kosten und Erstellungszeit die kalkulierten Rahmenbedingungen nicht überschreiten, sind tief greifende Änderungen in späten Projektphasen zu vermeiden. Der Vertriebsprozess entscheidet also über den Erfolg des Projekts.

Mechatronische Module mit Varianzen.

Um die beschriebenen Herausforderungen zu lösen, nutzt der Maschinenbau von Phoenix Contact mechatronische Module mit Varianzen. Die Vorteile dieses Vorgehens liegen auf der Hand: Da die Parameter des mechatronischen Moduls bereits vorliegen, kann die gewünschte Maschinenausbringung sicher geplant werden, und der Energieverbrauch ist auch bekannt. Die Kosten und der Verkaufspreis der Maschine lassen sich ebenfalls genau kalkulieren. Außerdem stehen die mechanischen Abmessungen fest und die benötigte Software ist für die Module erstellt und getestet worden. Die Erweiterung des mechatronischen Ansatzes um Varianzen in den mechatronischen Modulen löst das Anpassungsproblem. Bei der mechatronischen Modularisierung entstehen häufig zu viele Varianten einer Maschinenfunktion. Dieser Nachteil lässt sich umgehen, indem Varianzen zum mechatronischen Modul hinzugefügt werden. Das Modul besteht dann aus einem festen und einem variablen Teil. Der variable Teil ist für die Anpassungen der mechatronischen Funktion zuständig – er wird als Adapter für die individuelle Maschine geplant. Die Varianz kann sich dabei auf die Mechanik, Elektrik und Software auswirken. Die Verwendung moderner Automatisierungstechnik in den mechatronischen Modulen vereinfacht die Nutzung der Varianzen. Ohne Feldbussystem und IT-Technologie ist eine mechatronische Modularisierung nicht denkbar. Deshalb greift der unternehmenseigene Maschinenbau auf das Konzept der IT-powered Automation von Phoenix Contact zurück. Mechatronische Module mit Varianzen bieten in der Praxis viele Vorteile. Neben den bekannten technischen Vorzügen der Mechatronik unterstützen sie den Maschinenbauer insbesondere im Vertriebsprozess, da er mit dem Maschinenbetreiber anhand der vorliegenden Parameter vorhandene mechatronische Funktionen aus einem Katalog auswählen kann. Durch die intensive Einbindung des Kunden ergeben sich oft weitere Rahmenbedingungen, die ansonsten erst in späten Projektphasen deutlich werden und dann häufig zu Projektverzögerungen und zusätzlichen Kosten führen. Die Maschinenkonstruktion kann nun gemeinsam mit dem Betreiber erstellt werden, da bis auf nicht vorhandene Funktionsgruppen alle planungsrelevanten Details bekannt sind. Die Ergebnisse der Planung wie Preis, Ausbringung, Abmaße und Energieverbrauch lassen sich direkt am Kundenwunsch spiegeln, sodass die Prioritäten die Maschinenplanung im Detail beeinflussen und so sicher erreichbare Ziele vertraglich vereinbart werden. Der Planungsprozess im Maschinenbau bei Phoenix Contact orientiert sich an der beschriebenen Vorgehensweise. Jedes mechatronische Maschinenmodul verfügt über ein Datenblatt und ein maßstabsgetreues Piktogramm. Nach der Auswahl des erforderlichen Moduls anhand der Parameter des Datenblattes wird das Piktogramm in eine 2D-Aufsicht der Maschine eingefügt. So kann die jeweilige Maschinenfunktion und -varianz gemeinsam mit dem Betreiber geplant werden.

Detailwissen des Kunden nutzen

Die intensive Einbeziehung des Kunden zu Beginn des Entstehungsprozesses einer neuen Maschine ist Erfolg versprechend. Der Betreiber wird in ähnlichem Umfang in den weiteren Prozessverlauf einbezogen, sodass er Detailentscheidungen mit seinem Hintergrundwissen beeinflussen kann. Diese Vorgehensweise hat sich im praktischen Einsatz bei Phoenix Contact bewährt. Ohne die mechatronische Modularisierung der Maschinenfunktionen mit sinnvollen Varianzen lässt sich der Erstellungsprozess neuer Maschinen nicht in puncto Funktion, Kosten und Zeit optimieren. Künftig ist eine weitere Software-Unterstützung im Planungs- und Konstruktionsprozess vorstellbar, um den Prozess noch einfacher zu gestalten. Darüber hinaus sind in Zukunft automatische Konfiguratoren von Maschinen denkbar, die den Konstruktionsprozess mit mechatronischen Modulen unterstützen und Optimierungen vornehmen. Denn warum sollte die Maschinenkonfiguration nicht genauso einfach sein, wie die Zusammenstellung eines individuellen PKWs? Die richtigen Überlegungen zu mechatronischen Gesichtspunkten machen dies möglich.

IT-powered Automation IT-powered Automation bedeutet, dass Phoenix Contact neben den gängigen Automatisierungsprotokollen wie Interbus, Profinet oder OPC internationale IT-Standards in seine Komponenten und Systeme integriert hat. Durch die Kommunikation via Ethernet TCP/IP, SNMP, FTP oder HTTP lassen sich mechatronische Module einfach in das Produktionsnetzwerk einbinden sowie alle relevanten Daten schnell und durchgängig bis in die Unternehmensleitebene und in das Internet übertragen.

Claus Kühnl, Phoenix Contact, ist Mitglied der Mechatronischen Allianz.

Erschienen in Ausgabe: 02/2008