Perfekte Prozesse

Spezial elektrisch automatisieren

Elektro-CAD – Dank der Echtzeitintegration von Stromlaufplänen und 3D-CAD kann das neue Solidworks Electrical den Produktentstehungsprozess erheblich vereinfachen und dazu die verschiedenen Disziplinen enger zusammenbringen.

10. November 2015

Nichts ist heute so entscheidend wie eine effektive Entwicklung und Konstruktion: Für die Unternehmen kommt es darauf an, möglichst schnell am Markt zu sein und die internen Prozesse zu optimieren. Ein erfolgversprechender Faktor ist die Wahl der richtigen Konstruktionssoftware.

In dieser Welt gehört der französische Konzern Dassault Systèmes zu den bestimmenden Akteuren. Er deckt alle Bereiche wie Simulation, PLM oder CAD mit seinem Portfolio ab. Im klassischen Maschinenbau und hier vor allem beim Mittelstand zu Hause ist die CAD-Marke Solidworks.

»Unser Portfolio besteht im Kern aus einem sehr breit aufgestellten CAD-System, das alle Bereiche im klassischen Maschinenbau abdeckt und darüber hinaus im Produktdesign, bei den Consumer Goods oder der Medizintechnik«, berichtet dazu Uwe Burk, der bei Solidworks den Bereich Zentraleuropa verantwortet. »Die Bandbreite ist groß und reicht von der Teilekonstruktion bis zur Blechbearbeitung.«

Eine solche Software ist sehr lebendig, sie bekommt ständig neue Features, wird verbessert, angepasst, verändert, optimiert. Derzeit wirft die Version 2016 ihre Schatten voraus. »Neu hinzugekommen sind zum Beispiel Funktionalitäten für Freiformflächen. Sie sind bedeutend vor allem für den Consumer-Bereich. Der Anwender kann eine krümmungsstetige Flächenbearbeitung und sehr viele Design-Features zusätzlich in den Standard integrieren. So lassen sich sehr komplexe Prozesse und damit die Produkte sehr einfach gestalten und optimieren«, sagt Burk. »Vorher waren dazu spezifische Werkzeuge vonnöten und die Daten wurden dann in Solidworks überführt. Jetzt können wir das dank einer neuen Schnittstelle direkt in unserem Programm darstellen.«

Mehr Harmonie

Kern aller Neuerungen ist die Integration aller Prozesse und Disziplinen. »In der Vergangenheit gab es bei übergeordneten Konstruktionen häufig Abstimmungsschwierigkeiten, aber mit Solidworks wird sich die Zusammenarbeit der Abteilungen massiv verbessern, die beiden Disziplinen Elektrik und Mechanik werden sich schlichtweg besser verstehen. Man kann hier getrost von einer Harmonisierung sprechen. Wir wollen den jeweiligen Konstrukteuren erlauben, sich voll auf seinen Job, auf seine Tätigkeit, auf die Schaffung des Mehrwerts zu konzentrieren und nicht auf die Bedienung von irgendeinem System.«

Alle Portfoliokomponenten sind tief und automatisch integriert, auch die aller Partner befinden sich auf der höchsten Zertifizierungsstufe, also im gleichen Fenster wie die CAD-Applikation. Es gibt keine mehrfach auf dem Rechner laufenden Applikationen, die manuell zu synchronisieren sein würden.

Eine so enge Zusammenarbeit findet sich vor allem in der Mechatronik als Kopplung der Elektrotechnik und Mechanik wieder. Hier sind die elektrischen Komponenten wie Leitungen laut Uwe Burk sehr wichtig und der Schlüssel, um Mechatronik überhaupt zu ermöglichen. Darum nutzen er und sein Team die SPS IPC Drives in Nürnberg als Plattform, um Solidworks Electrical in den Fokus zu stellen. Das Gespann aus Solidworks CAD und den Zusatzapplikationen Electrical Schematic und Electrical 3D – unter dem Namen Electrical Professional in einem Bundle vereint – bietet eine innovative Lösung für die parallele, kollaborative Entwicklung von Maschinen und Produkten mit Mechanik und Elektrotechnik.

»Wir sind in der Mechanik in Zentraleuropa marktführend, und dort ist in unserem Industrieumfeld ein hoher Anteil von Elektrokonstruktion üblich«, erklärt Uwe Burk die Motivation. »Die Komponenten werden intelligenter, und es braucht mehr Elektronik. Der Anwender benötigt eine assoziative Kopplung, um zu sehen, ob er das Produkt in einer frühen Phase verifizieren oder erst später fertigen kann.« Da die Messe für ihn sehr stark die Elektrokonstruktion adressiert, sieht er dort ein Riesenpotenzial und viele mögliche Kunden, denen Solidworks die Vorteile der integrierten Lösung zeigen möchte.

»Als Alleinstellung verfügt Solidworks Electrical über eine bidirektionale Schnittstelle ins 3D-System«, konkretisiert Uwe Burk. Bei all diesen Vorgängen synchronisiert sich die elektrische 3D-Konstruktion über die Stücklisten, Informationen von elektrischen 2D-Schemata oder elektronischen 3D-Daten mit den 3D-Baugruppen vollautomatisch und das in Echtzeit.

»Wenn ich im Schaltplan etwas ändere, wird das entsprechend in der 3D-Konstruktion übernommen. Nehme ich auf der 3D-Seite Anpassungen vor, wird das automatisch vom Schema angenommen. So können wir die Disziplinen verbinden, die in der Zusammenarbeit erhebliche Probleme miteinander haben. Wir können den Konstrukteur sehr leicht durch seine elektrische Planung führen, denn beide Disziplinen arbeiten im neuen System vollkommen parallel. Durch eine tiefe bidirektionale Integration und die automatische Synchronisierung von mechanischen und elektrischen Prozessen wollen wir das heute Bekannte noch einmal spürbar revolutionieren.«

Solidworks Electrical ist CAD-unabhängig und datenbankgestützt, Mehrere Personen können in einem Projekt parallel professionelle Elektrodokumentationen erstellen. Dazu gibt es eine integrierte Bibliothek mit Tausenden von Symbolen, Herstellerinfos und 3D-Geometrien von über 500.000 Komponenten. Wiederkehrende Komponenten lassen sich einfach von einem Projekt ins nächste übernehmen, Konzepte in detaillierte Entwürfe verwandeln und auftretende Konflikte mit Hilfe einer Echtzeit-Fehlererkennung auf der Stelle identifizieren.Aber die im Stromlaufplan entwickelte Logik, Leitungsführung und Komponentenwahl muss sich in der Realität dreidimensional abwickeln lassen. Dazu sucht das System innerhalb eines Linienrasters stets den optimalen, kürzesten Verlauf, die Kabelstränge »wissen«, welche Kabelstärken in ihnen verlegt sind, und berücksichtigen die daraus resultierenden Mindestradien beim Verlegen. In der Automobilindustrie etwa erhält der Mechaniker so Hinweise, ob die Leitungen gemäß der ermittelten Radien flexibel genug sind. Niemand muss Prototypen installieren oder aufbauen lassen, um zu verstehen, ob sich eine Tür öffnen oder schließen lässt. Hier greift die komplexe Simulation von Solidworks.

Die Entwicklung geschieht dazu im integrierten Verbund: Sobald der Elektrokonstrukteur seine Leitungsdefinitionen fertiggestellt hat, kann der Mechaniker die Bauteile verbauen, und es gibt sofort eine Rückmeldung über Parameter wie die Leitungslängen. Sind diese zu ändern, erfolgt dies ohne lange Abstimmungszyklen direkt am Modell. Es ist jeweils ein direktes Feedback möglich, alle Anpassungen zeigen sich sofort parallel im Gesamtsystem.

Virtueller Prototyp

So entsteht erstmals ein kompletter, virtueller Prototyp, der Fehler schon vor der Montage entdeckt. Die Kosten sinken durch beschleunigte Prozesse und mehr Sicherheit hinsichtlich der Bauteile und der Plausibilität der Konstruktionen. »Der Mechaniker macht eigentlich alles so wie vorher, nur dass Änderungen und Simulationen sich in der Datenbank der Komponenten widerspiegeln und diese aktuell ist. Der Elektriker weiß sofort, wie sich die Konstruktion geändert hat«, sagt Uwe Burk.

In der Vergangenheit konnten Anwender nicht immer sicher wissen, ob die Teile, die verbaut werden, auch in der mechanischen Stückliste vorhanden sind, oder umgekehrt Teile, die dort entfernt wurden, doch in der elektrischen enthalten waren. Das führte laut Burk zu Fehlbestellungen und ein ganzer Schwarm von Prüfern musste dafür sorgen, dass die Konsistenz gewahrt wird.

»Die Analyse findet also häufig erst dann statt, wenn der Schaden schon entstanden ist. Mit dem neuen Solidworks Electrical ist der Anwender in der Lage, mit Beginn der Konstruktion verteilt über die verschiedenen Disziplinen dieses Problem am Kern zu eliminieren.«

Dank aller Features und Voraussetzungen hat Solidworks Electrical für Uwe Burk einen hohen Stellenwert auch für das Thema Industrie 4.0: »Hierin sehen wir eine sehr notwendige Weiterentwicklung in unserem Wirtschaftsraum, um technologisch vorn zu bleiben und keine Marktanteile an andere globale Märkte zu verlieren. Die Vernetzung der Disziplinen mechanische Konstruktion, Simulation und Datenmanagement ist für unsere Kunden eine grundlegende Voraussetzung, um überhaupt Industrie 4.0 umsetzen zu können.« Im Bereich der Cyber Physical Systems lasse sich dabei sehr viel über die Software abdecken, indem man etwa bestimmte Versionierungen in den Systemen mitführt.

Leider sei die Integration der mechanischen und elektrischen Prozesse als Grundvoraussetzung oft nicht gegeben. »Deshalb können wir mit unserem integrativen Ansatz eine wichtige Rolle in der Industrie 4.0 spielen und Unternehmen helfen, sich darauf vorzubereiten.«

Mit den neuen Funktionalitäten von Solidworks und mit der Verbindung der elektrischen und mechanischen Welt schaffe Solidworks für sie ein großes Potenzial. »Wir möchten darstellen, wie groß der Nutzen einer Zusammenarbeit ist. Einige der Kunden haben bereits erhebliche Vorteile erzielt, und ich glaube, dass es in nächster Zukunft weitere Beispiele geben wird.«

Stärken ausspielen

Eine Paradeanwendung für das Solidworks-Portfolio ist die Verpackungstechnik. »In diesem Bereich sind wir eindeutiger Marktführer, denn nur sehr leistungsstarke Werkzeuge wie die unsrigen können die enormen Anforderungen erfüllen, wie sie in Verpackungslinien entstehen«, sagt Uwe Burk. Als konkrete Faktoren nennt er neben den rasanten Taktzahlen und der großen Dynamik auch die hohe Vielfalt der Anwendungen und den Kostendruck in den Betrieben. »Wir müssen hier die entscheidenden Parameter ganz genau kennen.«

Mit Solidworks Electrical sei es einfach, die Erfahrungen aus der Verpackungstechnik in den allgemeinen Anlagenbau zu übertragen. »Die Unternehmen können sie mit unseren Produkten gleich installieren anstatt aufwendig zu planen. Alles läuft dank der tiefen Integration besser, schneller und effektiver. Kabelbäume gehen Sekunden nach der Freigabe in die Produktion, es ist keine weitere Überprüfung notwendig.«

Darum sehe er in Zukunft große Entwicklungsspielräume und eine positive Weiterführung der Solidworks-Palette.

Auf einen Blick

Die Solidworks-Electrical-Pakete bieten ein breites Spektrum für professionelle Entwürfe elektrischer Systeme. Alle Konstruktionsdaten werden in Echtzeit in einer Arbeitsgruppenumgebung bidirektional zwischen Stromlaufplan und dem 3D-Modell synchronisiert.

Erschienen in Ausgabe: 08/2015