Es ist wesentlich produktiver, für jede Phase des Planungsprozesses ein eigenes Werkzeug zu verwenden, das auf den jeweiligen Projektbeteiligten zugeschnitten ist.

Es ist wesentlich produktiver, für jede Phase des Planungsprozesses ein eigenes Werkzeug zu verwenden, das auf den jeweiligen Projektbeteiligten zugeschnitten ist.Schneider Electric

Der Maschinen- und Anlagenbau muss sich heute mit einer Vielfalt an Themen befassen. So verändert der wachsende Anteil programmierbarer Komponenten den technischen Rahmen grundlegend und fordert zusätzlich mehr Flexibilität. Auch der vermehrte Einsatz von Robotern, veränderte Bewegungsabläufe oder neue Möglichkeiten zur Fernwartung tragen zu dieser Entwicklung bei. In den Unternehmen tauchen darüber hinaus immer mehr Fragen auf, wie mit der höheren Individualisierung von Produkten und damit auch Prozessen organisatorisch umzugehen ist – bei gleichzeitig kürzeren Durchlaufzeiten. Zusätzlich wirken auf den Maschinenbauer auch Anforderungen aus dem gesellschaftlichen Umfeld ein, wie etwa die Forderung nach einer höheren Energieeffizienz der Produktionsanlagen. Außerdem lässt sich feststellen, dass der Fachkräftemangel einen weiteren Produktivitätsdruck erzeugt, insbesondere wenn es um hochqualifizierte Tätigkeiten geht. Gleichzeitig wird das Zeitfenster für die Entwicklung einer Maschine immer kleiner. Angesichts dieses Szenarios wächst die Bedeutung eines schnellen und effektiven Engineerings. Eine weitere Zunahme der Komplexität sowie die steigende Variantenvielfalt flankieren diese Entwicklung, speziell in der Antriebs- und Steuerungstechnik. Diesem heterogenen Anforderungsprofil begegnet der Maschinenbau mit dem Modularisieren von Maschinen und der damit verbundenen Bildung von mechatronischen Einheiten. Es lassen sich anhand dieser Modularisierung die Komplexität verringern sowie der Anteil von wiederverwendbaren Maschinenteilen und Entwicklungsergebnissen erhöhen. Auch die Qualität lässt sich durch diesen Ansatz steigern.

Maschinenbau sucht Engineering-Partner

Das Engineering ist für 20 % der Gesamtkosten einer in Serie produzierten Maschine verantwortlich und nimmt daher einen hohen Stellenwert ein. In Einzelmaschinen oder Anlagen kann dieser Anteil bis zu 70 % betragen. Überdies wird die Bedeutung des Engineerings künftig noch steigen, da die Komplexität speziell auch in der Antriebs- und Steuerungstechnik zunimmt und die Variantenvielfalt steigt. Gleichzeitig bleibt immer weniger Zeit für die Entwicklung. Maschinenbauer suchen daher einen Engineering-Partner, der sie dabei unterstützt, ihre Ideen in sichere und einfache Konzepte umzusetzen. Dieser sollte die einzelnen Phasen der Entwicklung zuverlässig begleiten, damit der Hersteller insbesondere die Prototypen genau und zeitgerecht realisieren kann. Vor allem für kleinere Maschinenbauunternehmen wird es zudem immer wichtiger, dass ihre Partner global aufgestellt sind, um Inbetriebnahmen und Wartungsarbeiten vor Ort durchführen zu können.

Ist der Engineering-Prozess auf mehrere Werkzeuge aufgeteilt, liegt das Problem darin, eine durchgängige Datenhaltung sicherzustellen.

Ist der Engineering-Prozess auf mehrere Werkzeuge aufgeteilt, liegt das Problem darin, eine durchgängige Datenhaltung sicherzustellen.Lenze

Ein Rädchen muss ins andere greifen

Ein entscheidender Ansatzpunkt für eine höhere Engineering-Produktivität ist es, Lücken in der gesamten Werkzeugkette zu beseitigen, die noch in weiten Teilen existieren. Die Werkzeugkette sollte den kompletten Lebenszyklus abdecken, von der Konzeptphase über die Entwicklungs- bis zur Betriebsphase. Allerdings ist es nicht zielführend, ein einziges Werkzeug für den kompletten Prozess vorzusehen. So ist es beispielsweise kontraproduktiv, wenn ein Wartungswerkzeug Funktionen für die Programmierung der Automatisierungskomponenten bietet. Denn das macht die Arbeit damit unnötig kompliziert. Zudem besteht die Gefahr, dass in früheren Phasen verbesserte, also bewusst vorgenommene Einstellungen, verändert werden. Wesentlich effektiver und sicherer ist es daher, wenn für die verschiedenen Projektierungsphasen maßgeschneiderte Werkzeuge zur Verfügung stehen, die auf die Aufgabenstellung und Arbeitsweise des jeweiligen Projektbeteiligten, wie Konstrukteur, Steuerungsprogrammierer, Visualisierungsprogrammierer oder Wartungstechniker, zugeschnitten sind. Ist der Engineering-Prozess aber auf mehrere Werkzeuge aufgeteilt, liegt das Problem darin, eine durchgängige Datenhaltung sicherzustellen. Nur so sind die Übergänge von einem Werkzeug zum nächsten nahtlos. Die Mehrfacheingabe von Daten entfällt und die Zusammenarbeit zwischen den Konstrukteuren aus Mechanik und Elektronik sowie den Softwareentwicklern vereinfacht sich. Hier ist der Informationsaustausch besonders wichtig, da diese Domänen in der Regel nicht nur organisatorisch getrennt sind, sondern auch eine individuelle Sichtweise auf das Projekt haben.

Der Anwender bestimmt den Prozess

Damit die Vorteile einer durchgängigen Kette aus maßgeschneiderten Werkzeugen voll zur Geltung kommen können, muss sich der durch die Werkzeuge vorgegebene Engineering-Fluss am Entwicklungsprozess des Anwenders orientieren. So sollten die Tools den Konstrukteur einer Maschine oder Anlage schon beim Konzepterstellen und Ausarbeiten der Lösung unterstützen. Da in der Praxis meist die Mechanik und die Abläufe der Bewegungen und wichtige Übergabepunkte im Vordergrund stehen, hat das Unternehmen Lenze die Beschreibung der mechatronischen Aufgabenstellung ins Zentrum des Engineering-Prozesses gestellt. Das Antriebsauslegungs-Werkzeug Drive Solution Designer (DSD) stellt dem Konstrukteur die physikalischen Zusammenhänge und das Lösungswissen für die vordefinierten Maschinenmodule zur Verfügung. Anhand dieser Informationen kann der Anwender die Bewegung der einzelnen Module beschreiben und anschließend den kompletten Antriebsstrang auslegen, die richtigen Komponenten auswählen und anpassen. Dabei ist es möglich, zahlreiche physikalische Parameter zu ermitteln und deren Einhaltung zu prüfen. Dazu gehören die Kombinierbarkeit der einzelnen Produkte, deren thermische und mechanische Auslastung, die Lebensdauer und der Energieverbrauch der Antriebskomponenten. Da die Software den kompletten Antriebsstrang – auch für Mehrachssysteme – modelliert, kann der Anwender außerdem dessen gesamte Energieeffizienz betrachten und einen Energiepass erzeugen. Ist die Auslegung abgeschlossen, liegen die erforderlichen Antriebskomponenten vor und der Maschinenbauer kann mit dem eigentlichen Projektieren fortfahren, also dem Ausarbeiten der Bewegungs- und Ablaufprogramme sowie dem Visualisieren. Auch hier lässt sich mithilfe vorgefertigter Maschinenlösungen, sogenannter Anwendungs-Software-Module, die Produktivität der Programmierer steigern. Damit sind die Mechanik, die Elektronik und die Software für eine Antriebs- und Automatisierungslösung gebündelt und ein ganzheitliches mechatronisches Engineering möglich.

Der 'Bewegungs-Designer' beschreibt die Bewegungsaufgabe des Maschinenmoduls, egal ob es sich dabei um einachsige Positionieraufgaben, verkettete Achsen oder Roboter handelt.

Der ‚Bewegungs-Designer‘ beschreibt die Bewegungsaufgabe des Maschinenmoduls, egal ob es sich dabei um einachsige Positionieraufgaben, verkettete Achsen oder Roboter handelt.Lenze

Bewegungen planen

Ein Beispiel für ein durchgängiges, modulares Engineering-Werkzeug ist der ‚Bewegungs-Designer‘. Dabei handelt es sich um ein Add-in, das in die verschiedenen übergeordneten Engineering-Werkzeuge eingebettet ist, mit dem der Anwender Bewegungsaufgaben von Maschinen erstellen kann. Da dieses Modul in allen Werkzeugen mit der gleichen Datenbasis arbeitet, gehen während des Engineering-Prozesses keine Informationen verloren und stehen im nächsten Schritt zur weiteren Ausarbeitung zur Verfügung. Gerade beim Planen und Ausarbeiten komplexer Maschinenanwendungen lässt sich die Effizienz steigern. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist ein vollständiges und abgestuftes Produktportfolio für die Antriebs- und Automatisierungstechnik. Dieser Punkt gewinnt an Bedeutung, da die Maschinenbauer die Anzahl ihrer Lieferanten verringern wollen. Letztlich ist aber nicht die Anzahl der verfügbaren Produkte eines Herstellers entscheidend, sondern die komplette vertikale und horizontale Abdeckung der Automatisierungsaufgabe, um daraus eine modulare und skalierbare Systemlösung zu erstellen. Der Komponentenhersteller muss also zum Systemanbieter werden. In Maschinen, insbesondere in modularen, bewegungslastigen Ausführungen, ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, die Antriebs- beziehungsweise Automatisierungsaufgabe zu lösen. In mehrachsigen, verketteten Bewegungen, zum Beispiel von Robotern, ist eine Controller-basierte Topologie mit zentraler Bewegungsführung prädestiniert. Während sich zum Beispiel für Wickelapplikationen ein antriebsbasierter Aufbau besser eignet. Beide ergänzen sich in einer Maschine oder Anlage. Der Anwender kann die für sein Projekt geeignete Variante einsetzen.

Unabhängig von der Automatisierungstopologie sollte der Komponentenhersteller vorgefertigte, parametrierbare Funktionsbausteine bereitstellen. Das Software-Tool ‚Bewegungs-Designer‘ ist der Baustein, der die Bewegungsaufgabe des Maschinenmoduls beschreibt, egal ob es sich dabei um einachsige Positionieraufgaben, verkettete Achsen oder Roboter handelt. Die Technologiemodule bilden die Parametrierung der Kinematik und die Funktion des Moduls ab, zum Beispiel einen Wickelrechner, ein Eintaktband, eine Versiegelung einer Schlauchbeutelmaschine oder die Palettierfunktion eines Scara-Roboters. Diese Module lassen sich über eine Programmiervorlage, einem sogenannten Application-Template, strukturieren und datentechnisch verknüpfen. Diese werden in den Engineering-Werkzeugen vorgehalten und ermöglichen so ein einfaches Programmieren sowie das Wiederverwenden von Software-Bausteinen. Die Programmierumgebung muss dabei so offen sein, dass der Anwender sein Technologiewissen in Form von maschinenspezifischen Modulen einbringen kann. Hier ist das Verwenden von offenen Standards wie PLC-open vorteilhaft.

Das Programm benötigt nur die gewünschte Bewegungsart und wenige Basisinformationen wie die gewünschte Geschwindigkeit, die zu bewegende Masse oder den Durchmesser. Daraus berechnet das Tool Umrichter-Getriebemotor-Kombinationen mit unterschiedlichen Antr

Das Programm benötigt nur die gewünschte Bewegungsart und wenige Basisinformationen wie die gewünschte Geschwindigkeit, die zu bewegende Masse oder den Durchmesser. Daraus berechnet das Tool Umrichter-Getriebemotor-Kombinationen mit unterschiedlichen AntrLenze

Komponentenhersteller als Systemanbieter

Mittelständische Maschinenbauer wünschen sich nicht nur effiziente Engineering-Werkzeuge, sondern auch Hersteller von Antriebs- und Automatisierungskomponenten, die sie als Engineering-Partner von der Ideenfindung bis in die Betriebsphase begleiten. Der Komponentenhersteller muss somit zum Systemanbieter und Technologiepartner des Maschinenbauers werden, der seine Prozesse versteht seine Entwicklung durch geeignete Engineering-Werkzeuge unterstützt. Außerdem sollte der Zulieferer die Funktionalität seines Kunden mit geeigneten Hardware-Komponenten und Software-Modulen umsetzen können, den gewünschten Support von der Beratung bis zur Inbetriebnahme bieten und über eine Infrastruktur für weltweiten Service verfügen.

Engineering-Tool im Detail

Easy Explorer

Der Easy Explorer von Lenze ist ein kostenlos nutzbares, Web-basiertes Werkzeug, das den Anwender dabei unterstützt, schon in der Planungsphase einer neuen Maschine eine erste Antriebslösung zu ermitteln. Dabei ist es so aufgebaut, dass auch weniger erfahrene Anwender schnell damit zurechtkommen. Das Programm benötigt nur die gewünschte Bewegungsart, wie Fahren, Fördern oder Drehen, und wenige Basisinformationen wie die gewünschte Geschwindigkeit, die zu bewegende Masse oder den Durchmesser. Daraus berechnet das Tool Umrichter-Getriebemotor-Kombinationen mit unterschiedlichen Antriebsvarianten wie Servo-, FU- oder dezentraler Antrieb und wählt die passenden Produktoptionen. Dabei plant die Software für jede Lösung eine Sicherheitsreserve mit ein, mit der sich die Antriebsaufgabe umsetzen lässt. Ist die (Vor-)Planung abgeschlossen, gibt das Tool die Ergebnisse als CAD- oder Eplan-Daten aus. Damit kann der Anwender seine weiteren Planungen fortführen. So kann er beispielsweise mit dem Drive Solution Designer (DSD) die Antriebsauslegung detaillierter ausarbeiten und verbessern.