Schaltschrankfertigung von Planung bis Bestückung

Der Verbund Eplan, Rittal und Kiesling: Mit automatisierten Abläufen von der Elektroplanung bis zur Bearbeitung und Montage lassen sich im Schaltschrankbau Zeit- und Kosten einsparen.Rittal

Von der Planung bis zur Inbetriebnahme einer Niederspannungsschaltanlage oder eines Steuerschranks läuft ein komplexer und zeitaufwendiger Engineering-Prozess: von der Elektroplanung über die Logistik und die kaufmännische Abwicklung bis hin zur Fertigung, Montage und ­Dokumentation. Diese durchgängige Wertschöpfungskette im Steuerungs- und Schaltanlagenbau hat die Firma Rittal zusammen mit den Unternehmen Eplan und Kiesling realisiert und wo sinnvoll automatisiert. Alle drei Firmen gehören zum Unternehmensverbund der Friedhelm Loh Group.

Schritt 1: Elektroplanung, bitte durchgängig

Am Anfang steht die Umsetzung der Kundenanforderungen in Form von Schaltplänen und das spezifische Hardware-Engineering in der Elektrokonstruktion mit einer CAE-Software wie Eplan Electric P8. Um die nachfolgenden Prozesse effizient zu gestalten, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die bei der Elektroplanung generierten Daten weiterverwendet werden können. Die Grundlage hierfür bildet eine zentrale Datenverwaltung, die Durchgängigkeit der Daten über alle Disziplinen hinweg und die Kompatibilität der eingesetzten Systeme.

Die CAE-Software muss den Planer also nicht nur bei der Projektierung unterstützen, sondern auch geeignete Engineering-Daten für die nachfolgenden Prozesse zur Verfügung stellen. Auf Basis der vorgegebenen Betriebsmittel und den Verbindungs­informationen aus dem Schaltplan, erstellt der Technologie-Experte dann einen virtuellen 3D-Prototypen des Schaltschranks mittels Eplan Pro Panel – eine Engineering Lösung für den Schaltanlagenbau in 3D. Unterstützung erhalten die Planer in Elektrokonstruktion und Technologie-Engineering durch die qualitativ hochwertigen Engineering-Daten, welche im Eplan Data Portal bereit stehen. Über diesen Webservice stellen aktuell mehr als 50 namhafte Komponentenhersteller circa 340 000 Artikel- und Gerätedatensätze im Eplan-Format zur Verfügung.

Mit dem direkten Zugriff aus der CAE-Plattform heraus steht dem Konstrukteur ein stetig wachsender Pool von Artikelstammdaten online zur Verfügung – von der Mess- und Regeltechnik über fluidtechnische Betriebsmittel und elektrotechnische Geräte bis hin zu Schaltschrank-Systemlösungen inklusive Zubehör und Komponenten für die Klimatisierung. Die Gerätedaten reduzieren den Projektierungsaufwand bei gleichzeitig steigender Qualität der Maschinen- und Anlagendokumentation.

Die korrekte Auslegung von Klimatisierungslösungen oder die technologisch richtige Kombination und Verwendung von Komponenten für die Stromverteilung stellen Engineeringtools wie Rittal Therm oder Power Engineering sicher.

Die Elektroplanung in Eplan Electric P8 und Eplan Pro Panel bildet die Basis für eine Durchgängigkeit der Daten über den gesamten Engineering-Prozess.Rittal

Schritt 2: virtueller Schaltschrankbau in 3D

Auf Basis des Schaltplans inklusive der Informationen zu ­Betriebsmitteln und elektrischen Verbindungen, konzipiert der Planer den 3D-Montageaufbau des Schaltschranks. Alle relevanten Komponenten lassen sich dabei auf einfache Art und Weise ab­buchen und beispielsweise auf der Montageplatte oder auf dafür vorgesehenen Montageschienen montieren. Immer unterstützt durch intelligente Planungshilfen, Kollisionsüberwachung und Verifizierung von Mindestabständen nach Herstellervor­gabe.

Für die Verdrahtung der Steuerungstechnik nutzt Pro Panel das 3D-Montagelayout und die Informationen zu den elektrischen Verbindungen, zum Beispiel aus dem Stromlaufplan. Anhand der Kombination aus exakter Position des Bauteils im 3D-Montage­aufbau und den Verbindungsinformationen erfolgt die virtuelle Verdrahtung des Schaltschranks. Auf Knopfdruck ermittelt das System die optimalen Ader- und Kabel-Verlegewege sowie alle resultierenden Verbindungslängen.

Der so entstandene virtuelle Prototyp des Schaltschranks definiert das Endprodukt in allen Details und liefert alle relevanten Daten für die nachfolgenden Prozessschritte:

• für das Bestellwesen und die Materiallogistik,
• die maschinelle Bearbeitung von Schrankbauteilen,
• die Konfektionierung von Draht- und Kabelverbindungen,
• Informationen für die automatische Bestückung von Klemmen und die robotergestützte Verdrahtung von Komponenten auf der Montageplatte.

Nach Abschluss des Engineerings am Computer kann der Aufbau der Schaltanlage mit den Rittal Schaltschränken und Systemkomponenten in der realen Welt beginnen.

Die bereitgestellten Verdrahtungsdaten sowie die Informationen aus dem 3D-Modell zu Bauteilen und ihrer Position auf der Montageplatte werden über eine Maschinenschnittstelle an den Verdrahtungsroboter Averex übergeben.Rittal

Schritt 3: Bestellwesen und Materiallogistik

Die Eplan-Plattform lässt sich über geprüfte Schnittstellen in nahezu jede bestehende IT-Infrastruktur integrieren und mit ERP- und Produktions-Planungs-Systemen koppeln. Für die kaufmännische Abwicklung stellt Pro Panel alle für die Umsetzung erforderlichen Betriebsmittel, Schaltschrankkomponenten und Zubehörteile in Form von Betriebsmittel- und Bestelllisten zur Verfügung. Gleichzeitig sorgt die Kopplung an das ERP-System dafür, dass die Bestelldaten den Anforderungen der Bestellprozesse des jeweiligen Komponentenlieferanten entsprechen. Ein weiterer Vorteil: Im Gegensatz zu einer manuellen Erstellung der Bestell- und Materiallisten vermeiden automatisch generierte Listen Redundanzen, Fehleingaben und Übertragungsfehler.

Zudem stellt eine tiefe Integration in die bestehende IT-Struktur und die Kopplung an vorhandene ERP-Systeme sicher, dass die etablierten Prozesse in Bestellwesen und Materiallogistik vollständig unterstützt werden – eine Grundvoraussetzung für eine fehlerfreie und vollständige Bestellung sowie eine Materialdisposition ‚Just in Time‘ ohne große Lagerkosten.

Die Bearbeitungszentren der Maschinen-Serie Perforex von Kiesling sorgen für Effizienz und Qualität bei der Bearbeitung von Montageplatten und Flachteilen.Rittal

Schritt 4: Automatisierte Bearbeitung von Montageplatten

Im Anschluss daran erfolgt die eigentliche Umsetzung des digitalen Schaltschranks in der Fertigung und Montage. Dreh- und Angelpunkt bildet auch hier wieder der virtuelle Prototyp. Daraus generiert Pro Panel eine Vielzahl an Informationen für die Fertigungsintegration, beispielsweise:

• Stücklisten,
• Fertigungszeichnungen,
• Abwicklungen zu Kupferschienen,
• Montagezeichnungen und Montagevorgaben,
• Daten zur Unterstützung von Biegemaschinen in der Stromschienenfertigung
• Daten für die Draht- und Kabelkonfektionierung sowie
• Datensätze für die direkte Ansteuerung von NC-Bearbeitungsmaschinen.

Speziell die Vorbereitung der Montageplatten für die Befestigung von Kabelkanälen, Montageschienen und größeren Betriebsmitteln ist meist noch mit viel manuellem Aufwand verbunden. Je nach Komplexität kostet das Fräsen von Durchbrüchen, das Bohren von Löchern und das Schneiden von Gewinden viel Zeit. Dabei kann ein automatisiertes Bearbeitungszentrum solche Arbeitsschritte, die ebenfalls auch an Türen und Seitenteilen der Schaltschränke durchzuführen sind, übernehmen.

Dreh- und Angelpunkt bleibt der virtuelle Schaltschrank

Im Vergleich zur manuellen Bearbeitung lassen sich bis zu 85 % an Zeit sparen. Möglich ist dies mit den Bearbeitungszentren der Perforex-Serie von Kiesling Maschinentechnik. Die Maschinen des Unternehmens können alle im Schaltanlagenbau üblichen Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und auch Kunststoff bearbeiten. Je nach Komplexität der Teile und Anzahl der Löcher und Gewinde benötigt eine Bearbeitungszentrum etwa 15 bis 20 min für eine Montageplatte.

Die Werkstattprogrammierung der Bearbeitungszentren erlaubt dabei die auftragsspezifische und produktindividuelle Programmierung und eine effiziente Bearbeitung der Bauteile. Noch komfortabler wird es, wenn die Ansteuerung der Bearbeitungszentren aus Pro Panel heraus erfolgt: NC-Programme werden direkt erzeugt und über eine native Schnittstelle an die Maschine übergeben. Die manuelle Programmierung der Maschine entfällt.

Eine derart automatisierte Fertigung bietet aber nicht nur eine deutliche Zeitersparnis. Die Präzision der Montageplatten und damit die Qualität der gesamten Schaltanlage werden nachhaltig gesteigert.

Entspricht die Konstruktion den technischen Vorgaben, kann der reale Schaltschrankbau mit Komponenten aus dem Rittal-Programm beginnen.Rittal

Schritt 5: Automatisierte Verdrahtung – die letzte Meile

Im Anschluss an die mechanische Bearbeitung der Schrankkomponenten und den Zuschnitt längenvariabler Bauteile wie Kabelkanäle und Tragschienen erfolgt die Konfektionierung von Klemmen und Klemmleisten sowie die Bestückung von Türen, Wänden und insbesondere der Montageplatte mit den vorgesehenen Betriebsmitteln. Bei der weitestgehend manuellen Bestückung wird der Werker heute schon durch die von Eplan Pro Panel bereitgestellten Montagelisten und Montageaufbauzeichnungen unterstützt. Anschließend folgt die Verdrahtung der Komponenten auf Basis des Schaltplans oder wesentlich komfortabler mit Unterstützung von Verdrahtungslisten, die Eplans Pro Panel ebenfalls auf Knopfdruck generiert. Drähte und Kabel werden zwar heute in der Regel automatisiert konfektioniert, jedoch bleibt die eigentliche Tätigkeit des Verdrahtens ein manueller und deswegen ein zeit- und kostenintensiver Prozessschritt mit Fehlerpotenzial. Zukünftig könnte auch dieser Arbeitsschritt durch ein robotergestütztes Verdrahtungssystem wie dem Averex von Kiesling Maschinentechnik ausgeführt werden. Das manuelle Verdrahten von Montageplatten kann dann entfallen. Die Ansteuerung der Maschine erfolgt auf Wunsch direkt aus der Planungs-Software Pro Panel heraus. Der Roboter verifiziert, ob alle Komponenten und Betriebsmittel wie im virtuellen 3D-Prototyp vorgesehen auf der Montageplatte montiert wurden. Anschließend verdrahtet er die Komponenten entsprechend den Vorgaben aus der Planung. Auch automatische Drahtwechsel sind möglich, beispielsweise wenn der Leistungsteil eines Motorschützes andere Querschnitte verlangt oder die Aderfarbe gewechselt werden muss. Auch dieses Verfahren bietet gegenüber der manuellen Verdrahtung deutliche Zeit- und Kosteneinsparungen. Voraussetzung für das automatisierte Verdrahten ist wiederum die Durchgängigkeit der Daten und die Kompatibilität der Systeme untereinander.

Bearbeitungszentren wie die Perforex-Maschinen zur Bearbeitung von Montageplatten bedeuten natürlich Investition. Eine Frage steht daher immer im Raum: Wie schnell amortisiert sich solch eine Anlage? Als Anhaltspunkt kann man davon ausgehen, dass sich die Investition in ein Bearbeitungszentrum ab einem Volumen von etwa 150 bis 250 Schaltschränken pro Jahr lohnt. Bei dieser Kalkulation sind allerdings nur die Zeit- und damit Kosteneinsparungen in der Produktion berücksichtigt. Zusätzlich profitieren Anwender von der besseren Qualität und von einer allgemein höheren Effizienz entlang der Wertschöpfungskette. Dazu zählt beispielsweise auch die Erstellung einer normgerechten Gesamtdokumentation aus Eplan heraus.

Effizienz in der Wertschöpfungskette

Mit den aufeinander abgestimmten Lösungen und Systemen des Unternehmensverbundes kann der Schaltanlagenbauer seinen gesamten Engineering-Prozess von der Elektroplanung bis zur Fertigung effizienter gestalten. Der durchgehende Zugriff auf CAE-Daten und -Systeme beschleunigt die Prozesse und sichert sie ab. Wichtige Voraussetzung hierfür ist, dass alle Prozesse entlang der Wertschöpfungskette auf eine durchgängige Datenbasis zurückgreifen. Diese Durchgängigkeit und die Kompatibilität der verschiedenen Systeme ermöglicht es erst, dass alle Arbeitsschritte nahtlos ineinandergreifen. Die Anwender profitieren von durchgängiger Lösungskompetenz und steigender Produktivität im Schaltanlagenbau. Neben der Zeit- und Kosteneinsparung verhindern automatisierte Lösungen wirkungsvoll Fehler und tragen so zur hohen Qualität der Schaltanlagen bei. Mit der Engineering-Plattform von Eplan, dem kompletten Schaltschrankprogramm von Rittal und den Bearbeitungszentren von Kiesling Maschinentechnik verfügt die Friedhelm Loh Group über eine durchgängige Lösungskompetenz rund um den Schaltanlagen- und Steuerungsbau.

(sk)