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Foto: Phoenix  Contact
Neue Wege im Schaltschrankbau: digitale Daten werden nicht nur für die Planung, sondern für alle Prozessschritte der modernen Fertigung genutzt.

Maschinenelemente

Schaltschrankbau digital gemeinsam gestalten

Während Konstrukteure im Schaltschrankbau schon lange vorwiegend digitale Daten nutzen, findet man in den Werkstätten noch immer gedruckte Schaltpläne und Verdrahtungslisten.

Wer von der digitalen Transformation auch im Schaltschrankbau profitieren möchte, muss stets die gesamte Prozesskette betrachten. Bei zuneh­mendem Customizing bis runter zur Stückzahl 1 bietet die Digitalisierung neue Perspektiven bis in die Fertigung hinein – und noch darüber hinaus. Dabei ist zwischen primären und eher sekundären Aufwänden zu unterscheiden. Typische Kostenfaktoren im Schaltschrankbau – weil primär und einfach messbar – sind neben der Konstruktion und Dokumentation in erster Linie das Material, die Zeiten für die Gehäusebearbeitung, die Montage der Komponenten, die Verdrahtung sowie die Qualitätskontrolle.

Schaltschrankbau digitalisiert

 Sekundäre Kosten sind oft nur schwerer zu ermitteln – wie etwa der Aufwand zum Erstellen der Materialliste (BOM), der Abgleich mit dem eigenen Lagerbestand, die Beschaffung sowie die Bereitstellung der offenen Positionen. Hier braucht es definierte Schnittstellen – etwa zwischen dem CAE-Programm mit den Stücklisten, der Logistik-Software sowie dem Bestell-Tool des Einkaufs. Richtig teuer kann es werden, wenn nach der Projektierung und Bestellung kurzfristig Änderungen aufgrund von Kundenwünschen anstehen. Nachkalkulation, Änderung der Dokumentation sowie eine aufwendigere Funktions– und Qualitäts­kontrolle sind die Folge. Papiergestützte Systeme kommen hier schnell an ihre Grenzen.

Prozessschritte und ihre Kostenrelevanz

 Soll der Gesamtprozess effizienter werden, müssen potenzielle Modifikationen und Iterationen schon bei den ersten Prozessschritten mit angelegt sein – und dann rückwirkend automatisch berücksichtigt werden können. Werden diese Informationen quasi auf Zuruf und ohne definiertes Format ausge­tauscht, mangelt es an Transparenz hinsichtlich Projektstatus und Folgekosten. Ohne umfassende digitale Daten zu allen Produkten und in komplexen Fällen ohne qualifizierte Beratungs­dienstleistungen – Phoenix Contact bietet beides – sind Effizienzsteigerungen und Optimierungen der Prozesskette kaum möglich. Über 50 % des Aufwands entstehen im Kontext der Fertigung – wo die Digitalisierung oft noch nicht angekommen ist. Vieles, was hier geschieht, hat wieder Rückwirkungen auf den Bürobereich. Änderungen nach Kundenwunsch oder Fehler in der gedruckten Dokumentation gehen dann quasi wieder zurück auf Start – in die Planung. Genau in diesen Abläufen liegt viel Optimierungspotential.

Der digitale Zwilling

Da sich Planung und Konstruktion im Büro sowie die Verarbeitung in der Fertigung auf exakt die gleichen Komponenten und Baugruppen beziehen, ist ein durchgängiges Datenformat der Schnittstellen erforderlich. Zur virtuellen Ausprägung eines Schaltschranks werden alle Klemmenleisten-Objekte zuerst digital zusammengesetzt. Alle Informationen zur späteren Erstellung des realen Objektes müssen für jeden anstehenden Prozess­schritt eingebracht werden – nur so wird Digitalisierung gewinnbringend.

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Foto: Phoenix Contact
Digitaler Zwilling am Beispiel des Klemmenblocks PT-FIX: Ankerpunkte an der unteren linken Gehäusekannte für die digitale Montage sowie der einzelnen Kontaktelemente für den Leiteranschluss, ergänzt mit allen verfügbaren Artikelinformationen.

Dazu ein Beispiel: Benötigte Artikel, wie Rei­henklemmen, werden oft per Hand in eine Produkt­datenbank des CAE–Programms eingegeben, und dann manuell den Kontaktpunkten zugeordnet. Dabei bekommt jeder Anschlusspunkt seine individuelle Bezeichnung zugewiesen. Hilfreich ist hier eine Projektierungs-Software wie Project complete, die die verplanten Kontaktpunkte über eine Schnittstelle aus dem CAE-Programm ausliest, in einen Klemmenleisten-Vorschlag produktbezogen umsetzt und mit Zubehör wie Deckeln und Endhaltern vervollständigt. Das vollständige Klemmenleisten-Objekt wird dann über Im– und Exportfunktionen wieder in die Stücklisten des CAE zurückgespielt. Noch größer ist der Nutzen der Digitalisierung, wenn das CAE-Programm zu jeder Komponente alle verarbeitungsrelevanten Informationen aus dem Download-Portal von Phoenix Contact erhält. Kostensenkend könnten CAE-Programme die Artikel dann automatisch den Kontaktpunkten zuordnen und die entsprechenden Drucksysteme der Hersteller zum Ausdruck der Beschriftung direkt ansprechen. Auf manuellem Wege kann diese Informationstiefe kaum erzeugt werden.

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Foto: Phoenix Contact
Exaktes Abbild: Die digitalen Daten umfassen neben den kaufmännischen und Katalogdaten auch alle fertigungsrelevanten Daten zur Klemmenleiste – virtuelles Klemmleisten-Objekt und reale Klemmenleiste sind deckungsgleich.

Dabei entsteht im CAE-Programm ein leistungs­fähiger digitaler Zwilling als vollständige Repräsentation des realen Klemmenleisten-Objekts. Effizienz bedeutet hier, dass die nachfolgenden Prozessschritte auf dem digitalen Zwilling als Datenformat aufsetzen – quasi als gemeinsame Sprache für die Kommunikation mit allen Anwen­dungen bis in die Werkstatt und die Bearbeitungs­maschinen. Der Schaltschrank entsteht also doppelt: virtuell im CAE-Programm mit hoher Datentiefe sowie real in der Fertigung. Dabei ist der digitale Schalt­schrank nichts weiter als eine Sammlung digitaler Artikeldaten, die nach bestimmten Regeln zusam­mengestellt wurden und nun neue spezifische Eigenschaften besitzen. Letztendlich handelt es sich beim digitalen Zwilling um ein hochkomplexes Datenmodell.

eclass Basic und eclass Advanced als „Datensprache“

Als Quelle der Informationen für das Modell des digitalen Zwillings bietet sich der Klassifizie­rungsstandard eclass an. Vom Konstrukt her ist eclass Basic ein Klassifizierungswerkzeug für den technischen Einkauf, das allen zu beschaffenden Materialien über eine Klassenhierarchie defi­nierte Eigenschaften zuordnet und sie vergleich­bar macht. Während eclass Basic hauptsächlich kaufmännische und katalogrelevante Daten zuordnet, kann man mit der Advanced-Variante auch 2D- und 3D-Grafikformate mit Ankerpunkten und Orientierungen ablegen. All diese Daten entstehen ohnehin im Produktions­prozess bei Phoenix Contact. Diese „Datensenke“ kann über digitale Schnittstellen in eclass Advanced und dann in jedes beliebige Datenformat extrahiert werden.

Vorbaugruppen und Modularisierung

Werden vom Schaltschrankbauer spezifisch ver­knüpfte Funktionen – Motoranlaufsteuerungen, Steuermodule für Transportbänder, Steuerungen für Drehmomentschrauber – als Vorbaugruppe angelegt, lassen sich diese als digitaler Zwilling in allen Prozessschritten per Drag and Drop einfacher behandeln. Schon im Projektierungsmodus werden so Zeit, Kosten und Fehler reduziert. Fehler in der Baugruppe – einmal erkannt – werden dann für die gesamte Prozesskette behoben. Dann geht es in die Werkstatt: Ausgehend vom digitalen Zwilling werden hier Werkerassistenz-Systeme, VR-Verdrahtungsstationen oder vollauto­matische Kabelbaumfertigungen gesteuert. Leiter können automatisch abgelängt, gebündelt und mit Angaben zu Quelle und Ziel gemäß der CAE-Daten bedruckt werden. Wenn dann künftig die Kabelbäume bei der Konfektionierung bereits automatisch in steckbare Kontakte hinein verdrahtet werden, verkürzt sich die Verdrahtungszeit zusätzlich.

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Foto: Phoenix Contact
Robotergestützte Verdrahtung: Das Clip X-Konzept von Phoenix Contact trägt dazu bei, die stetig steigende Anzahl an Schaltschränken schnell, fehlerfrei und wirtschaftlich zu produzieren.

 

So vielschichtig die Anwendungen im Schalt­schrankbau sind, so komplex sind die Heran­gehensweisen bei der Umsetzung. Zahlreiche digitale Daten, die bei der Entwicklung und Fertigung von Reihenklemmen anfallen, können zur Planung und Verarbeitung im Schaltschrank genutzt werden. Phoenix Contact stellt die Daten seiner Reihenklemmen in hoher Qualität zum Download bereit. Dort findet der Anwender weitere aufbereitete CAE-Datenformate – wie etwa für ePlan. All diese Daten dienen letztlich der fortschrittlichen Produktion – als Grundlage für die weitere Verarbeitung vom Werkerassistenz-System bis zur robotergestützten Verdrahtung.

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