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Engineering für Industrie 4.0 leicht gemacht

(Bilder: Rittal)

(Bilder: Rittal)

01 Hohe Datenqualität und Durchgängigkeit im Engineering schaffen die Voraussetzungen für die Verschmelzung realer und virtueller Workflows – mit deutlichem Effizienzgewinn für Steuerungs- und Schaltanlagenbauer

01 Hohe Datenqualität und Durchgängigkeit im Engineering schaffen die Voraussetzungen für die Verschmelzung realer und virtueller Workflows – mit deutlichem Effizienzgewinn für Steuerungs- und Schaltanlagenbauer

02 Alle Flachteile des VX25 sind mit einem QR-Code versehen. Damit lassen sich einzelne Teile des Schaltschranks einem bestimmten Projekt zuordnen

02 Alle Flachteile des VX25 sind mit einem QR-Code versehen. Damit lassen sich einzelne Teile des Schaltschranks einem bestimmten Projekt zuordnen

03 Mit der VX25-Umstellhilfe für Stücklisten, kostenlosen Daten sowie einem intelligenten Selektor und Konfigurator wird der Umstieg vom Schaltschranksystem TS 8 auf das Großschranksystem VX25 vereinfacht

03 Mit der VX25-Umstellhilfe für Stücklisten, kostenlosen Daten sowie einem intelligenten Selektor und Konfigurator wird der Umstieg vom Schaltschranksystem TS 8 auf das Großschranksystem VX25 vereinfacht

Die Basis für eine Steuerungs- oder Schaltanlage wird im Engineering gelegt. Je mehr Know-how in die Planung einfließt, umso einfacher sind die Abläufe in der Werkstatt und in der kaufmännischen Abwicklung. Ideal ist es, wenn im Engineering ein möglichst vollständiges digitales Abbild der Anlage – der sogenannte digitale Zwilling – entsteht. Voraussetzung sind qualitativ hochwertige Daten, die durchgängig in allen Prozessen zur Verfügung stehen. Diese Anforderungen hat Rittal bei der Entwicklung seines Schaltschranksystems VX25 konsequent berücksichtigt und unterstützt Anlagenbauer auf dem Weg zu Industrie-4.0-Wertschöpfungsketten.

Der Steuerungs- und Schaltanlagenbau fertigt in der Regel Anlagen mit kleinen Losgrößen bis hinab zur Losgröße 1. Dadurch können Unternehmen der Branche besonders von der Einführung von Industrie 4.0 in der Fertigung profitieren. Voraussetzung ist allerdings, dass die Daten eines Projekts möglichst vollständig vorliegen. Nur bei einer durchgängigen Datenhaltung können alle Prozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette auf diesen digitalen Zwilling zugreifen.
Während der Elektroplanung und der mechanischen Konstruktion einer Schaltanlage kommt den Daten eine besondere Bedeutung zu. Die Planer sind darauf angewiesen, die Daten der verwendeten Komponenten nicht zu erstellen, sondern diese vom Lieferanten in geeigneter Form zur Verfügung gestellt zu bekommen. Dies sind beispielsweise die geometrischen Daten, die zur mechanischen Konstruktion verwendet werden. Da Rittal diese in 70 marktüblichen Formaten anbietet, kann der Konstrukteur sie ohne Probleme in sein CAD-Programm importieren und dort nahtlos weiterverwenden. Und dies funktioniert unabhängig davon, ob in 2D oder in 3D konstruiert wird. Die Daten stehen nicht nur für die Schaltschränke zur Verfügung, sondern auch für alle verfügbaren Zubehörteile, wie etwa Ausbauteile, Sockel, Türverschlüsse usw.
Alles aus einem Guss
Im Steuerungs- und Schaltanlagenbau ist die Effizienz besonders groß, wenn alle Systeme entlang der Wertschöpfungskette nahtlos zusammenarbeiten. Daten in optimaler Qualität, die an verschiedenen Stellen verwendet werden, spielen dabei eine wichtige Rolle (Bild 1). Der erste Schritt im Steuerungs- und Schaltanlagenbau ist in der Regel die Elektroplanung beispielsweise in Eplan Electric P8. Die für die Elektroplanung benötigten Daten des Schaltschranksystems VX25 [1] stehen zur Verfügung. Um Komponenten in seine Planung zu integrieren, kann der Elektroplaner direkt aus dem CAE-System auf das Eplan Data Portal zugreifen. Dort sind auch die Eplan-Makros des Schaltschranksystems vollständig hinterlegt. Eine nahtlose Anbindung sorgt dafür, dass der Anwender mit einem Mausklick vom Eplan Data Portal zum Rittal Configuration System gelangt. Diese webbasierte Anwendung macht die Auswahl der passenden Schaltschränke und Systemkomponenten einfach und schnell. Der Konfigurator arbeitet auf der Basis von elektronisch hinterlegten Regelwerken. Eine Plausibilitätsprüfung verhindert, dass falsches oder nicht passendes Zubehör überhaupt angezeigt wird. Ein unproduktives Ausprobieren wird so vermieden – insgesamt ergibt sich dadurch ein Zeitgewinn bei der Auswahl des richtigen Systems. Doch das Planungstool erleichtert nicht nur die Auswahl einzelner Produkte. In einem 3D-Modell innerhalb des Konfigurators kann das gewählte Zubehör gleich an der dafür vorgesehenen Stelle platziert werden. Diese ist dann reserviert und kann nicht für andere Zubehörkomponenten verwendet werden. Um die für das ausgewählte Zubehör benötigten Ausbrüche und Bohrungen zu berücksichtigen, ist das Anlegen einer mechanischen Bearbeitung im Konfigurationssystem vorgesehen. Ob Ausschnitte, Bolzen oder Muttern – alle Möglichkeiten der mechanischen Bearbeitung können berücksichtigt und im 3D-Modell dargestellt werden.
Im Anschluss lassen sich die so konfigurierten Schaltschränke inklusive Stückliste direkt in die 3D-Aufbauplanung übernehmen. In Eplan Pro Panel kann die Aufbauplanung einfach erfolgen. Sämtliche elektromechanische Daten des VX25 stehen auch hierfür als Eplan-Makros zur Verfügung. So entsteht aus den Daten des Schaltschranks inklusive der Zubehör- und Ausbauteile ein virtueller Prototyp, der eine vollständige digitale Kopie der Schaltanlage darstellt – der sogenannte digitale Zwilling. Dieser ist die Basis für alle folgenden Prozesse etwa in der Fertigung und entlang der übrigen Prozesse der Wertschöpfungskette im Steuerungs- und Schaltanlagenbau.
Nahtlos in die Fertigung …
Mit den vollständigen Daten aus der 3D-Aufbauplanung lassen sich zahlreiche Prozesse in der anschließenden Fertigung automatisieren. Typisches Beispiel ist die Flachteilbearbeitung auf einem CNC-Bearbeitungszentrum vom Typ Perforex. Die in der Aufbauplanung festgelegten Bohrungen, Gewinde und Ausbrüche in Montageplatten, Seitenwänden oder Schaltschranktüren werden direkt in ein CNC-Programm übernommen, mit dem die Perforex dann vollautomatisch sämtliche Fertigungsschritte durchführen kann. Die mechanischen CAD-Daten des Schaltschranks werden dabei wiederum verwendet. In diesen Daten ist unter anderem auch festgelegt, an welchen Stellen innerhalb der Flachteile Bohrungen oder Ausbrüche möglich sind.
Die Daten aus dem virtuellen Prototyp kommen noch an vielen anderen Stellen innerhalb der Fertigung zum Einsatz: Ablängen von Kabelkanälen und Tragschienen, Konfektionieren von Kabeln, Bestücken von Tragschienen mit Klemmen und Unterstützung bei der Verdrahtung sind einige Beispiele, wie die Effizienz in der Werkstatt erhöht werden kann.
… und in die ERP-Systeme
Ein weiterer wichtiger Bereich im Steuerungs- und Schaltanlagenbau ist die betriebswirtschaftliche Abwicklung eines Projekts. Diese reicht von der Kalkulation über den Einkauf und die Logistik bis hin zum Versand und der abschließenden Abrechnung. Auch hier stehen Systeme zur Verfügung, die eine nahtlose Anbindung etwa an ein ERP-System ermöglichen. Mit den Tools aus der Eplan ERP/PDM Integration Suite gelingt diese Anbindung optimal. Die fehleranfällige doppelte Datenerfassung oder die Verwendung von Stücklisten in Form von Excel-Dateien zum Datenaustausch gehören der Vergangenheit an. Da alle Prozesse auf die gleiche Datenbasis zugreifen können, sind nachträgliche Änderungen an einem Projekt ohne großen Aufwand zu realisieren. Wird etwa eine zusätzliche Komponente im Schaltschrank benötigt, kann der Planer diese im CAE-System hinzufügen und anschließend im virtuellen Prototyp platzieren. Die Änderungen an der Verkabelung, dem CNC-Programm für die Bearbeitung der Montageplatte, der Stückliste, der Kalkulation usw. lassen sich damit entsprechend umsetzen.
Rückverfolgbarkeit möglich
Auch bei der Abwicklung der Projekte im Betrieb des Steuerungs- und Schaltanlagenbauers bietet Rittal Lösungen an, die einen wichtigen Schritt in Richtung Industrie 4.0 ermöglichen. So sind alle Flachteile des VX25 mit einem QR-Code versehen (Bild 2). Damit lassen sich einzelne Teile des Schaltschranks einem bestimmten Projekt zuordnen. Gleichzeitig wird auf diese Weise eine komplette Rückverfolgbarkeit der Teile in der Fertigung möglich. So dient der QR-Code zunächst der Identifizierung des Bauteils, sowohl des Schranks an sich als auch der Zubehörteile. Hier genügt ein Scan, um Zugriff auf alle verfügbaren Informationen zu erhalten. Im nächsten Schritt hat der Anlagenbauer die Möglichkeit, den QR-Code in eigene Logistikkonzepte einzubinden. Werden einzelne Flachteile eines Schaltschranks etwa separat bearbeitet oder lackiert, können diese anschließend per Identifikation über den QR-Code wieder dem richtigen Schaltschrank zugeordnet werden. Das erleichtert den Schritt in die Digitalisierung.
Normgerechte Schaltanlagen
In vielen Anwendungen sind nicht nur mechanische Konstruktion und Elektroplanung für ein Projekt notwendig. So müssen beispielsweise Niederspannungs-Schaltanlagen die einschlägigen Normen wie die IEC 61439 erfüllen. Hier liefert Rittal den Schaltanlagenbauern Unterstützung bei der normgerechten Planung. So können mit der aktuellen Version der Software Rittal Power Engineering die Systeme „Ri4Power 185“ und ISV inklusive Bauartnachweis im Großschranksystem VX25 geplant werden. Der Vorteil für den Planer: Die Nachweise und Dokumentationen, die im Rahmen der IEC-Norm benötigt werden, liefert die Software gleich mit. Die Basis hierfür sind wiederum Daten, die Rittal zusammen mit dem VX25 zur Verfügung stellt. So erfüllen die neuen Schaltschränke alle Anforderungen der IEC 62208 und bieten somit die grundlegende Voraussetzung, um in Schaltanlagen nach den Normengruppen IEC 61439 oder IEC 60204 verwendet werden zu können.
Sollte für eine Schaltanlage auf Basis des VX25 eine Klimatisierung notwendig sein, kann der Anwender auf die Klimatisierungsberechnung Rittal Therm zurückgreifen. Dieses Tool schlägt während der Planung in Abhängigkeit von Bemessungsströmen und den Verlustleistungen der eingesetzten Komponenten eine passende Klimatisierung vor. Auch dieses Planungstool kann nahtlos in den Engineering-Prozess integriert werden.
Fazit
Im Rahmen der Digitalisierung der Prozesse in der Industrie, die unter dem Schlagwort Industrie 4.0 zusammengefasst wird, spielen Daten eine zunehmend wichtigere Rolle. Aus diesem Grund stellt Rittal für sein neues Schaltschranksystem VX25 sämtliche Daten in hochwertiger Qualität sowie intelligente Konfigurations- und Planungstools zur Verfügung (Bild 3). Zusammen mit der Markteinführung haben die Kunden Zugriff auf alle Daten und Tools, die für Planung, Konstruktion kaufmännische Abwicklung, normgerechte Prüfung und Klimatisierung benötigt werden. Auf diese Weise werden Steuerungs- und Schaltanlagenbauer auf ihrem Weg in Richtung Industrie 4.0 unterstützt. (hz)

Literatur
[1] Koch, H.-R.: Schaltschranksystem mit reduzierter Komplexität. etz elektrotechnik & automation 139 (2018) H. 5, S. 59 – 61

Dipl.-Ing. (FH), MBA Michael Schell ist Hauptabteilungsleiter Produktmanagement Industrie bei der Rittal GmbH & Co. KG in Herborn. schell.m@rittal.de
Natascha Treml ist Gruppenleiterin Produktmanagement Enclosures bei der Rittal GmbH & Co. KG in Herborn. treml.n@rittal.de

Das Schaltschranksystem VX25

Manchmal kann weniger auch mehr sein. So auch beim Schaltschranksystem VX25. Die Basis dieses Systems ist das Rahmenprofil, das ein durchgängiges 25-mm-Raster hat und sowohl in den vertikalen als auch den horizontalen Teilen des Rahmens verwendet wird. Ausbaukomponenten für die vertikalen Rahmenteile passen dadurch auch im Dachbereich des Schaltschranks. Je nach Ausbauvariante sinkt dadurch die Anzahl der benötigten Zubehörteile um bis zu 40 %. Das Rahmenprofil ermöglicht es außerdem, Komponenten auch auf der Rückseite zu montieren. Dadurch entsteht eine zusätzliche Montageebene etwa für Trenn- und Schottwände sowie Abdeckungen für den Berührungsschutz. Montieren lassen sich diese ganz einfach, indem die Rück- bzw. Seitenwand abgenommen wird.
Bei der Entwicklung des VX25 wurde Wert auf eine schnelle und einfache Montage gelegt. Die Montage und die Demontage der Türen sind komplett ohne Werkzeug möglich. Die Tür wird einfach in das Scharnier eingehängt. Dabei ist das Scharnier so konstruiert, dass sich die Tür nicht ausheben lässt, wenn der Schaltschrank geschlossen ist. Bei den Türgriffen spart der Monteur ebenfalls Zeit: Durch das neue Snap-on-System sind sie mit wenigen Handgriffen montiert. Die Türgriffe gibt es mit allen gängigen Schließsystemen.

Woodward: Vereinfachung bestätigt

Bereits zum offiziellen Start des Schaltschranksystems VX25 lagen erste Erfahrungen vor: So hat die Woodward Kempen GmbH bereits mit den Prototypen gearbeitet. Der langjährige Rittal-Kunde entwickelt im Geschäftsbereich Renewable Power Systems kundenspezifische Frequenzumrichter zur Implementierung in Windenergieanlagen. Mit dem Schaltschrank VX25 hat das Unternehmen bereits Teilumrichter für eine Gesamtleistung von 4,5 MW realisiert, die aus einer Kombination von drei Schaltschränken besteht und ein Gesamtgewicht von rund 2 000 kg auf die Waage bringt. Für die Anwendungen bei Woodward wird der mechanische Aufbau der Schaltschränke komplett in einem CAD-System geplant. Auch hier haben die Ingenieure von Woodward Kempen erste Erfahrungen machen können. „Dass sämtliche Daten in 3D zur Verfügung stehen, ist für uns extrem wichtig, da unsere mechanische Konstruktion direkt mit diesen Daten weiterarbeiten kann“, sagt Eric Hartmann, Principal System Engineer bei der Woodward Kempen GmbH.