Vernetztes Denken ist treibende Kraft

Der mechatronische Überflieger, der neue Super-Jumbo A 380 der EADS-Tochter Airbus, kommt sechs Monate später als geplant auf den Markt. Probleme mit der Elektrik, so hieß es, hätten dazu geführt. In der Folge verloren die EADS-Aktien ein Viertel ihres Wertes. Aber waren nur ein paar Stecker und Kabel Schuld an der Verzögerung, oder knirschte es im Getriebe des standortübergreifenden Engineerings? „Die Wurzel reicht viel weiter zurück, nämlich zu fehlerhaften Definitionen und Prozessen“, räumt Firmenchef Tom Enders ein und nennt ein typisches Problem der Mechatronik.

Wie in der Luftfahrtindustrie bündeln auch im Maschinenbau immer mehr Teams und Unternehmen ihre Kompetenzen in den Bereichen Maschinenbau, Elektronik und Software, um ihre komplexen Projekte effizient und wirtschaftlich umsetzen zu können. Schnelle Produktzyklen und eifrige Ingenieure führen nämlich zu einem dynamischen Wachstum der Varianten. Damit der Überblick nicht verloren geht, benötigen Mechatroniker intelligente Strategien und Werkzeuge, die Transparenz schaffen, Datenmodelle abgleichen oder einfach nur Kundenanforderungen prüfen. Aber was ist Mechatronik, ein Produkt, ein System, eine Applikation oder ein Denkansatz? Was oft noch fehlt sind konkrete Vorstellungen und ganzheitliche Vorgehensweisen. Prozesseinheiten müssen standardisiert und modularer gestaltet werden, besser parametrierbar und konfigurierbar sein und dazu noch datentransparenter. Ideal wäre es, wenn wie bei einem Puzzle die mechatronischen Teile aus Nachbarabteilungen oder von Zulieferern ohne Brüche eingebunden werden könnten.

Schneller zur fertigen Maschine kommen will Dr.-Ing. Olaf Rathjen durch Simulation. Auf dem dritten Forum „Mechatronik im Maschinenbau“ in der Niederlassung Stuttgart sagte der Gastgeber und Leiter des Bereichs Motion Control der Siemens AG, Bereich A&D, Erlangen: „Die Konstruktionsfolge Mechanik, Elektrik, Prototypenbau mit rückwirkenden Änderungen muss ersetzt werden durch interdisziplinäre Entwürfe in Mechanik, Elektrik und Informatik, die zu virtuellen Prototypen und damit zu optimalen Ergebnissen führen.“

So weit, so gut. Bei der Software-Integration tut sich der Maschinenbau allerdings noch schwer, konstatierten die Forumsteilnehmer in Stuttgart. Die Vorgehensweise vom Start eines Projekts über die Konstruktion zur Montage und zur Software-Entwicklung beinhaltet oftmals unbeherrschbare Zeitfallen. Sowohl Vertrieb, Konstruktion als auch Entwicklung bringen immer wieder ein unterschiedliches Verständnis für die Software-Aufgaben auf. Es zeigte sich, dass selbst in interdisziplinären Projektteams dieses Kommunikationsproblem besteht. Darüber hinaus scheint es auch üblich zu sein, dass unterschiedliche Abteilungen kein Verständnis für Zeiten und Kosten aufbringen, die beim Entwickeln von komplexen mechatronischen Komponenten entstehen. Nachholbedarf gibt es auch bei Softwarestandards. Das Credo der Tagung in Stuttgart: Nur wer konsequent auf Standards und Module setzt, kann benötigte Softwarebausteine für das mechatronische Produkt zeitgerecht bereitstellen.

Dass sich selbst unter diesen Vorraussetzungen mit Software Geld verdienen lässt, beweist Robert Strehle von der Zwick GmbH & Co. KG. Das auf Materialprüfungen spezialisierte Unternehmen aus Ulm verkauft heute nicht mehr „Maschinen mit Software, sondern Software mit Maschinen“. Für diesen Paradigmenwechsel waren im Unternehmen organisatorische Maßnahmen notwendig. „Als Erstes entstand ein Generalentwicklungsplan für die Prozesse mit den langfristigen Zielen“, so Strehle. Hier wurden die einzelnen technischen und strategischen Disziplinen verknüpft und eine Anforderungsliste erstellt, an der die Vertriebs- und Serviceabteilungen ebenso beteiligt waren wie Kunden und auch Visionäre. Eng verknüpft formte das Ulmer Prüfunternehmen Software-Versionsmanagement, zentrale Fehlerdatenbank, durchgängiges Schulungsangebot sowie Test- und Qualitätssicherung zu einer mechatronischen Kette.

Dieses Beispiel macht klar, dass mechatronisches Entwickeln nicht automatisiert werden kann. Aus Projektmanagement-Sicht sind daher wöchentliche Treffs notwendig, in denen ein Abgleich zwischen dem Soll- und Ist-Zustand erfolgt. Aus technologischer Sicht kann die Kommunikation durch Ablaufdiagramme und -schemata gefördert werden. Produktlisten mit Typenschlüsseln sind hier von Vorteil.

Ein wesentlicher Punkt ist die Dokumentation und Datenverwaltung. Ähnlich wie in der Mechanik müssen alle Einzelteile, Komponenten und Baugruppen aller Disziplinen eindeutig gekennzeichnet, strukturiert und wieder auffindbar abgelegt sein. Ohne ein Konfigurations- und Versionsmanagement läuft man Gefahr, falsche Software-Versionen zusammen zu binden. Produktdatenmanagementsysteme (PDM), ERP oder ein elektronischer Katalog bieten dies. Für Dr.-Ing. Hubert Reinisch von der Teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH sind das Speichern, das Vermehren und der schnelle Zugriff auf Wissen in einer Engineering-Datenbank entscheidende Wettbewerbsfaktoren. Das Freiberger Unternehmen bietet montage-, prüf- und medizintechnische Anlagen stückzahl- und variantenflexibel an und setzt dabei auf einen hohen Wiederverwendbarkeitsanteil einzelner Module. Teile der prozessmodularen Anlagentechnik Teamos können so problemlos parallel entwickelt, aufgebaut, programmiert und getestet werden.

„Paralleles Entwickeln in einem Projekt ist doch eher die Ausnahme“, bekundeten hingegen viele Teilnehmer des Stuttgarter Forums. Diese Vorgehensweise würde in der Praxis häufig scheitern. Zwar sei die kreative Phase noch gut dazu geeignet, eine grundlegende Richtung hinsichtlich der mechatronischen Grundstruktur des Produktes vorzugeben. Doch spätestens bei der Prototypenphase und den sich daraus ergebenden Interaktionen bleibe kein Stein auf dem anderen. Gefordert wurde deshalb, zu einem Mechatronik-Projekt folgendes vorzusehen:

Neben der technologischen Transparenz muss der Mechatroniker aber auch die Kosten überblicken können. Eine vermeintlich günstigere Hardware als beispielsweise beim letzten Projekt führt dann oft durch die fehlende Wiederverwendbarkeit der Software zu schlechterer Bilanz. Die Nachkalkulation sollte deshalb auch ein kontinuierlicher Prüfprozess sein. Das hört sich leicht an, ist aber zumindest bei großen Projekten äußerst komplex. Denn wer rechnet in seine Mechatronik-Kalkulation auch noch Aktienverluste mit ein, wie es jetzt wohl die Airbusmanager machen müssen?

Werner Möller ia-redaktion@t-online.de

Mechatronik weckt Erwartungen

Branchenübergreifend lernen und agieren

Inbetriebnahmen simulieren

Erfolg durch Mechatronik, wie profitiert der Kunde?

Aus unserer Sicht als Anbieter von elektrotechnischen Gesamt-Lösungen bietet die Dienstleistung Mechatronic Support dem Kunden eine Vorhersage der Leistungsfähigkeit des gesamten Antriebsstranges, bestehend aus Antrieben, Motoren und bewegten Maschinenmassen. Voraussetzung ist eine partnerschaftliche Zusammenarbeit.

Was muss er dafür tun?

Der Kunde liefert uns idealerweise in der Konzeptphase oder einem frühen Stadium der Konstruktion seine CAD-Daten. Sämtliche Analysen, die nur am realen Prototypen einer neuen Werkzeugmaschine möglich sind, finden jetzt an der virtuellen Maschine am PC statt.

Müssen die Unternehmen ihre Organisationsstrukturen ändern?

Natürlich nicht. Die offene Kommunikation ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Zusammenarbeit bei Mechatronik-Projekten. Die klassischen Bereiche wie mechanische Konstruktion und Elektrokonstruktion sind aber gefordert, besonders eng zusammenzuarbeiten, da sie gleichermaßen eingebunden sind.

Was sind typische Fehler von Erstanwendern?

Sie arbeiten vom Beginn des Projektes an zu wenig zusammen. Die Lösung liegt darin, alle Partner von Anfang an einzubinden, um eine effektive Arbeitsweise und Umsetzung des Projektes sicherzustellen.

Wie wichtig ist verzahntes Arbeiten?

Es ist ganz wichtig, eine enge Synchronisation der Werkzeuge zu erreichen. Eindeutige Standards und Formate unterstützen diesen Prozess, der aber noch nicht abgeschlossen ist. Schließlich und endlich bietet die Simulation auch dem Betreiber erhebliche Vorteile. Bei Fertigungsprozessen und dem Einfahren neuer Werkstücke in der Fertigung können Material und Fertigungsressourcen eingespart sowie Maschinenlaufzeiten optimiert werden. Wir verstehen uns als Partner für Maschinenhersteller und -anwender und bieten in allen Phasen im Lebenszyklus einer Maschine Simulationsunterstützung an.

Sehen Sie schon den Durchbruch bei Simulationsmethoden?

Simulationstools haben sich noch nicht in der Breite durchgesetzt. Dennoch wird sich der Markt zukünftig in diese Richtung entwickeln. Darüber hinaus führt Simulation zu einem Sicherheitsgewinn bei der Entwicklung von Maschinen und Anlagen. Noch bevor die erste reale Maschine oder Anlage gebaut wird, sind die Leistungsdaten abgesichert und bekannt. Das schont die Ressourcen der entwickelnden Unternehmen. Teure Prototypen entfallen. Finanzierungskosten für Prototypen oder teure Tests reduzieren sich auf ein notwendiges Minimum. wm

Marktchancen

Mechatronik bietet die Möglichkeit, komplexe Prozesse besser zu beherrschen. Wiederverwertbarkeit, paralleles Konstruieren und simuliertes Fertigen können, wenn optimal beherrscht, zu relevanten Wettbewerbsvorteilen führen.