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Schaltschränke effizient gefertigt

Wirtschaftliche Produktion in Losgröße 1
Schaltschränke effizient gefertigt

Schaltschrankbau | Auch in der Schaltschrankbau-Branche wächst der Druck. Um hier die Kosten bei gleichzeitig größerem Output zu senken, spielt die Prozessgestaltung eine entscheidende Rolle.

Christian Großmann Senior Specialist Advanced Technologies in der Support Unit Manufacturing Solutions, Phoenix Contact

Bislang ist die Erstellung der Schaltschränke weitgehend durch eine werkstattorientierte Fertigung, hohen Personaleinsatz, geringen Automationsgrad und Verwendung von Lean-Methoden, unzureichende IT-Integration, fehlenden „Fluss“ in der Produktion sowie nicht vorhandene Skaleneffekte gekennzeichnet. Vor diesem Hintergrund hat Phoenix Contact mit dem ClipX-Konzept einen Ansatz entwickelt, der sich der Themenfelder IT-Einbindung, Lean Design, Lean Manufacturing und Process Automation annimmt.
Die vertikale und horizontale Durchgängigkeit der erzeugten Daten bilden die Grundlage für eine effiziente Wertschöpfungskette im Schaltschrankbau. Eplan, Rittal und Phoenix Contact haben dies im Rahmen der Kooperation „Smart Engineering and Production 4.0“ auf der Hannover Messe 2015 unter Beweis gestellt. Von der Aufbereitung von Produktinformationen bis zur automatisierten Fertigung komplexer Produkte in Losgröße 1 zeigten die Partner dort eine vollständige, auf viele Branchen übertragbare Datendurchgängigkeit. Als Basis fungiert die umfassende Beschreibung der genutzten Bauteile im Klassifizierungs-Standard eCl@ss. Daraus lässt sich im ECAD-System ein Modell des Schaltschranks aufbauen, das alle für die gesamte Wertschöpfungskette notwendigen (technischen) Daten enthält. Dazu zählen neben Routing-Informationen für die Leitungsverlegung auch Kenngrößen über Minimalabstände von Bauteilen. Bereits heute kann also ein „digitaler Zwilling“ des realen Schaltschranks geschaffen werden.
Übergreifendes Beschreibungsformat
Die digitale Produktbeschreibung ist somit in der Lage, sämtliche nachfolgenden Prozessschritte ebenfalls mit den jeweils benötigten Daten zu versorgen. Dennoch verwenden die verschiedenen Prozessschritte noch immer unterschiedliche Datentypen – beispielsweise das PDF für die 2D-Zeichnung oder eine CSV-Datei für den Verdrahtungsplan. Außerdem werden andere Quellen wie ein Elektroschema aus dem ECAD-Programm oder eine Zeichnung aus einem separaten CAD-System herangezogen. Hier bietet sich ein übergreifendes Beschreibungsformat an. Da es sich beim Schaltschrank um ein mechatronisches System handelt, eignet sich das Format AutomationML besonders gut.
Der XLM-basierte offene Standard wurde für den Datenaustausch und als Datencontainer über Systemgrenzen hinweg konzipiert. In einer heterogenen Systemlandschaft mit verschiedenen Anlagen und Werkzeugen stellt AutomationML so die jeweils erforderlichen Informationen zur Verfügung. Auf diese Weise kann ein Werker-Assistenzsystem den notwendigen Aufbauplan einer Klemmenleiste oder eines Schaltschranks ausgeben und dabei auf die gleiche Datei referenzieren, die für die spätere Prüfung eingesetzt wird. Damit lässt sich ein durchgängiger Datenfluss realisieren, der während der unterschiedlichen Prozessschritte um zusätzliche Daten angereichert wird.
Effizientes Engineering durch Lean Design
Der Engineering-Bereich legt die Grundlage für die weitere vertikale und horizontale Datendurchgängigkeit und deren Qualität. Die Modellerstellung des Schaltschranks kann sich folglich aufwändig gestalten. Umso wichtiger ist es, die vorhandenen Werkzeuge optimal zu nutzen. Daher werden die zu verbauenden Produkte und deren elektronische Kopplung wie auch die räumliche Anordnung und Detaillierung frühzeitig festgelegt. Wenn seitens des Anwenders möglich, sollte lediglich eine Anschlussart verwendet werden, welche die elektrotechnischen Anforderungen erfüllt und die benötigte Varianz der Bauteile abdeckt.
Mit Blick auf eine spätere automatisierte Verarbeitung der Komponenten sollte zudem ein gezieltes Varianten-Management etabliert werden, das darüber hinaus zu Skaleneffekten im Bereich Einkauf und Logistik führt. Sind Montagetätigkeiten zu optimierten, kommt schnell die Automatisierung ins Spiel. Bei einigen Prozessschritten erweist es sich jedoch als wirtschaftlicher, wenn der Mensch besser in den Produktionsablauf eingebunden wird und sein Potential durch eine optimale Unterstützung ausschöpft. Deshalb hat Phoenix Contact die Steuerungs-Software ClipXControl entwickelt, die den Mitarbeiter visuell und informativ auf die entsprechende Aufgabe fokussiert. Als Beispiel sei das Aufbringen von Beschriftungsmaterial oder Steckbrücken auf die zuvor automatisiert montierten Klemmenleisten genannt. Angestoßen durch einen in die Klemmenleiste integrierten RFID-Chip wird dem Mitarbeiter direkt angezeigt, wo welche Teile eingebaut werden müssen.
Aktuelle Daten in den Folgeprozessen
Außerdem wird das Personal durch eine optische Kontrolle mittels Kamera unterstützt. Um in diesem Bereich ebenfalls eine Losgröße-1-Fertigung umsetzen zu können, erfolgt die Prüfung nicht durch den einfachen Vergleich eines Bildes mit dem Bild eines Prototyps. Vielmehr ermöglicht das von Phoenix Contact konzipierte System eine dynamische Prüffeld-Generierung auf Basis der AutomationML-Beschreibung. Die Lösung erlaubt weiterhin die bedarfsgerechte Umrüstung des Herstellungsprozesses durch den Tausch von Modulplatten und damit die Anpassung an unterschiedliche Prozessfolgen im Wechsel von One-Set-Flow und One-Piece-Flow.
Ist die Automatisierung eines Prozessschritts im Sinne einer Fließfertigung für Klemmenleisten als Bestandteil von Schaltschränken wirtschaftlich, gilt es nachfolgend deren Ausprägung zu definieren. Im Rahmen des Spitzenclusters „it´s OWL“ hat Phoenix Contact hier eine Lösung zur automatisierten Produktion bestückter Tragschienen in Losgröße 1 erarbeitet. Dazu werden die Auftragsdaten mit den in AutomationML digital vorliegenden Projektierungs-Informationen gekoppelt und an die Steuerungs-Software ClipXControl übergeben. Anschließend wird eine Tragschiene individuell abgelängt und die jeweils erforderliche Reihenklemmen-Kombination aufgerastet. Ein spezielles Magazinsystem führt die Komponenten zu. Die im Laufe der Montage erfassten Daten zu Position oder Aufrastkraft lassen sich in den digitalen Zwilling zurückschreiben. So können die stets aktuellen Daten auch in den Folgeprozessen genutzt werden. •
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