Datenaustausch bei der Elektro- und Fluidtechnikkonstruktion

Die Entwicklungszyklen werden kürzer. Gleichzeitig steigend im Maschinen- und Anlagenbau die Ansprüche an Qualität und Kosteneffizienz. Diese Umstände machen einen wachsenden Abstimmungsbedarf der Gewerke Mechanik, Hydraulik beziehungsweise Fluidik und Elektrik während der Entwicklung erforderlich. Traditionell – und in vielerlei Hinsicht auch mit gutem Grund – wird die Entwicklung und Konstruktion mit spezialisierten Systemen durchgeführt, deren Daten nur mit größerem Aufwand ausgetauscht und aktualisiert werden können. Konstruktionsabteilungen können mit Zuken-Software die engen Wechselwirkungen zwischen Fluidik, Elektrotechnik und mechanischer Konstruktion handhaben.

Bei der Projektierung einer Maschine oder Anlage stellt die Erstellung der physikalischen Struktur nach wie vor den sichtbarsten Aufwand dar. Dadurch, dass elektrische und elektronische Steuerungselemente und –programme mehr eingesetzt werden, entwickelt sich die Konstruktion allerdings immer mehr zu einer interdisziplinären Aufgabe. Demgemäß bieten moderne Mechanik-CAD-Systeme wie Creo, Catia oder NX umfangreiche Piping- und Routing-Funktionalitäten, mit denen der Verlauf der Hydraulik- und Pneumatikleitungen ebenso wie der Verlauf elektrischer Kabel im 3D-Raum festgelegt werden kann.

Was diesen Systemen allerdings fehlt, ist die so genannte funktionale Intelligenz, das heißt die Beschreibung der elektrischen und fluidischen Eigenschaften einer Steuerung sowie die Fähigkeit, diese in produzierbare Fertigungsunterlagen und Montagepläne für Kabelsätze, Schaltschränke und Rohrleitungen umzusetzen. Dies macht umfangreiche Bibliotheken und dedizierte Funktionen erforderlich und bleibt deshalb nach wie vor den spezialisierten Lösungen einschlägiger Anbieter überlassen.

Um aber Hand in Hand arbeiten zu können, sind die verschiedenen Systeme auf Informationen angewiesen, die sie wechselseitig bereitstellen müssen. Bei der Abstimmung zwischen Mechanik, Elektrotechnik und Fluidik sind dies Längenangaben, Kabelbaum- und Rohrleitungsdurchmesser, die aus dem Mechanik-CAD-System an die Elektrotechnik und Fluid übergeben werden müssen. In der anderen Richtung sind es funktionale Beschreibungen von Motoren, Pumpen, Kabelsträngen und Verbindungselementen, die von der Steuerungstechnik an die Mechanikentwicklung übergeben werden müssen.

Zuken bietet deshalb für seine Elektrotechnik- und Fluidik-Applikationen Schnittstellen an, mit denen geometrische Daten mit elektrischen Informationen und fluidischen Informationen angereichert und an die 3D-Konstruktion in den MCAD-Umgebungen der führenden Hersteller übergeben werden können. Zu den geometrischen Daten gehören beispielsweise Kabelbaumsegmente und Leitungslängen. Elektrische Informationen beziehen sich auf Stecker, Anschlusspunkte, Spleiße und Netzlisten. Zu den fluidischen Informationen gehören unter anderem Daten zu Schlauch- und Rohrleitungen, Steckanschlüssen sowie pneumatischen und hydraulischen Bauteilen.

Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die „Hoheit“ über die 3D-Struktur eindeutig auf der Seite der Mechanikkonstruktion verbleibt, das heißt es entstehen keine Nachbildungen oder Kopien des Modells in den Applikationen für die Steuerungstechnik, die zu einer Divergenz der Gewerke führen können, die bei ihrer Zusammenführung mit entsprechendem Zeit- und Kostenaufwand bereinigt werden muss.

Etwas anders stellt sich die Ausgangslage in der Abstimmung zwischen Elektrotechnik und Fluidik dar, denn Pumpen und Ventile führen, da heute in der Regel elektrisch angesteuert, ein „Doppelleben“ in beiden Welten, das heißt sie sind gleichzeitig Bestandteil des Fluidplans und des elektrischen Schaltplans.

Deshalb ist es sinnvoll, für eine direkte Verbindung zwischen Fluidik und Elektrotechnik zu sorgen. Dies kann grundsätzlich auf zweierlei Arten erfolgen: zum einen durch Austausch von Verbindungslisten, was aber immer zu einer gewissen Latenzzeit, also einer Zeitdifferenz zwischen den Entwicklungsständen auf beiden Seiten führt, oder aber durch Erstellung von Kabel- und Fluidplänen in einem System.

Aus diesem Grund hat sich der Softwareanbieter bei der Realisierung seiner Fluid-Applikation „E³.fluid“ für einen integralen Ansatz entschieden. Im Prinzip handelt es sich dabei um eine Erweiterung der Entwicklungsumgebung für die Elektrotechnik „E³.series“. Die Fluid-Applikation greift wie alle anderen Module der Entwicklungsumgebung bei allen Operationen auf eine objektorientierte Bibliothek zu.

Die Bibliothek beschreibt neben elektrischen Bauteilbeschreibungen auch Fluid-Bauteile wie Schlauch- und Rohrleitungen sowie pneumatische und hydraulische Bauteile. Die Arbeit mit der Fluid-Applikation erfolgt dann in gleicher Weise wie mit „E³.schematic“: Komponenten werden in den Betriebsmittelbaum geladen, auf einem Zeichnungsblatt platziert und mithilfe von umfangreichen automatischen Routinen verbunden.

Das System erkennt selbständig, ob es sich um einen Fluidplan oder einen elektrischen Schaltplan handelt und lässt nur elektrische oder Fluid-Komponenten zu. Wird ein Fluid-Bauteil, wie etwa eine elektrische Pumpe oder ein Ventil auch in dem dazugehörigen elektrischen Schaltplan verwendet, ist die Konsistenz durch den Zugriff auf dieselbe Bauteilbeschreibung in der Bibliothek automatisch sichergestellt.

Auch wenn ein solcher Ablauf recht aufwändig in der Beschreibung ausfällt, in der Praxis präsentiert sich das relativ einfach: Wird im Fluidplan ein Ventil geladen, erscheint im elektrischen Schema automatisch die dazugehörige Spule. Wird das Ventil geändert, wird auch die Spule aktualisiert.

Auf diese Weise besteht ein durchgängiger Informationsfluss zwischen den Gewerken, der sich einerseits an den Gegebenheiten und Abläufen der heutigen Konstruktionsabteilungen orientiert und gleichzeitig die Basis für eine frühzeitige Abstimmung bildet. Was an dieser Stelle aus Platzgründen nicht mehr behandelt werden kann, ist die disziplinübergreifende Verwaltung aller Entwicklungsdaten für eine konsistentes Varianten-, Konfigurations- und Änderungsmanagement. do

Diese Themen interessieren Sie? Mit unserem wöchentlichen fluid-Newsletter sind Sie immer auf dem Laufenden.