Engineering Maschinenverkabelung auf Basis des digitalen Zwillings

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Ein Kostentreiber im Maschinenbau sind unbekannte Kabellängen im Feld, denn sie haben direkten Einfluss auf die Kosten einer Maschine. Bisher wurde bei der Verkabelung eher nach dem Trial-and-Error-Prinzip gearbeitet, jetzt bietet Eplan eine Softwareunterstützung dafür an.

Die Verkabelung im Schaltschrank exakt und effizient zu planen, ist längst Standard. Geht es aber um die Verkabelung von der Maschine zum Schrank, ist das anders. Das richtige Kabel finden, planen und den Verlauf für die Montage darstellen? Bislang war das im Maschinenbau ein durchaus mühevolles Prozedere für den Elektrokonstrukteur. Servoantriebe oder Sensoren/Aktoren (z. B. M8/M12) werden von verschiedenen Anbietern mit unterschiedlichsten „Konfigurationen“ angeboten. Dabei müssen neben aktuellen Umgebungsbedingungen auch mechanische, chemische und elektrische Eigenschaften berücksichtigt werden. Vollständig sind die gesammelten Informationen aber erst, wenn die benötigte Länge des Kabels ermittelt wurde.

Ist das vorgesehene, auf Augenmaß geplante Kabel zu lang, wird es meist in Schlaufen unter dem Schaltschrank oder der Maschine – sogenannten Klängen – verstaut. Die Herausforderung hier: Durch die Nichteinhaltung von Biegeradien und EMV-Vorgaben steigt das Risiko zur Fehlfunktion mit aufwendiger Fehlersuche. Wird das Kabel gekürzt, das üblicherweise in aufwendigen Steckern mit zahlreichen Kontakten mündet, beginnt ein zeitraubender manueller und zugleich fehleranfälliger Konfektionsprozess. Auch ein Tausch des Kabels kann zeit- und kostenintensiv sein. Viel besser ist es, mit exakten Daten, beispielsweise auf Basis des digitalen Zwillings, zu planen.

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Elektrotechnik und Mechanik arbeiten Hand in Hand

Genau hier setzt Eplan an. Anfragen aus dem Markt wurden sondiert und die 3D-Software Eplan Harness Pro D wurde auf die Praxisanforderungen der Maschinenverkabelung im Feld erweitert. Was im Umfeld der Mechanik oder bei Geräten und mobilen Maschinen längst Standard ist, zieht also jetzt auch im Elektro-Engineering ein: der digitale Zwilling der Verkabelung. In Harness Pro D abgebildet, dient er als eindeutige, konsistente Produktdatenquelle – sowohl für die Fertigung als auch für Montage und Service. Das alles geschieht in Kombination von Elektrotechnik und Mechanik. Die gemeinsame Artikeldatenbank der Eplan-Systeme sichert eine eindeutige Datenquelle.

Jeder Konstrukteur arbeitet mit seiner Arbeitsweise

Bei Geräten und Fahrzeugen werden einzelne Adern zu einem sich verzweigenden Kabelbaum zusammengefasst, Fertigungsunterlagen abgeleitet und der physische Kabelbaum wird gefertigt. Dieser ist immer ein Unikat und exakt an das jeweilige Gerät bzw. die mobile Maschine angepasst.

Ganz anders präsentiert sich die Verkabelung im Maschinenbau: Dort werden meist einseitig oder vollständig vorkonfektionierte Kabel eingesetzt. Auch Meterware, also Kabel auf einer Kabeltrommel, kommt zum Einsatz. Das digitale 3D-Modell des Schaltschrankaufbaus in Eplan Pro Panel bildet dabei den Startpunkt für die Feldverkabelung. Zusätzliche Feldkomponenten, geplant in Eplan Electric P8, lassen sich einfach im mechanischen 3D-Modell integrieren und installieren. Deutlicher Praxisvorteil: Jede Disziplin bleibt bei ihrer eigenen Sichtweise auf die Maschine. Übersetzt heißt das: Die Mechanik denkt weiter in Baugruppen (Assemblies), die Elektrotechnik in Funktionen.

Artikeldaten auf einheitlicher Basis verhindern Fehler

Der Prozess für die Kabelplanung ist dabei denkbar einfach. Der Elektrokonstrukteur plant in Eplan Electric P8 die benötigten Kabel im Schaltplan. Sozusagen „nebenbei“ definiert er auch die benötigten Artikel für die Verkabelungsplanung in Eplan Harness Pro D. Hier zeigt sich nun der entscheidende Vorteil im Prozess: die gemeinsame Artikeldatenbank der Eplan-Systeme. Alles basiert auf einer Quelle – Fehler ausgeschlossen! Anschließend verknüpft der Konstrukteur das elektrotechnische Projekt mit Harness Pro D und importiert die 3D-Geometrie der Mechanik in das Verkabelungs-Tool. Mit diesen Informationen werden die externen Betriebsmittel in der 3D-Umgebung positioniert, Kabelwege systemgestützt definiert und die Kabel anschließend geroutet.

Wurden alle Betriebsmittel und Kabel eingebracht, erhält der Konstrukteur einen digitalen Zwilling der gesamten Verkabelung. Dieser Zwilling hat jetzt zweifache Wirkung: Er kann als 3D-Baugruppe der mechanischen Konstruktion bereitgestellt oder mit den ergänzten Kabelinformationen in das elektrotechnische Projekt übertragen werden.

Digitaler Zwilling als Medium für die Kollaboration

Was bei der klassischen Arbeitsweise erst der physische Prototyp offenbart, wird mit diesem integrativen Prozess viel früher sichtbar. Änderungen, beispielsweise bei Erstellung eines Prototyps, können mit wenigen Mausklicks am PC erledigt werden. Das reale Pendant in der Fertigung bzw. Werkstatt wird nicht benötigt.

Der digitale Zwilling ist das Medium für die Kollaboration im Engineering oder um mit Kunden in einen konstruktiven Dialog einzutreten – sei es während der Spezifikationsphase, der Entwicklungsphase für Entwurfsprüfungen oder auch zu Marketingzwecken. Denkt man diese Digitalisierung weiter, so wäre sie auch als Datenquelle zur Umsetzung von Augmented-Reality-Strategien nutzbar.

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