Automatisierte Prozesse im Steuerungs- und Schaltanlagenbau

Weitere Effizienzgewinne möglich

Trotz hoher Lohnkosten in der Schweiz gelingt es der mittelständischen W. Althaus AG, international wettbewerbsfähig zu sein. Der Steuerungs- und Schaltanlagenbauer, der zu den modernsten in der Schweiz zählt, hat sämtliche Prozesse, vom Hardware-Engineering und der Elektroplanung über die Fertigung bis hin zur Prüfung, weitgehend automatisiert. Zum Einsatz kommen dabei Engineering-Tools von Eplan, Schaltschrank-Systemtechnik von Rittal und Maschinen von Kiesling Maschinentechnik in der Fertigung und Prüfung.

Automatisierungstechnik für den Maschinenbau ist das Thema, um das sich bei der W. Althaus AG in Aarwangen alles dreht. Das Unternehmen bietet seit über 40 Jahren seine Dienstleistungen in sämtlichen Bereichen der industriellen Automatisierungstechnik an. Das Spektrum reicht von der Beratung über Planung und Entwicklung bis hin zu Schaltschrankbau, Prüfung und Inbetriebnahme. „Unsere Kunden sind zu einem großen Teil Schweizer Maschinenbauunternehmen“, sagt Walter Althaus, der das Unternehmen in zweiter Generation führt. Mit über 100 Mitarbeitern bietet man den Kunden umfassende Kompetenzen rund um die Steuerungstechnik. „Da wir in einem Land mit hohen Löhnen beheimatet sind“, so der Firmeninhaber weiter, „sind wir ständig auf der Suche nach Optimierungsmöglichkeiten innerhalb unseres Unternehmens.“

Optimierungspotenziale ausschöpfen

Bei der W. Althaus AG werden sehr viele verschiedene Kundenprojekte umgesetzt, die alle in individuell entwickelte Steuerungs- und Schaltanlagen münden. Um die Optimierungspotenziale im Steuerungsbau zu erschließen, hat man innerhalb des Unternehmens alle Prozesse unter die Lupe genommen. Dies beginnt bereits bei Planung und Entwicklung. Im Hardware-Engineering wird zunächst die Lösung entwickelt, mit der sich die Kundenanforderungen optimal umsetzen lassen. Dabei wird die Elektroplanung mit Eplan Electric P8 durchgeführt. „Wir arbeiten schon seit über 20 Jahren mit den CAE-Systemen von Eplan und haben immer wieder die neuesten Versionen der Software angeschafft“, erinnert sich Althaus an die erfolgreiche Zusammenarbeit. Im Anschluss an die Elektroplanung erstellen die Fachleute bei der W. Althaus AG einen virtuellen Schaltschrank-Prototypen in Eplan Pro Panel. Dessen Qualität ist stark davon abhängig, dass für alle eingesetzten Komponenten entsprechende Daten vorliegen. Diese müssen neben den mechanischen Abmessungen auch die Details zu den elektrischen Anschlüssen enthalten. Außerdem sind die kaufmännischen Daten wie Bestellnummern und Preise wichtig. Die Daten lassen sich am einfachsten aus dem Eplan Data Portal, in dem aktuell etwa 390.000 Artikel- und Gerätedatensätze von über 60 namhaften Herstellern erhältlich sind, direkt in die lokale Eplan-Datenbank bei Althaus herunterladen. „Mit den Eplan-Tools und der Anbindung an unser ERP-System steuern wir praktisch alle Prozesse innerhalb des Unternehmens“, betont Althaus. „Deswegen ist es für uns besonders wichtig, dass die Daten im Eplan Data Portal möglichst komplett vorhanden sind, wie dies zum Beispiel bei den Systemkomponenten von Rittal der Fall ist.“ Mit der Schaltschrank-Systemtechnik von Rittal werden die Steuerungs- und Schaltanlagen standardisiert und modular realisiert. Bei den Komponenten mancher Hersteller, deren Daten nicht so vollständig vorliegen, muss das Unternehmen einen großen Aufwand betreiben, um die interne Datenbank komplett und aktuell zu halten. Letztendlich steht und fällt die ganze Automatisierung mit der Qualität dieser Komponentendaten. Grundvoraussetzung ist, dass die bei der Elektroplanung und der Prototypenerstellung erzeugten Daten durchgängig weiterverwendet werden können. Nur so lassen sich die nachfolgenden Prozesse mit der notwendigen Effizienz steuern. Mit den Daten aus der Eplan-Plattform ist dies ohne Probleme möglich.

Fertigung optimal gestalten

Die Fertigung im Steuerungs- und Schaltanlagenbau ist heute in der Regel noch von viel Handarbeit geprägt. Bei der W. Althaus AG setzt man aber auch in der Fertigung auf einen möglichst hohen Automationsgrad. So wird beispielsweise direkt aus Eplan Pro Panel heraus ein Routing für die Kabelkonfektionierung durchgeführt. Sämtliche dafür notwendigen Daten sind in der Elektroplanung und im virtuellen Prototypen bereits vorhanden. Mit diesen Daten lassen sich die vollautomatischen Maschinen zur Kabelkonfektionierung direkt steuern. In der Kabelkonfektionierung werden die Kabel abgelängt, beschriftet, abisoliert und je nach Anschlusstechnik z.B. mit Aderendhülsen versehen. Alle für einen Auftrag benötigten Verdrahtungsleitungen lassen sich somit fertig konfektionieren und beschriftet zur Verfügung stellen. Die Kontaktierung der Komponenten im Schaltschrank ist damit sehr einfach. „Im Prinzip muss diese Tätigkeit nicht unbedingt ein Facharbeiter ausführen, da ja sowohl Kabel als auch Komponenten beschriftet sind“, erklärt Walter Althaus. Auch bei der Bearbeitung der Metallteile des Schaltschranks setzt das Unternehmen auf Automatisierung. Um Gehäuseteile wie Schaltschranktüren, Seitenteile und Montageplatten zu bearbeiten, kommen unter anderem Perforex-Maschinen von Kiesling Maschinentechnik zum Einsatz. Die Maschinen des Unternehmens, das wie Eplan und Rittal zum Unternehmensverbund der Friedhelm Loh Group gehört, eignen sich für alle im Schaltanlagenbau üblichen Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und auch Kunststoff. Mit ihnen lassen sich Bohrungen, Gewinde und Ausbrüche schnell und automatisiert erstellen. Auch die Maschinen von Kiesling Maschinentechnik lassen sich direkt mit den Daten aus Eplan Pro Panel ansteuern. „Die Ansteuerung der automatisierten Maschinen in der Fertigung durch die Daten, die wir mit Eplan Pro Panel erzeugen, ist entscheidend für ein reibungsloses Ineinandergreifen der verschiedenen Prozesse in der Fertigung“, so Althaus. „Nur so können wir die gewünschte Effizienz in der Fertigung erreichen.“

Klemmen automatisiert bestücken

Neben Kabelkonfektionierung und Metallbearbeitung ist das Montieren von Klemmen auf Hutschienen ein arbeitsintensiver Schritt in der Fertigung, der heute viel manuelle Tätigkeit erfordert. Stets auf der Suche nach möglichen Effizienzsteigerungen hat man sich bei der W. Althaus AG auch diesen Prozess vorgenommen. Der eigentliche Montageprozess – die Klemme auf die Hutschiene setzen und aufschnappen – ist nicht sehr komplex. Daher entstand die Idee, die Klemmenbestückung von Hutschienen mit einer Maschine zu automatisieren. Das Ergebnis der Entwicklung ist der Klemmenbestückungsautomat Athex. Kernstück dieser Maschine ist ein Bestückungsarm, der die passende Klemme aus einem Magazin entnimmt und sie an der richtigen Stelle auf die Hutschiene aufrastet. Der Bestückungsautomat kann je nach Ausstattung bis zu 6.000 Klemmen aufnehmen und diese automatisiert auf Hutschienen montieren. Auch die Beschriftung der Klemmen wird direkt in der Maschine vorgenommen. Eine ideale Ergänzung für den Bestückungsautomat ist die Zuschnittmaschine Cutex. Diese kann Hutschienen automatisiert auf die richtige Länge zuschneiden und direkt beschriften. Werden mehrere Aufträge abgearbeitet, kann die Zuschnittmaschine gleichzeitig den Verschnitt minimieren. Beide Maschinen können wiederum direkt mit den Daten aus dem Eplan Projekt arbeiten. Der kombinierte Einsatz der beiden automatisierten Maschinen kann die Anzahl der manuellen Arbeitsschritte in diesem Teil des Schaltanlagenbaus deutlich reduzieren. „Wir gehen davon aus, dass wir die Produktivität bei der Bestückung der Hutschienen um 50% steigern können“, schildert der Firmeninhaber das Potenzial der automatisierten Montage. Als Ergebnis werden fertig konfektionierte und beschriftete Hutschienen produziert, die nur noch im Schaltschrank montiert und verdrahtet werden müssen. Der Klemmenbestückungsautomat Athex wurde bei der W. Althaus AG ursprünglich für die eigene Fertigung konzipiert und entwickelt. Dabei entstand dann die Idee, die Maschine zur Marktreife zu entwickeln und zu vertreiben. „Da wir als Steuerungsbauer eine solche Maschine nicht selbst vermarkten können, haben wir uns an Kiesling Maschinentechnik gewendet, mit denen wir schon lange vertrauensvoll zusammenarbeiten“, so Althaus. Daher hat Kiesling Maschinentechnik die Athex in das eigene Programm integriert und vermarktet sie jetzt weltweit.

Auch in der Prüfung kann automatisiert werden

Ein wesentlicher Vorteil der automatisierten Prozesse in der Fertigung ist – neben den Effizienz- und Kostenvorteilen – die höhere Qualität. Konsistent beschriftete Kabel, Hutschienen und Klemmen helfen beispielsweise mit, dass bei der Verdrahtung weniger Fehler gemacht werden. Trotzdem gehört die Prüfung von Steuerungsanlagen vor der Auslieferung natürlich zum Standard. Denn Fehler, die bereits vor der Auslieferung bemerkt und behoben werden, helfen Kosten zu vermeiden und erhöhen die Kundenzufriedenheit. So lässt sich auch die Prüfung automatisieren. Dazu bietet Kiesling Maschinentechnik mit dem Panel Scout eine Teststeuerung an, die gegenüber einem konventionellen Testverfahren eine Zeitersparnis um etwa 60% ermöglicht. Neben der Zeitersparnis spricht auch die höhere Zuverlässigkeit für ein automatisiertes Testverfahren. „Bei der konventionellen Prüfung können natürlich auch Fehler auftreten, die wir mit dem Panel Scout vermeiden können“, zeigt sich Althaus von dem System überzeugt. Der Panel Scout besteht aus einem PC, der über einen an die Anwendung angepassten Adapterwagen mit der Steuerung des Prüflings verbunden wird. „Eine automatisierte Prüfung lohnt sich ab einer Losgröße von etwa 30 Stück“, erklärt Althaus.

Blick in die Zukunft: automatisierte Verdrahtung

Mit den vielen Optimierungen, die die W. Althaus AG in den letzten Jahren schon realisiert hat, gehört sie sicherlich zu den modernsten Steuerungsbauern der Schweiz. „Durch die zusätzlichen Optimierungen entlang der Prozesskette“, so der Fimeninhaber, „haben wir in den letzten zwei bis drei Jahren allein in der Fertigung einen Effizienzgewinn von rund 20% erreicht.“ Grundvoraussetzung für die hohe Effizienz ist die Durchgängigkeit der Daten entlang der gesamten Prozesskette vom Engineering über die Fertigung bis hin zur Prüfung. Auch die kaufmännischen Prozesse, wie Kalkulation, Bestellwesen und Logistik sind dank der durchgängigen Datenhaltung optimal integriert. „Mit den Unternehmen der Friedhelm Loh Group, Eplan, Rittal und Kiesling Maschinentechnik pflegen wir schon seit Jahren einen sehr engen Kontakt“, sagt Althaus. Dabei habe er stets auf die neuesten Entwicklungen gesetzt, um die Effizienz in seinem Unternehmen weiter voranzubringen. Auch in Zukunft wird es Weiterentwicklungen geben, um die Automatisierung voranzutreiben, ist der Firmeninhaber überzeugt: „Die automatisierte Verdrahtung von Komponenten, wie sie Kiesling Maschinentechnik jetzt mit dem Verdrahtungsroboter Averex plant, werden wir auf jeden Fall testen.“ Nur durch immer weitere Optimierungen könne man als Schweizer Unternehmen mit relativ hohem Lohnniveau international wettbewerbsfähig bleiben.