Konstruktion auf Funktionsniveau
Für mehr Produktivität durch Standardisierung und Automatisierung müssen Stromlaufpläne und Konstruktionszeichnungen der Studie zufolge in modulare und funktionale Einheiten unterteilt werden. Diese Einheiten wiederum müssten nur einmal konstruiert und geprüft werden, um anschließend ohne weitere Prüfung verwendet werden zu können. Hierdurch ließe sich das Engineering beschleunigen und losgelöst von den Betriebsmitteln durchführen. Lediglich eine funktionale Betrachtung sei noch notwendig – beispielsweise um zu klären, ob ein oder zwei Drucksensoren gewünscht sind: „Der Hauptteil der Projektarbeit besteht nun nur noch im Sichten des Auftrags auf Verfügbarkeit der Komponenten und einer kurzen Sichtprüfung der Konstruktionszeichnungen (CAD und CAE).“ Weiter heißt es: „Konstruktionsingenieure können dadurch entlastet werden, Mechaniker und Elektriker können effizienter arbeiten, da die in der Fertigung vorliegenden Pläne in der Regel korrekt sind.“ Als Beispiel für funktionale Einheiten (FE) auf Basis der Maschine oder Anlage, die im Schaltschrank abgebildet werden, führt die Studie einen Kompressor der Werkzeugaufnahme bei spanenden Bearbeitungszentren an. Hierfür seien auf der elektrotechnischen Seite Drucksensoren inklusive I/O-Klemmen, die I/O-Klemme des Kompressors sowie die Spannungsversorgung notwendig. Diese FE ließe sich einmalig entwerfen, die internen Stromlaufpläne ohne Kommunikation zur FE erstellen und prüfen, sodass ein anschließendes Verwenden im Engineering möglich sei. Es ergibt sich von selbst, dass die Prüfung dieser Komponente entfällt bzw. auf ein Minimum, nämlich der Prüfung des SLP an der Schnittstelle zur FE hin, reduziert werden kann. Die Einführung standardisierter Engineering-Ketten bedingt laut ISW-Studie grundsätzlich „ein Umdenken von projektorientiertem Arbeiten hin zum Denken in modularen mechatronischen Einheiten“. Dies erfordere eine andere Ausrichtung bzw. einen anderen Aufbau der Ausbildung der Konstruktionsingenieure. Das gelte es nicht nur in den (Fach-)Hochschulen und Berufsakademien, sondern auch bei internen Schulung und Weiterbildungen zu berücksichtigen.
3D ist der Schlüssel
Insgesamt ist auffällig, dass 92 Prozent der Studienteilnehmer immer noch zweidimensionales Engineering einsetzen. Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl, Leiter des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen: „Generell stellt sich die Frage: Warum werden im Engineering noch 2-dimensionale Konstruktionspläne erzeugt, wenn die Fertigung eines Schaltschrankes ohnehin in drei Dimensionen erfolgt? Diese Dimensionsreduzierung ist eher kontraintuitiv und kontraproduktiv. Bis zu 35 Prozent der Engineeringzeiten und bis zu 22 Prozent der Fertigungszeiten können eingespart werden, da den Konstruktionsplänen blind vertraut werden kann. Dreidimensionale Konstruktionszeichnungen bieten auch für die Werker und in der Fertigung selber Vorteile.“ Weil beispielsweise unerwartete Verzögerungen – etwa durch das dynamische Anpassen der Konstruktionspläne, wenn diese nicht auf räumliche Kollisionen geprüft wurden – entfallen. Mit der Verwendung dreidimensionaler Konstruktionssoftware ließe sich die automatisierte Fertigung von Schaltschränken oder Montageplatten auf Basis detaillierter CAD-Daten realisieren. Wesentlich beschleunigt, bei gleichzeitiger Fehlerreduktion, sehen die Wissenschaftler das Stanzen von Durchbrüchen oder Anbringen von Kabelkanälen.
Fertigung und Montage
Die digitale Transformation hat laut ISW-Studie auch direkte Auswirkungen auf Fertigung und Montage. 55 Prozent der Fertigungszeit ließen sich in der mechanischen Bearbeitung einsparen, wenn digitale Konstruktionszeichnungen zum Beispiel zur Bearbeitung der Montageplatte und der Korpuswände des Schaltschranks genutzt werden. Immerhin 90 Prozent weniger Zeitaufwand fielen bei der elektrischen Bestückung an, wenn digitale Schaltschrankmodelle für eine Vorkonfektionierung der Klemmen genutzt werden.
