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Weidmüller und Partner gründen die Initiative Smart Cabinet Building

Vom digitalen Zwilling zur bestückten Montageplatte
Ganzheitliche Lösungen für Schaltschrankbauer

Vor gut einem Jahr wurde die von Weidmüller, Komax, Zuken und Armbruster Engineering gemeinsam gestartete Initiative Smart Cabinet Building der Öffentlichkeit vorgestellt. Die Unternehmen möchten in Zeiten von schnelllebigen Kundenanforderungen sowie hohem Kosten- und Preisdruck bei gleichzeitig engen Terminvorgaben den Schaltschrankbauern ganzheitliche Lösungen anbieten, damit diese schneller, flexibler und wirtschaftlicher produzieren können. Wie dies konkret gelingen kann, erläutern die Partner anhand eines durchgängigen Produktionsprozesses.

Dr. Christian Dülme, Teamleiter Produktmanagement Automatisierter Schaltschrankbau bei Weidmüller in Detmold

Inhaltsverzeichnis
Stück- und Verdrahtungsliste
Bestückung der Tragschienen
Beschriftung der bestückten Tragschienen
Automatische Kabelkonfektionierung
Mit konfektionierten Leitern verdrahtet
Vom Digitalen Zwilling zur bestückten Montageplatte

Gemäß des Mottos „From digital to physical“ wird zunächst der digitale Zwilling spezifiziert, bevor die Daten für die automatisierte und assistierte Fertigung genutzt werden. Grundlage für den digitalen Zwilling ist E3.series von Zuken. Idealerweise erhalten Schaltschrankbauer von ihrem Auftraggeber einen fertigen Digitalen Zwilling als E3-Projekt. In diesem Fall kann die Fertigungsautomatisierung direkt mit den entsprechenden Daten versorgt werden. In der Realität erhalten Schaltschrankbauer von ihrem Auftraggeber jedoch meist keine perfekten Daten. Für diesen Fall unterstützt E3 mit zahlreichen cleveren Funktionen, um trotzdem schnell und einfach ans Ziel zu gelangen.

Stück- und Verdrahtungsliste

Erhält ein Schaltschrankbauer sowohl eine Stückliste als auch eine Verbindungsliste von seinem Auftraggeber, beginnt der Weg zum digitalen Zwilling. Die Stückliste sollte mindestens die Artikelnummer und eine Betriebsmittelkennzeichnung umfassen. Herstellername, Bauformmaße und Platzierungsangaben sind hingegen optional. Für die Verbindungsliste ist eine „Von-Zu-Liste“ die Mindestanforderung. Beide Listen werden importiert und anschließend im E3.panel von Hand platziert. Dem Nutzer werden die für die Platzierung gültigen Zielpositionen hervorgehoben und die Bauteile automatisch ausgerichtet. Des Weiteren erfolgt eine automatische Kollisionskontrolle. Auf Basis der „Von-Zu-Liste“ werden die Drähte auf dem kürzesten Weg von der Quelle zum Ziel geroutet. Dabei werden unter anderem der Kabelkanalfüllgrad sowie die Signalklassen berücksichtigt. Der so erzeugte Digitale Zwilling einer Montageplatte mit über 100 Komponenten dient nun als Grundlage für die automatisierte und assistierte Fertigung.

Bestückung der Tragschienen

Für die automatisierte Bestückung und Beschriftung der Tragschienen werden diese mit Hilfe eines automatischen Interfaces an den Weidmüller Configurator übergeben. In ihm können Kleinstanpassungen, wie Schriftart oder Größe entsprechend der individuellen Präferenzen vorgenommen werden. Die so erzeugte Datei wird an den Weidmüller Klippon Automated RailAssembler übergeben. Mit diesem werden Tragschienen automatisch entsprechend der digitalen Spezifikation bestückt. Hierdurch sind bezogen auf die Bestückung Effizienzsteigerungen von bis zu 60 % möglich. Dafür werden die mit neutralen Markierern konfektionierten Reihenklemmen der Klippon Connect A-Reihe eingesetzt. Tragschienen, die nur rastbare Reihenklemmen umfassen, werden vollständig bestückt. Sind auch größere Elektronikkomponenten wie Überspannungsschutz enthalten, werden diese vom Bestückungsautomaten ignoriert und automatisch entsprechende Lücken gelassen.

WSCAD lehrt den Schaltschrankbau mit Cabinet Engineering

Im nächsten Schritt werden die Tragschienen an die assistierten Arbeitsplätze von Armbruster Engineering übergeben. Auf Basis eines QR-Codes auf der Rückseite der Tragschiene werden automatisch die richtigen Arbeitsanweisungen aufgerufen. Das Besondere ist dabei, dass die Arbeitsanweisungen nicht angelernt sind, sondern dynamisch auf Basis eines Regelwerks generiert werden. Grundsätzlich zeigen die Arbeitsplätze dem Werker, welche Komponenten in welcher Anzahl wo aufzubringen sind. Dabei werden sowohl Pick-To-Light-Regalsysteme als auch Beamer-Projektionen eingesetzt. Bei der ersten vollständig bestückten Tragschiene müssen nur noch Querverbinder ergänzt werden. Als Besonderheit wird hier dem Werker auch angezeigt, welche „Beinchen“ des Querverbinders auszubrechen sind. Statt der Suche in Unterlagen wird diese Information dem Werker durch eine einfache Projektion angezeigt – alle nicht angestrahlten „Beinchen“ sind zu entfernen. Werden noch weitere Elektronikkomponenten ergänzt, besteht neben der Positionsanzeige auch die Möglichkeit, das Drehmoment bei zu verschraubenden Komponenten zu überwachen. Mit Hilfe des ELAM-Systems werden alle Schritte geführt, überwacht und in einer digitalen Produktlebensakte dokumentiert.

Beschriftung der bestückten Tragschienen

Im Anschluss erfolgt die automatische Beschriftung der vollständig bestückten Tragschienen durch den Klippon Automated RailLaser. Da die Reihenklemmen bereits mit neutralen Markierern vorbestückt sind, besteht der Beschriftungsprozess nur noch aus dem Einlegen und Fixieren der Tragschiene. Nach Beschriftungsstart ermittelt die intelligente Bildverarbeitung für jeden einzelnen Markierer die reale Position und vergleicht diese anschließend mit dem digitalen Modell. So wird eine mittige Beschriftung der Markierer gewährleistet. Erforderliche Korrekturen werden automatisch durchgeführt. Sollten in den vorherigen Schritten Fehlbestückungen erfolgt sein, so wird dies automatisch erkannt und dem Werker der Bereich, in dem eine Abweichung festgestellt wurde, angezeigt. Die Anlage kann neben Reihenklemmen auch artverwandte Tragschienenkomponenten automatisch beschriften. Insgesamt können durch das Zusammenspiel von Laser, Software und Bildverarbeitung Effizienzsteigerungen von bis zu 90 % im Beschriftungsprozess erzielt werden.

Automatische Kabelkonfektionierung

Im nächsten Fertigungsschritt findet in der E3.series die Aufbereitung der erforderlichen Daten für die Kabelkonfektion statt, um sie beispielsweise an die Komax-Maschinen Omega und Zeta zu übergeben. Im Gegensatz zur Zeta verfügt die Komax Omega über ein ergänzendes Bestückungsmodul, mit dem Anschlagteile wie Stecker oder auch Reihenklemmen automatisch vorverdrahtet werden. Über die E3.Export-To-Komax-Schnittstelle werden sämtliche Informationen, die zur Produktion der Drähte und für die Bestückung erforderlich sind, aggregiert und exportiert. Dies sind unter anderem Bündelinformationen, Farbe & Querschnitt, die Drahtlängen, Abisolierlängen, Anschlagteilinformationen, Bedruckungstexte etc. – ergänzt um die für die Bestückung relevanten Blockloading-Informationen. Diese TopConvert-Datei kann nun ohne Zwischenschritte direkt an einer Omega 740 von Komax eingelesen werden.

Workplace Solutions von Weidmüller

Die generierten Daten werden zunächst auf die Maschine geladen, wo zusätzlich die Stecker-Komponenten eingerichtet werden. Der Produktions-Prozess läuft vollautomatisch durch und entspricht im ersten Teil einer Zeta-Maschine. Die Maschine kann bis zu 36 Drähte verschiedener Querschnitte und Farben aufnehmen. Diese können in beliebiger Reihenfolge produziert werden, um die optimale Sequenz für die Bestückung oder Montage zu erreichen. Die Drähte werden bei Bedarf beschriftet und dann auf die Länge geschnitten und abisoliert. Auf der Omega werden die Drähte sortiert und ausgerichtet, um eine Verdrillung zu verhindern. Anschließend geht es zum Bestückungskopf, wo die Enden visuell geprüft und fehlerfrei gemäß Verbindungsliste in Quelle und Ziel bestückt werden. Der Blockloader besteht aus zwei Bereichen: In einem Bereich arbeitet der Bestückungsroboter, im anderen kann der Bediener die Komponenten gefahrlos entnehmen und neu bestücken. Durch die aus dem E-CAD generierten Daten und den flexiblen Halter können damit auch kleine Stückzahlen optimal und mit geringem Arbeitsaufwand realisiert werden.

Mit konfektionierten Leitern verdrahtet

Danach werden die zuvor gefertigten Kits an einen weiteren assistierten Arbeitsplatz von Armbruster Engineering gebracht. Mit Unterstützung von Pick-To-Light-Regalen und Beamer-Projektionen montieren die Kollegen alle Komponenten auf einer Montageplatte. Bei höherwertigen Komponenten werden dabei auch die Seriennummern einer digitalen Produktlebenslauf-Akte im ELAM-System erfasst. Die Komponenten mit den konfektionierten Leitern werden, unterstützt durch das E3.Wiring-Cockpit von Zuken, verdrahtet.

Auch das Thema der kurzfristigen Änderung bzw. Ergänzung vor Ort lässt sich mit dem Wiring Processing Center einfach umsetzen. Mithilfe der semi-automatischen Lösung lassen sich, nach erneuter Datenaufbereitung in E3.series, Leiter vor Ort an der Montageplatte konfektionieren und erneut durch das E3.WiringCockpit geführt verdrahten. Ein vom ELAM-System automatisch erstelltes Foto der Montageplatte bildet den Abschluss des Bestückungsprozesses. Damit ist der Prozess vom Digitalen Zwilling zur realen Montageplatte abgeschlossen.

Vom Digitalen Zwilling zur bestückten Montageplatte

Diesen nahtlosen Prozess haben die Partner Anfang August in einem digitalen Live-Event ausgewählten Kunden vorgestellt. Die zugeschalteten Kunden bekamen so die Möglichkeit, das Zusammenspiel der Lösungen der vier Unternehmen live in deutschen und englischen Sessions zu erleben. Hierzu wurde an vier Standorten mit zehn Mikrofonen und zwölf Kameras die digitale Distanz bestmöglich überbrückt und echtes Hands-On-Feeling vermittelt. Die Kunden erhielten so einen umfassenden Einblick in das erfolgreiche Zusammenspiel der Lösungen der Unternehmen und konnten sich von der Initiative Smart Cabinet Building überzeugen lassen. (ge)

Weitere Details zu den Lösungen:

http://hier.pro/F3eZd

Kontakt:
Weidmüller GmbH & Co. KG
Klingenbergstraße 26
32758 Detmold
Tel: +49 5231 14-280
weidmueller@weidmueller.com
www.weidmueller.de

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