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Mechatronisch denken und konstruieren
In der realen Welt sind die Produkte schon lange mechatronisch. Ohne Kombination der beiden Disziplinen Mechanik und Elektronik geht es schon lange nicht mehr. Der mechatronische Entwurf hinkt jedoch noch hinterher. Dabei gibt es bereits Tools, die ein entsprechendes Umfeld bieten. Dazu zählt Solidworks Electrical. DPS Software vertreibt dieses Tool seit Jahren. Gesprächspartner für den folgenden Bericht ist Christos Giannopoulos. Er leitet bei DPS Software das Competence Centers Solidworks Electrical für die Region D-A-CH.
 Solidworks Electrical vereint die mechanische und die elektrische Konstruktion. Der Konstrukteur erhält die Mechanik in 3D, wie auch die elektrische Logik.
Solidworks Electrical vereint die mechanische und die elektrische Konstruktion. Der Konstrukteur erhält die Mechanik in 3D, wie auch die elektrische Logik.Bild: DPS Software GmbH

Früher war es üblich, mechanische und elektrische Entwicklungen getrennt zu machen, in eigenen Abteilungen, ggf. sogar in getrennten Hauptabteilungen. Die Ergebnisse dessen kamen oft erst in der Montage zusammen. Ja und wenn was nicht gepasst hat, dann gab es eben „Krach“. Wer will schon „schuld“ sein. Und es gibt durchaus auch Firmen, in denen das heute noch so hergeht. Das muss nicht sein. Tools für eine gekoppelte Entwicklung wurden schon länger entwickelt.

In Solidworks Electrical sind gleich mehrere Bausteine dafür enthalten, die es erlauben, Maschinen und Anlagen komplett zu beschreiben, egal ob mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch, ja sogar mit R&I / P&ID. Wie gesagt, diese Beschreibung erfolgt auf einer abstrakten Ebene und stellt erst einmal das Gesamtgerüst klar – erlaubt aber auch bereits bekannte Bauteile – etwa Elektromotoren – konkret festzulegen und einzutragen.

Erst wenn dieses geschehen ist, beginnt die Arbeit der Konstrukteure.

 Außenansicht eines Schaltschranks in Solidworks Electrical.
Außenansicht eines Schaltschranks in Solidworks Electrical.Bild: DPS Software GmbH

Grenzen überwinden

Die Software deckt die komplette mechatronische Seite ab, sofern es sich um die diskrete Elektrik handelt. „Solidworks hat Anfang der 2010er Jahre erkannt, dass unbedingt ein ECAD Programm ins Portfolio gehören müsste. Anstatt das Rad neu zu erfinden hat man nach einem guten und erfahrenen Partner gesucht. Diesen fand man bei der Firma Trace in Form der Anwendung Elecworks. Solidworks hat den Kern von Elecworks genommen um daraus Solidworks Electrical zu machen“, sagt Christos Giannopoulos.

Drei unterschiedliche Pakete stehen jetzt zur Verfügung:

– Solidworks Electrical Schematics, ein 2D-Paket für die Schaltplanentwicklung. Es bringt alles mit, was für die schnelle und sichere Schaltplanentwicklung nötig ist und umfasst eine umfangreiche Bauteilbibliothek.

Giannopoulos: „Grundsätzlich ist die Schemadarstellung in Solidworks Electrical auf Augenhöhe mit weiteren Premium E-CAD Programmen, wie Eplan, E3 oder WSCAD etc. Die Unterschiede zu diesen Wettbewerbern liegen vielmehr in der Einfachheit der Anwendung und somit in der Zeit die man benötigt, um das System zu erlernen“.

– Solidworks Electrical 3D. Um die in diesem Artikel genannten Vorteile der Mechatronik zu erfahren, braucht man die Integration in 3D. Und das leistet Solidworks Electrical 3D. Dieses wiederum setzt Solidworks CAD Basislizenz voraus. Durch diese Verbindung wird die 3D-Darstellung der elektrischen Komponenten bewerkstelligt.

Anwender von Electrical 3D ist der klassische Solidworks Konstrukteur. Der kommt nun in den Genuss, dass alle elektrischen Komponenten mit echten Abmessungen in seiner Baugruppe erscheinen.

Es ist ein weiterer Vorteil dieses Paketes, dass „alle“ elektrischen Komponenten auch mit einer 3D-Repräsentation in der Bibliothek bereits vorliegen. Trace liefert tausende Bibliotheksteile bereits mit.

Selbstverständlich kann die Bibliothek kundenspezifisch ergänzt werden. Dazu haben die Anwender u.a. Zugriff auf alle Traceparts-Kataloge, die es im Internet bereits gibt.

Die Synchronisation der mechanischen und elektrischen Seite erfolgt in Echtzeit und vor allem bidirektional.

– Das 3. Paket im Bunde ist Solidworks Electrical Professional, welches beide vorher genannten Einzelpakete enthält, die dann nur eines einzelnen Installations- und Lizenzierungsschrittes bedürfen.

Solidworks Electrical bietet Vorteile bei der Kabelverlegung, bis hin zur Konstruktion von Kabelbäumen. Die Leitungsführungstechnologie im System ermöglicht stark vereinfachtes automatisches Verlegen von Drähten, Kabeln und Kabelbäumen aus dem 3D CAD-Modell heraus. Die detaillierten Informationen zur Leitungsführung sind sofort für alle am Projekt beteiligten Benutzer verfügbar.

„Solidworks Electrical ermöglicht den Benutzern ein paralleles Arbeiten an mehreren Arbeitsplätzen, jeweils egal ob im 3D oder im Schaltplan und das zur gleichen Zeit am gleichen Projekt. Kollaboration in Perfektion!“ (Christos Giannopoulos).

Alle Entwurfsdaten werden in Echtzeit zwischen Elektrik und Mechanik synchronisiert, so dass Inkompatibilitäten nicht mehr auftreten.

Klar ist, dass mit diesen Funktionalitäten auch die Konstruktion schneller und sicherer wird.

 Der Schaltschrank in realer Abbildung.
Der Schaltschrank in realer Abbildung.Bild: DPS Software GmbH

Die Vorgehensweise – ist nicht immer gleich

Die logischste Vorgehensweise wäre, mit dem Blockdiagramm zu beginnen und somit das Gesamtsystem auf der abstrakten Ebene zu entwerfen. Aber das ist in der Praxis nicht immer so, wie C. Giannopoulos erklärt: „Einige Firmen beginnen tatsächlich so, aber fast genauso viele beginnen mit dem Schaltplan. Es gibt aber auch Anwender, die nur Blockdiagramme machen und wiederum andere erstellen nur allpolige Schaltpläne.“

Nehmen wir aber einmal an, ein Nutzer beginnt mit dem Fließbild. Dann besteht die Möglichkeit an dieser Stelle bereits alle bekannten Komponenten einzutragen und eine erste Stückliste zu erstellen.

Dann greift der Elektroentwickler auf das Fließbild und die Stückliste zurück und baut aufgrund dessen den kompletten Schaltplan auf.

Auch die Maschinenentwickler machen das Fließbild und die erste Stückliste zu einer Grundlage ihrer Arbeit. Es entstehen sämtliche mechanischen Komponenten und Baugruppen in 3D. Hierzu merkt Giannopoulos noch an: „Die mechanische und elektrische Konstruktion können in beliebiger Reihenfolge gestartet und zu jedem Zeitpunkt zusammengefügt werden.

Zur mechatronischen Entwicklung gehören auch Leitungen, Kabel und Kabelbäume, „sie können mit Solidworks Electrical sehr einfach erstellt werden. Sie werden nicht nur automatisch geroutet, sondern zugleich auch dokumentiert. Somit können bei geringem Aufwand Stücklisten, Zuschnittlisten und komplette Kabelbaumzeichnungen erstellt werden“, wie Giannopoulos berichtet.

Damit kann dann u. a. eine Vorkonfektionierung der Kabel erfolgen. Abmessen in der Werkstatt, einzelne Drähte ablängen, mit Anschlüssen versehen etc. gehört damit der Vergangenheit an.

Hier auch zu erwähnen, das System bietet eine intelligente SPS Verwaltung an. Sie erlaubt z. B. viele Import- und Exportmöglichkeiten, um z. B. Zuweisungslisten oder Kanal-Adressen zu übertragen. Durch intelligente Einstellungen und Vorwahlmenüs, welche an die Anforderungen des Anwenders angepasst werden, wird das Platzieren der SPS im Schaltplan stark erleichtert, teilweise automatisiert und beschleunigt.

Übrigens: Alle Teile in allen Repräsentationen haben nur eine Nummer und sind damit eindeutig zu identifizieren. Der Motor ‚4711‘ erscheint im Schaltplan als Symbol und als 3D Modell in der mechanischen Baugruppe. Am Ende gibt es eine Stückliste für beide Bereiche: Sehr angenehm u. a. in der Montage.

Aber: Nicht nur am Ende kann jede Art von Stückliste entstehen, sondern sie kann jederzeit auch mitten im Projekt erzeugt werden!

PDM/PLM

„Solidworks Electrical bietet eine direkte und unkomplizierte Kopplung an Solidworks PDM“, wie Giannopoulos ausführt, „zudem können bis zu 4 ERP-Datenbanken direkt angebunden werden.“

Bezüglich der Neuerungen in der Version 2020 nennt der DPS Spezialist die Vorschau-Funktion im Projektmanager, mit der man Projekte vorsondieren kann, bevor man sie öffnet.

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