Wertschöpfungspotenzial noch viel zu wenig bekannt

„Geheimwaffe“ Konfiguration S. 38

Disziplinübergreifendes Systems Engineering

Mechatronik S. 14

P R O M O T I O N

Reibungsloser Workflow über die Cloud

W e b fä h I G e D R u c K lö S u N G e N v O N h P

3/12 März/April ISSN 1618-002XEine Publikation der WIN-Verlag GmbH & Co. KG D: Euro 14,40 CH: SFr 24,50 A: Euro 14,90

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Editorial

Liebe Leser,die Zeit vergeht wie im Flug, das erste Quartal in diesem Jahr ist fast schon wie-der zu Ende und die Fertigungsindustrie blickt bereits erwartungsvoll Richtung Hannover, wo Ende April mit der Han-nover Messe die weltweit größte Indus-trieshow stattfindet. Auch unsere Redak-tion arbeitet bereits an der Ausgabe zur Hannover Messe, die am 17. April – also rechtzeitig vor Messestart – erscheint. Aber schon Ende Februar/Anfang März hatte mit der METAV eine wichtige inter-nationale Messe für Fertigungstechnik und Automatisierung ihre Tore geöffnet. Während ich diese Zeilen schreibe, war die METAV allerdings noch in vollem Gan-ge, weshalb sich an dieser Stelle natür-lich auch noch kein Messeresümee zie-hen lässt. Aber die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Messe waren gegeben. „Die Anmeldungen zur METAV haben in den beiden vergangenen Wochen noch einmal richtig an Schwung gewonnen“, teilte Dr. Wilfried Schäfer, Geschäftsfüh-rer beim METAV-Veranstalter VDW (Ver-ein Deutscher Werkzeugmaschinenfa-briken) kurz vor Messebeginn mit. Und zwei Wochen vor Messestart konnte der VDW Rekordergebnisse für die deutsche Werkzeugmaschinenindustrie veröffent-lichen. Die Produktion war 2011 um 33 Prozent gewachsen, das ist der höchs-te Wert, der jemals erreicht wurde. Und auch für 2012 erwartet die Branche ei-nen Produktionsanstieg, und zwar um weitere fünf Prozent. Auch wenn es die-ses Jahr wahrscheinlich keine neuen Umsatzrekorde geben dürfte, die Chan-cen für ein stabiles Geschäft auf einem gesunden Niveau stehen gut.

Jetzt gilt es aber, sich nicht auf den Lorbeeren des Vorjahres auszuruhen, vielmehr muss noch stärker und kon-sequenter in Zukunftstechnologien in-vestiert werden. Viele wichtige Proble-

me sind nämlich noch nicht gelöst, etwa die Energie- und Ressourceneffizienz in der Produktion, neue Antriebskonzep-te in der Automobilindustrie oder die Nutzung neuer Materialien in zahllosen Anwendungsbereichen.

Unter dem Druck, innovative Produk-te in hoher Qualität und zu geringe-ren Kosten zu entwickeln, haben viele Unternehmen in den letzten Jahren eine digitale Produktentwicklungsumgebung geschaffen.

Durch den zunehmend hohen Wert-schöpfungsanteil von Elektrik, Elektronik und Software kommt der interdisziplinä-ren Produktentwicklung dabei eine im-mer höhere Bedeutung zu. Dabei stellt die Integration der unterschiedlichen Vor-gehensweisen, Werkzeuge und auch Vor-stellungen der beteiligten Akteure eine zentrale Herausforderung für die Pro-duktentwicklung dar. Mechatronik und Systems Engineering heißen hier zwei wichtige Disziplinen, die in nächster Zeit sicherlich weiter an Bedeutung gewinnen werden. Was derzeit machbar ist und wo-hin die Reise künftig gehen wird, lesen Sie in unserem 12-seitigen Schwerpunkt „Mechatronik“ ab Seite 14. Eingeleitet wird die Strecke durch einen Fachbeitrag des Fraunhofer-Instituts für Produktions-anlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin zum Thema „Modellbasiertes Systems Engineering“.

Rainer Trummer, Chefredakteurrt@win-verlag.de

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4 Inhalt

Perspectix bietet 150-Prozent-Stück- listen und dynamische Modulkompo- sition aus einem Baukasten zur Konfi- guration komplexer Produkte. 44

Lino GmbH in Mainz vertreibt als Technologieberater und Lösungspartner die Konfigurationslösung Tacton. 46

Praxisbericht: Wilhelm Rasch GmbH & Co. KG setzt bei der Modellierung einer Schokoladenhohlfigur auf die Reverse -Engineering-Software Rapidform-XOR. 48

Simulation & Visualisierung

CONTACT Software und BETA CAE Systems: Durchgängige CAx-Prozess- ketten im PLM-Kontext. 50

Management

Harmonisierung firmenspezifischer PLM-Ansätze erschließt kosten-, nutzen- und risikobezogene Verbesserungs- potenziale im Engineering. 51

Geometrische Ähnlichkeitssuche ermöglicht Nutzung des Konstruktions-IP und effizientere Entwicklung. 54

Komplexe und verteilte Produktent- stehung beherrschen – kollaboratives Projektmanagement in der Cloud. 56

TiTELSTOry: Webfähige Drucker und Soft-ware HP ePrint & Share bieten überall Zugriff auf Pläne für Konstrukteure und Bauunternehmen. 26

Aktuell

Aktuelle Wirtschaftsmeldungen Menschen und Märkte 6

Aktuelle Technikmeldungen Trends und Technologien 9

Veranstaltungskalender 12

Im Fokus

Mechatronik

Modellbasiertes Systems Engineering: Durchgängige Entwicklung mit erlebbaren Prototypen. 14

Ganzheitliches Design komplexer verteilter Automatisierungssysteme – Blaupause für ein Entwurfsmuster. 18

Verbundprojekt VireS – Virtuelle Syn- chronisation von Produktentwicklung und Produktionssystementwicklung. 20

Forschung: Künstliches neuronales Netz für die Merkmalserkennung beim Greifvorgang eines Handmodells. 24

Hardware

Großformatdrucker

Webfähige HP-Drucklösungen für Architekten, Konstrukteure und Bauunternehmen. 26

Hochvolumiger Schwarzweißdruck technischer Dokumentationen: Neues Drucksystem von Océ mit gesteigerter ökonomischer Flexibilität. 28

Antriebstechnik & Automation

Antriebstechnik: Weniger Varianten und damit Kosten durch das Danfoss VLT FlexConcept 30

Servoantriebe: Sicherheits-Funktiona- litäten in die Antriebstechnik integriert. 32

Komplettangebot für Wireless Automation im Maschinen- und Anlagenbau: Zuverlässiger Datenfunk in allen Varianten. 34

Minimierung der Maschinen- rüstzeiten durch intelligente Kompaktstellantriebe. 36

CAD & Design

Produktkonfiguration und CAD-Automation

Einführung: Aufbau und Einsatzmög- lichkeiten von Produktkonfiguratoren. 38

Wolfram Schäfer, Geschäftsführer der iT Engineering GmbH, über den Nutzen von Variantenmanagement und den neuen VDMA-Leitfaden. 42

Disziplinübergreifende, modell-basierte Entwicklung soll helfen, den Entwurf komplexer mecha-tronischer Produkte in den Griff zu bekommen. Institute arbeiten deshalb daran, ein Instrumenta-rium für die integrative Entwick-lung von Produkten und den zu-gehörigen Produktionssystemen aufzustellen. So können bereits in der frühen Phase der Produktent-stehung Aussagen zu Entwick-lungs- und Herstellkosten sowie der Robustheit von Produkt und Produktionssystem getroffen wer-den. (Seite 14).

Branche

Medizintechnik

Branchengespräch: Tobias Weiler, SPECTARIS-Geschäftsführer, erklärt Hinter-gründe des Dauerbooms und skizziert kommende Herausforderungen. 58

CAE-Werkzeuge können die Kosten für reale Tests medizintechnischer Geräte drastisch senken. 60

Mechanik in reinraum und Labor: Gewindespindel der Eichenberger AG in automatisierten Bewegungsabläufen. 62

Redaktionell erwähnte Firmen in dieser AusgabeActano S. 56, Altair Engineering S. 6, 9, 60, BETA CAE Systems S. 6, Brinkop Consulting S. 38, Bull S. 8, Caterham Composites S. 6, ComputerKomplett Gruppe S. 8, CONTACT Software S. 6, 50, Danfoss S. 30, Ekso Bionics S. 64, HP S. 26, Eichenberger Gewinde S. 62, Fraunhofer IPK S. 14, IT Engineering S. 42, INUS Technology S. 48, KIP S. 11, Lino S. 46, MECADAT S.9, MSC Software S. 10, National Instru-ments S. 24, Océ S. 28, OPEN MIND S. 10, Perspek-tix S. 44, Wilhelm Rasch S. 48, Schildknecht S. 34, Schleicher Electronic S. 11, SIKO S. 36, SimuForm S. 54, SPECTARIS S. 58, TU München S. 18, Universität Bochum S. 51, Universität Paderborn S. 20, VDI S. 6, 7, VDMA S. 42, Pilz S. 7, Weidmüller S. 8, WJH Engi-neering Consultants S. 60, Yaskawa S. 32.

So genanntes Exoskelett bringt Hoffnung für Querschnittgelähmte – Roboter zum Anziehen. 64

EDiTOriAL 3

TiTELBiLD-HiNWEiS 6

iMPrESSUM 65

VOrSCHAU 66

DiGiTAL ENGiNEEriNG-Marktplatz 29

Titelthemen

Ob Sicherheitsfunktionalitäten in der Antriebstechnik, Wireless Automation

im Maschinen- und Anlagenbau, Mi-nimierung der Maschinen-Rüstzeiten

oder Automatisierung für komplexe Steuerungsaufgaben – finden Sie in-

novative und praxisgerechte Techno-logielösungen ab Seite 30.

Die Beherrschung hoher Produktvarianz wird für viele Unternehmen bei marktsei-tig wachsendem Preisdruck und ferti-gungsseitig steigenden Kosten zu einer Herausforderung. Ein Produktkonfigurator kann helfen, diese Herausforderung zu meistern. Trotzdem sind Konfiguratoren immer noch eine Art „Geheimwaffe“, weil viele Unternehmen die Wertschöpfungs-potenziale, die sich daraus ergeben, noch nicht erkannt haben (Seite 38).

5Inhalt

CIM DATABASE ist die erste Wahl für Unternehmen, um ihre CAD- und CAE-Systeme durch systematisches Produkt-

datenmanagement zu integrieren. CIM DATABASE bietet umfassende PLM-Funktionen und unterstützt die Entwicklung

im regional oder weltweit verteilten Standort- und Partnerverbund. Seine offene Architektur eignet sich hervorragend,

um die besonderen Anforderungen innovationsstarker Unternehmen abzubilden. www.contact.de/cimdatabase

PDM/PLM• Multi-CAD-Datenmanagement und PDM

• Enterprise PLM

• Zukunftssicher, offen, bewährt

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6 Aktuell Macher und Märkte

Titelbild: Hewlett- Packard GmbH

Seit fast 70 Jahren un-terstützt HP Menschen, Unternehmen und Or-ganisationen weltweit bei der sinnvollen Nut-zung von Technologie.

Dazu entwickelt HP neue Konzepte und Ideen, um intuitiv bedienbare Produkte und zuverläs-sige Services bereitzustellen. Wir möchten, dass Menschen weniger Zeit brauchen, um sich mit Technologie zu befassen, und mehr Zeit haben,

um sich mit den Dingen zu beschäftigen, die ihnen wichtig sind.

HP eröffnet mit seiner Technologie Privatperso-nen, Unternehmen, Behörden und der Gesellschaft insgesamt neue Möglichkeiten. Als weltweit größ-ter Technologiekonzern bietet HP seinen Kunden ein Lösungsportfolio aus den Bereichen Drucken, Personal Computing, Software, Services und IT-Infrastruktur.

Hewlett-Packard GmbH Herrenberger Straße 14071034 BöblingenTel: +49 (0) 7031 14 0Fax: +49 (0) 7031 14 29 99www.hp.com/de

C o n t A C t S o F t W A R E u n D B E t A

Produkt- absicherung in PLM einbinden

Die virtuelle Simulation von Produkteigenschaften wie etwa Statik, Akustik, Vibration oder Crash- und Ermüdungsverhalten sind noch nicht ausreichend in die PLM-Prozesse der Un-ternehmen eingebettet. Die Änderungen zwischen Berechnung und Konstruk-tion müssen jedoch fortlau-fend abgeglichen werden, sonst tauchen Fehlerquel-len in der Übertragung der Information von einem System ins andere gleich mehrmals auf und nötige Anpassungen müssen ma-nuell nachgepflegt wer-den. CONTACT und BETA wollen nun durch ihre ein-gegangene Entwicklungs-partnerschaft eine inte-grierte Systemlandschaft für Bauteiloptimierung von der Geometrie bis zur Absicherung schaffen, die diese Medienbrüche und die damit verbundenen Nachteile im Blick auf Zeit, Kosten und Qualität ob-solet macht. Die Koope-ration zielt darauf ab, die bisherige Lücke zwischen CAD- und Berechnungs-welt durch ein integrier-tes Lösungsangebot zu schließen. Eine derartige disziplin übergreifende Un-terstützung im PLM-Kon-text wird besonders von den Automobilherstellern und ihren Zulieferern, aber auch aus anderen Bran-chen der Fertigungsindus-trie nachgefragt, um den virtuellen Entwicklungs-prozess zu beschleunigen und die Nachverfolgbar-keit von Absicherungser-gebnissen zu verbessern.

C A t E R H A M C o M P o S I t E S u n D A L t A I R E n g I n E E R I n g

Strategische PartnerschaftDie Altair Engineering GmbH, die deutsche Tochterfirma von Altair, und Caterham Com-posites, Spezialist für zukunftsorientierte In-genieurdienstleistungen und Technologien im Bereich kohle- und glasfaserverstärkter Kunst-stoffe, kooperieren. Beide Unternehmen sol-len dabei den Austausch zwischen Design und Simulation verstärken und zugleich den Wert des gemeinsamen Angebots für bestehende und künftige Kunden steigern. Das oberste

Ziel der Partnerschaft zwischen Altair Enginee-ring und Caterham Composites ist es, den Kun-den beider Unternehmen den Zugriff auf inno-vative und qualitativ hochwertige Lösungen zu ermöglichen und die Erwartungen durch die Kombination der technischen Möglichkei-ten und des Know-hows beider Unternehmen weiter auszubauen.

5 . V D I - t A g u n g A M 2 4 . u n D 2 5 . A P R I L 2 0 1 2 I n K A R L S R u H E

optische technologien in der Fahrzeugtechnik

Auf der 5. VDI-Tagung „Optische Technologi-en in der Fahrzeugtechnik“ am 24. und 25. April 2012 in Karlsruhe diskutieren Experten aktuelle Entwicklungen aus der industriellen Automobilpraxis und Forschung. Veranstal-ter ist das VDI Wissensforum.

Im Mittelpunkt des Programms stehen ak-tuelle Lichtkonzepte der Fahrzeugerzeugung und -beleuchtung sowie Möglichkeiten der Sichtunterstützung. Neben Aspekten zur opti-schen Sensorik und Kameratechnik diskutiert

die Tagung Fragen zur Energieeffizienz und Systemoptimierung. Ergänzend werden in-novative Ansätze und Trends behandelt.Mark Gonter von Volkswagen stellt Möglichkeiten und Grenzen zur Steigerung der Sicherheit durch aktive Lichtfunktionen dar. Experten von Audi präsentieren ein neues Lichtkonzept für automatische Scheinwerfer mit Online-Ka-librierung im Fahrbetrieb. Eine Untersuchung am lichttechnischen Institut Karlsruhe hat er-geben, dass sich die visuelle Wahrnehmung des Fahrers durch Warnsichtsysteme elemen-tar beeinflussen lässt. Volkswagen zeigt aktu-elle Ergebnisse zu Reaktionszeiten von Fern- und Markierungslicht und die Auswirkungen, die sie auf das Fahrverhalten in der Praxis ha-ben. Ebenso stellen Vertreter vom L-LAB der Hella KGaA, Daimler und BMW ihre neuesten Entwicklungen im Bereich der optischen Sys-teme vor.

Anmeldung und Programm unter www.vdi.de/ot-auto oder über wissensforum@vdi.de.

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7AktuellMacher und Märkte

CR-8000 Die weltweit erste Multiboard PCB-Design-Lösung auf SystemebeneDie weltweit erste Multiboard PCB-Design-Lösung auf SystemebeneDie weltweit erste Multiboard PCB-Design-Lösung auf Systemebene

Three dimensions Two hands One environment

The PCB

Design Revolution View

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Für weitere Informationen besuchen Sie uns unter: zuken.com/revolution-cr8000

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Dassault Systèmes hat in der Abtei-lung zur Entwicklung und Fertigung von Antriebssträngen bei PSA Peu-geot Citroën seine Software DEL-MiA im Einsatz. Damit vergrößert Dassault Systèmes seinen Fußab-druck im Bereich digitaler Fertigung. DELMIA ersetzt bisher eingesetzte Wettbewerbslösungen und unter-stützt jetzt die Simulation der Mon-tage sowie die Bereiche Lackierung, Werksplanung, Stanzen und Antriebs-stränge. PSA Peugeot Citroën arbei-tet mit denselben Tools und Metho-den in sämtlichen großen Abteilungen der Gruppe.

MTU Aero Engines setzt HyperWorks von Altair Engineering als primäre strategische Lösung für CAE-Pre- und Postprocessing und für PBS Professio-nal für HPC-Anwendungen ein. Hy-perWorks, die umfassende Simulati-onsplattform von Altair, ermöglicht schnelle Designstudien und erleich-tert so Entscheidungsfindungen. MTU hat sich nach einem einjährigen unternehmensweiten Benchmark, im Rahmen dessen alle maßgeblichen kommerziellen CAE-Werkzeuge de-tailliert untersucht wurden, für Hy-perWorks entschieden.

Maplesoft hat den Einsatz seiner Pro-dukte beim Jet Propulsion Labora-tory (JPL) der NASA bekannt gege-ben. Das JPL wird Maple, MapleSim und MapleNet bei seinen verschiede-nen Projekten einsetzen. Vom ersten amerikanischen Satelliten, dem Ex-plorer 1, über das erste Roboterfahr-zeug auf dem Mond bis zur Erfor-schung der äußersten Bereiche unseres Sonnensystems war das JPL von jeher wesentlich daran beteiligt, die Grenzen des bisher Erforschten weiter auszudehnen.

Im Einsatz4 . V D I - F A C H K o n g R E S S „ E L E K t R o M o B I L I t ä t “ A M 1 8 . u n D 1 9 . A P R I L I n n ü R t I n g E n

Anforderungen an Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge

Die Elektromobilität steht vor vie-len Herausforderungen: Wie kann die Lebensdauer von Batterien er-höht werden? Was sind die Heraus-forderungen bei der Zertifizierung unterschiedlicher Antriebstypen? Wie begegnet die Automobilin-dustrie den gesellschaftlichen Er-wartungen? Diese und weitere Fragen diskutieren Experten bei dem 4. VDI-Fachkongress „Elektromo-bilität Zuverlässig – Effizient – Sicher“ am 18. und 19. April in Nürtingen bei Stuttgart. Veranstalter ist das VDI Wissensforum. Unter der Leitung von Karl E. No-reikat, NorCon Scientific Consulting, Esslingen, teilt sich der Kongress erstmalig in zwei parallele Veran-staltungssektionen. Der erste Kongresstag widmet sich den beiden Themen Infrastruktur und Energie-speicher. Die Antriebstechnologie sowie Elektronik stehen am zweiten Tag im Vordergrund.

Andreas Knie, Geschäftsführer vom Innovations-zentrum für Mobilität und gesellschaftlichen Wan-del (InnoZ), Berlin, berichtet über internationale Trends. Sein Schwerpunkt liegt vor allem auf den

neuen Herausforderungen an die Mobilität in Ballungsräumen und der Reaktion der Hersteller auf das veränderte Mobilitätsverhalten.

Die Auswirkungen der Elek-tromobilität auf das Fahrwerk so-wie die Fahrdynamik präsentiert Pim van der Jagt, Geschäftsführer

des Ford Forschungszentrums der Aachen GmbH. Werner Hufenbach vom Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden thematisiert die Potenziale des Leichtbaus für die Elektromobilität.

Darüber hinaus präsentieren Experten vom Daimler, BMW und Bosch die Herausforderungen der Zertifizierung im Umfeld der Elektromobilität, die Chancen des Wasserstoffs als Range Extender für Elektrofahrzeuge sowie robuste Leistungsmo-dultechnologien.

Am Vortag des Kongresses, dem 17. April 2012, findet das Spezialseminar „Kompaktwissen Elek-trotechnik für Fahrzeugingenieure“ statt. Anmel-dung und Programm unter www.vdi.de/elektro-mobilitaet oder wissensforum@vdi.de.

S I C H E R E u n D W I R t S C H A F t L I C H E A u t o M A t I S I E R u n g S L ö S u n g E n F ü R D I E S C H I E n E

Pilz und thales Deutschland stellen Weichen Mit dem Ziel, gemeinsam Produkte, Funktionen und Applikationen für die Signaltechnik zu ent-

wickeln, haben Thales Deutschland und das Au-tomatisierungsunternehmen Pilz eine Koopera-

tion geschlossen. Momentan arbeiten beide Partner bereits an der gemein-samen Zulassung für eine Anwendung der höchsten Sicherheitsanforderung (CENELEC SIL4) durch das Eisenbahn-Bundesamt (EBA). Als technische Ba-sis der Lösungen für die Bahntechnik dient das Automatisierungssystem PSS 4000 von Pilz.

SPS für die Schiene: Renate Pilz, geschäftsführende Ge-sellschafterin von Pilz, und Volker Schenk, Leiter des Geschäftsbereichs Transpor-tation Systems bei Thales Deutschland, unterzeichnen den Kooperationsvertrag.Bild: Pilz GmbH & Co. KG

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8 Aktuell Macher und Märkte

N E U E r W E B - A U F T r i T T

Übersichtliche GestaltungAuf der Startseite finden Sie die Top-News sowie die Themen-Rubriken, in denen die Meldungen und Beiträge – zur besseren Übersichtlichkeit – ein-sortiert werden. Dies sind CAD/CAM/Design, PDM & PLM, Simulation, Visualisierung & VR, Digitale Fabrik, Rapid Prototyping, Hardware, Dienstleis-tungen, Antriebstechnik, Automatisierung, Elek-trotechnik, Fluidtechnik, Konstruktionselemente, Verbindungstechnik und Werkstoffe.

Neuer HTML-NewsletterIn unserem neuen, wöchentlichen HTML-Newsletter präsentiert Ihnen die Redaktion des DI-GITAL ENGINEERING Magazins die interessantesten News aus den Bereichen CAD, CAM, PLM, Hardware, Veranstaltungen, Forschung, Konstruktionskomponenten und Werkstoffe. Unter der Rubrik „Newsletter“ können Sie den News letter schnell und unkompliziert abonnieren.

C o M P u t E R K o M P L E t t g R u P P E

neue unternehmensstruktur

Zu Beginn des Jahres 2012 richtet sich die Unterneh-mensgruppe ComputerKom-plett, bestehend aus den eta-blierten Unternehmen ASCAD und SteinhilberSchwehr (mit den Tochterunternehmen ifax, MTC und StS Consulting) in ihrer Struktur stärker auf die strategischen Schwerpunkte PLM und ERP/IT aus. Ziel da-bei ist es, die Voraussetzun-gen für weiteres Wachstum – auch durch Akquisitionen – zu schaffen, die bisherigen Kundenbeziehungen zu stär-ken und das Leistungsportfo-lio nochmals zu erweitern.

Hierzu wurde im Januar 2012 die ComputerKomplett Holding GmbH gegründet, die als Beteiligungsgesell-schaft die Gesellschaftsantei-le der Unternehmen hält und Aufgaben in den Bereichen Marketing, Finanzen, Admi-nistration und Personal für die operativen Einheiten über-nimmt. Da rüber hinaus wer-den Unternehmensentwick-lung und M&A in der Holding verantwortet. Geschäftsführer der neuen ComputerKomplett Holding GmbH und CEO der

Unternehmensgruppe ist Ha-rald Scheuls, bisher Vorstand der SteinhilberSchwehr AG. Ihm zur Seite steht, als CFO für Finanzen verantwortlich, Dieter Stuch, bisher kaufmän-nischer Leiter. Der langjähri-ge Vorstandsvorsitzende Karl-Heinz Eberle wechselt in den Aufsichtsrat und wird die Un-ternehmensentwicklung von dort aus aktiv mitgestalten.

Im Zuge dieser Verände-rungen werden die bishe-rigen SteinhilberSchwehr-Firmen (AG in Rottweil und GmbH in Mettmann) zu ei-ner Gesellschaft verschmol-zen. Geschäftsführer dieser neuen ComputerKomplett SteinhilberSchwehr GmbH wird neben Harald Scheuls der langjährige Bereichsleiter Athanasios Margaritis. Mar-garitis, der als ausgebildeter Informationstechniker neben der Berufstätigkeit ein Stu-dium zum Businessmanager mit dem Schwerpunkt Unter-nehmensführung absolviert hat, ist bereits seit 2003 in verschiedenen Positionen in Unternehmen der Computer-Komplett-Gruppe tätig.

B u L L

Veränderungen in der geschäftsführung

Michael Gerhards, langjähri-ger Geschäftsführer der Bull GmbH in Deutschland, über-nimmt eine neue Position in der Bull-Gruppe. Ab sofort wird Gerhards weltweit die Verantwortung für die strate-gische Entwicklung des Pro-duktgeschäfts steuern. In sei-ner Zeit als Geschäftsführer konnte sich Bull in Deutsch-land als erfolgreiches Tech-nologie- und Serviceunter-nehmen deutlich entwickeln

und im Jahre 2011 den Um-satz im zweistelligen Prozent-bereich steigern. Als seinen Nachfolger konnte Bull Gerd-Lothar Leonhart gewinnen, der aus seiner Zeit als Ma-nager bei IBM über langjähri-ge Erfahrung im Aufbau von Outsourcing Business Units, in der Markteinführung von komplexen Produkten und Services sowie im Manage-ment von großen Projekten verfügt.

W E I D M ü L L E R

Vertriebsstandort in HongkongMit der Weidmuller (Hong Kong) Limited hat die Weid-müller Gruppe pünktlich zum Jahresstart 2012 ihr weltwei-tes Vertriebsnetz in Asien er-weitert. Die Vertriebs tochter in der südchinesischen Me-tropole soll für weitere Um-satzimpulse in der Region sorgen. Seit 1994 bestehen intensive geschäftliche Be-ziehungen dorthin, zunächst im Rahmen eines Joint Ven-tures, wenig später mit ei-

ner eigenen Produktion und Entwicklungsabteilung. „Mit der Gründung unserer „Aca demy Asia“, einem Zen-trum für Wissens transfer und Netzwerkbildung, im ver-gangenen Herbst haben wir einen weiteren Meilenstein zum Ausbau eines nachhal-tigen und weltweiten Ent-wicklungs-, Produktions- und Vertriebsnetzwerkes geschaffen“, so Vorstands-sprecher Dr. Peter.

Trends und Technologien

www.rapidtech.de

Der jährliche Treffpunkt für Praktiker, Entwickler und Visionäre mit:

· Anwendertagung

· Konstrukteurstag

· Fachforum „CAD/CAM und Rapid Proto typing in der Zahntechnik“

· Fachforum „Medizin technik“

· Fachforum „Luftfahrt“

Fachmesse und Anwender tagung für Rapid-Technologie

8.+9. Mai 2012

www.rapidtech.de

M E C A D A t C A D / C A M C o M P u t E R S y S t E M E

PEPS Drahtschneidelösung in VISI V19

Die Langenbacher MECADAT CAD/CAM Computersysteme GmbH hat VISI PEPS-Wire vorgestellt, das in der neuen Version 19 die führende PEPS-Drahtschneidelö-sung mit der speziell für den Werkzeug- und Formenbau entwickelten CAD/CAM-Lösung VISI vereint.

Vollständig Feature-basierend lie-fert die automatische Erkennung von erodierbarer Geometrie in VISI PEPS-Wire zuverlässige Ergebnisse für Drahtschneide-Features. Die spezi-ell für das Drahtschneiden entwickelte Feature-Erkennung findet Bohrungen, offene und geschlossene Matrizen und Stempel, konstante und variable Koni-ken, Vier-Achsen-Geometrien und neu in V19 auch Koniken mit fixem oder varia-blem Bund direkt vom Volumenmodell. Wenn 2D-Geometrien zur Verfügung ste-hen, kann der Anwender per Definition ein Feature erzeugen. Den in einer Baum-struktur dargestellten Features weist der Nutzer die gewünschten Bearbeitungs-operationen zu.

Mit Hilfe der grafischen Tools von VISI ist es sehr einfach, komplexe Features zu editieren. Variable Koniken beispielswei-se können durch einfaches Ziehen mit dem Cursor am gewünschten Face gra-fisch editiert werden. Einem Vier-Achsen-Feature lassen sich Zwangsbedingungen

oder Synchronisationslinien zufügen, das Ergebnis wird dynamisch angezeigt.

Durch das intuitive Benutzer-Interface bieten alle Zwei- und Vier-Achsen-Opera-tionen von VISI PEPS-Wire dem Benutzer eine Auswahl an Parametern wie Bear-beitungsrichtung, Offset, Ein- und Aus-fahrstrategie usw. an, wobei jedem Pa-rameter ein Symbol zugewiesen ist, das sofort die Auswirkung der gewählten Einstellung auf den Werkzeugweg gra-fisch anzeigt.

VISI PEPS-Wire bietet vordefinierte und frei konfigurierbare Bearbeitungs-methoden mit festgelegter Reihenfolge für Schrupp-, Schlicht- und Trennschnit-te. Damit werden die gängigen Bearbei-tungsfolgen für die beaufsichtigte und die mannlose Bearbeitung zur Verfügung gestellt, die Programmierung vereinfacht und die Programmierzeit verkürzt.

Automatische Feature-Erkennung für alle Geometrien, die erodierbar sind. Bild: t

A L t A I R E n g I n E E R I n g

Weiterentwicklung im High Performance Computing

Altair Engineering hat mit den neu-en Produkten Compute Manager und PBS Desktop zwei wichtige Weiterent-wicklungen im Bereich des High Per-formance Computing angekündigt. Der Compute Manager ist Altairs erster strategischer Schritt zum Aufbau einer modernen, webbasierenden und kos-teneffizienten Simulationsplattform zur Steigerung der Produktivität von HPC-Aufgaben. Als Modul der neuen Hyper-Works Enterprise Software – auf Basis einer serviceorientierten Architektur (SOA) – versteht der Compute Manager die spezifischen Charakteristika der ver-wendeten HPC-Applikationen und er-möglicht den Anwendern das Starten

und Überwachen ihrer Simulationsauf-gaben sowie die Ausführung komplexer Analysen mit einigen wenigen Maus-Klicks.

Nutzer können ihre Jobs über eine webbasierende Schnittstelle abschi-cken, überwachen und die Resultate sofort überprüfen. Ebenso lassen sich die Ergebnisse grafisch aufbereiten und darstellen, ohne dass ein vorheriges Herunterladen der Daten erforderlich wäre. Der Compute Manager erkennt die verwendeten Anwendungen mit-tels hinterlegter Applikationsdefinitio-nen. Auf diese Weise können praktisch beliebige Solverformate auf einfache Weise implementiert werden.

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10 Aktuell Trends und Technologien

M S C S o F t W A R E

neue Versionen von Patran und MSC Fatigue

MSC Software hat eine neue Version 2012 ihrer Software Patran und MSC Fa-tigue auf den Markt gebracht. Seit Feb-ruar stehen diese zum Download bereit. Verbessert wurden vor allem Funktio-nen für Modellierung sowie nichtlineare Simulationen und die Berechnung von Versagenskriterien. Zudem wurden die Funktionen für die Lebensdauerprogno-se von Produkten optimiert.

Die neue Struktur des Modellbrowsers von Patran 2012 bietet eine effiziente-re Menünavigation. Anwender können so besser auf die verschiedenen Kom-ponenten ihrer Modelle zugreifen und diese ändern. Die Struktur ist intuitiv und bedienerfreundlich und lässt sich individuellen Arbeitsabläufen anpassen. Datenbankentitäten sind sich über die Modellstruktur mühelos visualisier-, auf-ruf- und bearbeitbar. Das verkürzt den Lernprozess, erhöht die Produktivität und trägt dazu bei, dass sich Patran noch

intuitiver nutzen lässt. Die Modell-browser-Struktur ist für Windows und Linux verfügbar.

Mit der Einführung des neuen Sol-vers von MSC Fatigue 2012 wurde die Berechnung von Haltbarkeit und Betriebsfestigkeit vereinfacht. MSC Fatigue berechnet die Lebensdauer von Produkten auf Basis von Spannungs- oder Dehnungsergebnissen von FE-Modellen, Wechsellasten und Materialeigenschaften. Neben der herkömmlichen spannungsba-sierten Analyse (S-N oder Gesamtlebens-dauer) ist auch eine dehnungsbasierte Analyse (E-N, lokale Dehnung oder Riss-initiierung) möglich. Damit können nun selbst Anwender mit geringen Kennt-nissen auf dem Gebiet der Lebensdau-eranalyse Berechnungen in der ihnen vertrauten FE-Modellierungsumgebung durchführen. Dank der intuitiven Oberflä-che und der hohen Analysegeschwindig-keit ist dem Aspekt der Produkthaltbar-

keit ein wesentlich größerer Stellenwert innerhalb des Entwicklungsprozesses einräumbar. Mithilfe der neuen Funktion „MSC Fatigue Shaker“ lässt sich die Le-bensdauer von Komponenten berech-nen, die einer aus einer einzelnen Quelle stammenden willkürlichen Schwingung ausgesetzt sind. MSC Fatigue 2012 bein-haltet zudem ein neues Modul für Naht-schweißverbindungen, das auf strukturel-ler Spannung aufbaut und die gängigen Klassifizierungsstandards zur Entwicklung von Schweißverbindungen mit langer Haltbarkeit erfüllt. Zusätzlich lassen sich mit „MSC Fatigue 2012 Spot Weld“ Punkt-schweißverbindungen überprüfen.

o P E n M I n D t E C H n o L o g I E S

Postprozessoren als integraler Bestandteil der CAM-Lösung Um die exzellenten Werkzeugbahnen aus hyperMILL sicher auf die Maschine zu bringen, aber auch um jegliche Störung in der Nutzung zu vermeiden, erstellt OPEN MIND Technologies alle Postpro-zessoren für seine Kunden selbst. Diese sind damit integraler Bestandteil einer hochqualitativen CAM-Postprozessor-Lösung, die in Sachen Performance und Sicherheit weit über generalisierte Stan-dardlösungen hinausgeht.

Die Entwicklung im Bereich der Zer-spannungsmaschinen verläuft rasant. Mittlerweile können viele Fräsmaschi-nen zusätzlich auch drehen, und die Fräsfähigkeiten von Drehmaschinen werden jedes Jahr weiter ausgebaut. Eine Komplettbearbeitung von Werk-stücken ist Programm bei den Anwen-dern – drehen, bohren und fräsen – 2,5D, 3D, 5Achs.

OPEN MIND Technologies hat diese Entwicklung auf dem Maschinensektor von Anfang an progressiv begleitet und versteht darum die Schnittstelle zu den Werkzeugmaschinen, den Postprozessor, als integralen Bestandteil seines hoch-qualitativen CAM-Pakets. Aus diesem Grund erstellt OPEN MIND beinahe 100 Prozent aller Postprozessoren selbst. Da-durch gelingt es, zwei Kernpunkte dieser Dienstleistung erfolgreich miteinander zu verbinden: spezifische Kundenanfor-derungen und Performance einschließ-lich der unbedingten Sicherheit.

Basierend auf dem Teilespektrum der jeweiligen Firma und den dortigen Er-

fahrungen, hat jeder Anwender konkre-te Vorstellungen zum NC-Programmfor-mat.

Breites AnwendungsspektrumDie Postprozessoren der OPEN MIND Technologies AG zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass sie die Funk-tionalität der jeweiligen Steuerungen optimal nutzen können.

Die wichtigsten Merkmale im Überblick: • Steuerungszyklen – für das Bohren,

Fräsen und Drehen • Weitere 2D-Funktionen • Parameter, zum Beispiel

für Vorschubwerte • NC-Programmstrukturen, zum

Beispiel Hauptprogramm und Unterprogramme

• Programmteil-Wiederholungen • Geschwenkte Arbeitsebene • 5-Achs-Simultanbearbeitungen

OPEN MIND entwickelt Postprozessoren für verschiedene Maschinen. Bild: OPEN MIND

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11AktuellTrends und Technologien

3D-DRUCKEN MIT THERMOPLASTdamit Ihre Ideen Form annehmen

Prototypen • Produkt Mock-ups • WerkzeugbauKonzeptmodelle • Funktionsmuster • Formenbau

damit Ihre Ideen Form annehmen

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K I P

Produktives DIn-A0-Hybrid-Drucksystem auf tonerbasis

Seit kurzem präsentiert KIP mit dem neuen KIP C7800 CAD ein neues Hybrid-Drucksystem auf Tonerbasis. Mit fünf Qua-dratmetern pro Minute in Farbe (CMYK) oder Schwarzweiß ist er nicht nur produk-tiv, sondern zugleich auch sehr günstig mit Klickkosten von weniger als 0,3 Euro je Quadratmeter einschließlich aller Ne-benkosten. Dies macht Farbdrucke bei fünf Prozent Deckungsgrad so günstig wie S/W-Prints. Damit wird der neue KIP C7800 CAD eine attraktive Wahl für alle größeren Architekten- und Ingenieur-büros, Kon strukteure, Maschinenbauer, Behörden sowie technische und wissen-schaftliche Institutionen. Je nachdem, ob farbig (CMYK) oder monochrom, der neue KIP C7800 CAD benötigt für den Druck von fünf Quadratmetern nur eine Minute. Bei einer Auflösung von 600 x 2400 dpi ge-neriert das tonerbasierte LED-System eine brillante und originalgetreue Wiedergabe feinster Linien, Bögen und kleiner Bilder.

Mithilfe der drei vollautomatischen Einzugsrollen mit neuer KIP-Quick-Switch-Technologie für schnellen Rollen-zugriff kann das System mehrere Medien in verschiedenen Breiten (ab 297 Milli-meter bis maximal 914 Millimeter) ohne Produktionsunterbrechung nutzen. Die maximale Drucklänge beträgt 40 Meter.

Der KIP C7800 CAD kann sowohl Stan-dard- und Spezialpapiere, beispielsweise Recycling-Papiere, als auch Folien bedru-cken. Ein 20-Blatt-Einzelblatteinzug kom-plettiert das Medienpaket. Vier Patronen mit je 1.000 Gramm sorgen dafür, dass die hohe Produktivität auch seitens der Tonerkapazität adäquat unterstützt wird.

Wie alle KIP-Lösungen verfügt auch der neue KIP C7800 CAD über Ausstattungs-merkmale, die auf einfache Bedienung und hohe Produktivität im Netzwerk aus-gelegt sind. Dazu zählen die vollautoma-tische Medienkalibrierung unabhängig von Papiersorte und -format, das neue Transportband sowie die Vorinstallation aller relevanten Programme, RIPs und Treiber für anspruchsvolle CAD-Anwen-dungen und A0-Drucke allgemein. Der in jedes bestehende Netzwerk integrier-bare Hybriddrucker kann sowohl web-basierte Druckaufträge verarbeiten (KIP PrintNet) als auch Druckausgaben von mobilen Geräten per E-Mail generieren (Cloud Printing). Zu-dem verfügt er über zwei USB-2.0-An-schlüsse. Bedient wird das Gerät über das in-tuitive, vollfarbige KIP-Touch-Display.

Die neue KIP Cost Review Application er-möglicht ein exaktes Druckkostenma-nagement: Farb- und Schwarzweißdrucke können getrennt bearbeitet und berech-net werden. Der KIP C7800 CAD lässt sich darüber hinaus um Auto-Stacker, Online-Falter und KIP-High-End-CCD-Scanner mit 600 x 600 dpi zum exklusiven Multifunkti-onssystem erweitern. Das Gerät markiert als zweite Generation exklusiver KIP-Hy-briddrucker auf Tonerbasis erneut einen Meilenstein im Bereich anspruchsvoller CAD-Anwendungen. So produktiv und vor allem so profitabel konnten brillante Farb-prints in DIN A0 bisher nicht generiert wer-den. Das System kostet rund 60.000 Euro (UVP) und ermöglicht bei entsprechender Auflage eine schnelle Amortisation.

S C H L E I C H E R E L E C t R o n I C

Innovative CnC-SteuerungSchleicher Electronic erweitert seinen Systembaukasten für durchgängige Automatisierungslösungen mit seiner neuen High-End-Steuerung aus der XCx-Baureihe und einem robus-ten Touchscreen in Edelstahlausführung, optimiert für eine werkstattorientierte Bedienung (WOB). Die Modelle der XCx-Baureihe zeichnen sich durch eine gute Synchronisation der integrierten SPS- und CNC-Einheiten aus, die durch einen ge-meinsamen Variablenspeicher der logischen Einheiten erreicht wird. Für den Einsatz von beliebiger CAD/CAM-Software bietet das integrierte Windows-XP-Betriebssystem optimalen Raum. Das SERCOS-III-Protokoll steuert einerseits die CNC-Achsen und

bietet gleichzeitig auch das gute Achens-Monitoring der ebenfalls von Schleicher Electronic vertrie-benen Bosch-Rexroth-Servover-stärker und -motore.

CNC-Steuerung von Schleicher.Bild: Schleicher Electronic

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12 Aktuell veranstaltungskalender

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Schwindt CAD/CAM-Technologie GmbHCallenberger Str. 896450 CoburgTel.: 0 95 61 - 55 60-0Fax: 0 95 61 - 55 60-10E-Mail: info@schwindt.euInternet: www.schwindt.eu

ihr Dienstleister für CATiA und PLM

Hier die nächsten CATiA Kurse:CATIA V5 FlächenkurseCATIA V5 Assembly Design Expert

Kostenlose CATiA Thementage:Werkzeugbau und NC-ManufacturingAutomation und Knowledgeware

Aktuelle Termine undOrte finden Sie unterwww.schwindt.eu

oder auf Anfrage unterFreecall: 0800-CATiAV6

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DriveConcepts GmbH Wettiner Platz 1001067 DresdenTel.: +49 (0)351 / 4858-310Fax: +49 (0)351 / 4858-400contact@driveconcepts.comwww.driveconcepts.com

Mit unserer aktuellen Software MDESIGN 2010 bietet Drive-Concepts das vollständige Paket zur Auslegung, Nachrechnung und Optimierung von Getrieben, Lager und Wellen bis hin zur Lastverteilungsberechnung der Verzahnungen. Nie war die Berechnung ganzer Getriebe einfacher!

Im Rahmen des TEDATA Wissensupdate veranstaltet DriveCon-cepts in 2012 die bewährten Kurse zur Getriebe-, Wellen- und Schraubenberechnung. Weiterhin werden spezielle Kurse zu Windenergieanlagen und Verzahnungsberechnung angeboten.

13.3. Schraubenberechnung 14.3. Wellenberechnung 15./16.3. Getriebe berechnen 13.6. Verzahnung nach Norm 14.6. Windturbinen Knowhow 15.6. MDESIGN author

infos & Anmeldung: www.driveconcepts.com/event.html

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Transcat PLM GmbH Am Sandfeld 11c76149 KarlsruheTel.: +49 7 21 - 9 70 43 - 0Fax: +49 7 21 - 9 70 43 - 9 71events@transcat-plm.comwww.transcat-plm.com

25 Jahre Transcat: innovation, Nachhaltigkeit, ZuverlässigkeitAnlässlich des Jubiläums lädt Transcat zu der Veranstaltungsrei-he „Open House Day“ ein. Sie werden über die aktuellen Trends im Product-Lifecycle-Management informiert. •19.04.2012 in Unterschleißheim •28.06.2012 in Dortmund •13.09.2012 in Hannover •25.09.2012 in StuttgartInfos und Anmeldung unter www.transcat-plm.com/openhouse

Eröffnungsangebot Ausbildung Schulungszentrum Hannover Infos und Anmeldung unter www.transcat-plm.com/kurse

kostenfreie Webseminare zu wichtigen Themen rund um CATIA, ENOVIA, SIMULIA, 3DVIA Composer

infos und Anmeldung unter www.transcat-plm.com/vera

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CADFEM GmbHAnSyS Competence Center FEMMarktplatz 285567 Grafing b. MünchenTel.: +49 (0)8092-7005-0Fax: +49 (0)8092-7005-77E-Mail: info@cadfem.deInternet: www.cadfem.de

Technische Informationstage ANSyS Strukturmechanik statisch/dynamisch – linear/nichtlinear – implizit/explizit Von Ingenieur zu Ingenieur und anhand von Beispielen aus der Praxis vermitteln die Veranstaltungen einen technischen Überblick über die Simulationsmöglichkeiten des Programms ANSYS in verschiedenen strukturmechanischen Anwendungs-bereichen.Die Teilnahme ist kostenfrei.www.cadfem.de/strukturmechanik

• 28.03.12 in Kassel• 19.04.12 in Nürnberg• 09.05.12 in Hamburg• 15.05.12 in Berlin• 22.05.12 in Aachen• 14.06.12 in Wels (A)• 26.06.12 in Dortmund

Weitere Termine und Themen:www.cadfem.de/infotage

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H Comsol Multiphysics GmbHBerliner Straße 437073 Göttingen Tel.: +49-(0)551-99721-0Fax: +49-(0)551-99721-29E-Mail: info@comsol.deInternet: www.comsol.de

COMSOL Multiphysics ist ein Werkzeug für virtuelle Produktent-wicklung basierend auf der Finite-Elemente-Methode. In unseren Veranstaltungen erlernen Sie verschiedene Modellierungstech-niken und erstellen selbständig Simulationsmodelle. Wir zeigen Ihnen, wie Sie COMSOL Multiphysics effektiv und produktiv für Ihr eigenes Aufgabengebiet einsetzen können. Im Mittelpunkt stehen die vielfältigen Möglichkeiten, physikalische Phänomene miteinander zu koppeln.

Die Teilnahme an unseren Workshops ist kostenfrei.

COMSOL Multiphysik Workshops: www.comsol.de/events

Trainingskurse: www.comsol.de/training

Anwenderkonferenz: www.comsol.de/ conference2012/europe

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SPi GmbHKurt-Fischer-Straße 30a22926 AhrensburgTel.: 04102 / 70 60E-Mail: info@spi.deInternet: www.spi.de

AfterWorks Seminarreihe der SPi GmbHJahrelange Erfahrung mit SolidWorks, mit Konstruktionsprü-fungs- und Analysetools, Datenmanagementlösungen und Technischer Dokumentation machen uns zum Experten bei der Beratung und Auswahl Ihrer Lösung. Unsere AfterWorks Se-minarreihe wendet sich an Entscheider und zeigt neue Wege und Lösungsansätze. Die ca. 2stündigen Termine in unseren Niederlassungen beginnen jeweils um 17:00 Uhr. Details und Anmeldung per Telefon oder unter www.spi.de/de/1077/afterworks

AfterWorks18.04.2012 in HerneNachhaltig Konstruieren: Mehr als der Grüne Anstrich 08.05.2012 in Ahrensburg Maschinenrichtl. u. Produkt-sicherheitsgesetz i.d. Praxis09.05.2012 in Greifswald Wenn Datenverwaltung im Kopf nicht ausreicht: EPDM

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CFturbo® Software & Engineering GmbHUnterer Kreuzweg 101097 DresdenTel.: 0351 / 40 79 04 - 79Fax: 0351 / 40 79 04 - 80E-Mail: info@cfturbo.deInternet: www.cfturbo.de

Die CFturbo® Software & Engineering GmbH ist ein Dienst-leistungs- und Softwareunternehmen mit Hauptsitz in Dresden und einem Büro in München. Tätigkeitsschwerpunkte sind CAE-Berechnungs- und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der Turbomaschinen. Dazu gehören Auslegung, Entwurf, Simu-lation - insbesondere CFD und FEM, Optimierung, Prototypen-bau und Konstruktion von Turboladern, Turbinen, Verdichtern, Ventilatoren, Gebläsen und Pumpen. Die Firma entwickelt und vermarktet das Turbomaschinen-Entwurfsprogramm CFturbo® und führt kundenspezifische Softwareentwicklungen durch.

CFturbo®-Schulungen14.03.2012, Dresden18.04.2012, Dresden09.05.2012, Dresden13.06.2012, Dresden11.07.2012, Dresden15.08.2012, Dresden

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CENiT AkademieIndustriestraße 52-5470565 StuttgartTel.: +49 711 7825-3393Fax: +49 711 782544-4393E-Mail: training@cenit.dewww.cenit.de/akademie

Die CENIT Akademie unterstütz Anwender, Führungskräfte und Administratoren im Produkt Lifecycle Management (PLM). Das Angebot umfasst Kurse in den Bereichen CATiA, PDM, NC, DELMiA, FEM sowie Systemadministration. Aber auch Branchenkurse für Automobil und Luftfahrt gehören zum Portfolio.

Kostenlose Web-Seminare zu aktuellen PLM-Themen und Produkten. Beispielsweise zu Dymola, 3D VIA Composer uvm.

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www.cenit.de/ webseminare

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Wenn Sie in diesem Bereich eine Ihrer Veranstaltungen platzieren möchten, wenden Sie sich bitte an Frau Maike Gundermann, Tel. 0 63 41/3 89 10 21 (PLZ 46000-79999), Frau Martina Summer, Tel. 0 81 06/3 06-1 64 (PLZ 00000-45999, 80000-99999 + Ausland).

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13Aktuellveranstaltungskalender

PLZ Anbieter Firma/Anschrift Schwerpunkte termine

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GOM - Gesellschaft für Optische Messtechnik mbHMittelweg 7-8 38106 BraunschweigTel.: +49 531 39029 0Fax: +49 531 39029 15 E-Mail: info@gom.comInternet: www.gom.com

GOM inspect Einführungsseminare Netzbearbeitung und inspektion von 3D-PunktwolkenDie kostenlose GOM Inspect Software eröffnet den freien Zugang zur 3D Datenbearbeitung für alle. Anwender aus den Bereichen RP, CAD/CAM, CAE und CAQ erlernen in diesem Seminar den Umgang mit GOM Inspect. Die eintägigen GOM Inspect Einführungsseminare bieten praktische Übungen zu Datenimport, Netzbearbeitung, 3D-Inspektion, 2D-Inspektion, GD&T, Prüfberichte, Daten-Export, etc.

GOM Inspect Einführungsseminare Netzbearbeitung & Inspek- tion in Braunschweig

• 19.03.2012 • 21.05.2012 • 16.07.2012

www.gom.com/de/ 3d-software.html

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MSC.Software GmbHAm Moosfeld 13 81829 MünchenTel.: 089 / 431 987 0Fax: 089 / 436 17 16E-Mail: info.de@mscsoftware.comInternet: www.mscsoftware.com

Nastran, Adams & Marc User MeetingsMSC Software lädt alle Anwender zu deutschsprachigen User Meetings für Nastran, Adams und Marc ein. Sie erwarten inte-ressante Anwendervorträge und themenbezogene Diskussi-onsgruppen. Nutzen Sie diese Gelegenheit für den fachlichen Dialog und die Diskussion mit Referenten, Anwendern und Entwicklern.Mehr Informationen unter http://pages.mscsoftware.com/UserMeetings.html

Nastran User Meeting 8. - 9. Mai 2012Adams User Meeting 9. - 10. Mai 2012Marc User Meeting 10. - 11. Oktober 2012Veranstaltungsort: Hotel und Konferenzz. Dolce Andreas-Danzer-Weg 1 85716 M.-Unterschleissheim

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Software Factory GmbHParkring 4 85748 Garching bei MünchenTel.: 089 / 323 501-10Fax: 089 / 323 501-53E-Mail: cad@sf.comInternet: www.sf.com

Workshops, Seminare und Consulting zu folgenden Themen:

• Software-Entwicklung mit Pro/TOOLKIT und J-Link für Creo Parametric (Pro/ENGINEER) • Anpassungen von Windchill • Migration von Pro/INTRALINK 3.x Datenbanken • Wanddickenprüfung in Creo Parametric (Pro/ENGINEER) mit PE-WALLCHECK

Software Factory – die TOOLKiT | EXPErTEN für Creo und Windchill

• Entwicklerworkshop Pro/ TOOLKIT auf Anfrage• JLink Entwicklerworkshop auf Anfrage• Workshop Windchill Customization auf Anfrage• Inhouse Workshops auf AnfrageInfos auf www.sf.com oder per Email an cad@sf.com

CH

KiSSsoft AGUetzikon 4 8634 HombrechtikonSwitzerlandTel.: +41 55 254 20 50 Fax: +41 55 254 20 51E-Mail: info@KISSsoft.AGInternet: www.KISSsoft.AG

Die KISSsoft AG stellt Maschinenbau-Berechnungsprogramme für die Nachrechnung, Optimierung und Auslegung von Maschinenelementen (Zahnräder, Wellen, Lager, Schrauben, Federn, Passfedern, Presssitze und andere) her. KISSsoft bietet auf der Grundlage von internationalen Berechnungsstandards (ISO, DIN, AGMA, FKM, VDI etc.) weitgehende Optimierungsmöglichkeiten. Die Anwendung erstreckt sich vom einfachen Maschinenelement bis zur auto-matischen Auslegung von kompletten Getrieben. Schnittstel-len zu allen wichtigen CADs runden dieses Angebot ab.

20.-22.03. Zahnrad Vertiefungsschulung

10.-11.04. Zahnrad & Welle Einsteigerschulung

08.05. Schraubenschulung Sonderseminar

info und Anmeldung auf www.KISSsoft.AG

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DSC Software AGAm Sandfeld 1776149 KarlsruheTel.: 07 21/ 97 74-1 00Fax: 07 21/ 97 74-1 01E-Mail: info@dscsag.comInternet: www.dscsag.com

DSC Lösungen erweitern den Leistungsumfang von SAP in den Bereichen Product Lifecycle Management und Dokumenten-Management um:• eine intuitive und effiziente Bedienoberfläche

mit intelligenter Prozessunterstützung• die Integration von Produktentwicklung und

Fertigungsplanung• zahlreiche praxisnahe Zusatzlösungen,

Integrationen für CAx, Office und vieles mehr

Aktuelle Veranstaltungen finden Sie aufwww.dscsag.de

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AutoForm Engineering Deutschland GmbHEmil-Figge-Str. 76-8044227 DortmundTel.: +49 231 9742-320Fax: +49 231 9742-322E-Mail: info@autoform.dewww.autoform.com

AutoForm bietet Softwarelösungen für den Werkzeugbau und die Blechumformung an. Deren Einsatz verbessert die Zuver-lässigkeit in der Planung, reduziert die Anzahl der Werkzeug-erprobungen und verkürzt die Tryout-Zeiten. Dies führt zu höchster Qualität bei der Bauteil- und Werkzeugkonstruktion und maximaler Verlässlichkeit in der Fertigung. Zudem werden Pressenausfallzeiten und die Ausschussrate in der Fertigung erheblich reduziert. Das Lieferspektrum wird abgerundet durch maßgeschneiderte Trainings, Fortbildungen, konkreten Imple-mentierungsprojekten und Consultingaktivitäten.

Softwaretrainings: www.autoform.com/trainingFortbildung: www.autoform.com/ fundamental-trainingConsulting: www.autoform.com/ consultingVeranstaltungen: www.autoform.com/events

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CD-adapco Nürnberg Office Nordostpark 3-5 90411 NürnbergTel.: +49-911-94643-3 Fax: +49-911-94643-99 info-de@cd-adapco.com www.cd-adapco.com

STAr Global Conference 2012

Mehr als 50 führenden Industrieexperten tragen die Geheimnis-se ihres Erfolgs vor, erläutern ihre CAE Techniken und legen de- tailliert die Vorteile dar, die sie durch die Anwendung von tech-nischer Simulation bei den schwierigsten Problemen gewonnen haben. Erfahren Sie mehr über die Best Practices für Wärmeüber-tragung und Turbulenz, Gittererzeugung und Geometrieauf-bereitung, bzw. über die Simulation von Verbrennung, Chemie, Füllprozesse oder Elektrisierung in den kostenlosen Trainings.

STAR Global Conference 2012 19. – 21. März 2012

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NAFEMS Deutschland, Österreich, Schweiz GmbHOsterham 23, 83233 Bernau Tel.: 0 80 51 - 96 59 3 49 Fax: 0 80 51 - 96 74 3 37 E-Mail: roger.oswald@nafems.org Internet: www.nafems.org

NAFEMS deutschsprachige Konferenz 2012NAFEMS ist eine internationale, neutrale und unabhängige Inter-essenvertretung der Anwender numerischer Simulationsmetho-den (FEM, CFD, MKS, …) mit weltweit über 1.000 Mitgliedsorga- nisationen. Die erste deutschsprachige NAFEMS Konferenz bie-tet eine Plattform, auf der neue Techniken und Tools präsentiert werden und Teilnehmern die Möglichkeit geboten wird, auf brei-ter Basis erfolgreiche Anwendungen und Trends mit Spezialisten aus Industrie und Forschung zu diskutieren. Keynote-Vorträge von Dr.-Ing. Ralph Sundermeier, Volkswagen AG, und Prof. Peter Wriggers, Universität Hannover.

Call for Papers und Ankündigung:NAFEMS deutschsprachige Konferenz 2012Berechnung und Simulation – Anwendungen, Entwicklun-gen, Trends8. - 9. Mai 2012, Bamberg, Deutschlandwww.nafems.org/dach2012

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14 Im Fokus Mechatronik

Die Integration der unterschiedlichen Vorgehensweisen, Werkzeuge und auch Vorstellungen der beteiligten

Akteure stellt heutzutage eine zentra-le Herausforderung für die Produktent-wicklung dar. Darüber hinaus besteht ein wachsender Bedarf, auch die techni-schen und interaktiven Zusammenhän-ge von produktübergreifenden Intelli-

genzen und Funktionalitäten (Produkt zu Nutzer, Produkt zu Produkt, Produkt zu Umwelt) während der Entwicklung zu beschreiben, zu erproben und ab-zusichern. Bild 1 stellt den Zusammen-hang zwischen den – nur sehr bedingt mit durchgängig modellbasierten Lösun-gen unterstützten – frühen Systement-wurfs- und -absicherungsphasen und

den späteren Ausgestaltungsphasen der Produktgewerke (Bauteile, Softwaremo-dule, Elektronikmodule usw.) dar. Für die späteren Ausgestaltungsphasen existiert bereits eine starke Unterstützung durch CAx-Werkzeuge.

Künftige Lösungen der virtuellen Pro-duktentstehung müssen stärker auf die frühen Phasen der disziplinenüber-greifenden Systementwicklung fokus-sieren. Dieser Artikel stellt innovative Forschungsansätze für das Systems En-gineering vor. Ziel der Ansätze ist es, die Entwicklung informationstechnisch und methodisch robuster zu gestalten, um ih-ren Einsatz auch in Industrien mit schnell aufeinanderfolgenden Entwicklungszyk-len zu ermöglichen.

Grundlagen des Systems EngineeringSystems Engineering ist ein interdiszip-linärer Ansatz, der existierende und eta-blierte Vorgehensweisen aus den un-terschiedlichen Fachdisziplinen ergänzt und integriert. Der Systems-Engineering-Ansatz stellt Tools bereit, mit deren Hilfe Daten aus unterschiedlichen Werkzeu-gen verknüpft werden können. Er sieht

M O D E L L B A S i E r T E S S y S T E M S E N G i N E E r i N G

Durchgängige Entwicklung mit erlebbaren PrototypenV O N G R I S C H A B E I E R , U W E R O T H E N B U R G , R O B E R T W O L L , R A I N E R S T A R K

Moderne Produktentwicklungsphilosophien sollten den gesamten Lebenszyklus eines Produkts sowie alle

daran beteiligten Prozesse und Akteure berücksichtigen. Um dies zu ermöglichen, müssen Experten unter-

schiedlicher Fachdisziplinen wie Konstrukteure, Elektrotechniker, informatiker und Produktionstechniker ih-

re Anforderungen an das Produkt formulieren, in dessen Entwicklung eingebunden werden und sich dabei

abstimmen. Die bekannten Vorgehensmodelle VDi 2221 und V-Modell bieten dafür in vielen Branchen eine

gute Orientierung, lassen aber den direkten Zuschnitt auf die Entwicklungsaktivitäten mit digitalen Produkt-

und Produktionssystemmodellen vermissen.

Bild 1: Erweiterter Systems-Engineering-Prozess.

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15Im Fokus

verfolgbarkeit (Traceability) ist eine gute und vergleichsweise schlanke Vorge-hensweise, um isolierte Entwicklungs-modelle und -werkzeuge verknüpfen zu können. Abhängigkeiten zwischen den entwickelten Modellen (zum Beispiel An-forderungen, Funktionen, Produktstruk-turen), die bisher nur implizit durch das Wissen der Entwickler repräsentiert sind, werden dabei mit Hilfe von Verknüpfun-gen explizit abgebildet (siehe Bild 2).

Mechatronik

Beschreibungssprachen vor, die die diszi-plinenübergreifende Verständigung über die zentralen Artefakte eines Produkts er-möglicht – wie etwa die Anforderungen, die es erfüllen muss, die Funktionen, die es bereitstellen muss, und die Kompo-nenten, aus denen es besteht.

Systems Engineering ist ein umfassen-der, strukturierter und iterativer Prob-lemlösungsprozess, der aufgrund dieser Charakteristika für die Entwicklung me-chatronischer Produkte gut geeignet ist. Im Gegensatz zu den in der Mechatronik etablierten Vorgehensmodellen fokus-siert Systems Engineering nicht nur auf das Produkt, sondern betrachtet das ge-samte System. Moderne Systems-Engi-neering-Ansätze berücksichtigen zudem die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit: Wirtschaftlichkeit, Ökologie und soziale Verträglichkeit.

Methodische Unterstützung des Systems EngineeringIm Folgenden werden aktuelle Lösun-gen aus der Forschung vorgestellt, die sowohl darauf abzielen, die methodische Anwendbarkeit des Systems Engineering als auch dessen Simulations- und Analy-sekompetenz zu verbessern.

Die Sicht des Systems Engineering auf das Produkt als System erlaubt eine nach-haltigkeitsorientierte Produktgestaltung. Häufig ist eine Produktoptimierung im Hinblick auf eine einzelne Lebensphase, etwa die Produktion, für andere Lebens-phasen nicht optimal. Daher müssen die Anforderungen, die sich aus den unter-schiedlichen Betrachtungsweisen erge-ben, nicht isoliert betrachtet, sondern in Einklang gebracht werden.

Zu diesem Zweck hat das Fraunhofer IPK zusammen mit der TU Berlin eine me-thodische Vorgehensweise entwickelt, wie ein Produkt, bezogen auf seinen ge-samten Lebenszyklus, möglichst nach-haltig gestaltet werden kann. Dabei spielt die enge Zusammenarbeit zwischen Pro-duktentwicklern, Produktionsplanern und Experten des Life Cycle Assessment (LCA) eine wichtige Rolle. Ein einzelner Produktentwickler kann nur schwer be-urteilen, wie sich ein Produkt in seinen unterschiedlichen Lebensphasen unter dem sozialen, wirtschaftlichen und öko-logischen Aspekt verhält. Wie die Ferti-gung einzelner Komponenten abläuft, ist häufig nur dem entsprechenden Produk-tionsverantwortlichen bekannt. Welche

Kennzahlen dabei für eine Nachhaltig-keitsbewertung erfasst werden müssen, kann nur ein LCA-Experte umfassend be-urteilen.

Um die entwickelte Vorgehensweise zu unterstützen, wurde die werkzeug-gestützte Methode House of Sustain-ability entwickelt. Ein Team, bestehend aus einem Produktentwickler, einem Produktionsplaner und einem LCA-Ex-perten, erarbeitet dabei gemeinsam ein Modell, das die Zusammenhänge zwi-schen Produktcharakteristika und vor-definierten Indikatoren für die Nachhal-tigkeitsbewertung beschreibt. Dieses Wechselwirkungsmodell ermöglicht die automatische Bewertung von Gestal-tungsalternativen eines Produkts im Hin-blick auf ihre soziale, ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit. Die Bewer-tungsergebnisse werden anschließend mit Hilfe des Visualisierungswerkzeugs Sustainability Dashboard grafisch aufbe-reitet, um die Auswahl der Gestaltungsal-ternativen zu unterstützen.

Bei der beispielhaften Evaluierung der Methode wurde deutlich, dass eine nach-haltigkeitsorientierte Produktgestaltung ein ausreichendes Wissen über alle der Entwicklung nachgelagerten Lebens-phasen des Produkts voraussetzt. Da die-ses Prozesswissen derzeit häufig nicht ausreichend dokumentiert ist, ist eine enge Zusammenarbeit unterschiedlicher Experten angezeigt.

Kernbestandteil des Systems Engi-neering ist neben der horizontalen auch die vertikale Lebenszyklusbetrachtung, wobei eine Durchgängigkeit zwischen unterschiedlichen Datenartefakten der Produktentwicklung angestrebt wird. Die Methode der durchgängigen Nach-

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Bild 2: Abhängigkeiten zwischen den Datenartefakten der Produktentwicklung.

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16 Im Fokus Mechatronik

Entwicklungsbegleitende Bewer-tung der Produkt-AbhängigkeitenDer vom Fraunhofer IPK entwickelte Pro-totyp ModelTracer zielt auf die entwick-lungsbegleitende Modellierung und Aus-wertung der Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen Artefakten der System-entwicklung. Eine große Herausforderung liegt dabei in der effizienten Modellierung der Abhängigkeiten. Daher stellt der Mo-delTracer einen Wizard zur Steigerung der Effizienz bei der Identifikation der Abhän-gigkeiten bereit, mit dessen Hilfe es ge-lingt, den dafür notwendigen Aufwand um bis zu 80 Prozent zu reduzieren.

Die Vorteile der entwickelten Methode offenbaren sich insbesondere in Bezug auf das domänenübergreifende Änderungs-management: Änderungen werden nach-verfolgbar und somit Eingriffe in Entwick-lungsbereiche anderer Entwickler leichter identifizierbar. Darüber hinaus können verschiedene Änderungsvarianten im Hin-blick auf den dadurch entstehenden Auf-wand frühzeitig bewertet werden, was der Entscheidungsunterstützung dient.

Um die Potenziale des Ansatzes mög-lichst effizient zu nutzen, setzt der Mo-delTracer das Visualisierungswerkzeug Ariadne’s Eye ein (siehe Bild 3), um die gespeicherten Informationen möglichst gewinnbringend auszuwerten und sys-temübergreifende Sichten kontextsensi-tiv bereitzustellen.

Zusätzlich bietet der ModelTracer für die Anwendung im Unternehmen zahl-reiche Möglichkeiten der Prozessunter-stützung. Auf Basis der Verknüpfungsin-

formationen ist es möglich, automatisch FMEA-Formblätter zu erstellen, Status-Informationen werkzeugübergreifend zu aggregieren sowie Change Requests an-zustoßen. Darüber hinaus kann die Zulie-ferer-Integration bedeutend vereinfacht werden, indem mithilfe der Verknüpfun-gen relevante Teilmodelle identifiziert und ausschließlich diese in Spezifikatio-nen weitergegeben werden. Geistiges Ei-gentum bleibt somit geschützt, während sich der Aufwand für das Erstellen von Spezifikationen minimiert und Zulieferern deren Analyse erheblich erleichtert wird.

Neue Simulations- und Analysekompetenz für das Systems EngineeringIn der industriellen Anwendung besteht ein sehr hoher Bedarf an Methoden zur frühzeitigen funktionalen Integration vir-tueller mechatronischer Produkte, deren Verhalten sich durch die Kombination und Wechselwirkung des Verhaltens der Teilsysteme definiert. Die Erweiterung des Digital Mockup (DMU) um funktio-nale Aspekte sowie die Unterstützung der Zusammenarbeit der Disziplinen Me-chanik, Elektronik und Software-Entwick-lung ist daher zwingend notwendig.

Am Fraunhofer IPK entwickelte Tech-nologien des Smart Hybrid Prototyping zielen darauf ab, eine effiziente bedarfs- und aufgabenorientierte Lösung zur Evaluation mechatronischer Produkte verfügbar zu machen. Smart Hybrid Pro-totyping stellt somit eine innovative Form des Entwickelns entlang des Produktent-

wicklungsprozesses von der Idee bis zur Freigabe von mechanischen und mecha-tronischen Systemen dar, bei der die je-weils digital verfügbaren Partialmodelle zweckmäßig – im Sinne von Korrektheit, funktionaler Verhältnismäßigkeit und Kostenaufwand – mit Labor-Hardware physikalisch adäquat kombiniert wer-den. Ziel ist es, die spätere Produktfunk-tion für Entwickler und Kunden gleicher-maßen erlebbar in Echtzeit abzubilden.

Der Begriff „Smart“ kann sowohl auf die Prototypen selbst als auch auf den Proto-typing-Prozess bezogen werden. Smar-te funktionale virtuelle Prototypen lassen sich nicht nur in ihrer Geometrie, sondern auch in Eigenschaften wie Funktionalität, Bedienbarkeit, Verhalten und Ästhetik an

Bild 3: Traceability-Visualisierungs-

werkzeug Ariadne’s Eye.

Am geschäftsfeld Virtuelle Produktentstehung des Fraunhofer IPK……entwickeln Fachleute zukunftsori-entierte Technologien und Methoden für die Produktentstehung und passen diese für die Kunden bedarfsgerecht an. Ziel ist es, bei effektiver und effizienter Entwicklung die Qualität und den Innovationsgrad industrieller Produkte zu steigern, um damit deren Erfolgspotenzial zu erhöhen. Hierzu unterstützt das Geschäftsfeld die durchgängige Digitalisierung des Produktentstehungsprozesses. Zudem stellen die Ingenieure Anforderungen an die Nachhaltigkeit von Produkten und Prozessen ebenso in den Fokus der virtuellen Produktentstehung wie IT-Lösungen für die Planung und Unterstützung von Wartungs- und Reparaturarbeiten. In diesem Kontext entwickeln die Mitarbeiter organisa-torische, informationstechnische und methodische Engineering-Lösungen.Für die Projektbearbeitung verfügt das Geschäftsfeld Virtuelle Produkt-entstehung über marktgängige CAx-, PDM/PLM- und Simulationswerkzeuge sowie moderne Virtual-Reality-Ein-richtungen, 3D-Scanner und Rapid-Prototyping-Möglichkeiten.Mehr unter: www.ipk.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/virtuelle-produktent-stehung

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17Im FokusMechatronik

das künftige Produkt annähern. Diese Pro-totypen können flexibel aus bereits be-stehenden physischen wie auch aus vir-tuellen Komponenten zusammengesetzt werden. Die Smart-Hybrid-Prototyping-Technologie kombiniert unter anderem Methoden aus den Bereichen CAD, DMU, Multiphysik- und Mechatronik-Simulati-on, haptische Interaktion sowie Mixed Re-ality und erweitert diese um Techniken, die das realistische Erleben von nichtvisu-ellen Produkteigenschaften ermöglichen. Hierzu dienen mechatronische Systeme als Brücke zwischen physischer Realität und digitaler Virtualität. Sie ermöglichen das Erfahren von schwer oder gar nicht vi-sualisierbaren Produkteigenschaften wie Gewicht, Trägheit, Dämpfung sowie hap-tischer Produkteigenschaften.

Zusammenfassung und AusblickDie vorgestellten Lösungen aus der For-schung sind ein erster Schritt hin zu ei-ner erleichterten Anwendbarkeit des Sys-tems-Engineering-Ansatzes. Im Speziellen werden dadurch methodische Kernanfor-derungen erfüllt: die Orientierung auf die Nachhaltigkeit des zu entwickelnden Pro-dukts sowie eine durchgängige Nachver-folgbarkeit zwischen den vormals isolier-ten Artefakten der Produktentwicklung. Insgesamt besteht der Anspruch darin, die traditionell gewachsenen Differenzen zwi-schen den Disziplinen durch eine integrie-rende Entwicklungsumgebung zu verrin-gern. Im Hinblick auf die Simulations- und Testaktivitäten wurde eine Lösung vorge-stellt, die erlebbare hybride Prototypen in die Entwicklung einbettet.

Allen beschriebenen Ansätzen ist ge-meinsam, dass sie das modellbasierte Systems Engineering besonders in den wenig elaborierten frühen Phasen unter-stützen. Künftige Forschungsschwer-punkte des Fraunhofer IPK liegen auf der intuitiven Interaktion und Erlebbarkeit zwischen Entwickler und Produkt, der verbesserten Integration von Entwick-lungsdaten und -prozessen über den ge-samten Lebenszyklus hinweg sowie auf der funktionalen Absicherung komplexer mechatronischer Produkte in den frühen Phasen ihrer Entwicklung. to

Die Autoren arbeiten unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark im Geschäftsfeld Virtuelle Produktentstehung des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Kon-struktionstechnik (IPK) in Berlin.

Bild 4: Smart Hybrid Prototyping zur visuellen und haptischen Nachempfindung des Schließ-verhaltens einer Heckklappe. Bilder: Fraunhofer IPK

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18 Im Fokus Mechatronik

Automatisierte Produktionsanlagen müssen auch bei wechselnden Randbedingungen optimal betrie-

ben werden können. Dazu sollten eine Vielzahl von Informationen erfasst und im Automatisierungssystem berücksich-tigt werden, zum Beispiel bei Produkten mit unterschiedlichen Eigenschaften bei kleinen Losgrößen, wechselnde Qualitä-ten der Rohmaterialien usw. Die früher getrennten Regelungs- und Steuerungs-aufgaben sind aus diesem Grund immer weiter zu vernetzen.

Ein Beispiel ist die Auftragsfertigung mit modernen Interlocking-Verfahren und Wiedereinspeisung zur Qualitäts-steigerung mit Einzelstückgutverfolgung durch die gesamte Fertigung. Dafür müs-

sen Steuerungen mit in der Produktion eingesetzten PCs und Datenbanksyste-men vernetzt werden und zuverlässig kommunizieren. Je mehr zusätzliche As-pekte dabei einbezogen werden – wie etwa Bearbeitungszustand, Testergeb-nisse und Durchlaufzeit – desto dichter kann die Produktionsanlage am Opti-mum „gefahren“ werden. Die Architektur der Automatisierungstechnik wird so im-mer komplexer. Der Entwurfsprozess die-ser Anlagen wird deshalb aufwändiger und schwerer zu beherrschen.

Entwurfsmethoden für Automatisie-rungssysteme fokussieren derzeit auf zentrale Strukturen. Es existieren seit über zehn Jahren Ansätze wie die IEC61499, für die jetzt industriell einsetzbare Werk-

zeuge verfügbar sind. Es fehlt aber ein ganzheitlicher Ansatz für den systematischen Entwurf verteilter Automatisierungssysteme. Im For-schungsprojekt FAVA wird eine sol-che Methode entwickelt.

Die AufgabenstellungZur optimalen Steuerung und Re-gelung technischer Prozesse müs-sen Informationen von verschiede-nen, oft räumlich weit auseinander liegenden, aber doch funktional zusammengehörigen Informations-quellen (Sensoren, Bedieneingriffen usw.) verknüpft, gemeinsam verar-beitet und dann an verschiedene In-

formationsempfänger (Aktoren, Schnitt-stellen zum Bediener usw.) übermittelt werden. Die dafür erforderlichen verteil-ten Automatisierungssysteme werden aus verschiedenen Komponenten zusam-mengesetzt, die jeweils aus Hard- und Software bestehen und hinsichtlich ih-rer Funktionen anpassbar sind. Zu diesen Komponenten zählen nicht nur speicher-programmierbare Steuerungen (SPS), konfigurierbare Sicherheitsrelais und pa-rametrierbare Buskoppler, sondern ver-mehrt auch so genannte „intelligente“ Sensoren und „intelligente“ Antriebe mit eigener Datenverarbeitungsfähigkeit.

Häufig werden für bestimmte auto-matisierungstechnische Teilaufgaben bestimmte Technologien und Kompo-nenten festlegt, zum Beispiel ein Kom-munikationssystem (beispielsweise den Feldbus Profinet) oder bestimmte Senso-ren und Aktoren. Erfahrungen aus vergan-genen Projekten spielen eine große Rolle bei Entscheidungen. Es werden in neuen Projekten Produkte bestimmter Herstel-ler, bekannte Technologien oder andere, durchaus auch nichttechnische Vorga-ben umgesetzt. Der Lösungsraum wird aufgrund dieser Vorgaben beschränkt, so dass man zu einer handhabbaren Menge von alternativen Lösungen kommt, aus der eine auswählt werden muss. Diese Lö-sung kann die Beste sein – möglicherwei-se gibt es aber andere, bessere Lösungen, die nicht in Betracht gezogen wurden.

G A N Z H E i T L i C H E S D E S i G N K O M P L E X E r V E r T E i LT E r A U T O M A T i S i E r U N G S S y S T E M E

Blaupause für ein EntwurfsmusterV O N T I M O F R A N K , D A N I E L S C H Ü T z , B I R G I T V O G E L - H E U S E R

im Forschungsprojekt FAVA (Funktionaler Anwendungsentwurf für verteilte Automatisierungssysteme) wird

derzeit an Beschreibungsmitteln, Methoden und Werkzeugen zur Unterstützung der Planung verteilter Au-

tomatisierungssysteme gearbeitet. An ein verteiltes Automatisierungssystem werden über ein zentrales Au-

tomatisierungssystem hinaus spezifische funktionale und nicht-funktionale Anforderungen gestellt, was sei-

ne Komponenten, deren Verhalten, die Funktionsverteilung der Gesamtanwendung auf die Komponenten

und die dazwischen stattfindende Kommunikation angeht. Die Planung und realisierung solcher Systeme

stellt immer noch eine große Herausforderung dar.

Im Forschungs-projekt FAVA wird derzeit an Beschrei-bungsmitteln, Methoden und Werkzeugen zur Unterstützung der Planung verteilter Automatisierungs-systeme gearbeitet.

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19Im FokusMechatronik

Systementscheidungen, die aufgrund von früheren Projekten getroffen wur-den, könnten für ein neues Projekt mit anderen Anforderungen nicht mehr op-timal sein. Ein reines Übernehmen wäre also ungünstig, genauso wie das Verhar-ren bei zunehmend suboptimaler wer-denden Lösungen (etwa PROFIBUS DP gegenüber Industrial-Ethernet-Lösun-gen). Es ist eine gezielte Unterstützung für den Planer von verteilter Automati-sierungstechnik nötig, um auch einen größeren Lösungsraum bei der Planung berücksichtigen zu können.

Das Konzept von FAVADas in FAVA entwickelte Konzept umfasst zu dieser Unterstützung drei Bestandteile:• einen Workflow, der für verteilte Sys-

teme entwickelt wurde und der auf dem verbreitet eingesetzten V-Modell basiert,

• eine Beschreibungssprache, mit der ver-teilte Systeme gezielt entwickelt wer-den können und

• Entwurfsmuster, die den Planer bei Sys-tementscheidungen und konkurrieren-den Anforderungen unterstützen.

Sollen spätere Lösungen die gestellten Anforderungen erfüllen, müssen diese zunächst eindeutig formuliert werden. Bei einer „Spezifikation der Anforderun-gen an ein Automatisierungssystem“ denkt man im Allgemeinen an die Spezi-fikation der Funktion, die das System aus-führen soll, also zum Beispiel „Regelung eines Füllstands“. Für die Spezifikation automatisierungstechnischer Funktionen gibt es eine Vielzahl von Beschreibungs-mitteln, zum Beispiel Statecharts, Petri-netze, Taktzeitdiagramme usw. Bei dieser Spezifikation der Funktion soll die Fest-legung auf eine Technologie oder auf bestimmte Komponenten der Realisie-rung zunächst vermieden werden. Da-bei gilt es, die anderen Anforderungen zu berücksichtigen, die sich nicht auf das „WAS“ der automatisierungstechnischen Funktion beziehen, sondern auf das „WIE“ ihrer Umsetzung und ihres späteren Ein-satzes. Diese so genannten nichtfunktio-nalen Anforderungen sind vielfältig und umfassen alles von der Sicherheit und Zuverlässigkeit bis hin zu Echtzeitanfor-derungen. Einen Eindruck davon gibt die VDI/VDE-Richtlinie 3694.

Im Projekt FAVA wurden Konzepte er-arbeitet, die unter Berücksichtigung spe-zifizierter nicht-funktionaler Anforderun-

gen Lösungsmöglichkeiten und deren prinzipielle Realisierung aufzeigen. Es wird auf technische nichtfunktionale An-forderungen fokussiert, nichttechnische (zum Beispiel kommerzielle) Anforderun-gen werden nicht einbezogen. Es werden insbesondere diejenigen funktionalen und nichtfunktionalen Anforderungen betrachtet, die mit Hilfe der Verteilung der Komponenten erfüllt werden bezie-hungsweise daraus resultieren.

Die Systemelemente „Komponente“, „Struktur“ und „Kommunikationssystem“ werden dafür durch Merkmale beschrie-ben, aus denen die Eigenschaften des verteilten Automatisierungssystems ab-zuleiten sind. Zum einen ergab sich da-raus die Frage, welche Merkmale dafür sowohl geeignet als auch relevant sind. Zum anderen musste eine Möglichkeit gefunden werden, mit der die Planer die nichtfunktionalen Anforderungen (in Er-gänzung zu den funktionalen Anforde-rungen) formulieren können.

Hierfür wurden ein Beschreibungsmit-tel und ein Vorgehensmodell erarbeitet, die einen Zusammenhang zwischen den spezifizierten Anforderungen und den prinzipiellen Lösungen herstellen. Die Lösungen werden dem Planer in Form von automatisierungstechnischen „Ent-wurfsmustern“ zur Verfügung gestellt. Mit dem Begriff „Entwurfsmuster“ (engl. design pattern) werden in der Software-Technik prinzipielle Lösungen für Ent-wurfsprobleme bezeichnet. Ein Entwurfs-muster unterstützt etwa die Auswahl des geeigneten Kommunikationssystems auf Grundlage der Echtzeitanforderungen.

Der im Projekt entwickelte Ansatz wird an einer großen Probandenzahl evalu-iert. Es wird erwartet, dass dieser Ansatz den Entwurfsprozess von verteilten Au-tomatisierungssystemen deutlich unter-stützt und verbessert.

AusblickDie erarbeitete Methode wird als Funkti-onsmuster in einem Software-Werkzeug implementiert und auf dieser Basis durch Anwender evaluiert werden. Das Projekt FAVA fokussiert auf die Besonderheiten verteilter Automatisierungssysteme, da nichtfunktionale Anforderungen in ver-teilten Systemen von besonderer Bedeu-tung sind. Sind diese Kategorien von An-forderungen identifiziert, kann zunächst exemplarisch erarbeitet werden, welche Merkmale Komponenten und Kommuni-kation in einem verteilten System haben müssen, um diesen Anforderungen zu entsprechen. Diese Erkenntnisse sollen dann verallgemeinert werden, um zu Mustern zu gelangen, die möglichst uni-versell, das heißt nicht nur auf ein Teilan-wendungsgebiet der Automatisierungs-technik beschränkt, eingesetzt werden können. to

Timo Frank und Daniel Schütz arbeiten als wissenschaftliche Mitarbeiter am Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssyste-me (AIS) der TU München von Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser.

FAVA-Projekt (funktionaler Anwendungsentwurf für verteilte Automatisierungssysteme) der TU München. Bilder: TU München

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20 Im Fokus Mechatronik

Im globalen Wettbewerb kann nur be-stehen, wer Spitzenprodukte zu wett-bewerbsfähigen Preisen rasch in den

Markt bringt. Ferner kommt es darauf an, sich auf sich ändernde Einflüsse ein-zurichten, beispielsweise neue Ferti-gungstechnologien, Schwankungen in den Stückzahlen oder in der Varianten-zahl. Weiterhin erhöht die Durchdrin-gung der Produkte und Leistungserstel-lungsprozesse mit Informations- und Kommunikationstechnik die Komplexi-tät der Produktentstehung. Im Zuge der Produkt entstehung sind Abhängigkei-ten der Disziplinen Mechanik, Elektronik/Elektrik und Software sowie zwischen Produkt- und Produktionssystement-wicklung zu beachten. Heute finden die-se Abhängigkeiten nur unzureichend Berücksichtigung. Die Folge sind aufwän-dige Iterationsschleifen im Entwicklungs-prozess. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Ver-bundprojekt VireS – „Virtuelle Synchro-nisation von Produktentwicklung und Produktionssystementwicklung“ hat sich dieser Herausforderung gestellt.

In der dreijährigen Projektlaufzeit (2008 bis 2011) entstand in Zusammenar-beit von Hochschulinstituten, Beratungs-

unternehmen, Softwarehäusern und Industrieunternehmen ein Instrumenta-rium für die integrative Entwicklung des Produkts und des entsprechenden Pro-duktionssystems. Integrativ bedeutet, dass Produkt- und Produktionssystem im Wechselspiel entwickelt werden. Das In-strumentarium besteht aus Vorgehens-modellen, einer Beschreibungssprache

zur Spezifikation von Produkt und Pro-duktionssystem sowie Bewertungsme-thoden (Bild 1).

Im Rahmen der virtuellen Synchronisa-tion werden die Methoden in IT-Werkzeu-ge überführt und in eine IT-Architektur integriert. Das Instrumentarium befähigt die Entwicklerinnen und Entwickler, Pro-dukt und Produktionssystem bereits in

i N T E G r A T i V E K O N Z E P T i O N V O N P r O D U K T U N D P r O D U K T i O N S S y S T E M

Disziplinübergreifende, modellbasierte EntwicklungV O N R I N j E B R A N D I S

Die Entwicklung komplexer mechatronischer Produkte bedarf eines disziplinübergreifenden Arbeitens der

beteiligten Fachleute und einer frühzeitigen integration der Produktionssystementwicklung. Vor diesem

Hintergrund ist in der dreijährigen Projektlaufzeit des Verbundprojekts VireS ein instrumentarium für die in-

tegrative Entwicklung von Produkten und den zugehörigen Produktionssystemen entstanden. Dieses er-

möglicht eine disziplinübergreifende, modellbasierte Entwicklung und frühzeitige Analysen. So können be-

reits in der frühen Phase der Produktentstehung Aussagen zu Entwicklungs- und Herstellkosten sowie der

robustheit von Produkt und Produktionssystem getroffen werden.

Bild 1: Struktur des entwickelten Instrumentariums.

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21Im FokusMechatronik

frühen Phasen (Konzeption beziehungs-weise Vorentwicklung) integrativ zu ent-wickeln und damit verbundene Analysen durchzuführen. Bewertet werden hier-bei die Entwicklungs- und Herstellkosten sowie die Robustheit gegenüber Ände-rungen und nicht vorhersehbaren äuße-ren Einflüssen. Durch den Einsatz des In-strumentariums werden Unternehmen in die Lage versetzt, ihre Produkte robuster, schneller und kostengünstiger zu entwi-ckeln. Zeit- und kostenaufwändige Itera-tionsschleifen in späteren Entwicklungs-phasen werden vermieden, und die Zeit bis zum Produktionsanlauf wird signifi-kant verkürzt. Im Folgenden werden die Bestandteile des Instrumentariums vor-gestellt.

VorgehensmodelleDie frühzeitige disziplinübergreifende Entwicklung von Produkt und Produkti-onssystem erfordert Vorgehensmodelle, die das Arbeiten der beteiligten Fachleu-te koordinieren und den Einsatz von Ent-wicklungsmethoden und IT-Werkzeugen steuern. Auf Basis von branchen- und produktklassenspezifischen Vorgehens-modellen wurde ein Referenzprozess er-arbeitet. Dieser lässt sich nach Maßgabe einer konkreten Entwicklungsaufgabe spezifisch ausprägen. Um die Integration der im Projekt entwickelten Methoden und IT-Werkzeuge in die Entwicklungs-prozesse der Unternehmen zu unterstüt-zen, wurden parametrierbare Prozess-bausteine erstellt. Diese beschreiben den

Einsatz einzelner Me-thoden und lassen sich bedarfsgerecht zusam-menstellen. So können gezielt einzelne Metho-den und Werkzeuge so-wie das zugehörige Me-thodenwissen in einen unternehmensspezifi-schen Entwicklungspro-zess integriert werden.

Im Projekt VireS wur-den die Vorgehens-modelle durch den so genannten VireS-Brow-ser umgesetzt (Bild 2). Dieser wird branchen-, unternehmens- oder produktspezifisch kon-figuriert und stellt die zu durchlaufenden Ent-wicklungsschritte in ei-

nem Workflow dar. Der Entwickler „klickt“ sich somit durch die einzelnen Prozess-schritte. Jeder Prozessschritt wird in ei-ner einheitlichen und intuitiv bedienba-ren Benutzungsoberfläche dargestellt. Für den jeweiligen Prozessschritt sind die Eingangs- und Ausgangsinformationen sowie relevante Daten direkt verfügbar (zum Beispiel Methodenwissen oder Pro-jektdokumentationen).

Spezifikation von Produkt und ProduktionssystemDie integrative Konzeption von Produkt und Produktionssystem benötigt eine disziplinübergreifende Beschreibungs-sprache als Grundlage für die Kommuni-kation und Kooperation der beteiligten Entwickler. Die im Rahmen des Projekts VireS entwickelte Spezifikationstechnik CONSENS – „CONceptual design Specifi-cation technique for the ENgineering of complex Systems“ ist eine solche Beschrei-bungssprache. Das Sys-tem wird über mehrere untereinander vernetz-te Partialmodelle mo-delliert, die disziplin-übergreifend einzelne Aspekte von Produkt und Produktionssys-tem beschreiben. Bei-spiele sind Umfeld, Anforderungen, Funk-tionen, Gestalt oder Produktionsprozesse.

Hierdurch wird zum einen ein einheitli-ches Verständnis der beteiligten Fach-leute geschaffen, zum anderen enthal-ten die spezifizierten Modelle die für eine frühzeitige Analyse von Kosten und Ro-bustheit benötigten Informationen. Die Herausforderung besteht darin, die ein-zelnen Aspekte während der Konzipie-rung zueinander konsistent zu halten.

Auf Grundlage der Spezifikationstech-nik wurde daher ein Modellierungswerk-zeug prototypisch realisiert. Entstanden ist ein intuitiv zu bedienendes und ergo-nomisches Werkzeug, der Mechatronic Modeller (Bild 3). Dieser ist auf die Spezi-fikationstechnik CONSENS zugeschnitten und unterstützt die zugrunde liegende Vorgehensweise der Modellierung. Die einzelnen Partialmodelle werden über verschiedene Editoren modelliert und miteinander verknüpft. Durch den Ein-satz formaler Modelle ist der Mechatronic Modeller weit mehr als eine Zeichenhil-fe für graphische Repräsentationen von Ideen und Konzepten. Der Entwicklungs-ingenieur wird bei der Modellerstellung bestmöglich unterstützt, beispielsweise durch einen Modellierungsassistenten, automatische Konsistenzprüfungen oder die Nachverfolgung von Querverweisen. Dies ermöglicht eine Fokussierung auf die eigentliche Entwurfstätigkeit.

Bewertung von Kosten und robustheitDie mit der Spezifikationstechnik be-schriebenen Modelle enthalten die In-formationen für die anschließende ganz-heitliche Bewertung von Produkt und Produktionssystem. Entwickelt wurden Methoden für die frühzeitige Bewertung der Entwicklungs- und Herstellkosten sowie der Robustheit von Produkt und Produktionssystem. Zur wirksamen Un-

Bild 2: Der VireS-Browser zur Darstellung des Workflows in der Entwicklung.

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22 Im Fokus Mechatronik

terstützung der Entwickler und Planer wurden die Methoden in Software-Werk-zeuge überführt.

Die Methode zur Entwicklungskos-tenbewertung ermöglicht bereits früh-zeitig qualifizierte Aussagen zu den an-fallenden Entwicklungskosten. Mit Hilfe stochastischer Simulationen werden die Entwicklungskosten berechnet, wobei Unsicherheiten über Verteilungsfunktio-nen Berücksichtigung finden, beispiels-weise einer Dreiecksverteilung. Die Me-thode wurde als Software-Tool umgesetzt und in die IT-Architektur implementiert. Hierdurch stehen die Informationen aus dem projektspezifischen Entwicklungs-prozess für die Berechnung zur Verfü-gung. Der Benutzer kann über den VireS-Browser den einzelnen Prozessschritten die erwarteten Kosten beziehungsweise Ressourcenverbräuche direkt zuweisen. Unsicherheiten lassen sich hierbei durch

die Angabe von Intervallen beschreiben. Die Berechnung erfolgt direkt im VireS-Browser.

Auf Basis der Konzeption von Produkt und Produktionssystem ermöglicht die Methode zur Herstellkostenbewertung valide Aussagen für den Vergleich von alternativen Produktionssystemkonzep-ten und unterstützt eine frühzeitige An-gebotserstellung (Bild 4). Die Auswir-kungen von Stückzahländerungen oder zusätzlichen Varianten können abge-schätzt und Aussagen getroffen werden, wie sich die Herstellkosten im Zuge einer Stückzahlerhöhung oder -senkung ver-halten. Weiterhin lassen sich Wahrschein-lichkeitsbereiche angeben, mit denen die Herstellkosten unterhalb eines defi-nierten Grenzwerts liegen. Zum Beispiel, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent die Herstellkosten kleiner als 1.200 Euro sind.

Berechnet werden die Herstellkosten über den Kapazitätsbedarf der Produk-tion und das Kapazitätsangebot der Ma-schinen in Abhängigkeit von Stück- und Variantenzahl. Die Methode wurde soft-waretechnisch durch das Simulationstool F-One umgesetzt. Dieses ermöglicht die Simulation der Herstellkosten mittels sto-chastischer Simulationen. Dabei werden Unsicherheiten wie etwa schwankende Maschinenverfügbarkeiten über Vertei-lungen berücksichtigt. Genutzt wird das Simulationstool zentral über den VireS-Browser. Weiterhin kann direkt auf die In-formationen der angebundenen Systeme zugegriffen werden. Das Simulationstool wurde auf diese Weise vollständig in die IT-Architektur integriert.

Die Bewertung der Robustheit des Pro-duktkonzepts ermöglicht die Minimie-rung künftiger Änderungsaufwände und der Auswirkung von Änderungen in kom-plexen Systemen. Die Entwicklungsinge-nieure werden bei der frühzeitigen Iden-tifikation kritischer Elemente unterstützt, die im Fall von Änderungen einen großen Einfluss auf das Gesamtsystem haben. Die Abhängigkeiten der Systembestandtei-le werden abgebildet und die kritischen Elemente farbig hervorgehoben (Bild 5). Hierdurch lassen sich frühzeitig Maßnah-men festlegen, um die Auswirkungen der Änderungen zu reduzieren. Umgesetzt wurde die Bewertungsmethode mit dem Softwarewerkzeug Loomeo. Schnittstellen zum Mechatronic Modeller ermöglichen die direkte Verwendung der erstellten Modelle des zu entwickelnden Produkts und somit eine automatisierte Bewertung der Robustheit des Produktkonzepts.

Weiterführende InformationenDie Projektergebnis-se werden in einem Fachbuch veröffent-licht: Produkte und Produktionssysteme integrativ konzipie-ren – Modellbildung und Analyse in der frühen Phase der Produktentstehung (Carl Hanser Verlag).

Weitere Informationen und Forschungsergebnisse sind über das Internet-Fachportal www.transmechatronic.de verfügbar.

Bild 3: Benutzungsoberfläche des Mechatronic Modeller für die integrative Konzeption von Produkt und Produktionssystem am Beispiel eines Elektrofahrrads (Pedelec). zu sehen ist die Modellierung des Systems in seinem Umfeld. Die Beziehungen zwischen den Elementen wer-den über Energie-, Stoff- und Informationsflüsse beschrieben. Bilder: Heinz Nixdorf Institut

Bild 4: Vergleich der zu erwartenden Her-

stellkosten alterna-tiver Produktions-

systemkonzepte. Die Herstellkosten

werden hierfür in Ab-hängigkeit von Vari-

anten- und Stückzahl berechnet.

Die virtuelle Synchronisation bezeichnet die Abstimmung der einzelnen Bestand-teile des Instrumentariums durch die Umsetzung der entwickelten Methoden in IT-Werkzeuge sowie die Integration der IT-Werkzeuge in eine moderne, auf serviceorientierten Architekturen (SOA) basierende IKT-Architektur. Für die In-tegration in eine moderne IT-Architek-tur wurde eine Referenz-IT-Systemland-schaft aufgesetzt, die die üblicherweise in der Produktentstehung eingesetzten Softwaretools enthält (etwa Microsoft Office, ERP usw.). Dies stellt sicher, dass sich das entwickelte Instrumentarium nahtlos in die gängige Unternehmens-IT integrieren lässt.

Anwendung in der PraxisDas Instrumentarium entstand im Zu-sammenhang mit der Durchführung von vier Produktinnovationen, die eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung und Anwendung des Instrumentari-ums gespielt haben. Die Erarbeitung innovativer Produktkonzepte bei vier Industriepartnern lieferte die Anforde-rungen, Einsatz- und Evaluationsmög-lichkeiten für das Instrumentarium. Bei den Unternehmen handelt es sich um mittelständische Zulieferer und größere Systemzulieferer der Automo-

bilindustrie sowie Maschinen- und Ge-rätehersteller.

Dieses Forschungs- und Entwicklungs-projekt wurde mit Mitteln des Bundesmi-nisteriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes „Forschung für die Produktion von mor-gen“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. to

Rinje Brandis ist Teamleiter in der Fachgruppe Produk-tentstehung am Heinz Nixdorf Institut der Universität Pader-born.

Beteiligte Partner des VireS-Projekts• Heinz Nixdorf Institut, Universität Pa-

derborn, Prof. Dr.-Ing. J. Gausemeier• wbk Institut für Produktionstechnik,

Karlsruher Institut für Technologie, Prof. Dr.-Ing. G. Lanza

• Lehrstuhl für Produktentwicklung, Technische Universität München, Prof. Dr.-Ing. U. Lindemann

• Behr GmbH & Co. KG• BizT@lk AG• itemis AG• Océ Printing Systems GmbH• Seuffer GmbH & Co. KG• UNITY AG• Wincor Nixdorf International GmbH

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Bild 5 : Identifikation kritischer Systembestandteile am Beispiel eines Elektrofahrrads (Pedelec). Mit der Software Loomeo werden die im Fall von Änderungen kritischen Systembestandteile identifiziert und visualisiert. Kritische Elemente werden rot, unkritische grün dargestellt.

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24 Im Fokus Mechatronik

Für die Merkmalserkennung bei einem Greifvorgang eines Handmodells wur-de an der Beuth Hochschule für Tech-

nik Berlin ein künstliches neuronales Netz entwickelt. Technisch realisiert hat man das Ganze mit LabVIEW für Single-Core- und Multi-Core-Prozessoren, sowie mit dem LabVIEW-FPGA-Modul für die NI-RIO-Plattform.

Dazu wurde ein Bildverarbeitungsal-gorithmus geschaffen, der zum „visuellen Erfassen“ der Greifszene genutzt werden kann – ein Verfahren, das als Bericht mit dem Titel „Gestengesteuerte LabVIEW-Be-dienung“ veröffentlicht wurde [2]. Im wei-teren Verlauf des Greifvorgangs werden die Signale der an dem Handmodell be-findlichen taktilen Sensoren mittels neu-ronaler Netzstrukturen mit LabVIEW aus-gewertet. In Bild 1 ist der schematische Zusammenhang der beteiligten Kompo-nenten dargestellt.

Das biologische VorbildWie funktioniert Greifen? Zuerst sorgt ein visuelles Erfassen der Szene für eine gro-be Vorpositionierung. Feinreguliert wird anschließend durch das vom Tastsinn er-fasste Kontaktkraftprofil. Diesen Vorgang bezeichnet man als reaktives Greifen. Die taktile Rückkopplung ermöglicht ein „zer-störungsfreies“ Greifen [4].

Der Informationsfluss vom Tastsinn (Sen-sor) zur Informationsverarbeitung im Ge-hirn wird durch Neuronen geleitet. Im Gehirn erfolgt die Merkmalserkennung mittels neuronaler Netzstrukturen.

Neuronale Netze bilden die Struktur und Informationsarchitektur von Gehirn und Nervensystem des Menschen. Die Neuronen sind in der Art eines Netzes mit-einander verknüpft. Im Gehirn werden die Informationen mit geringer Geschwindig-keit verarbeitet, aber mit einer hochgradig parallelen Struktur der Neuronen [3] [6].

Die „Schaltungstechnik“ von Neuronen kennt üblicherweise mehrere Eingangs- sowie eine Ausgangsverbindung. Wenn die Summe der Eingangsreize einen ge-wissen Schwellenwert überschreitet, „feu-ert“ das Neuron. Verbunden sind die Neu-ronen untereinander von den Synapsen zu den Dendriten. Die Entfernung vom Soma, an der die Synapsen an den Dend-riten ankoppeln, hat einen Einfluss auf das Summationsergebnis und wird als Bias bezeichnet.

Übertragen wurde die Funktionsweise eines natürlichen Neurons auf ein techni-sches Modell durch McCulloch und Pitts (1943). Ihr Modell basiert auf einfachen logischen und arithmetischen Operatio-nen [3].

Eine Struktur zur technischen Realisie-rung von neuronalen Netzen ist ein Feed-Forward-Netz. Dabei werden die Informa-tionen nacheinander von der Eingangs- bis zur Ausgangsschicht verarbeitet.

Wie beim biologischen Vorbild müssen auch technische neuronale Netze lernen. Dabei wird dem Netz eine Anzahl von Trai-ningsdaten übergeben, die sowohl die Eingangswerte als auch die entsprechend

N A C H B i L D U N G E i N E S G r E i F P r O Z E S S E S M i T E i N E M M E C H A N i S C H E N H A N D M O D E L L

Wie funktioniert greifen?V O N P R O F . D R . - I N G . A L F R E D R O ż E K U N D D I R K N A P A R T y

Die Hand gehört zu den wichtigsten Gliedmaßen des Menschen. Vor allem die Greif- und Haltefunktionen

werden im Alltag am häufigsten genutzt. im rahmen des aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds geförder-

ten Projekts Forschungsassistenz an der Beuth Hochschule für Technik Berlin wurden Lösungen erarbeitet,

um den Greifprozess mit einem mechanischen Handmodell nachbilden zu können.

Bild 1: Schematische Darstellung des Greifprozesses.Bilder: National Instruments

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25Im FokusMechatronik

erwarteten Ausgangswerte enthalten. Das Lernen wird dann durch Anpassen der Wichtungen (weights) und Bias-Werte der einzelnen Neuronen initiiert.

Sensoren, die den Fähigkeiten des menschlichen Tastsinns entsprechen, be-zeichnet man als taktile Sensoren (lat. tactilis = berührend). Um Oberflächen-strukturen von Gegenständen vollständig erfassen zu können, ist es erforderlich, das Kontaktkraftprofil zu ermitteln. Dafür hat sich eine Anordnung in Form einer regel-mäßigen Matrix als besonders geeignet erwiesen.

Für die Simulation eines taktilen Sen-sors wurde eine Vierer-Tasten-Matrix als Modell verwendet. Angesteuert und aus-gewertet wird das Tastenfeld durch einen Mikrocontroller (siehe Bild 2).

Nach der Eingabe über vier verschie-dene Tasten erfolgt die Merkmalserken-nung durch ein trainiertes künstliches neuronales Netz mit LabVIEW im Rech-ner. Es sollen die Kombinationen „Reihe“, „Spalte“ und „Vierer-Block“ unterschieden werden.

Simulator „MemBrain“MemBrain ist ein leistungsstarker grafi-scher Neuronale-Netze-Editor und -Simu-lator. Mit diesem Simulator wurden die Wichtungsfaktoren und die Bias-Werte der einzelnen Neuronen durch das über-wachte Lernverfahren ermittelt. Für die ersten Versuche wurde ein Feed-Forward-Netz gewählt. Der Lernerfolg ist stark von den zufällig gewählten Anfangswerten abhängig. Der „Netzwerk-Fehler“ reprä-sentiert den Lernerfolg; wenn sich dieser Wert 0 nähert, ist der Lernvorgang erfolg-reich abgeschlossen [1].

realisierung in LabViEW 2010Für die Implementierung wurde mit Lab-VIEW eine Programmiersprache gewählt, die man sowohl für den PC-Einsatz als auch für einen Einsatz in digitaler Hard-ware, beispielsweise FPGA, nutzen kann.

Die oben beschriebene Struktur des neuronalen Netzes mit den 16 Eingängen (Eingangs-Array) wurde in LabVIEW über-tragen. Ebenso werden die Wichtungsfak-toren und die Bias-Werte eingelesen, die mit dem Simulator MemBrain ermittelt wurden (siehe Simulator „MemBrain“). Im mittleren Bereich kann man die verdeck-ten Neuronen erkennen. Die Ausgangs-neuronen befinden sich auf der rechten Seite (siehe Bild 3).

Die unterschiedlichen Farben reprä-sentieren unterschiedliche Datentypen. So stellt die orangene Farbe den Daten-typ DOUBLE (Gleitkommazahl nach IEEE 754) dar.

Die Sub-VIs „SUB-Neuron-Sigmoid_7-3.vi“ werden ablaufinvariant (reentrant) mit der Option „Kopie für jede Instanz vorbe-legen“ ausgeführt. Damit kann die Abar-beitung beschleunigt werden, da so der Code „quasi-parallel“ ausführbar ist.

realisierung in LabViEW FPGA 2010Ein Field Programmable Gate Array (FPGA) ist ein vom Anwender konfigurier-barer Hardware-Baustein, der die Funkti-onen parallel abarbeiten kann. Dadurch lassen sich die Strukturen des mensch-lichen Gehirns in diese Technik übertra-gen. Die Programmstruktur, die auf dem PC entwickelt wurde, kann für die Imple-mentierung in einen FPGA übernommen werden. Allerdings steht in dem Lab-VIEW-FPGA-Modul nur ein eingeschränk-ter Funktionsumfang zur Verfügung.

Bei der Übertragung des Block-Dia-gramm-Codes von LabVIEW zu LabVIEW FPGA sind folgende Hinweise zu beach-ten, um nur die benötigten Ressourcen des FPGAs zu nutzen [5]:

Es steht nur das Fixed-Point-Datenfor-mat zur Verfügung (Umwandlung von Double-Typ > Fixed-Point; nur mit der benötigten Genauigkeit: Weights ± 24,10 [24 Bit Datentyp mit 10 Bit Integeranteil]; Bias ± 16,6)

Die Sub-VIs „SUB-Neuron-Sigmoid.vi“ können nicht reentrant ausgeführt wer-den.

Benchmark-VergleichFür den Benchmark hat das neuronale Netz VI 100 000 Iterationen durchlaufen. Pro Benchmark wurden 100 Durchläufe gestartet. Es wurden jeweils ein Mittel-wert der Ausführungszeit und der maxi-male Jitter ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt:

System Ausführungszeit (ms) max. Jitter (ms)

Single-core Pc 0,0137593 0,001981

Multi-core Pc 0,0180073 0,000573

fPGA 0,0021408 0

Tabelle 1: Benchmark.

Mit der leistungsfähigen LabVIEW-Pro-grammierumgebung wurde eine neuro-nale Netzstruktur zur Merkmalserkennung implementiert. Der auf einem PC-System entworfene Programmcode konnte mit wenigen Änderungen auch auf einem FPGA ausgeführt werden. bw

Literaturhinweise

[1] Jetter, T. (2010): MemBrain Neuronale Netze Editor und Simulator; Version 03.08.00.00 vom 27. März 2011, http://www.membrain-nn.de/index.htm [30.06.2011]

[2] Rożek, A.; Kantharia, M.; Naparty, D. (2010): Ges-tengesteuerte LabVIEW Bedienung, in: Jamal, R.; Heinze, R. (Hrsg.): Virtuelle Instrumente in der Pra-xis 2010, VDE Verlag GmbH, S. 552-556

[3] Schöneburg, E.; Hansen, N.; Gawelcyk, A. (1990): Neuronale Netzwerke, Markt & Technik Verlag

[4] Weiß, K.(2006): Ein ortsauflösendes taktiles Sensor-system für Mehrfinger-Greifer, Logos Verlag

[5] Zwick, W. (2010): LabVIEW FPGA Under The Hood, in: Jamal, R.; Heinze, R. (Hrsg.): Virtuelle Instrumen-te in der Praxis 2010, VDE Verlag GmbH, S. 300-305

[6] Wikipedia : Neuronales Netz, http://de.wikipedia.org/wiki/Neuronale_Netze [30.06.2011]

Bild 2: Vierer-Tasten-Matrix mit Mikrocon-troller.

Bild 3: Neuronale Netzstruktur in LabVIEW.

Benchmark-Vergleich, mit folgen-den Systemen durchgeführt:Multi-Core: PC mit Windows 7 Professio-nal SP1 mit LabVIEW 2010SP1; Intel Core i7 CPU 920@2,67 GHz (max. 2,8 GHz)Single-Core: Windows Virtual PC mit XP SP3 mit LabVIEW 2010 SP1;Intel Core i7 CPU 920@2,67 GHz (max. 2,93 GHz)FPGA: NI-cRIO-9104 mit Virtex-II FPGA

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26 Hardware & Peripherie Publireportage: Webfähige Drucklösungen

Vermutlich ist man zu der Überzeu-gung gekommen, dass auch die beste Technologie manchmal Un-

terbrechungen bei den normalen Ar-beitsprozessen verursacht. Einige dieser Unterbrechungen können die zentralen Kreativphasen von Projekten beeinträch-tigen, wenn die Kommunikation kritisch ist und die sofortige Verfügbarkeit der aktuellen Pläne den Unterschied zwi-schen Projektfortschritt und Däumchen drehen ausmacht. Viele dieser Probleme können gelöst werden, wenn die Soft-ware HP ePrint & Share und webfähige Drucker zum Einsatz kommen wie der HP Designjet T2300 eMFP. Damit lassen sich Arbeitsunterbrechungen verhindern und

der Workflow reibungsloser und effizien-ter gestalten, ohne dass die Mitarbeiter ihre Arbeitsweise umstellen müssen.

Was haben Architekten, Konstrukteure und Bauunternehmen gemeinsam?1. Arbeit mit Papierplänen2. Oft Arbeit fern von der Zentrale3. Senden und Empfangen von Ände-

rungen an Plänen und Blaupausen ist schwierig und langwierig

4. Digitalisierung von Papierplänen ist kompliziert und zeitaufwendig

5. Drucker, die vor Ort Dokumente im Format A0 ausgeben können, sind nur selten verfügbar

6. Das Anschließen der Kabel und das Installieren der Treiber für die Verbin-dung zum Drucker kostet Zeit

7. Das Abrufen neuer Pläne oder das Genehmigen von Änderungen in der Zentrale oder vor Ort kann zu Projekt-verzögerungen führen

8. Es ist schwierig sicherzustellen, dass alle Betroffenen die aktuellen Pläne gesehen haben

9. Das Erzeugen einer PDF-Datei eines großen Plans ist zeitraubend

10. Arbeiten unter ständigem Zeitdruck, um Termine einzuhalten

Wenn nur einige der genannten Punkte zutreffen, lässt sich der Workflow opti-mieren und neue Arbeitsweisen können eingeführt werden, die die herkömmli-chen Prozesse nicht verändern, sondern beschleunigen. Es ist einfacher und preis-werter, als es scheint (1) und es ergeben sich viele neue Möglichkeiten, wovon alle an dem Projekt Beteiligten profitie-ren können.

Ü B E r A L L Z U G r i F F A U F P L Ä N E F Ü r A r C H i T E K T E N , K O N S T r U K T E U r E . . .

Einfacherer Workflow mit kinderleichten FunktionenSind Sie ein vielbeschäftigter Architekt, Konstrukteur oder Projektleiter eines Bauunternehmens, bei dem

der reibungslose Betriebsablauf und die Kommunikation von der technischen infrastruktur abhängen? Und

wie reibungslos funktioniert diese infrastruktur?

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27Hardware & PeripheriePublireportage: Webfähige Drucklösungen

Stellt man sich vor...Papierskizzen, Entwürfe, Pläne und Blau-pausen sind ganz einfach in Digitalda-teien inklusive PDF- oder TIF-Dateien umwandelbar; es ist sogar eine Umwand-lung in vektorisierte AutoCAD-PLT-Datei-en möglich. Nach dem Digitalisieren kön-nen diese Dateien in Minutenschnelle mit wenigen Mausklicks anderen Benut-zern zugänglich gemacht werden.

Zusätzlich zum schnellen Großformat-Scannen ist das Kopieren von Plänen möglich, wodurch die aktuellsten Ent-würfe für die Weiterentwicklung oder für die Arbeit im Büro beziehungsweise vor Ort zur Verfügung stehen. Die Mög-lichkeit des Scannens und Weitergebens von Plänen verleiht dem Prozess Effizienz und Einfachheit für alle Beteiligten.

Übersichtliche, aktuelle Dateien errei-chen die Entscheidungsträger überall und ermöglichen schnellere Reaktionen und weniger Verzögerungen vor Ort. Da-teien können in einer „Cloud“-Bibliothek gespeichert werden, und im Gegensatz zur Verbreitung per FTP ist es auch nach-vollziehbar, ob die Personen, die die neu-en Dateien zur Kenntnis nehmen sollen, dies getan haben.

Wie oft werden externe Standorte be-sucht oder Besucher kommen mit einem Plan auf dem Notebook? Das theoretisch einfache Anschließen des Notebooks an den Drucker für die Ausgabe kann sehr aufwendig und schwierig werden, je-doch gestaltet sich dieses mit der neu-en HP Technologie relativ einfach. Über ein Standard-USB-Kabel lassen sich die Notebooks direkt an den treiberlosen Drucker anschließen oder es können Da-teien direkt von einem USB-Stick geladen werden, was Kabel komplett überflüssig macht.

Professionell und einfach zu handhabenEs gibt zwar viele Lösungen für den ge-meinsamen Dateizugriff, aber es kann schwer bis unmöglich sein, festzustel-len, ob die Betreffenden die Dateien zur Kenntnis genommen haben oder auch nur von ihnen wissen.

Beim Hochladen auf einen FTPServer ist etwa eine unabhängige Bestätigung erforderlich, dass die Daten empfangen und gelesen wurden. Ein System, das si-cherstellt, dass eine neue Datei abgeru-fen und geöffnet wurde, bietet eine zu-sätzliche Sicherheit, dass alle Beteiligten

dieselbe Version benutzen. Architekten, Konstrukteure und Bauunternehmen ar-beiten an komplexen, unternehmenskri-tischen und hochgradig kostenintensi-ven Projekten mit engen Terminen, bei denen Verzögerungen nicht nur teuer sind, sondern Auswirkungen weit über das Einzelprojekt hinaus haben können. Funktionalität, Zuverlässigkeit und ein gutes Preis-/Leistungsverhältnis sind wichtige Faktoren bei der Auswahl neuer Hard- und Software.

Mit HP ePrint & Share und HP-Design-jet-Druckern verfügen Sie über eine In-frastruktur, die speziell für Ihre Anforde-rungen und mit einem Verständnis für Ihre Arbeitsweise entwickelt wurde – mit einem beispielhaften Support und ei-nem Ruf für hervorragendes technisches Know-how.

Architekten, Konstrukteure und Bauun-ternehmen haben also durch den Zugriff auf die Cloud eine zuverlässige, einfache Möglichkeit zum Scannen, Kopieren und Weitergeben von Entwürfen, Plänen und Blaupausen. Ihre Arbeit kann in gewohn-

ter Weise, aber unterbrechungsfreier, mobiler und besser integriert ausgeführt werden – unter Vermeidung von Verzö-gerungen und Problemen. Um jedoch HP ePrint & Share verwenden zu können, wird ein HP ePrint & Share-Benutzerkonto benötigt, um Inhalte in die genutzte Bibliothek hochzuladen. Auf diese Weise werden die Nutzer iden-tifiziert, und es ist gewährleistet, dass die Dokumente sicher gespeichert wer-den. Die Einrichtung eines Kontos kostet nichts und nimmt nur wenige Minuten in Anspruch. Sobald das Konto angelegt wurde, stehen 5 GByte Speicherplatz zur Verfügung, sodass Dokumente hochge-laden und für Teammitglieder freigege-ben werden können.

Ein weiterer Vorteil, der mit einem internetbasierten Drucker genutzt wer-den kann, besteht darin, dass jeder der registrierten Benutzer auf seine eigenen Dokumente über den Touchscreen des Druckers zugreifen kann. Weitere Infor- mationen finden Sie unter www.hp.com/go/eprintandshare. bw

Systemvoraussetzungen für die Anwendung von HP ePrint & ShareKomponente Voraussetzung

Computer-Hardware Eine einfache Hardware-Konfiguration, unter der Sie das Betriebssystem und Anwendungen (AutoCAD, MS Office) ausführen können, reicht aus. Zusätzli-che CPU-Leistung und zusätzlicher RAM sind nicht erforderlich.

Betriebssystem • Microsoft Windows XP (32-Bit) mit Service Pack 3 • Microsoft Windows Vista (32- oder 64-Bit*) mit

Service Pack 2 • Microsoft Windows 7 (32- oder 64-Bit*) mit den

aktuellen Windows-Updates

Microsoft .NET Framework .NET Framework 2.0 oder eine höhere Version muss vorhanden sein, bevor Sie HP ePrint & Share installie-ren.Während der Installation wird automatisch auf .NET Framework 3.5 mit Service Pack 1 aktualisiert.

Empfohlene Webbrowser • Microsoft Internet Explorer 7 oder 8 • Mozilla Firefox 3.6 oder höher • Google Chrome 5.x oder höher • Andere Browser sind möglicherweise kompatibel

AutoCAD und AutoCAD Architecture (sofern verwendet)

• AutoCAD 2007, 2008, 2009 mit Adobe PDF-Treiber • AutoCAD 2010, 2011, 2012 mit Adobe PDF-Treiber • AutoCAD 2010, 2011, 2012 mit AutoCAD DWGtoPDF

Adobe Acrobat (optional für AutoCAD 2010, 2011, 2012)

Adobe Acrobat 8.x oder höher

Microsoft Office (sofern verwendet)

• Microsoft Office 2007 oder 2010 **• Microsoft Office 2007 Add-In: Microsoft – Speichern

als PDF und Microsoft – Speichern als XPS (kostenlo-ser Download)

* Das Plug-in für das Kontextmenü in Windows Explorer funktioniert nur bei 32-Bit-Versionen von Windows.** Microsoft Outlook 2010 wird derzeit nicht unterstützt und das Microsoft-Excel-2010-Plug-in funktioniert

nur bei den 32-Bit-Versionen von Microsoft Office.

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28 Hardware & Peripherie Großformatdrucker

Zur Vorbereitung der Markteinführung der Océ PlotWave 900 hat die Océ-Deutschland GmbH internationale

Kundenstudien begleitet. „Der Customer Trial hat gezeigt, dass das neue System hervorragend angenommen wird“, sagt Thomas Haep, Geschäftsbereichsleiter Wide Format Printing Océ-Deutschland

GmbH. „Bis heute konnten wir sechs Océ PlotWave 900 verkaufen, vier davon sind bereits installiert und laufen zur vollsten Zufriedenheit der Kunden.“ Zu den Pilot-anwendern gehören Unternehmen des Baugewerbes sowie des Maschinen- und Anlagenbaus.

Die weltweit erste Océ PlotWave 900 ist bei Sebastian Wochner im Einsatz. Das Unternehmen mit Stammsitz in Dormet-tingen zählt zu den führenden deutschen Anbietern komplexer Bauleistungen. 300 Mitarbeiter produzieren an vier Standor-ten modernste Betonfertigteile, Bauwer-ke, Baustoffe für Haus und Garten sowie Outdoor-Möbel – für gewerbliche und industrielle Investoren, Bauträger, die öf-fentliche Hand und private Bauherren.

Die WOCHNER-Gruppe verfügt über ein eigenes Ingenieur- und Architektur-büro sowie eine eigene Bauleitung und

Projektsteuerung und legt Wert auf de-tailgetreue Planung. Das ideale Umfeld also für ein leistungsstarkes Großformat-system wie die Océ PlotWave 900: Bei WOCHNER kommt es auf Geschwindig-keit und Materialflexibilität ebenso an wie auf die Druckqualität. Hier kann die Océ PlotWave 900 als Sechsrollensystem mit neuem 600-dpi-Druckkopf und opti-miertem Interface besonders punkten.

Das System für den hochvolumigen Schwarzweißdruck technischer Doku-mentationen bis DIN A0 beziehungswei-se 36 Zoll ist ein wichtiger Baustein im Océ-Produktportfolio für den Großfor-matdruck. Thomas Haep: „Mit den neuen Funktionalitäten und Optimierungen der Océ PlotWave 900 können Druckdienst-leister nun auch problemlos höchste Auf-lagen produzieren, um die Marktanfor-derungen zu erfüllen und jeden Auftrag zuverlässig abzuwickeln.“

Herauszuhebende Features der Océ PlotWave 900 sind die verbesserte Druck-qualität mit neuem 600-dpi-Druckkopf und einstellbarer Belichtungsintensität sowie die höhere Benutzerfreundlichkeit mit Online-Interface, Signallampe, grö-ßeren Tonerflaschen und zweitem Off-line-Schalter.

Bei der Entwicklung der Océ PlotWave 900 konnte das Unternehmen von seiner langen Erfahrung im hoch-volumigen Druck profitie-ren. Das Drucksystem pro-duziert bis zu zehn Drucke im DIN-A0-Format pro Mi-nute, auch bei gemischten Druckläufen, sodass Druck-dienstleister selbst engs-te Termine einhalten kön-nen. Der kurze Papierweg

der Océ-Copy-Press-Technologie senkt den Wartungsaufwand und erhöht die Betriebsbereitschaft, da Papierstaus ent-fallen. Über sechs Papierrollen können Anwender auf Material unterschiedlicher Größe bei gleichbleibender Geschwin-digkeit drucken. Die automatische Rol-lenumschaltung ermöglicht dabei einen ununterbrochenen Druck. Mit der opti-onalen und voll integrierten Falteinheit lässt sich der Zeitaufwand durch eine op-timale Automatisierung weiter senken.

Das produktive System wurde für eine lange Lebensdauer mit einem Druckvo-lumen von vielen Millionen Metern ent-wickelt und eignet sich dadurch für den Einsatz in hochvolumigen Umfeldern. Auf Basis der Océ-Kerntechnologien ist es möglich, auf jeden Kundenwunsch fle-xibel reagieren zu können und somit die Investitionskosten variabel zu halten.

Die Océ PlotWave 900 wird von intelli-genten Druckmanagement-Anwendun-gen aus der Océ Repro Desk Suite unter-stützt, die einen reibungslosen und effizienten Ablauf vereinfachen. Über eine webbasierte Schnittstelle können Anwender Druckaufträge flexibel kon-trollieren. Komfortable Warnfunktionen und das Nachfüllen von Toner während der Produktion verhindern unnötige Un-terbrechungen. bw

O C é P L O T W A V E 9 0 0 L Ö S T O C é T D S 8 6 0 A B

Erfolgreicher nachfolgerBereits vor der offiziellen Vorstellung am 8. Februar 2012 im niederländischen Venlo wurde sie schon erfolg-

reich platziert: Die neue Océ PlotWave 900 setzt die Erfolgsgeschichte von Océ auf dem Markt des hochvolu-

migen Schwarzweißdrucks technischer Dokumentationen fort. Der Nachfolger der TDS860 zeichnet sich

durch viele neue Funktionalitäten, Optimierungen und eine gesteigerte ökonomische Flexibilität aus.

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er: O

cé

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Digital engineering-Marktplatz Markt

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KOMPAS-3DMaximilianstraße 11-15, 80539 München Tel.: +49-(0)89-216 82 35 www.ascon.net / contact@ascon.net

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Camtek GmbHCAD/CAM-SystemeWerkstraße 24 71384 Weinstadt Tel.: 071 51 / 97 92-02 E-Mail: info@Camtek.deInternet: www.Camtek.de

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30 vereinfachte Planung und ersatzteilhaltung bei Transporteurantrieben Antriebstechnik

Die elektrische Antriebstechnik ist eine der Schlüsseltechnologien, wenn es darum geht, den Energie-

verbrauch deutlich zu senken. Ihre Mo-torkonzepte – seien es Standard-, Ge-triebe-, Hocheffizienz- oder heute auch in vielen Fällen Permanentmagnetmoto-ren (PM-Motoren) – tragen dazu bei, die-ses Ziel zu erreichen. Ebenso unterstützt die moderne Drehzahlregelung mit Fre-quenzumrichtern die Bemühungen, die Wirtschaftlichkeit weiter zu optimieren und die Kosten für Energie in den Anla-gen zu senken.

Dies hat zur Folge, dass sich auf dem Markt ein nahezu unüberschaubares An-gebot an verschiedenen Motorherstel-lern und -typen, Frequenzumrichtern für allgemeine und Spezialanwendungen sowie Lösungen für zentrale und dezen-trale Anlagenkonzepte etabliert hat. Für nahezu jede Applikation benötigt der Anwender jeweils andere Geräteserien.

Unterschiedliche Anforderungen verlangen viele Varianten Die einzelnen Industriebereiche benötigen unterschiedliche Applikationslösungen. Standardapplikationen erfordern andere Gerätetypen und Serien wie beispielswei-se Anlagen in der Nahrungs- und Geträn-

ke-Industrie oder auch der chemischen und pharmazeutischen Industrie, die auf-grund der geforderten Hygiene einen be-sonderen Schutz gegen Reinigungs- und Desinfektionsmittel oder eine hohe Wider-standsfähigkeit gegen Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen brauchen. Die Anforderungen an die elektrischen Antrie-be reichen vom trockenen Bereich über Nassbereiche bis hin zu hygienekritischen Bereichen, in denen teilweise sogar asepti-sche Bedingungen herrschen.

Letztlich führt dies in manchen Anlagen zu bis zu 30 und mehr unterschiedlichen Varianten oder Konzepten – teilweise so-gar mit unterschiedlicher Bedienung, In-betriebnahmeroutinen und -tools. Dies bedeutet sowohl für die Konstrukteure, den Anlagenbauer wie auch später den Betreiber deutlich erhöhten Aufwand aufgrund der Vielzahl von Planungsun-terlagen, zugehöriger Dokumentation, unterschiedlicher Bedienung und großen Lagern für Baugruppen und Ersatzteile. Dazu kommt die Notwendigkeit, auf die unterschiedlichen Geräte zu schulen und das gesamte Personal für einen sicheren und effizienten Umgang mit den Geräten fit zu halten.

Um diesen Aufwand zu verringern, sind neue Lösungsansätze gefragt, die Kosten

und Aufwand drastisch reduzieren. Dabei sollten sie aber sowohl dem Betreiber als auch dem Maschinen- und Anlagenbau-er die Flexibilität bieten, neueste Techno-logien einzusetzen, die Energieeffizienz in den Anlagen zu erhöhen und nicht zu-letzt auch Wartungs- und Servicekosten durch Einsparungen beim Personal, aber auch kürzere Stillstandszeiten zu erzie-len. Denn nur so lässt sich die Verfügbar-keit der Anlagen weiter steigern und die Wirtschaftlichkeit an die Marktbedingun-gen anpassen.

Das VLT FlexConceptGenau hier setzt das VLT FlexConcept von Danfoss an. Es bietet Anlagenbau-ern und Betreibern eine sehr große Fle-xibilität, was die Auswahl von Antriebs-komponenten und Anlagenstrukturen anbelangt. Gleichgültig, ob die Anlage mit einem zentralen oder dezentralen Antriebskonzept realisiert ist, ob die An-triebe im Trocken-, Nass- oder Aseptik-Bereich zum Einsatz kommen: Das VLT FlexConcept bietet Komponenten für jeden Einsatzbereich. Durch gut ausge-wählte Motor- und Getriebeabstufungen und optimale Anpassung der Frequenz-umrichter, durch die Kombination opti-mierter Bauteile sowie den Einsatz hoch-

D A N F O S S V L T F L E X C O N C E P T

Weniger Varianten für einfachere PlanungV O N H A N N E S L E I C H T F R I E D

Hohe Verfügbarkeit und Energieeffizienz, einheitliches Systemdesign bei zen-

tralen und dezentralen Anlagekonzepten, reduzierte Lagerhaltung für Ersatz-

teile und niedrige Lebenszykluskosten – das sind Forderungen, die die indus-

trie heute an moderne Antriebssysteme stellt. im ständig stärker werdenden

Wettbewerb suchen produzierende Unternehmen, aber auch Maschinen- und

Anlagenbauer immer neue Möglichkeiten, Kosten zu reduzieren, weniger Ener-

gie zu verbrauchen und daneben noch die Umweltverträglichkeit der Prozesse

und Anlagen zu verbessern.

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31vereinfachte Planung und ersatzteilhaltung bei Transporteurantrieben Antriebstechnik

effizienter PM-Motore lassen sich selbst in großen Anlagen alle Transporteurlö-sungen mit einigen wenigen Varianten realisieren. Insgesamt sorgt die Auswahl für einen Reduzierung der Varianten bei Antrieben für Transporteure um bis zu 70 Prozent. Gerade in großen Anlagen ist die starke Verminderung der Varianten-vielfalt für die Ersatzteilhaltung vorteil-haft und senkt zusätzlich Aufwand und Kosten im Vergleich zu derzeit gängigen Lösungen. Zusätzlich vereinfacht sich der Planungs-, Montage- und Installati-onsaufwand durch die identischen me-chanischen Abmessungen. Mit dem VLT FlexConcept erhalten Anlagenbauer und Betreiber eine durchgängige Lösung. Aufgrund nur einer Gehäuseausführung des Motors und gleicher Bedienung al-ler Frequenzumrichter reduziert sich der Aufwand bei der Erstellung der Pla-nungsunterlagen, die Schulung der Mit-arbeiter und die Lagerhaltung für Ersatz-teile. Die Einhaltung aller aktuell gültigen wie künftiger Standards im Blick auf die neuen Effizienzklassen garantiert eine hohe Investitionssicherheit. So erfüllen die Produkte bereits heute die Anforde-rungen der MEPS ab 2017. Das Danfoss FlexConcept erreicht einen Gesamtwir-kungsgrad von 89 Prozent. Gemäß der offenen Systemarchitektur des VLT Flex-Concept können Anwender die Kompo-nenten auch mit den vorhandenen Lö-sungen anderer Hersteller einfach und sicher kombinieren, so dass jeder die für ihn optimale Konfiguration auch bei Retrofit-Projekten umsetzen kann. Hohe Flexibilität bei optimaler Kostenstruktur ist damit gegeben. Das Konzept setzt auf eine Kostenoptimierung im Bereich der Transporteurantriebe durch • hohe Flexibilität • hohen Wirkungsgrad • Reduzierung der Variantenvielfalt• ein intelligentes Bedienkonzept

Bei besonderen Ansprüchen an die HygieneInsbesondere in Produktionsbereichen für Lebensmittel und Getränke, aber auch in Produktionsanlagen der Pharma- und Kosmetikindustrie, sind Hygienevorschrif-ten in sensiblen Bereichen besonders an-spruchsvoll. Neben den gültigen Normen und Richtlinien der EU müssen die Betrei-ber zunehmend die Regeln der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) berücksichtigen. Die EHEDG ent-wickelt Vorgaben und Richtlinien für ei-nen umfassenden, vorbeugenden Schutz der Lebensmittel und Produkte vor Konta-mination mit Bakterien, Pilzen und Hefen während der Verarbeitung. Das Ergebnis lässt sich unter dem Begriff „Hygienisches Design“ zusammenfassen. Die Verant-wortung zur Implementierung und zum Erreichen dieser Ziele liegt bei den Ma-schinenherstellern und Bedienern. Das hygienische Design von Prozessausrüs-tung und -komponenten sollte daher auf einer sinnvollen Kombination aus Prozess-technik und Mechanik sowie mikrobiolo-gischen Kenntnissen basieren.

Bei der Entwicklung der Komponenten des Danfoss VLT FlexConcept standen im Falle der direkt in den Anlagen einzuset-zenden Komponenten wie dem VLT One-GearDrive „Hygienic“ und dem VLT Decen-tral Drive FCD 302 von Anfang an hohe Hygienestandards im Vordergrund, da die Nachrüstung in vorhandenen Prozessan-lagen zur Erfüllung von Hygieneanforde-rungen meist kostspielig ist und häufig erfolglos verläuft. So sind beide Antriebs-komponenten als einzige auf dem Markt von der Technischen Universität München, Weihenstephan, gemäß EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group) zertifiziert und resistent gegen alle gän-gigen Reinigungs- und Desinfektionsmit-tel im Bereich pH 2 bis 12. Der Anschluss des Motors erfolgt mit einem bewährten Edelstahlrundsteckersystem, das auch bei Wartungsarbeiten den Austausch erleich-tert. Aufgrund des Steckers reicht zum Austausch ein Mechaniker, wo vorher ein Elektriker zusätzlich benötigt wurde.

Offenes System bringt VorteileDas abgestimmte Gesamtkonzept bietet eine sehr hohe Investitions- und Pla-nungssicherheit. So sinkt durch die redu-zierte Typenvielfalt des Gesamtsystems die Lagerhaltung, vereinfacht sich die Planung und Konstruktion von Anlagen, und die einheitliche Bedienung reduziert den Schulungsaufwand für Installation, Inbetriebnahme und Bedienung. Dane-ben ist der Anwender weiterhin frei in der Auswahl seines bevorzugten Liefe-ranten von Motor oder Umrichtertech-nik, sofern er nicht auf das Gesamtkon-zept VLT FlexConcept setzen will. r t

Üblicherweise erfordern beispielsweise Getränkean-lagen bis zu 30 verschiedene Antriebslösungen innerhalb einer Anlage. Das neue VLT FlexConcept kann diese Va-riantenvielfalt um bis zu 70 Prozent senken, was die Kos-ten für Ersatzteillager, aber auch für die Schulung von Mitarbeitern durch ein durch-gängiges Bedienkonzept sowohl bei zentraler als auch dezentraler Anlagenstruktur senkt. Bilder: Danfoss

Speziell für den Einsatz dezentraler Technik in aseptischen und hygiene-kritischen Bereichen entwickelt und optimiert: Die Kombination aus VLT

OneGearDrive und VLT Decentral Drive FDC 302, die mittels der eingesetzten Technik optimale Energieeffizienz bei

gleichzeitig höchster Widerstandsfähig-keit gegen Reinigungsmedien bieten.

Beim FCD 302 sorgen bis zu 10 LED für eine schnelle Erkennbarkeit des Status. Für weitergehende Program-mierung und Konfiguration lässt sich eine grafische Bedieneinheit mit identischer Bedienung zu den Dis-plays der FC-Serie anschließen.

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32 Antriebstechnik Servoantriebe

Die ESAB GmbH mit Stammsitz in Solin-gen und weltweit etwa 30 Produkti-onsstätten stellt Schweiß-Ausrüstun-

gen und -Zusätze sowie Schneidanlagen für nahezu jeden Schweiß- und Schneid-prozess her und erreicht mit ihrem brei-ten Produktprogramm praktisch den ge-samten Bereich der Stahl herstellenden und verarbeitenden Industrie. Der Ge-

schäftsbereich Schneidanlagen hat sei-nen Hauptsitz in Karben bei Frankfurt am Main. Die Portalmaschinen mit verfahr-barer Brücke gibt es für Laser-, Autogen und Plasma-Schneiden. Je nach Ausle-gung eignen sie sich für unterschiedlichs-te Bleche insbesondere aus den Berei-chen Baustahl, Edelstahl und Aluminium. Die Brennschneidmaschinen werden sehr

präzise auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt; in der Regel legt ESAB an-hand von Probenmaterial des Anwenders sämtliche Schneidparameter fest, also das passende Schneidverfahren ebenso wie die Bearbeitungsgeschwindigkeit, den Düsentyp, die Prozessgase usw.

Bei seinen Maschinen hat das Unter-nehmen schon immer großen Wert auf Personen- und Sachschutz gelegt und sieht sich in der Branche als Vorreiter der „Integrierten Safety-Technologie“. Dazu tragen auch die in den Brennschneid-maschinen eingesetzten Servoantriebe bei. Hier arbeiten die Karbener schon seit über zehn Jahren erfolgreich mit den An-triebsspezialisten aus dem Hause Yaskawa zusammen, und das soll auch in Zukunft so bleiben. Die Antriebslösungen haben bis heute nicht nur in puncto Zuverläs-sigkeit und Langlebigkeit überzeugt, die Antriebe der jüngsten Generation bieten vielmehr durch ihre integrierten Safety-Funktionen ein Höchstmaß an Sicherheit,

S A F E T y - F U N K T i O N A L i T Ä T E N i N D i E A N T r i E B S T E C H N i K i N T E G r i E r T

Bedienerfreundliche Sicherheit im MaschinenbauV O N E L M A R L O H K A M P F F , y A S K A W A , U N D E L L E N - C H R I S T I N E R E I F F , R E D A K T I O N S B Ü R O S T U T E N S E E

Von den Bewegungen praktisch jeder im industriellen Umfeld eingesetzten Maschine gehen Gefahren für

das Bedien- und Wartungspersonal aus. Typische Situationen, die sichere Maschinenzustände erfordern,

sind die inbetriebnahme, das Einrichten, die Störungsbehebung oder prinzipiell, wenn sich Menschen in der

Nähe des Produktionsprozesses aufhalten. Servoantriebe mit entsprechend zugelassenen und zertifizierten

Verstärkern vereinfachen dem Maschinenbauer das Einhalten der geltenden Sicherheitsbestimmungen. in

die Antriebstechnik integrierte Safety-Funktionalitäten sorgen für bestmöglichen Schutz der Mitarbeiter in

kritischen Situationen und entlasten obendrein noch die Steuerung.

Kompakte Portal-Schneidmaschine aus dem Hause ESAB. Bei seinen Maschinen hat das Unternehmen schon immer großen Wert auf Personen- und Sachschutz gelegt und sieht sich in der Branche als Vorreiter der „inte-grierten Safety-Technologie“.Foto: ESAB

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33AntriebstechnikServoantriebe

ohne die Bedienerfreundlichkeit einzu-schränken. Aufgrund der veränderten Rahmenbedingungen durch die neue Maschinenrichtlinie haben sich zwar die sicherheitstechnischen Anforderungen geändert, das Plus an Sicherheit soll aber dem Maschinenanwender das Handling nicht verkomplizieren. Gleichzeitig wird die Steuerung von allen antriebsspezi-fischen Sicherheitsaufgaben entlastet, denn die Yaskawa-Sigma-5-Antriebe ha-ben alle Eigenschaften, die die einschlä-gigen Sicherheitsnomen fordern (Bild 3) und wurden vom TÜV Süd entsprechend zertifiziert.

Die bei der Konstruktion von sicheren Maschinen verwendeten Steuerungs-komponenten werden mit Inkrafttreten der Norm EN ISO 13489- 1:2008 „Sicher-heit von Maschinen – sicherheitsbezoge-ne Teile von Steuerungen“ nun entweder gemäß Performance Level (PL a – e) oder Safety Integrity Level (SIL 1 – 4) beurteilt. Die sicherheitstechnischen Funktionen für drehzahlveränderbare Antriebe sind in der IEC 61800-5-2 definiert.

Sichere Abläufe im praktischen BetriebESAB nutzt bei den Brennschneidmaschi-nen zwei dieser erweiterten Safety-Funk-tionen: SLS (Safely Limited Speed, das heißt sicher reduzierte Geschwindigkeit) und SS1 (Safe Stop 1, das heißt sicherer Stopp nach Stoppkategorie 1). STO (Safe Torque Off, also sicheres Stromlosschal-ten) ist bei allen Servoverstärkern der

Sigma-5-Baureihe bereits standardmäßig an Bord. Die Sicherheitsfunktionen SS1 und SLS lassen sich durch eine Optionskarte integrie-ren. Letzteres trifft auch auf SS2 zu (Safe Stop 2, siche-rer Stopp mit Lageüberwa-chung), was beispielswei-se bei Pressen und Stanzen unerlässlich ist. Das Werkzeug muss hier im Fall der Fälle nicht nur sicher gestoppt, sondern auch sicher in Position gehalten werden, um Sach- oder Personenschä-den auszuschließen.

Wie man bei den Brennschneidmaschi-nen ganz konkret von der integrierten Sicher-heitstechnik profitiert, zeigt am besten ein Beispiel (Bild 4): Wird für Einricht- oder War-tungsarbeiten eine Si-cherheitstür geöffnet, begrenzt der im Servo-verstärker integrierte Motion Controller die Verfahrgeschwindig-keit auf eine sichere Geschwindigkeit. Das Sigma-5-Sicherheits-modul überwacht dann die Einhaltung der vor-gegebenen Drehzahl (SLS = sicher begrenz-te Geschwindigkeit).

Bei Überschreitung der sicher begrenz-ten Geschwindigkeit wird der Antrieb direkt, zum Beispiel mittels STO (sicher abgeschaltetes Moment), abgeschaltet. Ähnliches passiert, wenn beispielswei-se aufgrund eines Lichtschrankensignals oder durch Betätigen eines Notausschal-ters die Maschine stillgesetzt wird. Die Sicherheitsfunktion SS1 überwacht das kontrollierte Herunterfahren. Dank der Funktion STO lässt sich die Bestromung der Antriebe sicher trennen und das Wartungs- oder Einrichtpersonal kann gefahrlos an der Maschine arbeiten. All diese sicherheitsrelevanten Funktionen übernimmt der Sigma-5-Servoregler; die übergeordnete Steuerung der Maschine ist davon nicht betroffen.

Insgesamt sind je nach Größe der je-weiligen Brennschneidmaschine mindes-tens drei Servoantriebe eingesetzt, zwei zum Verfahren der beweglichen Brücke

in Richtung der x- Achse und ein weiterer zum Verfahren des Schneidwerkzeugs in Richtung der y-Achse. Die verwendeten Motoren müssen in der beschriebenen Anwendung bei kleinen Brennschneid-maschinen jeweils 400 Watt Leistung lie-fern. Sie sind, um größere Massenträg-heitsmomente zu überwinden, jedoch für eine Maximalleistung von 800 Watt ausgelegt. Prinzipiell sind für die Sigma-5-Servoantriebe, aber auch andere Leis-tungsbereiche kein Problem; die kom-plette Serie deckt Motorleistungen von 50 Watt bis 15 Kilowatt ab, so dass auch die für große Brennschneidmaschinen erforderlichen Leistungen problemlos übernommen werden können. Für eine einfache Anbindung in übergeordnete Steuerungsnetzwerke stehen alle übli-chen Bussysteme zur Auswahl. Dazu ge-hören beispielsweise Ethernet/IP, Ether-Cat, Powerlink und CANopen. PROFINET wird ab Frühjahr 2012 verfügbar sein. Da-durch fügt sich die Antriebstechnik naht-los in die moderne Automatisierungsum-gebung des Anwenders ein. Dem Maschinenbau erschließen sich dadurch interessante Möglichkeiten. r t

Servoantriebe mit integrierten Safety-Funktionalitäten. Sie bieten ein Höchstmaß an Sicherheit, ohne die Bedienerfreundlichkeit einzuschränken. Foto: Yaskawa

Bild 3: Die Sigma-5-Servoverstärker sind vom TÜV Süd zertifiziert und er-füllen die in der Tabelle angeführten Sicherheitsstandards. Bild: Yaskawa

Bild 4: Ein Beispiel aus der Praxis: Überwachung einer Sicherheitstür. Bild: Yaskawa

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34 Automatisierung Wireless Automation

Angefangen hat die Schildknecht AG aus Murr im Landkreis Ludwigsburg bereits 1993 mit Datenfunklösun-

gen für SPS-Steuerungen. Inzwischen hat das in 18 Jahren angesammelte Know-how Eingang in eine breite Pro-duktpalette gefunden. Bei allen Produk-ten liegt ein Schwerpunkt darauf, die technisch höchstmögliche Verfügbarkeit der Funkstrecke zu realisieren und somit eine maximale Anlagenverfügbarkeit zu gewährleisten. Ob es drei Meter oder drei Kilometer zu überbrücken gilt, hohe Da-tenraten, kurze Übertragungszeiten oder extreme Verfügbarkeit gefordert sind, die Datenfunkexperten haben eine passen-de Lösung parat. Dabei werden selbst-verständlich verschiedene Funktechno-logien ebenso unterstützt wie zahlreiche der am Markt etablierten Kommunika-

tionsprotokolle, zum Beispiel Profibus, Profinet, Modbus oder CAN-Bus. Auch für den aktuellen Trend der vollautoma-tisierten M2M-Kommunikation (Machi-ne to Machine) per Mobilfunk stehen Lösungen parat.

Profibus über Funk – mit hoher Verfügbarkeit und reichweite Zur Profibuskommunikation per Daten-funk beispielsweise hat sich die Serie Dataeagle 3000 über die Jahre in zahl-reichen Anwendungen bewährt. Wäh-rend viele Anbieter von industriellen Funklösungen äußerst zurückhaltend sind mit Angaben zur Verfügbarkeit, lie-gen zu diesem System konkrete Daten vor, denn in allen Geräten der Serie sind Tools zur Diagnose und Langzeitüberwa-chung integriert. Damit kann die zent-rale Steuerung direkt auf Informationen der Funkstrecke zugreifen, beispielswei-se Datenaustauschzeit über die Funk-strecke, die Anzahl der Funktelegramme, Funkwiederholungen oder Status und Restarts der Slaves. So wurde in Paris bei einem Personenschrägaufzug am Mont-martre innerhalb eines Jahres in über 100.000 Liftfahrten mit rund drei Millio-

K O M P L E T T A N G E B O T F Ü r D E N M A S C H i N E N - U N D A N L A G E N B A U

Zuverlässiger Datenfunk in allen Varianten V O N D I P L . - I N G . T H O M A S S C H I L D K N E C H T ( S C H I L D K N E C H T A G )

U N D D I P L . - I N G . ( F H ) N O R A C R O C O L L , R E D A K T I O N S B Ü R O S T U T E N S E E

Datenfunkkommunikation ist in der Automatisierungsbranche längst kein exotisches Thema mehr, sondern

hat sich in der Praxis etabliert. So vielseitig wie die einzelnen Automatisierungsaufgaben selbst müssen aber

auch die Lösungen für die Datenübertragung per Funk sein. Oft werden beispielsweise Anforderungen an

die Verfügbarkeit gestellt, die sich längst nicht mit allen Datenfunklösungen realisieren lassen. Da ist es von

Vorteil, wenn ein Hersteller von Datenfunklösungen nicht nur auf langjährige Praxiserfahrung zurückblicken

kann, sondern auch mit einem breiten Produktportfolio für nahezu jede Kommunikationsaufgabe eine

passende Lösung anbietet.

Bild 1: Bei einem Personenschräg-aufzug am Montmartre, Paris, wur-de innerhalb eines jahres in über 100.000 Liftfahrten mit rund drei Millionen Passagieren kein einziger Busfehler registriert.

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35AutomatisierungWireless Automation

nen Passagieren kein einziger Busfehler durch eine Unterbrechung der Funkstre-cke registriert (Bild 1).

Je nach Anwendungsfall nutzt die Serie Standard-Funktechnologien wie Blue tooth oder WLAN 802.11b/h für die Profibus-Funkübertragung. Für Anwen-dungen, in denen eine hohe Reichwei-te gefordert ist, gibt es zudem eine pro-prietäre Lösung im 869-MHz-Band mit bis zu 500 mW Sendeleistung sowie im 400-MHz-Band mit bis zu 6 Watt ERP-Sen-deleistung. Bluetooth ist die robusteste auf dem Markt befindliche Funktechnolo-gie mit einer um Faktor 100 höheren Ver-fügbarkeit im Vergleich zu WLAN 802.11g bei Reichweiten in der Praxis von bis zu 500 Metern.

Als einziges Datenfunksystem auf dem Markt unterstützt Dataeagle zudem auch Profibus Master nach der Funkstrecke, also SPS, Operator Panel oder Program-miergeräte. Mit der Variante Dataeag-le 3702 lässt sich zudem Profisafe über Profibus realisieren. Die Funkstrecke ist so schnell und hochverfügbar, dass auch Failsafe-Anwendungen wie Notstopp über Funk darüber bereits erfolgreich umgesetzt wurden. Das Starterkit Da-taeagle 3700 erleichtert den praktischen Einstieg in die Technologie. Das System mit der Variante DEC 3000 gibt es jetzt in kompakter Bauform, die nur noch 30 Prozent des bisherigen Platzbedarfs be-ansprucht.

Flexibles Datenfunksystem unterstützt eine Vielzahl an Feldbusschnittstellen Sollen Steuerungen mit verschiede-nen Schnittstellen per Funk verbunden werden, eignet sich die langjährig pra-xiserprobte Serie Dataeagle 2000. Sie

unterstützt eine ganze Reihe von Schnitt-stellen: Profibus DP bis 12 Mbit, MPI/PPI für Siemens S7 200/300/400, Profinet IO, L1 für S5, 3964R für Kommunikationsbau-gruppe CP 341, CAN, Modbus RTU und TCP sowie Dataeagle Compact mit E/A-Modulen. Mit dem System lassen sich sowohl Punkt-zu-Punkt- als auch Master-Slave-Netzwerke aufbauen, jeweils mit beliebig gemischten Steuerungsschnitt-stellen. In Master-Slave-Funknetzen kön-nen bis zu 99 Dataeagle Slaves einge-bunden werden. Obwohl sich die Serie Dataeagle 2000 bereits über Jahre be-

währt hat, wird sie kontinuierlich weiter-entwickelt. Neu dazu gekommen ist ein Profinet-I/O-Interface, mit dem sich das Funkmodul als Profinet-Device an eine Steuerung anbinden lässt. Die Variante Dataeagle Compact 2000 wurde zudem um ein Modul mit digitalen und analo-gen E/As erweitert. Generell werden die Funktechnologien WLAN im 2.4 GHz- und 5 GHz-Band, SRD bei 869 MHz, Zeit-schlitztechnik (459 und 448 MHz), GPRS Mobilfunk und Bluetooth unterstützt.

CAN-Bus und Ethernet transparent per Funk übertragen Wer Ethernet per Funk übertragen will, findet mit Dataeagle 4000 die passende Lösung (Bild 2). Das Gerät übernimmt bei der Ethernet-Übertragung die Rol-le des Accesspoints. Unterschiedliche Funktechnologien ermöglichen die be-sonders robuste Übertragung für kurze Dis tanzen oder das Übermitteln kleinerer Datenmengen über Entfernungen von bis zu fünf Kilometern. Für die transpa-rente CAN-Bus-Funkübertragung haben die Datenfunkexperten neuerdings Data-eagle 6000 im Angebot.

Ein Trend in der Wireless Automation sind derzeit vollautomatisierte Machine-to-Machine-Lösungen über Mobilfunk. Während bislang von Seiten der Netzbe-treiber noch die notwendige Infrastruk-tur fehlte, um zuverlässige Aussagen zur Verfügbarkeit zu treffen, ist hier momen-tan einiges in Bewegung. Waren bisher nur Anwendungen mit großen Stückzah-len sinnvoll realisierbar, sind nun auch Einzellösungen mit Datenübertragung per Mobilfunk machbar. Die Schildknecht AG hat mit Dataeagle Compact 2530 eine passende Lösung parat (Bild 3). Damit lassen sich E/As direkt und vollautoma-tisiert über Internet- beziehungsweise Mobilfunk-Verbindungen von Außensta-tionen wie Brunnen, Hochbehälter, Klär-anlagen, Rückhaltebecken oder Pump-stationen an eine SPS in der Leitstelle übertragen.

Klar ist, jede Funkanwendung stellt an-dere Anforderungen an Übertragungsdis-tanzen, Verfügbarkeit oder Datenraten und benötigt damit unterschiedliche Kommunikationsprotokolle und Funk-technologien. Hier ist bei der Auswahl Know-how gefragt. Die Schildknecht AG kann dies den Kunden aufgrund ihrer Er-fahrungen aus der langjährigen Praxis bieten. r t

Bild 3: Mit Dataeagle Compact 2530 lassen sich E/As direkt und vollautomatisiert über Internet- beziehungsweise Mobilfunk-Verbin-dungen von Außenstationen wie Brunnen, Hochbehältern, Kläranlagen, Rückhaltebe-cken oder Pumpstationen an eine Leitstelle übertragen. Alle Bilder: Schildknecht AG

Bild 2: Dataeagle 4000: Ethernet über Funk auch über größere Entfernungen.

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36 Automatisierung Stellantriebe

Das Potenzial, das hinter der Automa-tisierung mit Stellantrieben steckt, belegt eindrucksvoll eine einfache

Abschätzung: Eine typische Verarbei-tungsmaschine verfügt, um sich flexibel an die variierenden Größen der einzelnen Produkte anzupassen, über zahlreiche Achsen, Anschläge und Einstellmöglich-keiten. Michael Schwab, Produktmanager DriveLine bei der SIKO GmbH in Buchen-bach, rechnet vor: „Hat die Maschine ins-gesamt 14 Verstellmöglichkeiten, die zum Teil schwer zugänglich sind, dann benö-tigen zwei Mann zur manuellen Einrich-tung rund 10 Minuten für einen komplet-ten Formatwechsel. Wenn nun sämtliche Achsen mit einem Stellantrieb automa-tisiert werden und einmal in der Stunde

das Produkt wechselt, ergibt sich damit eine Minimierung der Rüstzeit und eine Leistungssteigerung von fast 15 Prozent.“ Oder anders ausgedrückt: „Je mehr Ach-sen an einer Maschine zu verstellen sind, und je öfter dies zu geschehen hat, des-to schneller amortisieren sich die höhe-ren Kosten für die Automatisierung.“ Der Markterfolg der DriveLine-Stellantriebe von SIKO bestätigt, dass immer mehr An-wender diesen Zusammenhängen Rech-nung tragen. Jetzt stellt das Schwarz-wälder Unternehmen mit dem AG05 ein weiteres Mitglied dieser Antriebsfamilie vor, das durch seine kompakten Abmes-sungen ganz neue Möglichkeiten der Au-tomatisierung bietet.

Produktlinienportrait der Drive Line-StellantriebeDas erste Mitglied der Produktlinie, der Stellantrieb AG01, kam bereits 2002 auf den Markt, 2003 folgte der AG02, der dann ein Jahr später mit einem integ-rierten Profibus-DP-/CANopen-Interface ausgestattet wurde. Das AG01 ist mit einem 70-W- und das AG02 mit einem 150-W-24V-DC-Hochleistungsmotor aus-gestattet. Pluspunkte verbuchen die An-triebe durch das gute Preis-Leistungs-verhältnis, das einfache Regelverhalten, die lange Lebensdauer und nicht zuletzt auch durch das hohe Anlaufmoment,

das es ermöglicht, durch Verschmut-zung festgesetzte Spindeln loszubre-chen. Je nach gewählter Übersetzung steht ein Abtriebsnennmoment von 1,1 bis 9 Nm bei Nenndrehzahlen von 100 bis 500 min-1 zur Verfügung – und da-mit genug, um die Arbeit von manuellen Verstellgliedern zu übernehmen. Durch die innovativen DriveLine-Kompaktstell-antriebe lassen sich Standby-Zeiten von Maschinen und Anlagen deutlich redu-zieren. Das verringert auf der einen Seite wertschöpfungsfreie Stillstandzeiten, auf der anderen Seite wird mit der Energie-einsparung (Druckluft- und Wärme- be-ziehungsweise Kälteleistung) ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet.

M i N i M i E r U N G D E r r Ü S T Z E i T E N D U r C H i N T E L L i G E N T E K O M P A K T S T E L L A N T r i E B E

neue Möglichkeiten der Automatisierung V O N M I C H A E L S C H W A B

Manuelle Stellelemente an Spindeln und Verstellachsen durch vernetzte Stellantriebe zu ersetzen, bedeutet ei-

ne signifikante Kostenreduktion durch Zeitoptimierung und Steigerung von Produktqualität. Aber für so man-

che Maschine mit beengten Platzverhältnissen waren die verfügbaren Antriebe bislang derart groß gebaut,

dass der Austausch nicht in Frage kam. Mit dem neuen AG05 aus der DriveLine-Familie bringt SiKO jetzt einen

Stellantrieb auf den Markt, der nicht nur durch sein schickes schwarzes Kunststoffkleid dem Konstrukteur und

Anwender ins Auge sticht, sondern auch durch seine Funktionalität und Kompaktheit punkten kann.

Die Familie der Stellan-triebe aus der Produkt-linie DiveLine.

Das neuste Familienmitglied, der AG05, er-öffnet durch seine kompakten Abmessungen neue Möglichkeiten, Verstellvorgänge an Pro-duktionsmaschinen zu automatisieren.Bilder: SIKO

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37AutomatisierungStellantriebe

Benötigt der AG01 noch eine separate Endstufe, besitzt der AG02 einen integ-rierten Motorregler. Bei allen Unterschie-den bestehen aber auch Gemeinsamkei-ten. Die durchgehende Hohlwelle mit einem maximalen Wellendurchmesser von 14 Millimtern ist allen Antrieben, vom AG01 bis zum AG03, zu eigen. Durch die Hohlwellenkonstruktion des Getrie-bes gelingt nicht nur die Montage und Inbetriebnahme ohne größere Proble-me, sondern auch der Eins-zu-Eins-Aus-tausch von manuellen Verstellelementen nach dem Motto: Handrad oder Positi-onsanzeige von der Spindel entfernen, Antrieb aufstecken, arretieren, fertig. Der AG04B ist mit einem Drehmoment von 14 Nm und einer Drehzahl von maximal 375 min-1 der leistungsstärkste Antrieb im Portfolio der Stellantriebe. Der AG04B wartet mit einem maximalen Hohlwel-lendurchmesser von 20 Millimetern und einer optionalen Federkraftbremse auf.

SIKO geht in der strategischen Produkt-auslegung noch weiter und bietet durch das hauseigene Portfolio seinen Kunden eine Bandbreite für die Formatverstellung von Spindeln und Achsen, wie sie kein an-derer Anbieter aktuell offerieren kann. So bietet SIKO vom mechanischen Handrad oder der klassischen, mechanisch-digita-len Positionsanzeige bis hin zur halbau-tomatisierten elektronischen Positions-anzeige mit Soll-/Istwert-Abgleich und Bus-Anbindung auch Kompaktstellantrie-be wie das neue AG05 zur Vollautomati-sierung an. Bei den Schwarzwäldern steht maximale Flexibilität für den Maschinen-bauer wie für den Endanwender im Vor-dergrund. „Bei der Positionierung von Ma-schinenachsen und -spindeln bleibt es dem Endanwender überlassen, welchen Weg er geht. So kann er für jede einzelne Achse die beste Verstellmethode auswäh-len und dank der Holwellenkonstruktion zum Beispiel das Handrad durch einen kompakten Stellantrieb wie den AG05 er-setzen“, erläutert Michael Schwab.

Klein wie eine 0,33-Liter-GetränkedoseDer Verstellantrieb AG05 ist eine Weiter-entwicklung der bisherigen Stellantrie-be und übertrifft diese in puncto Funkti-onalität um ein Vielfaches. So erfolgt die Inbetriebnahme entweder am Antrieb selbst oder über die Buskommunikation. Für die Montage ist kein zusätzliches Ma-terial erforderlich. Der Programmierauf-

wand sowie die Rüst- und Einstellzeiten sind minimal, so dass eine schnelle Akti-vierung möglich ist. Der Anwender wird bei der einfachen Inbetriebnahme durch ein zweizeiliges Display perfekt unter-stützt. Zudem ermöglicht es im Betrieb die Beobachtung von Soll- und Istwert.

In dem schwarzen Kunststoffgehäu-se befindet sich ein bürstenloser 24-V-DC-Motor mit einem Planetengetriebe, Controller, Leistungselektronik und in-

tegriertem Feldbus-Interface. Die große Laufruhe mit einer hervorragenden Leis-tungsdichte von 30 W/dm³ zeichnen den innovativen Antrieb aus.

Die Einbindung in verschiedene Sicher-heitskonzepte ist sehr einfach zu realisie-ren, da die Steuer- und Leistungselektro-nik getrennt mit Strom versorgt werden. Die übergeordnete SPS wird durch die integrierte Regelelektronik maßgeblich entlastet. Außerdem sind Überwachungs-funktionen für Temperatur-, Strom- und Schleppfehler bereits im Antrieb integriert. Der Ladezustand der Batterie wird kontinu-ierlich überwacht, so dass ein notwendiger Batteriewechsel, der durch den Anwender durchgeführt werden kann, frühzeitig an-gezeigt beziehungsweise gemeldet wird. Durch die Batteriepufferung des Low-Po-wer-Consumption-Messsystems werden auch Positionsabweichungen im stromlo-sen Zustand erfasst und eine erneute Re-ferenzierung erübrigt sich.

Exakt positioniert, exakt reproduziertStellantriebe mit Busanbindung minimie-ren, wie bereits ausgeführt, die Rüstzeiten einer Maschine. Durch die Möglichkeit der Positionsüberwachung ergeben sich weitere positive Effekte. Bei der Produkti-on kommt es oft darauf an, mit hoher Po-sitioniergenauigkeit zu arbeiten und die Positionseinstellung immer von der Refe-renzseite her vorzunehmen. Durch eine manuelle Einstellung der Achsen lassen sich diese Vorgaben nur sehr schwer ein-halten, worunter die Qualität in der Pro-duktion leidet und mehr Ausschuss ent-

steht. Ein Stellantrieb dagegen sorgt zu jeder Zeit für eine exakte Positionierung mit einer hohen Reproduzierbarkeit. Das Messsystem überwacht die 360 Grad ei-ner Umdrehung mit 1.600 Schritten, was einer Auflösung von 0,225 Grad ent-spricht. Je nach Steigung und Güte der Spindel ergibt das eine Positioniergenau-igkeit, die manuell nur schwer erreichbar ist. Die verschleißfreie Magnettechnik des LPC-Messsystems reagiert außer-

dem unempfindlich auf Verschmutzung, Feuchtigkeit, Schocks und Vibrationen. Ein magnetisierter Ferritring sitzt spiel-frei auf der Abtriebswelle und überträgt deren Drehbewegung über einen Sensor an die Auswerteelektronik. Diese wan-delt die Zahl der bei der Drehbewegung detektierten Nord-Süd-Pole in Impulse um und ermittelt daraus den Drehwinkel und somit die angefahrene Position.

Automatisierung bringt Zeit- und KostenvorteileStändige Produktwechsel und stark vari-ierende Produktgrößen sind Alltag in vielen Branchen und bedingen zahlrei-che Einstell- und Justage-Arbeiten an Vorschub- und Hilfsachsen. Als Beispiele lassen sich Produktionsmaschinen aus den Bereichen Metall-, Verpackungs-, Holz-, Glas-, Druck- und Kunststoffindus-trie sowie Werkzeugmaschinen anfüh-ren. Die Minimierung der Nebenzeiten der Maschinen und des produzierten Ausschusses nimmt starken Einfluss auf die Effizienz und Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens. Die mechanische Ent-wicklung der Maschinen ist soweit aus-gereift, dass sich nur noch durch ver-stärkte Automatisierung Zeit- und Kostenvorteile ergeben. Das erklärt auch die zunehmende Nachfrage bei Stellantrieben. Die Verstellung geschieht rund viermal schneller und wesentlich präziser als manuell. Mit dem neuen AG05 gelingt dies künftig auch bei Ma-schinen, an die bislang aufgrund der be-engten Platzverhältnisse kein Antrieb angebaut werden konnte. bw

„Anwender der DriveLine-Antriebe sprechen von einer gesteigerten Produktionsleistung von bis zu 30 Prozent bei einem erhöhten Anschaffungspreis von lediglich 10 Prozent.“ Michael Schwab, Produktmanager DriveLine bei der SIKO GmbH

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38 CAD & Design Produktkonfiguration und cAD-Automation

Ein Produktkonfigurator wird typi-scherweise durch Produktexperten im Stammwerk erstellt und gepflegt

und den im Vertriebsprozess beteilig-ten Gruppen zur Verfügung gestellt. Dies betrifft Innendienst, Außendienst, Niederlassungen und Vertriebspartner. Mit steigender räumlicher Distanz zum Stammwerk nimmt erfahrungsgemäß das Produkt-Know-how ab.

Durch den Einsatz eines Produkt-konfigurators wird das Produkt-Know-how vom Stammwerk bis zu den Ver-triebspartnern transferiert, angebotene Produkte werden fehlerfrei und vollstän-dig spezifiziert und der Preis korrekt kal-kuliert.

Durch das Hinterlegen des entsprechen-den Produktregelwissens ist es möglich, die äußere Varianz des Produktspektrums für den Markt aufrechtzuerhalten und die innere Varianz für die Fertigung zu redu-zieren. Bild 1 zeigt den „Trichter“: die Kun-denanforderungen werden mit weniger und standardisierten Baugruppen eines Baukastens realisiert. Häufig wird ein Pro-jekt zur Produktkonfiguration von einem Projekt zur Analyse und Bereinigung der Produktvarianz begleitet.

Bearbeitete AufgabenDie Schwierigkeit bei Konfigurationspro-blemen liegt darin, dass die einzelnen Komponenten nicht unabhängig von-

einander gewählt werden können, son-dern in vielfältigen Abhängigkeiten zu-einander stehen. Zur Charakterisierung der Komplexität des Konfigurationspro-blems werden gerne die folgenden Klas-sifikationen zur Hilfe genommen.• „Pick to Order“ (PTO): Die einzelnen Komponenten des Produkts (Angebots) werden unabhängig voneinander, ohne Unterstützung durch den Produktkonfi-gurator, ausgewählt. Eventuelle Abhän-gigkeiten zwischen den Komponenten werden durch den Benutzer berück-sichtigt.

• „Configure to Order“ (CTO): Die Kom-ponenten des Produkts können nicht unabhängig voneinander gewählt wer-den, Abhängigkeiten sind zu berück-sichtigen.

• „Assemble to Order“ (ATO): Unterklasse von CTO-Problemen, die Abhängigkei-ten sind jedoch eher einfacher Natur, Komponenten des Produkts sind in al-len Details definiert und liegen eventu-ell bereits vorgefertigt auf Lager.

• „Make to Order“ (MTO): Unterklasse von CTO-Problemen, die Abhängigkeiten sind im Vergleich zu ATO komplexer, Komponenten werden bei Bedarf ge-fertigt.

• „Engineer to Order“ (ETO): Die zum Ein-satz kommenden Komponenten sind nicht notwendigerweise alle vorher

A U F B A U U N D E i N S A T Z M Ö G L i C H K E i T E N V O N P r O D U K T K O N F i G U r A T O r E N

Lukratives Spiel mit ProduktvariantenV O N D R . A x E L B R I N K O P

in Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus, jedoch nicht nur dort, findet man häufig die Situation,

dass die Varianz der Produkte im Laufe der Jahre aufgrund der Kundenanforderungen stark gewachsen ist.

Die Beherrschung dieser Varianz wird für viele Unternehmen bei marktseitig wachsendem Preisdruck und

fertigungsseitig steigenden Kosten zu einer Herausforderung. Ein Produktkonfigurator kann helfen, diese

Herausforderung zu meistern.

Bild 1: Realisierung der Kundenanforderungen mit standardisierten Baugruppen eines Baukastens. Bilder: Brinkop Consulting

39CAD & DesignProduktkonfiguration und cAD-Automation

bekannt. Aufgrund der Abhängigkei-ten lassen sich ihre charakterisieren-den Eigenschaften bestimmen, so dass sie im Auftragsfall konstruiert werden können.

Die Stärke von Produktkonfiguratoren liegt in der Bearbeitung von Problemen der CTO-Klasse. Sie können jedoch auch bei der Bearbeitung von Aufgaben hel-fen, bei denen die Produktdefinition un-vollständig ist. Bild 2 illustriert die Zu-sammenhänge.• „Standard“: Das typische Einsatzgebiet von Produktkonfiguratoren. Die Pro-duktvariante ist ausdefiniert, vollstän-dig konstruiert und kalkuliert, Stücklis-te und Arbeitsplan sind definiert.

• „Erweiterter Standard“: Eine technisch sinnvolle und machbare Produktvari-ante, jedoch mit unvollständiger Pro-duktdefinition (Konstruktion, Ferti-gungsunterlagen, Approbationen usw.). Die Produktkonfiguration wird zur An-gebotserstellung genutzt, im Auftrags-fall kann die Produktdefinition durch Routinearbeiten komplettiert werden.

• „Sonder“: Eine Teilfunktion der Pro-duktvariante erfordert eine konstruktiv kreative Lösungsfindung inklusive Kal-kulation. Die Produktkonfiguration wird für die „bekannten“ Produktteile ge-nutzt, die „neuen“ Teile werden manu-

ell integriert. Eine vollständige Neukon-struktion einer Produktvariante kann nicht mit Mitteln der Produktkonfigura-tion unterstützt werden.

Unterstützte GeschäftsprozesseBei der Produktkonfiguration lässt sich generell zwischen drei Themen unter-scheiden: Produktfindung, vertriebliche und produktionsorientierte Produktkon-figuration. Bild 3 zeigt die einzelnen The-men mit ihren jeweiligen Ergebnissen.

Bei der Produktfindung wird – ausge-hend von den Anforderungen des Kun-den – das geeignete Produkt oder die geeignete Produktgruppe bestimmt. Bei dieser Aufgabe kommen typischerweise elektronische Produktkataloge mit Such-möglichkeiten und so genannte „Produk-tratgeber“ zum Einsatz.

Die Unterstützung in der Produktfin-dung ist besonders für Nicht-Produkt-experten wie neue Vertriebsmitarbeiter oder Endkunden von Interesse. Im ver-

Bild 2: zuneh-mende Pro-duktindividu-alisierung von „Standard“ bis „Sonder“.

Bild 3: Einsatzgebiete für die Produktkonfiguration: Produktfindung, vertriebliche und produktionsorien-tierte Produktkonfiguration.

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40 CAD & Design Produktkonfiguration und cAD-Automation

trieblichen Einsatz reduziert eine gute Produktfindung die Einarbeitungszeit neuer Mitarbeiter und ebenso die Markt-einführungszeit für neue Produkte.

Das Ergebnis der vertrieblichen Pro-duktkonfiguration ist ein Angebotsdo-kument, das an den Kunden geschickt werden kann. Inhaltlich müssen dazu folgende Aufgaben bearbeitet wer-den:• technisch korrekte und vollständige

Produktspezifikation• kaufmännische Angebotskalkulation• Angebotsdokumenterstellung• technische Dokumentation• ProduktvisualisierungDer Einsatz der vertrieblichen Produkt-konfiguration wirkt sich primär auf die Performanz des Vertriebs (geringere Be-arbeitungszeit, höherer Durchsatz) und die Fehlerreduktion (technisch korrekte und vollständige Spezifikation mit rich-tigem Preis) aus.

Die fertigungsorientierte Produktkon-figuration unterstützt die Mitarbeiter bei der Auftragserfassung. Wird sie losgelöst vom Vertrieb betrieben, so übernimmt sie auch die Aufgabe der Auftragsklä-rung, bei einer Kopplung wird diese Auf-gabe von der vertrieblichen Produktkon-figuration bereits bearbeitet. Ergebnis

der fertigungsorientierten Produktkon-figuration sind alle fertigungsrelevanten Informationen.

Das Vermeiden von Fehlern durch den Einsatz eines Produktkonfigurators zur Erzeugung der fertigungsrelevanten In-formationen kann die Auftragsbearbei-tungszeit deutlich reduzieren, da zeit-raubende Rückfragen beim Kunden sich im Vorfeld erübrigen können.

FunktionsmoduleNeben der „reinen“ Produktkonfigurati-on werden für den industriellen Einsatz die Funktionalitäten eines „erweiterten Produktkonfigurators“ benötigt. Bild 4 zeigt innerhalb des gestrichelt gezeich-neten Rechtecks die Aufgaben eines er-weiterten Produktkonfigurators unter funktionalen Gesichtspunkten.

Ein Produktkatalog unterstützt bei der Zusammenstellung der Angebots- oder Auftragspositionen. Bei einer PTO-Auf-gabenstellung kann sogar das Modul „Produktkonfigurator“ ganz entfallen; es wird dem Nutzer überlassen, welche Positionen er zusammenstellt. Häufig findet man auch eine enge Kopplung zwischen den Modulen Katalog und Konfigurator. Der Katalog hilft bei der Bestimmung einer Produktgruppe, die

durch einen Konfigurator spezifiziert ist. Die Konfigu-ration wird aus dem Kata-log aufgerufen. Umgekehrt kann auch der Katalog aus der Konfiguration aufgeru-fen werden, um dem Nutzer einen Teilbereich zur Aus-wahl anzubieten.

Das Ergebnis wird grund-sätzlich im Warenkorb abge-legt. Dort erfolgen die inhalt-liche Zusammenstellung und die kaufmännische Kalkulati-on. Das Modul Dokumenten-generierung erzeugt daraus die Dokumente. Der Nutzer entscheidet über die Art des Dokuments, gegebenenfalls werden Layout und Inhalt über zusätzliche Druckoptio-nen variiert.

integration in die beste-hende Systemlandschaft Für eine durchgängige Un-terstützung der Vertriebs-prozesse sollte ein Pro-

duktkonfigurator nicht als Insellösung betrieben, sondern in die bestehende Systemlandschaft integriert werden. Die technischen Rahmenbedingungen ent-scheiden, ob es günstiger ist, die Funk-tionsmodule einzeln oder als eine ge-schlossene Anwendung zu integrieren.

Ist ein CRM-System im Einsatz, so wer-den dort die Informationen über Kunden und Vertriebsprojekte verwaltet. Über der mit 1 gekennzeichneten Schnittstel-le werden dem Produktkonfigurator alle relevanten Informationen zur Verfügung gestellt. Dies umfasst typischerweise Kontakt- und Adressdaten, kundenspe-zifische Rabattsätze usw.

Zur Einbindung in ein ERP-System wird zwischen zwei verschiedenen Schnittstellen unterschieden. Die mit 2

Literatur[Brinkop 99] Axel Brinkop: „Varianten-konstruktion durch Auswertung der Abhängigkeiten zwischen den Kon-struktionsbauteilen“, Dissertationen zur Künstlichen Intelligenz, Band 204, Infix, St.-Augustin, 1999

[Brinkop 12] Axel Brinkop: „Marktführer Produktkonfiguration“, www.brinkop-consulting.de

Bild 4: Innerhalb des gestrichelt gezeichneten Rechtecks: Funktionsmodule eines „erweiterten Produktkon-figurators“.

gekennzeichnete Schnittstelle dient zur Übergabe von Auftragsdaten. In Szenari-en ohne CRM-System erfolgt manchmal die Angebotsverwaltung ebenfalls im ERP-System, dann werden zusätzlich die Angebotsdaten über diese Schnittstelle übertragen.

Schnittstelle 3 ist wichtig für die Mo-dellierung. Über sie werden Artikel-stammdaten aus dem ERP-System mit dem Produktkonfigurator synchroni-siert. Über diese Schnittstelle kann auch der Katalog mit Artikelstammdaten aus dem ERP System gefüllt werden.

Eine Schnittstelle zum CAD-System (Ziffer 4) lässt sich ein- oder zweisei-tig betreiben. Oftmals ist eine Visuali-sierung der Konfigurationsergebnisse in einer 2D- oder auch 3D-Darstellung sinnvoll. Dazu werden die Daten der Konfigura tion – entweder am Ende des Konfigurationsprozesses oder auch mit-laufend – an das CAD-System übermit-telt, wo die entsprechende Darstellung generiert wird. Als zusätzlicher Service können die so erzeugten 2D- oder 3D-Modelle dem Kunden mitgeliefert wer-den. Eine noch engere Kopplung kann bei ETO-Aufgabestellungen sinnvoll sein; dort lässt sich das CAD-System als Eingabeoberfläche für den Konfigurator nutzen.

Je nach Einsatzszenario werden wei-tere Schnittstellen benötigt. Verbreitet ist beispielsweise die Verzahnung mit ei-nem Content-Management-System, um Texte und Grafiken für Katalog und Kon-figuration zu integrieren oder die Einbin-dung in ein PLM-System.

Für einen konkreten Anwendungsfall müssen nicht alle dargestellten Module voll ausgeprägt sein. Soll beispielsweise ausschließlich der Innendienst bei der Auftragsbearbeitung unterstützt wer-den, so können viele der beschriebenen Funktionen von Modulen des ERP-Sys-tems übernommen werden.

ZusammenfassungDer Einsatz von Produktkonfiguratoren ist ein geeignetes Mittel, die Effizienz des Vertriebs zu steigern. Neben der Fehlerreduktion durch technisch und kaufmännisch korrekte und vollständi-ge Angebote erreicht man einen Know-how-Transfer vom Stammwerk bis zu den Vertriebspartnern. Produktkonfi-guratoren können nicht nur bei Aufga-ben mit vollständiger Produktdefiniti-on helfen, ihr Einsatz ist auch sinnvoll bei Aufgaben mit Engineering-Anteil. Sie unterstützen bei der Produktfin-dung, der vertrieblichen und der ferti-gungsorientierten Konfiguration. Ein-gebettet in die Systemlandschaft des Unternehmens stellen sie eine effizien-te Unterstützung der Vertriebsprozesse dar. Auf dem deutschen Markt ist eine Vielzahl Anbieter von Konfigurations-software vertreten. Eine ständig aktua-lisierte Übersicht finden Interessierte im „Marktführer Produktkonfiguration“ [Brinkop 12]. to

Begriffe: Produktkonfiguration, Produktparametrierung, ProduktauslegungIn der KI („künstliche Intelligenz“)versteht man unter einem Konfigu-rierungsproblem „die Erstellung einer Struktur mit vorgegebenen Eigen-schaften durch die Kombination einer bestimmten Menge von Objekten“ [Brinkop 99]. Übertragen auf die Bestimmung eines Produkts wird nach dieser Definition bei der Produktkonfi-guration das Produkt allein durch eine Kombination von bereits bekannten Komponenten festgelegt. Davon unterschieden wird die Produktpa-rametrierung, bei der bestimmte Eigenschaften des Produkts geeignet parametriert werden müssen, und die Produktauslegung, bei der häufig komplexe Berechnungen zur Bestim-mung der erforderlichen Produkt-struktur und deren Eigenschaften herangezogen werden.

Diese Unterscheidungen sind wichtig bei der Betrachtung von Softwareme-thoden zur Lösung derartiger Aufga-benstellungen. In der Praxis wird aus Sicht der Anwender nicht zwischen diesen Aufgabenstellungen unter-schieden, daher kann ein Produktkon-figurator wie folgt definiert werden: Ein Werkzeug, das hilft, ein Produkt so zu bestimmen, dass es vorgegebenen Anforderungen genügt.

Ein Produktkonfigurator lässt sich auf verschiedene Weise erstellen, er kann speziell programmiert oder es kann ein Werkzeug zu seiner Erstellung benutzt werden. Die Software zum Erstellen eines Produktkonfigura-tors wird als Konfigurationssoftware bezeichnet.

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42 CAD & Design variantenmanagement

DiGiTAL ENGiNEEriNG Magazin: Herr Schäfer, was zeichnet ein leistungsfähi-ges Variantenmanagement aus?Wolfram Schäfer: Das kommt auf das Einsatzgebiet an. Ganz allgemein geht es darum, Vielfalt beherrschbar zu machen. Ein gutes Variantenmanagement besteht darin, dem Kunden eine größtmögliche Vielfalt zu bieten, den Aufwand in der Entwicklung hingegen möglichst gering zu halten.

DEM: Welche Arten von Variantenma-nagement gibt es?Wolfram Schäfer: Das Grundprinzip be-steht darin, nicht länger den Einzelfall, die einzelne Maschine zu betrachten, sondern Regeln zu formulieren. Dann

muss man das Rad nicht immer wieder neu erfinden, sondern setzt konkrete An-forderungen im Rahmen einer bewähr-ten Systematik um.

DEM: …und in welche Bereiche lassen sich diese untergliedern?Wolfram Schäfer: Prinzipien und Soft-warelösungen zur Komplexitätsreduk-tion können im Grunde in allen Un-ternehmensbereichen eingeführt und angewendet werden – angefangen vom Vertrieb über Entwicklung und Produkti-on bis hin zum Service. IT Engineering be-fasst sich mit der Maschinenentwicklung. Wir setzen Konzepte für Steuerungssoft-ware um, die sich in modular aufgebaute Produkte integrieren lässt.

DEM: Können Sie uns etwas zur Motivati-on sagen bei der Erstellung dieses Leitfa-dens über die Methoden des Varianten-managements?Wolfram Schäfer: Als Mitglied des In-dustriearbeitskreises Variantenmanage-ment im VDMA waren wir eingeladen, an dem Leitfaden mitzuwirken. Gerne ha-ben wir unsere Position und unser Thema eingebracht. Allerdings kann ich weder für den VDMA noch für den Kreis der Au-toren sprechen. In einem ersten Schritt geht es sicher darum, einen Überblick zu bieten und es Unternehmen zu ermögli-chen, ein Gefühl dafür zu entwickeln, wie wichtig das Thema für sie ist und inwie-fern sie es bereits umgesetzt haben. Die Softwareentwicklung wird dabei nur am Rande gestreift.

DEM: An wen richtet sich dieser Leitfa-den speziell?Wolfram Schäfer: Je kleiner die Losgrö-ße, desto drängender stellt sich die Fra-ge, wie sich der Aufwand in Entwicklung und Fertigung reduzieren lässt. Der Ma-schinen- und Anlagenbau ist da sicher in besonderer Weise angesprochen. In den einzelnen Unternehmen – das haben wir ja bereits angesprochen – profitieren fast alle Bereiche von einem klugen Varian-tenmanagement.

DEM: Wie lassen sich funktional unter-schiedliche Bauteile oder -gruppen kon-kret in der Steuerungssoftware als Va-

N U T Z E N D E S V A r i A N T E N M A N A G E M E N T S i M Ü B E r B L i C K

Angebotsvielfalt beherrschenNirgendwo sonst auf der Welt gibt es eine derartig große Angebotsvielfalt wie im deutschen Maschinenbau –

gut für den Kunden. Jedoch steigt mit zunehmender Vielfalt der Produktvarianten auch der Aufwand in Ent-

wicklung, Engineering und der Konstruktion, was für zahlreiche Unternehmen eine erhebliche Belastung

darstellt, weil sie ihre Varianten nicht beherrschen. Einen detaillierten Überblick über die Methoden des Vari-

antenmanagements bietet der aktuelle VDMA-Leitfaden „Variantenmanagement“, den der VDMA auf einer

Veranstaltung im Februar vorgestellt hat. Wolfram Schäfer, Geschäftsführer der iT Engineering GmbH aus

Pliezhausen, hat an dem 20-seitigen Band mitgewirkt und die Fragen des Digital Engineering Magazins hier-

zu beantwortet.

43CAD & Designvariantenmanagement

rianten abbilden? Können Sie uns hier einige Beispiele nennen?Wolfram Schäfer: Das ist ein sehr kom-plexer Prozess. Dabei spielt das Schnitt-stellenmanagement für die Synchro-nisation der Bewegungsabläufe in der Maschine eine wichtige Rolle. Die Funk-tionalitäten müssen in der Entwicklung gekapselt werden und die Schnittstellen sauber definiert sein. So fasst die objekt-orientierte Programmierung Codes und Daten in logische Einheiten zusammen, die sich in einer auf Wiederverwendbar-keit angelegten Architektur beliebig mit-einander kombinieren lassen. Auf diese Weise sind mechanische Komponenten wie Motoren, Getriebe, Bearbeitungs-gruppen oder Antriebsstränge eins zu eins in Softwarekomponenten abbildbar.

DEM: Warum wird der Nutzen von Vari-antenmanagement in der Softwareent-wicklung erst in Ansätzen ausgeschöpft?Wolfram Schäfer: Die von uns entwi-ckelte Software für Maschinen und An-lagen ist so ausgelegt, dass sie Varianz beherrscht. Es ist allerdings heute leider noch nicht selbstverständlich, dass die Grenzen mechatronischer Module auch in der Software eingehalten werden. Auf diese Weise können einzelne Module in-dividuell getestet und unabhängig von-einander in Betrieb genommen werden. Wenn das nicht der Fall ist, gerät das Va-riantenmanagement schnell an seine Grenzen. Die Standardisierung von Bau-teilen reduziert nur dann Komplexität und vereinfacht die Produktentwicklung, wenn die Software das abbilden kann. In diesem Bereich steckt das Variantenma-nagement noch in den Kinderschuhen. Das spiegelt sich auch im Industriear-beitskreis Variantenmanagement: Ent-

wickler von Steuerungssoftware sind da eine kleine Randgruppe.

DEM: Was kostet ein Variantenmanage-ment-System und wie sieht es mit der Amortisation aus?Wolfram Schäfer: Da wir kein System ver-treiben, sondern Steuerungssoftware in-dividuell entwickeln, kann ich Ihnen dazu leider nichts sagen. Je stärker die Software auf Wiederverwendbarkeit angelegt ist, desto günstiger wird sie allerdings.

DEM: Was müssen Unternehmen bei der Einführung eines Variantenmanage-ment-Systems beachten?Wolfram Schäfer: Hier kann ich nur als Entwickler wiederverwendbarer Soft-warekomponenten sprechen. Wichtig ist, dass sowohl mechanische als auch elek-tronische und Software-Komponenten modular aufgebaut sind. Das Verfahren ist kostspielig und rechnet sich nur, wenn Teil-modelle über den gesamten Entwicklungsprozess wie-derverwendet werden kön-nen. Die virtuelle, auf Simu-lationsmodellen basierende Inbetriebnahme trägt dann zur effizienten Fertigung bei, wenn Produktlinien gefertigt werden.

DEM: Welche Trends sehen Sie im Varian-tenmanagement in den nächsten Jahren?Wolfram Schäfer: Als virtuelle Inbetrieb-nahme und Simultanous Engineering wird sich Variantenmanagement auch in der Softwareentwicklung durchsetzen. Das wird die Zusammenarbeit in Entwick-lungsteams verändern. Wir teilen schon heute Projekte in Arbeitspakete ein, die wir unabhängig voneinander erledigen

können, und kapseln die in der Lösung ab-zubildenden Funktionen. Damit jeder Mit-arbeiter seine eigenen Aufgaben so gut wie möglich löst und dennoch das Ganze immer im Blick bleibt, arbeitet IT Enginee-ring nach einem agilen Vorgehensmodell. Scrum-Projekte bestehen aus kurzen Ar-beitszyklen, die „Sprints“ genannt werden. Zuvor formuliert der Projektverantwortli-che die Aufgabenstellung, die es zu lösen gilt. Ein Sprint dauert zwischen zwei und vier Wochen. So können wir unsere Ent-

wicklerteams rennen lassen und auf die-se Weise innerhalb kürzester Zeit Teiler-gebnisse erzielen. Variantenmanagement bedeutet für viele Entwicklungsteams, vor allem in den Maschinenbauunternehmen selbst ihre Arbeitsabläufe vollkommen neu zu definieren.

DEM: Herr Schäfer, vielen Dank für dieses Gespräch.

Das Interview führte Birgit Wimmer.

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Berechnung und Simulation – Anwendungen, Entwicklungen, Trends

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„Je kleiner die Losgröße, desto drängender stellt sich die Frage, wie sich der Aufwand in Entwicklung und Fer-tigung reduzieren lässt. Der Maschinen- und Anlagen-bau ist da sicher in besonderer Weise angesprochen. in den einzelnen Unternehmen … profitieren fast alle Be-reiche von einem klugen Variantenmanagement.“

Wolfram Schäfer ist Geschäftsführer der IT Engineering GmbH.

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44 CAD & Design Produktkonfiguration und cAD-Automation

Zu den Stärken des deutschen Ma-schinen- und Anlagenbaus zählt ein umfassendes Variantenangebot.

Modulare Produktstrukturen bieten ein gewisses Maß an Standardisierung und helfen, Kosten zu zügeln. Mit einer zu-nehmenden Produktvielfalt wächst aber zugleich die Komplexität der Angebots- und Fertigungsprozesse. So sieht bei-spielsweise der VDMA in einem effekti-ven Variantenmanagement momentan eine der zentralen Herausforderungen für den Maschinen- und Anlagenbau. Un-ternehmen müssen Strategien ergreifen, um diese Komplexität über den gesam-ten Leistungserbringungsprozess be-herrschen zu können und das Angebots-portfolio reduzieren, ohne die Vielfalt der kundenindividuellen Produktlösungen einzuschränken.

Zur Komplexitätsbeherrschung die-nen Softwerkzeuge, die die Schnittstelle zwischen Konstruktion und Vertrieb, das so genannte Sales Engineering, effizien-ter gestalten. Mit Produktkonfigurato-ren wie P’X5 von Perspectix können Ver-triebsmitarbeiter, unabhängig von der Konstruktion und Produktentwicklung, regelbasiert Produktvarianten auslegen, dreidimensional visualisierte Lösungen wirklichkeitsgetreu präsentieren sowie kundengerechte Angebote erzeugen.

Diese interaktiven Werkzeuge senken die benötigte Zeit zwischen Anfrage und erstem Angebot. Weniger Korrektur-schleifen und ein reduziertes Machbar-keitsrisiko senken die Prozesskosten und erhöhen den Angebotsdurchsatz. Die

anderen Abteilungen werden nicht mehr mit der Ausarbeitung von Möglichkeiten belastet, sondern nur noch eingebunden, um Spezialfälle zu erfüllen. Verständliche Angebote erbringen bereits frühzeitig eine vollständige Leistungsklarheit, opti-mieren die Beratung und bieten das Maß an Kundenorientierung, das der heutige Wettbewerb verlangt.

regelwerk sichert ExpertenwissenEine Konfiguratorsoftware vereinheit-licht personenunabhängig das Exper-tenwissen, das eine korrekte Zusam-menstellung modularer Produktsysteme benötigt. Ein definiertes Regelwerk be-achtet alle Aspekte der Produktlogik, etwa Abhängigkeiten, Mindestabstän-

de oder gesetzliche Bestimmungen. Dadurch entfällt von vornherein das Spezifikationsrisiko, da die technische Realisierbarkeit der Lösung bereits ge-klärt und abgesichert ist.

Für die Konfigurationen kann das Un-ternehmen auf verschiedene Ansätze zurückgreifen. Die parametergesteuerte Top-Down-Konfiguration nutzt eine so genannte 150-Prozent-Stückliste, in der alle erdenklichen Optionen und Varian-ten vorgedacht sind. Durch die Auswahl der Merkmale entsteht die gewünschte Lösung mit ihrer 100-Prozent-Stücklis-ten-Ausprägung. Diese Vorgehensweise bietet sich an, wenn das Produkt über eine endliche Anzahl von Parametern vollständig beschrieben werden kann.

P r O D U K T V A r i A N T E N K U N D E N G E r E C H T M i T P r O D U K T K O N F i G U r A T O r E N

Komplexe Produkte im griffV O N P H I L I P P M I K S C H L

Je mehr sich Maschinen- und Anlagenbauer an individuellen Kundenwünschen orientieren, desto größer

wird der Bedarf an einem intelligenten Variantenmanagement. Unterstützung bieten Produktkonfigurato-

ren wie die Software P’X5 der Perspectix AG. Mit 150-Prozent-Stücklisten und dynamischer Modulkompositi-

on aus einem Baukasten heraus lassen sich komplexe Produkte wissensbasiert und daher vollständig korrekt

zusammenstellen. Gemeinsam mit einer CAD-unabhängigen 3D-Visualisierung im Vertrieb beschleunigen

Hersteller Angebotserstellung sowie Auftragsklärung und erreichen geringere Durchlaufzeiten.

Konfiguratoren unterstützen die Projektierung komplexer Produktsysteme. Bilder: Perspectix

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45CAD & DesignProduktkonfiguration und cAD-Automation

Bei Anwendungsfällen mit einer unbe-grenzten Lösungsvarianz, beispielsweise für Regelsysteme oder die Transfertech-nik, kommt hingegen die Bottom-Up-Methode zum Zuge. Hier wird aus einem modularen Baukasten heraus durch das dynamische Verbauen von Einzelteilen die Gesamtlösung Stück für Stück er-stellt. Auf diese Weise lassen sich belie-big große Systeme ebenso regelbasiert beschreiben.

Das integrierte Beziehungswissen sorgt für eine einwandfreie Projektie-rung. Während der Konfiguration be-rechnet die Software automatisch die Stücklisten mit sowohl kaufmännischen wie technischen Daten. Bei Änderungen im Layout gleicht das System selbststän-dig die Parameter an. Mehrere Alternati-ven sind flexibel und schnell entwickelt, so dass Kunden passgenaue Lösungen erhalten.

Unabhängig von dem Konfigurations-ansatz verlangen die Aufbereitung des Produktwissens und die Einpflege der Produktlogik einen gewissen Initialauf-wand für das Unternehmen. Die Leis-tungsfähigkeit eines Konfigurators hängt stark von der Qualität der zugrundelie-genden Wissensbasis über Produktvari-anten, Verbaulogik, Verfahrensvorgaben, Kosten- und Preiskalkulation ab.

Als Standardsoftware ist P’X5 darauf ausgelegt, dass Unternehmen ihr Pro-duktwissen eigenständig verwalten, bearbeiten und erweitern können. Die Pflegearbeit erleichtert ein kollabora-tives Autorensystem, mit dem sich die Daten webbasiert über verschiedene Standorte hinweg synchronisieren las-sen. Grafische Editoren unterstützen das Modellieren und Testen der komplexen Beziehungslogik. Mit dem Produktkonfi-gurator wird das Produktwissen zentral verwaltet und durch die automatische Update-Funktion arbeiten auch die Au-ßendienstmitarbeiter mit dem offline-fähigen System auf dem aktuellen Da-tenstand.

3D-Visualisierung erleichtert KommunikationFür Kunden ist es manchmal schwierig, die zu konfigurierenden Produkte ge-nau zu definieren, insbesondere, wenn die Prioritäten und Präferenzen unklar sind oder sich auf der Suche nach einem Lösungsansatz verändern. Hersteller müssen daher ihr modulares Produkt-

portfolio auf eine intuitiv verständliche Art kommunizieren. Anhand von 3D-vi-sualisierten Konfigurationen, die auf ak-tuellem Konstruktionswissen beruhen, kann der Vertrieb unabhängig von CAD-System und -Kenntnissen bereits im Kundengespräch umfassend beratend tätig werden.

Im Gegensatz zu einer rein textbasier-ten Konfigurationsfunktionalität von ERP-Systemen bietet die vertriebsorien-tierte P’X5-Software zahlreiche Möglich-keiten für ein „Visual Product Selling“, also die dreidimensional aufbereitete Lösungskommunikation. Kunden se-hen vom Einzelteil bis zum Gesamtpro-dukt detailliert, wie ihre spätere Lösung aussehen wird. Ebenso erleichtert die grafische Komponente den Vertriebs-mitarbeitern den Einstieg in die soft-waregestützte Konfiguration.

Die Visualisierungen der Bauteile sind detailreduzierte Ableitungen der 3D-CAD-Daten in den Standardformaten JT

oder VRML. Die Verschlankung sichert die Lauffähigkeit des Konfigurators auf handelsüblichen Laptops und schützt das geistige Eigentum des Unterneh-mens bei Verlust oder Diebstahl von mo-bilen Geräten.

Durch die Ausleitung aussagekräfti-ger Angebotsdokumente unterstützt der Produktkonfigurator die Verständi-gung über die letzten Details. Anstatt aufwändig Produktdokumentationen und die zugehörigen Zeichnungen ma-nuell zu erstellen, erzeugt die Software die Unterlagen per Knopfdruck als PDF oder 3D-PDF.

Unter dem Strich stärkt der 3D-Konfi-gurator die Eigenständigkeit des Vertriebs und beschleunigt durch die verbesserte Kommunikation die Angebotsphase. Die komplexen Prozesse, die durch ein vari-antenreiches Produktspektrum entste-hen, werden weitestgehend automati-siert und dadurch auch im Kostensinne beherrscht. bw

Wirklichkeitsgetreue 3D-Visualisierung unterstützt die Lösungskommunikation.

Per Parameterauswahl entstehen kundenindividuelle Lösungen.

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46 CAD & Design Produktkonfiguration und cAD-Automation

DiGiTAL ENGiNEEriNG Magazin: Herr Dehn, Lino ist im deutschsprachigen Europa der einzige zertifizierte Service-Partner für die Konfigurationslösung Tac-ton des schwedischen Anbieters Tacton Systems AB. Wie ist es dazu gekommen?rüdiger Dehn: Wir haben uns ein sehr umfangreiches Know-how angeeignet, das auf vielen Mannjahrzehnten an Ent-wicklungs- und Projekterfahrung in den Bereichen Maschinenbau, Fahrzeugbau, Konstruktion, Simulation, Fertigungspla-nung, IT, 3D-CAD, PDM und SAP-PLM ba-siert. Wir können noch 2D-Zeichnungen lesen, weil wir viele Jahre in der Industrie als Konstrukteur oder als Projekt- bezie-hungsweise Konstruktionsleiter gearbei-tet haben. Nach den ersten erfolgreichen Kundenprojekten haben wir ein Team aus jungen, gut ausgebildeten Ingenieu-

ren und erfahre-nen Praktikern gebildet.

DEM: Und wie positionieren Sie sich als Service-Partner?rüdiger Dehn: Unsere eigentliche Ser-viceleistung besteht darin, die Kunden-aufgabe aufzunehmen, zu analysieren und gemeinsam mit dem Kunden ein Konfigurations- und ein 3D-CAD-Modell aufzubauen, dass ihn am Ende um Faktor 10 bis 100 schneller macht. Das haben wir in sehr vielen Projekten erfolgreich umgesetzt und sind deshalb zertifizierter Tacton Service-Partner.

DEM: Sind Produktkonfigurationen im-mer noch eine Art „Geheimwaffe“, weil viele Unternehmen die Wertschöpfungs-potenziale, die sich daraus ergeben, noch nicht erkannt haben?rüdiger Dehn: „Geheimwaffe“ ist noch untertrieben. Der Kunde an sich möchte individuelle Produkte kaufen. Die herstel-lenden Firmen müssen aber versuchen, die Kombinationsvielfalt klein zu halten,

um überhaupt Produkte auf den Markt bringen zu können. Sie

können Küchenmöbel

nur in den Breiten 60 oder 80 Zentime-ter bekommen. Was wäre denn, wenn Sie zum Preis eines 60-Zentimeter-Elements auch ein 73-Zentimeter-Element herstel-len könnten? Das Geheimnis liegt im Zu-sammenstellen der Unterteile einer Bau-gruppe im Augenblick der Anfrage.

DEM: Wo finden sich denn die „Schmer-zen“ der Fertigungsunternehmen?rüdiger Dehn: Die Konstruktionsabtei-lungen ersticken heute unter der Masse an Vertriebsanfragen. Die internen Ant-wortzeiten sind zu lang, und der Endkun-de wartet schnell mal eine Woche auf sein Angebot. Mit einem sehr guten Konfigu-rator kann der Vertrieb ein Angebot mit Zeichnung innerhalb von fünf Minuten

L i N O A L S S E r V i C E - P A r T N E r F Ü r K O N F i G U r A T i O N S L Ö S U N G T A C T O N

Einsatzszenarien und geschäftsvorteile Die Lino GmbH in Mainz vertreibt als Technologieberater und Lösungspartner einen innovativen

Produktkonfigurator für Konstruktion und Vertrieb. Digital Engineering hat rüdiger Dehn, Geschäftsführer

der Lino GmbH, zu den Geschäftsvorteilen befragt, die sich damit erzielen lassen.

Systemübergreifender Know-how-Transfer: Für einige Produktreihen erstellt Variantenfertiger Hilge mittels Tacton CAD-Daten für Kunden parallel zum Konfigu-rationsprozess bereits im Anfragestatus.Bilder: Hilge

Rüdiger Dehn ist Geschäfts-führer der Lino GmbH in Mainz.Bild: Lino

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47CAD & DesignProduktkonfiguration und cAD-Automation

haben – auch wenn die Kombinationsviel-falt weit über einer Million liegt. Weil nur aus 10 bis 30 Prozent aller Anfragen ein Auftrag wird, kann der Vertrieb jetzt 70 Prozent seiner Zeit auf Neukundenakqui-se verwenden. Im Vertrieb ist der Konfigu-rator eigentlich eine Gelddruckmaschine. In der Konstruktion liegt das Potenzial in den Zeitaufwänden für Maßblätter, An-gebotszeichnungen, Layout-Erstellung, Änderungen und dem Anteil an Routi-nearbeiten. Leider wissen die wenigsten Konstruktionsabteilungen, wie viel zusätz-liche Entwicklungszeit durch einen Konfi-gurator geschaffen werden könnte.

DEM: Für welche Unternehmen oder Portfolios eignet sich Konfiguration be-sonders?rüdiger Dehn: Konfiguration eignet sich insbesondere für Firmen, die auf indivi-duelle Kundenanfragen mit kalkulations-sicheren und technisch präzisen Angebo-ten möglichst schnell reagieren müssen. Jede Firma, die heute ein modulares Bau-kastensystem aufgebaut hat oder auf-bauen möchte, ist prädestiniert für einen Konfigurator. Die Einsatzfälle ziehen sich durch alle Branchen.

DEM: Wie berät Lino einen Kunden, der noch keine Erfahrung mit Produktkonfi-guration hat, und führt ihn zu einer pro-duktiven Lösung?rüdiger Dehn: Wir erstellen sowohl das erste SolidWorks- als auch das erste Kon-figurations-Modell. Dann schulen wir die Mitarbeiter des Kunden, so dass sie das Projekt intern – auch vor der Geschäfts-leitung – vorstellen können. Das sorgt für den ersten Aha-Effekt, weil jedem die Performance der Lösung plastisch vor Au-gen geführt wird. Dann wird gemeinsam die endgültige Lösung erarbeitet und der Kunde an die selbständige Anwendung der Software-Werkzeuge herangeführt.

DEM: Können Sie konkrete Produktivi-tätsgewinne bei Ihren Kunden belegen?rüdiger Dehn: Natürlich! Hilge reduziert den Aufwand für Angebotszeichnungen von Tagen auf Minuten. HT Labor & Hos-pitaltechnik verkürzt die Auftragsbearbei-tungszeit von 1 Stunde auf 10 Minuten und den Programmieraufwand von 20 auf 10 Minuten. Und das pro Auftrag! Maurer Söhne erzeugt Angebotszeichnungen in 2 Stunden statt in 2 bis 3 Tagen. Siemens in Leipzig setzt für die recht komplexe Ent-

wicklung seiner neuen Stromschienenrei-he TactonWorks ein, um die Komplexität überhaupt „im Griff“ behalten zu können. Für die Ausgangsdatenhaltung wurde ein neues Baustein-Tool entwickelt, das den SAP Configurator und Tacton mit gleichen Daten versorgt.

DEM: Von mobilen Applikationen aus können Produktkonfigurationen erzeugt und bei Bedarf sofort als Fertigungsauf-trag freigegeben werden. Wird es den Firmen schwindlig angesichts von so viel Tempo und Automation?rüdiger Dehn: Ich glaube nicht, dass jemand mit konstruktivem Hintergrund möchte, dass der Vertrieb Teile freigibt! Man sollte eher von Vertriebsvorschlägen sprechen, die dann eine andere Abtei-lung auf Plausibilität prüft. Wenn bereits früh gegen ein Regelwerk geprüft wird, wird in der Folge wenig zu beanstanden sein. Die Prozessdurchlaufzeit reduziert sich dadurch dramatisch. Als Nebenef-fekte haben Sie die Prozesssicherheit er-höht und Ihr Firmen-Know-how perfekt dokumentiert.

DEM: Wo sehen Sie die Hürden bei der Implementierung einer Konfigurations-lösung und wie unterstützt Lino die Kun-den dabei?rüdiger Dehn: Immer dann, wenn Sie vom zuständigen Management nicht mit genügend Zeit und schnellen Entschei-dungen unterstützt werden, droht so ein Projekt zu scheitern. Oder auch wenn zu viele Sachen auf einmal gemacht werden sollen, etwa die parallele Einführung von CAD, ERP, PDM und des Konfigurators. Wir bei Lino gehen systematisch an die uns gestellte Aufgabe heran, erstellen erste Modelle, stellen erste Fragen und haben relativ schnell ein erstes Ergebnis. Bei der Erstellung und Verfeinerung der Modelle fallen Widersprüche auf, die von außen leichter zu sehen sind als von innen. Im Er-gebnis haben wir dann pro Baureihe eine Baugruppendatei mit einem Konfigura-tionsmodell, die sowohl im Internet als auch im 3D-CAD-Tool SolidWorks benutzt werden kann. Es geht immer darum, ehr-lich die Vor- und Nachteile verschiedener Lösungsansätze zu kommunizieren. Des-halb gehört sehr viel Vertrauen in die aus-führende Firma dazu.

DEM: Das Regelwerk eines Konfigurators ist oft alles andere als trivial, selbst bei Pro-

dukten, die auf den ersten Blick nicht sehr komplex wirken. Wie können Implemen-tierungskosten und Total Cost of Owner-ship (TCO) gering gehalten werden?rüdiger Dehn: Indem das Modell mit so wenig Regeln wie nötig erstellt wird. Tac-ton-Kunde ABB Motor hat zum Beispiel sein Regelwerk von 507.500 Regeln auf 150 reduziert! Weniger und übersichtliche-re Regeln vermindern den Pflegeaufwand

und werden von jedem Menschen auch verstanden. Die Tacton Engine bringt uns hier mit vielen Alleinstellungsmerkmalen in die Pole Position. Faktor 2 bis 4 sind wir dadurch besser als unsere Mitbewerber.

DEM: Ingenieurmangel droht, die Weiter-entwicklung der Unternehmen zu hem-men. Kann eine Konfigurationslösung da helfen?rüdiger Dehn: Reduktion von Routi-nearbeit und Variantenvielfalt, Time to Market, Vertriebsschulung, Durchlaufzei-tenverkürzung und Begrenzung bezie-hungsweise ein Entfallen der Nacharbeit sind Themen, bei denen der Konfigurator extrem helfen kann. Wir von Lino stellen uns auf vermehrte Nachfrage ein und ha-ben deshalb schon drei neue Mitarbeiter hinzugewonnen, die bis April 2012 die Arbeit aufnehmen werden.

DEM: 2011 haben Sie erfolgreich die De-sign-Automation-Konferenz mit zahlrei-chen Tacton-Anwenderbeiträgen veran-staltet. Wird es diese Veranstaltung 2012 wieder geben?rüdiger Dehn: Ja, und zwar am 14. Juni 2012 in Frankfurt. Wir erwarten 80 bis 100 Personen. Die Thematik wird sich ein we-nig ändern. Wir wollen mehr zu den The-menkreisen Vertriebskonfiguration und Speicherung von Konfigurationswissen präsentieren. Weitere Infos finden Interes-sierte unter www.design-automation.de.

DEM: Herr Dehn, vielen Dank für dieses Gespräch.

Das Interview führte Thomas Otto.

„Konfiguration eignet sich insbesondere für Firmen, die auf individuelle Kunden-anfragen mit kalkulationssicheren und technisch präzisen Angeboten möglichst schnell reagieren müssen.“

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48 CAD & Design Reverse engineering

Der Spezialmaschinenbau hat bei der Wilhelm Rasch GmbH & Co. KG eine lange Tradition. Seit über 60 Jahren

hat sich das Unternehmen Rasch mit Sitz in Köln durch die Entwicklung und Pro-duktion technischer Innovationen im

Segment der Verpackungsmaschinen zum Weltmarktführer bei der Verpackung von Hohlkörpern aus Schokolade ent-wickelt. Der Maschinenhersteller bietet maßgeschneiderte Speziallösungen und begleitet seine Kunden von der ersten

Produktskizze bis zur lauffertigen Maschi-ne. Im Hohlfigurensegment bedient der Spezialmaschinenbauer weltweit sämt-liche Branchenführer. Insbesondere bei der gesiegelten Wicklung von Sitzhasen und anderen Körpern mit spezieller Geo-metrie ist das Angebot von Rasch einma-lig. Das Produktionsprogramm umfasst außer den Hohlkörperverpackungsma-schinen ebenfalls universelle und hoch-spezialisierte Wickelmaschinen. Dabei liegt das Augenmerk nicht nur auf der Verpackungsmaschine allein, sondern umfasst auch komplette Verpackungs-anlagen mit den unterschiedlichsten Zu-führ- und Abtransportsystemen.

Hochgenaue Geometrie für die optimale VerpackungDas erzeugte 3D-Modell auf Basis der Hohlfigur-Doppelform ist ein vollwer-tiges Abbild der Schokoladenfigur. Die generierten Flächen liegen mit einer ho-hen Genauigkeit auf den Scandaten und spiegeln somit das reale Objekt präzise wider. Das Ergebnis ist ein NURBS-gene-

B A U V O N S O N D E r M A S C H i N E N D A N K E i N F A C H E M r E V E r S E E N G i N E E r i N G

Meister Lampe nett verpacktMeister Lampe ist ein scheuer Zeitgenosse und wenn sich wieder mal die Hasen im Garten tummeln, sind sie in

der regel aus Schokolade und es ist Ostern. Doch wie kommt nun der Hase zu seinem Gewand? Die Wilhelm

rasch GmbH & Co. KG mit Sitz in Köln ist ein bekannter Entwickler und Hersteller von Verpackungsmaschinen

für Hohlkörper aus Schokolade. Als Modellierungsgrundlage für die Osterhasenfigur verwendet rasch eine

Hohlfigur-Doppelform, um dann den Aufbau eines CAD-Modells über NUrBS mit der reverse-Engineering-

Softwarelösung rapidform-XOr nachzuahmen.

Polygonalmodell, Vorder- und Rück-seite.

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49CAD & DesignReverse engineering

riertes Oberflächenmodell. „Unsere An-forderungen bei der Verpackung einer Schokoladenhohlfigur erfordern ein prä-zises 3D-Modell auf Basis von Scandaten. Mit der angebotenen Lösung, Reverse Engineering Software Rapidform XO Re-design ist dieses optimal gelungen“, er-klärt Jörg Rademacher, Kon strukteur bei der Wilhelm Rasch GmbH & Co. KG.

Der Schokoladenhohlkörper besteht aus zwei separaten Formen, einer Vor-der- und einer Rückseite. Eine Hohlfigur-Doppelform gibt die Form für die Scho-kolade-Hohlfiguren und ist Basis für die 3D-Scandaten. Das Messergebnis wird in zwei Polygonalmodellen ausgegeben.

Vom 3D-Scan zu einer NUrBS-generierten CAD-DateiMit einem 3D-Scanner wird berührungs-los eine Punktwolke von der Oberfläche der Hohlfigur-Doppelform gescannt. Aus den erzeugten Punktwolken wer-den zwei Polygonalmodelle generiert. Im ersten Schritt werden die beiden Po-lygonalmodelle (Vorder- und Rücksei-te) zu einem wasserdichten Polygonal-modell als Abbild der Schokoladenfigur verschmolzen. Das Polygonalmodell ist die Grundlage für den folgenden Re-verse-Engineering-Prozess. Hierfür ge-neriert XOR ein Kurvennetzwerk über das Scanobjekt, aus dem die endgülti-gen Freiformflächen berechnet werden können. Die Schokoladenhohlfigur wird vollständig über die 3D-Scandaten mo-delliert.Für den Aufbau eines CAD-Modells über NURBS werden beide Polygonal-modelle in XOR importiert. Im ersten Schritt werden die beiden Polygonal-modelle (Vorder- und Rückseite) zu ei-nem gesamten wasserdichten Polygo-nalmodell vereinigt. Hierfür müssen beide Modelle in ein Koordinatensys-tem transformiert werden. Um die Aus-richtung zu vereinfachen, werden die Polygonal modelle mit der Funktion Re-

gion Group in Teilbereiche mit zusam-mengehöriger Regelgeometrie seg-mentiert. Die Segmentierung lässt sich in Detailbereichen noch per Hand an-passen. Dies ermöglicht dem Konstruk-teur, eine automatische Feature-Erken-nung durchzuführen. Jede gewünschte Regelgeometrie kann bei diesem Pro-zess aus dem Polygonal modell extra-hiert werden. Nicht erkannte Bereiche werden als Freiformfläche gruppiert.

Für die Ausrichtung in einem Koordi-natensystem werden in jedem Modell Regelgeometrien (Punkte, Vektoren, Ebenen) definiert. Für die XY-Ebene wird aus dem Boden des Polygonal-modells mit der Funktion Add.Ref.Pla-ne und der Methode Extract eine Refe-renzebene erzeugt. Für die Trennebene der beiden Modelle wird zunächst über ein 3D-Sketch und die Funktion Boun-dary die Berandungskurve erzeugt. Mit der Funktion Add.Ref.Plane und der Berandungskurve wird die Trenn-ebene definiert. Der Ursprung lässt sich mit der Funktion Mesh Sketch Set-up in einer Skizze auf der Trennebene als Schnittpunkt zweier Geraden fest-legen. Die Funktion Interactive Align-ment ermöglicht die optimale Aus-richtung der beiden Polygonalmodelle (Vorder- und Rückseite) in einem Ko-ordinatensystem. Zur Erzeugung eines wasserdichten Polygonalmodells wer-den die beiden Seiten mit der Funktion Sew Boundary zu einem Modell verei-nigt. Die Funktion Global Remesh op-timiert und glättet den Übergang zwi-schen den beiden Formhälften.

Freiformflächen beschreiben die Oberflächenstruktur der Hohlkörperfi-gur. Da die Oberflächenstruktur beibe-halten werden soll, wird das CAD-Mo-dell aus NURBS-Oberflächen generiert. Hierfür wird über die Holkörperfigur ein Kurvennetzwerk gelegt. Mit der Funk-tion Auto Surfacing und der Methode Feature Following Network wird ein Kur-

vennetzwerk anhand der Oberflächen-struktur erzeugt. Die Funktion Deform bietet die Möglichkeit, das Kurvennetz-werk optimal an die Scan-Daten anzu-passen. Im letzten Schritt werden die endgültigen Freiformflächen berechnet. Das Ergebnis ist ein NURBS-generiertes Oberflächenmodell der Schokoladen-hohlfigur.

Mit der Funktion Auto Surfacing las-sen sich in kürzester Zeit NURBS-gene-rierte CAD-Modelle erzeugen. Die er-zeugten Flächen liegen mit einer hohen Genauigkeit auf den Scandaten und spiegeln auf diese Weise das reale Ob-jekt präzise wider. bw

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50 Simulation & Visualisierung lückenschluss zwischen cAD- und berechnungswelt

Die Kooperation zwischen CONTACT Software und BETA CAE Systems zielt darauf ab, die bisherige Lücke zwi-

schen CAD- und Berechnungswelt durch ein integriertes Lösungsangebot zu schlie-ßen. Eine derartige disziplinübergreifen-de Unterstützung im PLM-Kontext wird besonders von den Automobilherstellern und ihren Zulieferern, aber auch aus an-deren Branchen der Fertigungsindustrie nachgefragt, um den virtuellen Entwick-lungsprozess zu beschleunigen und die Nachverfolgbarkeit von Absicherungser-gebnissen zu verbessern.

Die virtuelle Simulation von Produktei-genschaften wie Statik, Akustik, Vibration oder Crash- und Ermüdungsverhalten ist heute nur unzureichend in die PLM-Pro-zesse der Unternehmen eingebettet. Da aber Änderungen zwischen Berechnung und Konstruktion fortlaufend abgegli-chen werden müssen, tauchen Fehler-quellen in der Übertragung der Informa-tion von einem System ins andere gleich mehrmals auf und nötige Anpassungen müssen manuell nachgepflegt werden. CONTACT Software und BETA CAE Sys-

tems wollen nun eine integrierte System-landschaft für Bauteiloptimierung von der Geometrie bis zur Absicherung schaf-fen, die diese Medienbrüche und die da-mit verbundenen Nachteile im Blick auf Zeit, Kosten und Qualität obsolet macht.

Mit dem Kauf des Fast Concept Mo-deller (FCM) im Sommer 2011 erweiter-te CONTACT Software sein Portfolio um Lösungen für effiziente Geometriemo-dellierung und durchgängige CAx-Pro-zessketten. FCM ist ein zentraler Baustein von CONTACT FAST/CA: ein Angebot, mit dem der PLM-Anbieter die durchgän-gige Nutzung der CAx-Daten über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg adressiert. Ziel ist das zuverlässige Da-ten- und Datenflussmanagement ent-lang der Ein-/Ausgabeketten der Model-lierungs- und Simulationswerkzeuge für das virtuelle Prototyping. Beide Bereiche sind auch Gegenstand der Entwicklungs-partnerschaft zwischen CONTACT Soft-ware und BETA CAE Systems. Zuerst ist eine Schnittstelle zwischen FCM und BE-TAs ANSA Pre-Processor geplant, danach soll das CAE-Tool auch in die Datenma-nagement-Lösungen von CONTACT Soft-ware eingebunden werden.

Fast Concept Modeller als DrehscheibeFCM ermöglicht eine schnelle, einfa-che Erstellung von Geometriemodellen und den automatischen Export von FE-Modellen für Crash-, NVH- und statische Analysen. Indem die CAD-Optimierungs-software CAE-Tools und die dazugehöri-gen Prozesse mit den dafür benötigten Daten versorgt, unterstützt sie bereits in der Konzeptentwicklung die Simula-tion und Validierung des künftigen Pro-

duktverhaltens. Dies versetzt Unterneh-men in die Lage, schneller von der ersten Produktidee zu einem abgesicherten Konzept zu kommen. Doch erst die Ein-bindung der Produktabsicherung in das Product Lifecycle Management schafft die Voraussetzung dafür, dass sich der Übergang in die Serienentwicklung rei-bungslos gestalten lässt.

„Indem wir Simulation und PLM zu-sammenbringen, können Konstruktions- und Absicherungsmethoden und damit die Schlüsselbereiche im Innovationspro-zess durchgängig unterstützt werden“, benennt Dimitrios Angelis, Präsident von BETA CAE Systems, die Ziele der beiden Softwarehersteller. CONTACT-Software-Geschäftsführer Karl Heinz Zachries be-tont die hohen Synergieeffekte, die sich aus der Kooperation ergeben. Während CONTACT Software mit seiner PLM-Platt-form CIM DATABASE, der CAD-Datenma-nagementlösung Workspaces und dem Fast Concept Modeller die Produktent-wicklung von der frühen Phase bis zum Serienanlauf abdeckt, ist BETA mit ANSA, μETA Post-Processor und anderen CAE-Tools ein führender Anbieter im Bereich Simulation. „Wir haben Produkte, die sich perfekt ergänzen, einen großen gemein-samen Kundenkreis und sprechen vor al-lem dieselbe Sprache“, so die Einschät-zung von Zachries, die er durch die bisherige Zusammenarbeit bestätigt sieht. Anhand von Use Cases spezifizie-ren beide Unternehmen derzeit gemein-sam mit Kunden die Szenarien für das Si-mulationsdatenmanagement im PLM- Kontext und arbeiten an einem ersten Prototyp, der voraussichtlich schon Mitte Juni auf dem CONTACT User Meeting 2012 vorgestellt werden kann. r t

C O N T A C T S O F T W A r E U N D B E T A C A E S y S T E M S K O O P E r i E r E N

Durchgängige ProzesskettenV O N B A R B A R A S C H O L V I N

CONTACT Software und BETA CAE Systems haben eine Entwicklungspartnerschaft gestartet, um den Bereich

der Produktabsicherung in das Product Lifecycle Management (PLM) einzubinden. Damit bündeln zwei nam-

hafte Softwarehersteller ihr Know-how, die zu den führenden in ihrer jeweiligen Domäne zählen: CONTACT

im PLM-Umfeld und BETA auf dem Gebiet der Simulation.

Aufbereitung eines Automobil-Front-Moduls in einem CAE-Netz. Bild: CONTACT Software

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51ManagementProduktlebenszyklusmanagement (PlM)

In den beiden vergangenen Jahrzehnten hat die Product-Lifecycle-Management-(PLM-)Durchdringung industrieller Un-

ternehmen stetig zugenommen. Dies betrifft die verschiedenen Engineering-Disziplinen (Mechanik, Hydraulik, Elektrik, Software usw.) und immer stärker auch die der Produktentwicklung nachgelagerten Produktlebenszyklus-Phasen (Fertigungs-planung, Service usw.). Als ein Ergebnis der zunehmenden PLM-Durchdringung existieren heute in vielen Unternehmen mehrere, historisch parallel gewachsene PLM-Ansätze [ABR10]. Zusätzlich zu dieser organischen Entwicklung erhöhen Fusio-nen und Übernahmen von Unternehmen die PLM-Heterogenität sprunghaft. Die-se Heterogenität der PLM-Ansätze kann neben PLM-IT-Lösungen gleichermaßen Komponenten der PLM-Strategie (zum Beispiel Anbieterstrategie), PLM-Prozes-se (zum Beispiel Freigabeprozesse), PLM-Methoden (beispielsweise Nummernsys-teme) und PLM-Akteure (unter anderem Anwender Know-how) betreffen (siehe Bild 1).

Demgegenüber stehen zunehmend global verteilte und sich permanent ver-ändernde Engineering-Organisations-strukturen [BLA11]. Besonders für be-reichsübergreifende Kooperationen und Reorganisationsvorhaben können nicht aufeinander abgestimmte PLM-Ansätze drastische Produktivitäts- und Flexibili-

tätshemmnisse darstellen. Mit PLM-Har-monisierungs-Initiativen verfolgen Un-ternehmen das Ziel, durch eine geeignete Abstimmung, Anpassung und Vereinheit-lichung ihrer bestehenden PLM-Ansätze ihre heutige Situation zu verbessern.

Herausforderung der PLM-HarmonisierungFür eine am unternehmensspezifischen Bedarf orientierte PLM-Harmonisierung bieten meist weder eine vollständige unternehmensweite PLM-Vereinheitli-chung, noch die Beibehaltung des hete-rogenen Ist-Zustands die optimale Lö-sung. Vielmehr sollte man auf der Basis einer simultanen und daher komplexen

Detailbetrachtung aller beteiligten PLM-Ansätze ein an strategischen, organisa-torischen und wirtschaftlichen Zielen ausgerichtetes Harmonisierungskonzept erarbeiten [ABR11]. Dieses Harmonisie-rungskonzept beschreibt, welche PLM-Komponenten der betrachteten PLM-Ansätze wie stark und in welcher Form harmonisiert werden sollen. Ausgehend von der meist großen Menge theoretisch möglicher Konzeptalternativen muss man hierbei entscheiden, welche Kon-zeptalternative im Rahmen des betref-fenden PLM-Harmonisierungsprojekts zu verfolgen ist. Derartige Harmonisie-rungsentscheidungen determinieren un-mittelbar das Ausmaß an Änderungen

H A r M O N i S i E r U N G F i r M E N S P E Z i F i S C H E r P L M - A N S Ä T Z E

goldener Mittelweg zwischen Heterogenität und HomogenitätV O N P R O F . D R . - I N G . M I C H A E L A B R A M O V I C I U N D D I P L . - W I R T . - I N G . j E N S C H R I S T I A N G ö B E L , L E H R S T U H L

F Ü R M A S C H I N E N B A U I N F O R M A T I K A N D E R R U H R - U N I V E R S I T Ä T B O C H U M

Die Harmonisierung parallel existierender PLM-Ansätze ermöglicht vielen Unternehmen die Erschließung

kosten-, nutzen- und risikobezogener Verbesserungspotenziale im Engineering. Das in diesem Beitrag vor-

gestellte PLM-Harmonisierungs-Entscheidungs-Framework unterstützt Projektteams und Entscheidungsträ-

ger methodisch bei der Bestimmung des optimalen Harmonisierungskonzepts.

Bild 1: PLM-Verantwortliche als Bindeglied bereichsspezifischer PLM-Ansätze.

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52 Management Produktlebenszyklusmanagement (PlM)

bestehender PLM-Ansätze und sind ge-kennzeichnet durch: • eine hohe Komplexität und unklare

Strukturen,• divergierende Zielsetzungen, Einzelin-

teressen und Perspektiven der invol-vierten Akteure,

• weitreichende und schwer vorhersag-bare Konsequenzen für den Projekt- und Unternehmenserfolg.

Heute trifft man diese Entscheidungen meist ohne methodische Unterstützung. PLM-Anwender, -Planer und -Entschei-dungsträger werden bei der Vorberei-tung und Lösung dieser Entscheidungs-aufgaben vor schwer überwindbare Herausforderungen gestellt. Eine unzu-reichende Bewältigung dieser Heraus-forderungen führt zu wenig fundierten, subjektiv oder politisch geprägten Ent-scheidungen, die primär durch das in-formelle Machtgefüge und die Durch-setzungsfähigkeit einzelner Akteure determiniert werden. Die Folge sind PLM-Harmonisierungsmaßnahmen, de-ren Auswirkungen, zum Beispiel Kosten oder Risiken, den Entscheidungsträgern in vielen Fällen nur teilweise bewusst sind und die viele PLM-Akteure nicht ak-zeptieren und unterstützen [EIG06].

Methodisches Framework unterstützt PLM-Harmonisierungs-entscheidungenMit dem Ziel, Misserfolgen bei PLM-Harmonisierungsentscheidungen prä-ventiv entgegenzuwirken, wurde am Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik der Ruhr-Universität Bochum im Rah-men mehrerer industrieller PLM-Harmo-nisierungsprojekte ein methodisches

PLM-Harmonisierungs-Entscheidungs-Framework (HEF) entwickelt. Das HEF stellt ein anwendungsfallspezifisch aus-prägbares Hilfsmittel zur objektivierten Bestimmung unternehmensspezifisch optimaler Harmonisierungs-Konzep-talternativen bereit. Dabei werden die Anforderungen, das Wissen und die Erfahrungen aller involvierten Unter-nehmensbereiche und Akteure be-rücksichtigt. Ausgehend von unterneh-mensweiten Zielsetzungen und unter Berücksichtigung der relevanten Rand-bedingungen des betreffenden Unter-nehmens erfasst man den Lösungsraum eines Harmonisierungs-Entscheidungs-problems formal und transparent und grenzt ihn systematisch ein. Hierzu las-sen sich vier aufeinanderfolgende Pha-sen unterscheiden, die durchgängig mit Hilfe eines abgestimmten Methoden-Sets unterstützt werden (siehe Bild 2). Die Systematik zur Strukturierung der betrachteten PLM-Ansätze dient zur ein-heitlichen Beschreibung und Abgren-zung konkreter PLM-Komponenten, die direkt im Fokus der PLM-Harmonisie-rungsinitiative stehen oder aufgrund ihrer Wechselwirkungen mit fokussier-ten PLM-Komponenten passiv betrof-fen sind. Dabei werden Komponenten der PLM-Harmonisierungs-Dimensionen Strategie, Prozesse, Methoden, IT-Syste-me und Akteure unterschieden und mit Hilfe projektneutraler Templates identifi-ziert und klassifiziert.

Formulierung der Harmonisie-rungs-KonzeptalternativenAls Harmonisierungs-Konzeptalternati-ven werden Kombinationen von Ausprä-

gungen der aktiv und passiv zu gestal-tenden PLM-Komponenten bezeichnet, die jeweils eine Gesamtalternative für die Lösung der Harmonisierungsaufga-be beschreiben. Die Basis hierfür bilden verschiedene Harmonisierungsgrund-strategien, die unterschiedliche Harmo-nisierungsgrade repräsentieren und sich auf einzelne oder auf Gruppen von PLM-Komponenten anwenden lassen. Durch die Kombination der definierten PLM-Komponenten-Ausprägungen werden mehrere Konzeptalternativen in formal einheitlicher Struktur beschrieben. Durch eine Vorauswahl mit Hilfe eines Ausschlusskriterien-Katalogs lässt sich einerseits die Einhaltung wichtiger Vor-gaben und Planungsrestriktionen sicher-stellen und andererseits der Gesamtauf-wand für die Entscheidungsfindung reduzieren, ohne dass man die Entschei-dungsqualität beeinträchtigt.

Bewertung und Auswahl der Har-monisierungs-KonzeptalternativenEine holistische Methode zur Be-wertung der Auswirkungen kon-kurrierender Harmonisierungskonzep-te un terstützt die Auswahl der für den vorliegenden Anwendungsfall am bes-ten geeigneten Konzeptalternative. Die Basis hierfür bildet ein multikriterielles Zielsystem, das in Anlehnung an den methodischen Ansatz der Ba lanced Scorecard nach Kaplan und Norton [KAP97] entwickelt wurde. Die Bewer-tungsperspektiven spiegeln die fünf PLM-Harmonisierungs-Dimensionen „PLM-Strategie“, „PLM-Prozesse“, „PLM-Methoden“, PLM-Systeme“ und „PLM- Akteure“ wider und sind jeweils struktu-riert in die Zielsystem-Bereiche Kosten, Nutzen und Risiken (Bild 3).

Das Zielsystem umfasst neben direkt monetär quantifizierbaren auch nicht direkt monetär quantifizierbare Kriteri-en. Dabei erfolgt die Bewertung nicht direkt monetär quantifizierbarer Kri-terien auf der Grundlage vordefinier-ter Maturity Levels. Jedes der etwa 100 Bewertungskriterien ist durch mindes-tens einen Key Performance Indicator (KPI) spezifiziert, der als Messgröße für das Kriterium dient. Das Bewertungs-ergebnis wird für jede Konzeptalter-native verdichtet in einer PLM-Har-monisierungs-Scorecard dargestellt, die Zielkonflikte des Use-Case-spe-zifischen Zielsystems illustriert und

Bild 2: Übersicht über das Harmonisierungs-Entscheidungs-Framework. Alle Bilder: Ruhr-Universität Bochum.

53ManagementProduktlebenszyklusmanagement (PlM)

Aufschluss über direkt monetär und nicht direkt monetär quantifizierbare Auswirkungen der Konzeptalternative gibt.

ZusammenfassungDie Harmonisierung bestehender PLM-Ansätze ermöglicht vielen Unterneh-men, kosten-, nutzen- und risiko be zo-gene Verbesserungspotenziale im Engineering zu erschließen. Das hier vorgestellte Harmonisierungs-Entschei-dungs-Framework (HEF) unterstützt Pro-

jektteams und Entscheider methodisch bei der Bestimmung des optimalen Har-monisierungskonzepts. Hierfür werden Konzeptalternativen unter Berücksichti-gung übergreifender und bereichsspezi-fischer Restriktionen und Zielsetzungen formuliert und mit Hilfe direkt und nicht direkt monetär quantifizierbarer Kriteri-en ganzheitlich bewertet. Das HEF wur-de im Rahmen mehrerer vom Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik der Ruhr-Universität Bochum durchgeführter PLM-Harmonisierungs-Projekte in Unter-

nehmen der Automobilindustrie und des Maschinen- und Anlagenbaus ent-wickelt und innerhalb dieser Projekte spezifisch ausgeprägt und erfolgreich angewendet. rt

Literaturhinweise [ABR10] Abramovici, M., Schindler, T.: Benefits of PLM in the Automotive Industry: results of a Benchmark Study. In: Proceedings of PLM10: The 7th International Conference on Product Lifecycle Management. BIBA, Bremen (2010).

[ABR11] Abramovici, M., Göbel, J.: Methodi-scher Ansatz zur PLM-Harmonisierung in industri-ellen Unternehmen. In: ProduktDaten Journal, Nr. 2, 2011, S.50-54, ProSTEP iViP, Darmstadt (2011).

[BLA11] Black, B.: Building the future of manu-facturing. In: Proceedings of the World Manufac-turing Forum 2011. CD-ROM. World Manufactu-ring Forum, Como (2011).

[EIG06] Eigner, M., Schleidt, B.: Erfolgsfaktor „Mensch“ bei der PLM/PDM-Einführung. In: CAD-CAM Report, Nr. 9, 2006, S.46 – 49, Hoppenstedt, Darmstadt (2006).

[KAP97] Kaplan, S., Norton, D.: Balanced Score-card: Strategien erfolgreich umsetzen. Schäffer-Poeschel, Stuttgart (1997).

Prof. Dr.-Ing. Michael Abramovici und Dipl.-Wirt.-Ing. jens Christian Göbel arbeiten am Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik an der Ruhr-Universität Bochum.

4. VDI-Fachkongress

Elektromobilität18. und 19. April 2012 in Nürtingen bei Stuttgart

Quelle: Gereon Meyer, VDI/VDE-IT

Highlights dieser Veranstaltung:

Ladeinfrastruktur: Welchen Weg beschreitet Deutschland zur Umsetzung einer Schnell ladeinfrastruktur?

Energiespeicher: Wie kann die vorzeitige Alterung von Lithium-Ionen- Batterien vorab simuliert und eingeschränkt werden?

Elektronik: Wie wird die Zuverlässigkeit von IGBT’s und anderen HV-Komponenten verbessert?

Thermomanagement: Wie sind Kühlkreisläufe intelligent und verbrauchsarm zu gestalten?

Antriebstechnologie: Wie sind V- und E-Motoren in den unterschiedlichen Antriebs topologien auszulegen?

Zertifizierung: Wie sind die Zertifizierungs unterschiede definiert und was sind die Heraus forderungen bei der Sicherheits zertifizierung?

Veranstaltung des VDI Wissensforums | www.vdi.de/elektromobilitaet | Telefon +49 211 6214-201 | Telefax +49 211 6214-154

VDI-Spezialseminar:

Kompaktwissen Elektrotechnik für Fahrzeugingenieure

am 17. April 2012

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Bild 3: Bewertungsperspektiven und zielsystem-Bereiche.

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54 Management Produkt- und Prozessentwicklung

Die Dortmunder Ingenieure von Soft-ware-Hersteller SimuForm stellen im Rahmen einer GeoSearch-Suite ein

umfassendes Softwarewerkzeug her, mit dem die CAD-Daten aus Bestandsprojek-ten nutzbar werden. Die Ähnlichkeitssu-che über SimuForm Similia nutzt nicht nur die geometrische Ähnlichkeitssuche für schnellere Entwicklungen, sondern ermöglicht auch die Nutzung von Da-ten aus Kostenrechnung und Angebots-prozessen, um alle Effizienzeffekte rund um Konstruktion und Produktion nutzen zu können. Ob Antriebstechnik oder Ka-rosseriebau – laufende Konstruktionen und Innovationen zeichnen den Herstel-ler aus, dabei fallen täglich CAD-Daten an, die einen immensen wirtschaftlichen Wert ausmachen und für weitere Ent-wicklungen wertvoll sind.

In viele Bereiche des Engineering, etwa im Karosseriebau, finden sich vielfach sehr ähnliche Strukturbauteile, hinter denen oft ein doppelter Entwicklungs-aufwand steht. In der gesamten Fahr-zeugentwicklung werden bei den vielen Fahrzeugreihen und -varianten über die Jahre zahlreiche Bauteile entwickelt, ge-testet und geprüft, die durchaus in neu-en Entwicklungen Wiederverwendung finden könnten – für einen Autohersteller

wie die BMW Group eine wichtige Quelle für gesteigerte Effizienz.

Eine gezielte Wiederverwendung schont zudem nicht nur die eigenen Res-sourcen, sondern sorgt auch für höhe-re Profitabilität. In der Zulieferindustrie sorgt eine effiziente Konstruktion häu-fig für den entscheidenden Kalkulati-onsvorsprung im Angebotsprozess. Wer präzise rechnen kann, hat den Vorteil auf seiner Seite. Doch nur selten werden die Bestandsdaten aus Konstruktion, Pro-duktion und Kostenrechnung nutzbar gemacht, um künftige Angebote oder

Produktionskalkulationen zu erleichtern. Dabei bieten sich digitale Daten für eine Indizierung und Suche an, um Know-how aus vergangenen Projekten nutz-bar zu machen. Traditionell hängt dieses technische Wissen jedoch an einzelnen Mitarbeitern und der Erinnerung an Alt-projekte – ein Unsicherheitsfaktor, der vermieden werden sollte und zudem we-nig systematisch funktioniert.

Mit der Software-Lösung von Simu-Form startet die BMW Group ein Projekt zur nachhaltigen Nutzung bereits entwi-ckelter Lösungen. Anders als eine Suche

G E O M E T r i S C H E Ä H N L i C H K E i T S S U C H E M i T G E O S E A r C H - S O F T W A r E

Effizienzzuwächse in der FahrzeugentwicklungV O N C E S A R L O P E z

Kostenplanung und Konstruktion sind eng miteinander verzahnt – Effizienz im Geschäft ist das Ziel, doppel-

te Konstruktionen sind teuer und erhöhen nicht nur den Aufwand der ingenieure, sondern auch den iT-Auf-

wand, die Kosten für Qualitätssicherung, Test und Absicherung, Einkauf und Administration. Zwar bietet die

Software-industrie hochwertige Konstruktionsroutinen und -verfahren an, diese stellen jedoch kaum Funk-

tionen zur Suche innerhalb bestehender Konstruktionsdatensätze bereit. Die Folge sind oftmals sehr ähnli-

che – ja sogar identische – Konstruktionen, die vermieden werden könnten. Mit der Software-Lösung von Si-

muForm startet die BMW Group ein Projekt zur nachhaltigen Nutzung bereits entwickelter Lösungen.

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55ManagementProdukt- und Prozessentwicklung

per Hand in den Datensätzen indiziert die mit verschiedenen Modulen anpass-bare Software-Lösung zunächst den Da-tenbestand des Unternehmens. Dabei ist nicht relevant, wo die Daten-Server oder Datenbanken stehen: Auch stand-ortübergreifend und vernetzt arbeiten-de Firmen können die GeoSearch-Suite unternehmensweit einsetzen – die Mo-delldaten werden als 3D-Ansicht für den Ingenieur aufbereitet. Mit dem Anforde-rungskatalog an ein zu entwickelndes Bauteil lässt sich der Datenbestand in kurzer Zeit durchsuchen, alle relevanten Metainformationen und Dokumente aus Bereichen wie Kostenrechnung oder Pro-duktion sind dabei verknüpft und stehen ebenso auf Knopfdruck zur Verfügung. Dabei beschränkt sich die geometrische Ähnlichkeitssuche durch die SimuForm-GeoSearch-Suite nicht ausschließlich auf komplette Bauteile: Auch nach Segmen-ten einzelner CAD-Teile oder Baugrup-pen kann gesucht werden. So sind die Ingenieure in der Lage, sich im Tagesge-schäft auf das Wesentliche zu konzentrie-ren – kosteneffizient zu arbeiten und das geballte Konstruktionswissen des Unter-nehmens in der Hinterhand zu haben. Diese KnowledgeBase vergisst zudem das Wissen nicht, es ist auch nutzbar für Kollegen und nicht zuletzt für den Inge-nieursnachwuchs.

Bei einem Anwender wie der BMW Group fallen auf der einen Seite enorme Datenmengen an – bei zahlreichen Mo-dellreihen aus allen Segmenten ist allei-ne der Karosseriebereich aufwendig in Datenspeicherung und -haltung. Die ste-tig kürzeren Innovationszyklen der Au-tomobilindustrie fordern zudem ihren Tribut – waren vor Jahren noch Modell-zyklen von zehn und mehr Jahren üblich, werden Modelle heute häufiger überar-beitet oder komplett erneuert. Der jewei-lige Aufwand der einzelnen Abteilungen ist dabei immens.

Schnellere Modellzyklen zeugen je-doch nicht nur von der Innovationsfähig-keit eines Herstellers – die Kostenseite

steigt auch in ihrer Bedeutung. Kurze Zy-klen erhöhen den Druck, Kosten zu kon-trollieren und aktiv zu beeinflussen.

Die Entscheidung für eine innova-tive geometrische Ähnlichkeitssuche in Konstruktion und Entwicklung liegt also für Unternehmen aus der Automo-bil- oder Zulieferindustrie nahe. Die Ver-knüpfung einer prozessintegrierten Soft-ware-Lösung mit einer automatisierten Zuordnung von Daten aus anderen Be-reichen bietet eine schnell einseh- und bewertbare Hilfestellung zu ähnlichen oder sogar partiell oder komplett glei-chen Projekten. „Wir können nahezu in Echtzeit ähnliche oder sogar identische Kon struktionen aus der Vergangenheit mithilfe der SimuForm-Lösung intui-tiv auffinden. Dabei wird der Grad der Ähnlichkeit ebenso angegeben wie eine schnelle Voransicht – denn das Auge des Ingenieurs ist nach wie vor entscheidend im Konstruktionsprozess.

Die zugrundeliegenden Geometrien und alle zusätzlichen Daten, die dazu ver-knüpft sind, liegen auf Mausklick vor“, be-schreibt Dr. Christian Klimmek, Geschäfts-führer des Software-Anbieters SimuForm. Die Anwendung bietet dabei den Kom-fort einer Online-Suchmaschine – was als Entwicklungsgrundlage auch das erklärte Ziel der Software-Architekten war. Die be-queme und extrem schnelle 3D-Ansicht ermöglicht eine sofortige optische Evalu-ation für den Ingenieur – die Ansicht ge-neriert die SimuForm-Suite dabei automa-tisch aus den CAD-Daten. Das Vermeiden von teurer, doppelter Arbeit steht im Vor-dergrund der umfassenden Lösung der Dortmunder IT-Spezialisten. Eine Tech-nologie wie die GeoSearch-Suite sorgt für mehr Geschwindigkeit und höhere Kostensicherheit – mit dem digitalen Er-fahrungsschatz können Projekte deutlich besser kalkuliert und überblickt werden.

Die Implementierung bei Projekten in mittelständischen Unternehmen ist in

kurzer Zeit zu bewältigen: Die Schaffung einer Grundstruktur erfordert einen Zeit-aufwand von wenigen Stunden, die Da-tenindizierung läuft im Hintergrund und braucht wenige Tage – je nach Daten-menge. Eine eintägige Schulung bringt die Anwender auf den nötigen Stand, die intuitive Software bedienen zu können. Selbst die Implementierung der Software in einer komplexen IT-Landschaft wie bei BMW ist mit einem überschaubaren Auf-wand zu bewältigen. Dabei werden un-terschiedliche Datenquellen aus unter-schiedlichen Bereichen angebunden, um diese dann dem Entwicklungsprozess in nahezu Echtzeit zur Verfügung zu stel-len. Die Nutzerschnittstelle bietet dabei ein hohes Akzeptanzniveau durch den Bedienkomfort: „Ziel der KnowledgeBase ist auch die Begeisterung der Mitarbeiter, denn der Einsatz erleichtert das Alltags-geschäft immens. Damit fällt die Integra-tion in den Workflow leicht“, so Dr. Chris-tian Klimmek. Neben der Indizierung der CAD-Daten sind auch die Hintergrund-prozesse zur Verknüpfung der relevan-ten Meta-Dokumente zu den Geometri-en automatisiert. Die Struktur der Daten wird dabei nicht verändert, Redundanz vermieden.

Über Fachbereichsgrenzen hinweg sorgt die GeoSearch-Suite für effiziente Produkt- und Prozessentwicklung, die Wirtschaftlichkeit des anwendenden Un-ternehmens wächst. Die Konstruktion und Entwicklung, das Projektmanage-ment und der technische Einkauf können somit verbunden werden. Dabei gliedert sich das System in kurzer Zeit in die be-stehende Infrastruktur ein. Die Amortisa-tion ist ebenfalls schnell erreicht– mit Zeiträumen von drei bis sechs Monaten rechnet das Dortmunder Unternehmen – unabhängig von der Projektgröße. bw

Autor ist Cesar Lopez, zuständig für die Ver-triebskoordination bei SimuForm.

Ergebnis einer Bau-teilsuche in SimuForm Similia zur Erfassung ähnlicher Bauteile im Datenbestand. Bilder: SimuForm

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56 Management Kollaboratives Projektmanagement

S traffe Time-to-Market-Vorgaben machen die ganzheitliche Planung und Steuerung von Entwicklungs-

prozessen zur Herausforderung im Pro-jektmanagement. Gleichzeitig erfor-dern geringere Wertschöpfungstiefen einen effizienten und durchgängigen Informations- und Datenaustausch mit verteilten Partnern und Lieferanten über Unternehmensgrenzen hinweg. Projektverantwortliche und IT-Fachab-teilungen sind gefordert, heterogene Systeme und Formate zu konsolidie-ren. Denn eine einheitliche Datenba-sis ist Grundlage für eine erfolgreiche Synchronisation der Projektbeteiligten und vermeidet Mehraufwendungen durch Datenredundanz oder veraltete Datenstände. Kennzeichnend für die wachsenden Anforderungen an ein kollaboratives Projektmanagement ist neben der Einbindung verschiedener Fachbereiche die zunehmende Integ-

ration von Lieferanten und gleichbe-rechtigten Kooperationspartnern.Die Wettbewerbsfähigkeit von Unter-nehmen hängt auch davon ab, wie schnell kundengerechte Produkte auf den Markt gebracht werden. Verkürz-te Entwicklungszyklen haben eine pa-rallele Produktentwicklung, Fertigung und Erprobung etabliert. Damit „Simul-taneous Engineering“ in der Praxis funk-tioniert, müssen im Unternehmen alle wichtigen Fachbereiche, auch stand-ortübergreifend, von Anfang an in das Projekt eingebunden werden, um den erforderlichen Informationsaustausch reibungslos zu gewährleisten.

integration externer Fachkompetenz Fortschreitende Arbeitsteilung und Inter-nationalisierung senken den Hersteller-anteil an der Wertschöpfung zugunsten spezialisierter Lieferanten. Neben reinen

Kosteneffekten spielen Qualitäts- und Know-how-Vorteile eine wachsende Rol-le bei der Auswahl der Lieferanten und Dienstleister. Ihre durchgängige Integra-tion ist entscheidend, damit das produk-tive, aber anspruchsvolle Simultaneous Engineering gelingt. Klassisches Projekt-management entwickelt sich zum „Cross Company Project Management“.

KooperationsprojekteÄhnliches gilt für die steigende Zahl an Kooperationen (Joint Ventures). Neue Technologien – etwa Elektromobilität – führen verstärkt zu unternehmens- und teils branchenübergreifenden Entwick-lungsprojekten. Eine Erfolgsvorausset-zung ist die zügige Bereitstellung einer homogenen Projektmanagementum-gebung, damit die Partner ihre Termine, Quality Gates, Reifegradziele sowie das Risiko- und Maßnahmenmanagement effizient synchronisieren können.

K O M P L E X E U N D V E r T E i L T E P r O D U K T E N T S T E H U N G B E H E r r S C H E N

gemeinsam in der CloudV O N D R . T H O M A S W ö L F L E

Bevor ein neues Produkt die Marktreife erreicht, sorgen zahlreiche Teams, Zulieferer und Entwicklungspart-

ner dafür, dass das Ganze mehr ist als die Summe seiner Teile. Produktinnovationen entstehen „kollaborativ“

aus der integration verteilter Spezialisten in Entwicklungsnetzwerke. Der komplexen Aufgabe, parallele und

dynamische Produktentstehungsprozesse unter engen Terminvorgaben zu synchronisieren, müssen sich

Projektmanager heute mehr denn je stellen. Unter bestimmten Voraussetzungen erfüllt eine Cloud-basierte

Projektmanagementplattform die steigenden Produktivitätsanforderungen am besten: Denn sie schafft ei-

ne hoch skalierbare infrastruktur, die die Eintrittshürden in produktive Wertschöpfungsnetzwerke senkt und

nicht an Unternehmens- oder Standortgrenzen endet.

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57ManagementKollaboratives Projektmanagement

Egal, ob Kooperationen, Lieferanten-integration oder Einbindung verteilter Fachbereiche: Komplexe Produktentste-hungsprozesse erfordern eine Projekt-plattform, die die Heterogenität von Da-ten und Informationen an den Grenzen zwischen Abteilungen, Unternehmen und Standorten überwindet. Zur Einrich-tung einer homogenen und integrativen Projektplattform stehen heute moderne Cloud-Lösungen bereit.

Die Projektmanagement-Cloud macht Unternehmen die Vorteile einer kolla-borativen Infrastruktur mit niedrigen Eintrittshürden zugänglich. So entsteht eine „neutrale“ Zone für ein unterneh-mensübergreifendes Projektmanage-ment, das die Sicherheitsbedürfnisse der Partner erfüllt. Cloud-basiertes Pro-jektmanagement vereinfacht die Aufga-be, verteilte Zulieferer und Partner ohne Vorleistungen zügig und vollwertig in Produktentstehungsprozesse einzubin-den. Der betriebswirtschaftliche Nutzen der Cloud besteht neben einer gerin-geren Kapitalbindung in der Flexibilität bei Nutzungsdauer und -umfang sowie in der Kostentransparenz. Insbesonde-re Pay-per-Use-Modelle und Full-Hosted Services machen Investitionen in Hard-ware, Infrastruktur und Softwarelizenzen überflüssig, während die Bindung unter-nehmensinterner IT-Ressourcen für die Administration der Projektmanagement-lösung nahezu entfällt. Zudem ist die Cloud hoch skalierbar, sodass die Zahl der User je nach Projektumfang beliebig herauf- und heruntergefahren werden kann.

Cloud-LösungsvariantenWie ein kollaboratives Projektmanage-ment in der Cloud aufzusetzen ist, hängt unter anderem davon ab, wie viele und welche Partner (Zulieferer oder Koope-rationspartner) eingebunden werden sollen. Der individuellen Ausgestaltung sind kaum Grenzen gesetzt: Aktuell kris-tallisieren sich jedoch drei Einsatzszena-rien mit entsprechenden Cloud-Designs heraus.

Um die Einhaltung von Termin-, Kos-ten- und Reifegradzielen sowie ein reibungsloses Arbeiten mit dem Auf-traggeber zu gewährleisten, ist die Kompatibilität zu dessen Projektma-nagementsystem entscheidend. Al-lerdings ist die auftragsabhängige Eigeninstallation eines Projektmanage-

mentsystems für Lieferanten aufwändig und zeitintensiv. Ein Projekt-Hosting auf den Servern des Herstellers schafft Transparenz, ist aber nicht immer ge-wünscht. Die Cloud ermöglicht exter-nen Partnern die zügige Verfügbarkeit der Projektmanagementsoftware des Auftraggebers – sobald und solange sie benötigt wird. Sie lässt sich zudem be-liebig skalieren und jeweils an den Auf-tragsumfang anpassen.

Die Lieferanten-CloudDer steigende Wertschöpfungsanteil der Zulieferer erfordert ihre frühzeitige und standardisierte Integration in Pro-duktentstehungsprozesse.

Die Steuerung zahlreicher Lieferanten mit heterogenen Systemen führt in Pro-jekten häufig zu erheblichen Ineffizien-zen beim Datenaustausch. Verschiedene Planungsstandards und Systembrüche resultieren in asymmetrischer Informati-onsverteilung und erschweren die früh-zeitige Identifikation von Risiken und Störungen im Gesamtsystem. Die Ein-richtung einer RPLAN-e3-Lieferanten-Cloud bringt Herstellern und Lieferanten dagegen mehrere Vorteile:• Erhöhte Transparenz und Realtime-In-

formationsverfügbarkeit• Unternehmensübergreifender Zugriff

auf aktuelle Projektdaten und kollabo-rative Projekträume

• Einheitlicher, verbindlicher Planungs-standard durch hoch effizienten Infor-mationsaustausch

• Vernetzungsmöglichkeit der Lieferan-ten untereinander

• Gemeinsames Reifegrad-, Risiko- und Maßnahmenmanagement

• Umfassende Archivierung von Projekt-informationen

Allerdings sollten die – teils im Wett-bewerb zueinander stehenden – Lie-feranten die Option haben, sensible Teilprojektdaten in geschützten Cloud-Bereichen gegen unberechtigten Zu-griff abzuschirmen.

In Entwicklungskooperationen (Joint Ventures) ermöglicht eine neutrale Infra-strukturumgebung ein gleichberechtig-tes, kollaboratives Projektmanagement.

Damit kann ein Höchstmaß an Transpa-renz bei der integrierten Projektplanung und -steuerung verwirklicht werden. Die hohe Skalierbarkeit der Cloud erlaubt zu-dem, jederzeit weitere Kooperationspart-ner hinzuzufügen.

FazitIn der komplexen Produktentstehung hat das Projektmanagement als Füh-rungsprozess häufig eine Klammer-funktion bei der Einbindung von Fachabteilungen und externen Part-nern. Eine isolierte, erst nachträglich und manuell zusammengeführte Pro-jektplanung ist tendenziell ineffizient und fehlerbehaftet. Die Cloud dage-gen, die eine Projektmanagementsoft-ware wie RPLAN e3 mit allen relevan-ten Daten an verteilten Standorten verfügbar macht, schafft Transparenz und die erforderliche Vernetzung von Information und Wissen. Diese Vernet-zung ist Basis für eine ganzheitliche Planung und Steuerung von Entwick-lungsprozessen und damit auch für eine verkürzte Produktentstehung bis zur Marktreife. Als stabile, hoch skalier-bare und homogene Entwicklungsum-gebung ermöglicht Cloud-basiertes Projektmanagement die zügige Ein-bindung von Zulieferern, internen Fachbereichen und Kooperationspart-nern in ein kollaboratives Projektma-nagement. bw

Dr. Thomas Wölfle, VP Auto-motive & Business Develop-ment, ACTANO GmbH.

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58 Branche Medizintechnik

DiGiTAL ENGiNEEriNG Magazin: Herr Weiler, wo sehen Sie die mächtigsten Wachstumstreiber der Medizintechnik-branche?Tobias Weiler: Intern spielen die Punkte Innovation, Zuverlässigkeit und Service-qualität eine wichtige Rolle. So investie-ren die deutschen Firmen beispielswei-se im Durchschnitt neun Prozent ihres Umsatzes in die Forschung und Entwick-lung neuer Produkte. Dieser hohe Innovationsgrad in Ver-bindung mit einem starken Qualitätsanspruch und einem exzellenten Service hat dazu geführt, dass die Firmen nati-onal und international erfolg-reich und wettbewerbsfähig sind. Daneben profitieren sie insbesondere von zwei exter-nen Wachstumstreibern: Einem zunehmenden Gesundheitsdenken, das dadurch verstärkt wird, dass sich auch in den Schwellenländern immer mehr Men-

schen aufgrund steigender Einkommen Gesundheit „leisten“ können. Daneben führt die demografische Entwicklung dazu, dass die Menschen immer älter und dadurch öfter und länger medizi-nisch versorgt werden.

DEM: Internationale Hersteller zum Bei-spiel von Herzschrittmachern, künstli-chen Hüftgelenken oder Silikonkissen

zur Brustvergrößerung gerieten jüngst wegen mangelhafter Produktqualität in die Kritik. Wird die Qualität medizintech-nischer Produkte ausgerechnet im kon-trollsüchtigen Europa zu wenig kontrol-liert?Tobias Weiler: Durchaus nicht. Die Pa-tientensicherheit und die Qualität des Medizinprodukts stehen zu jedem Zeit-punkt der Produktentwicklung und der Lebenszeit des Produkts im Markt nach gesetzlichen Vorgaben unter Beobach-tung und Kontrolle der Hersteller und der benannten Stellen. Die im Markt befind-lichen Produkte werden zugleich auch

von behördlicher Seite überwacht. Sollte dennoch ein Vorkommnis aus dem Markt gemeldet werden, ist die anschließen-de Ursachenanalyse komplex. Liegt tat-sächlich ein Produktfehler vor? Hat der Anwender (etwa der Arzt) das Produkt den Herstellerangaben entsprechend verwendet? Wie war der Verlauf und da-mit der Einfluss der Operation selbst usw. Aufgrund dieser Faktorenvielfalt ist

das alleinige Verweisen auf ein Produkt als Fehlerquelle wenig hilfreich auf dem Weg der Op-timierung der Patientenversor-gung.

DEM: Gibt es nicht eine Diskre-panz in der Kontrolle der Phar-maindustrie einerseits und der Medizintechnik andererseits? Wird die mögliche Gesund-

heitsgefährdung von Kunden der Medi-zintechnikbranche weniger beachtet?Tobias Weiler: Auch bei den Medizinpro-dukten steht die Sicherheit der Patien-ten an erster Stelle, und das System der Zulassung ist ebenso leistungsfähig. Nur ist dieses System den Charakteristika der Produkte entsprechend aufgebaut, da Medizinprodukte andere Eigenschaften als Arzneimittel haben und somit auch andere Risiken. Bei genauerem Hinsehen lässt sich jedoch erkennen, dass die Ele-mente der Zulassung von Medizinpro-dukten und Arzneimitteln sich sehr ähn-lich sind.

D E U T S C H E M E D i Z i N T E C H N i K i N D U S T r i E i M i N T E r N A T i O N A L E N W E T T B E W E r B

Risikominimierung und optimierung des ProduktsDie deutsche Medizintechnikbranche wächst seit Jahren – getrieben von günstigen äußeren Faktoren wie

dem „demografischen Wandel“ in den industrieländern und neuen Gesundheitsmärkten in den Schwellen-

ländern. Tobias Weiler, Geschäftsführer des Branchenverbandes SPECTAriS, erklärt die Hintergründe des

Dauerbooms und skizziert kommende Herausforderungen für die Branche.

„Jeder Hersteller ist verpflichtet, sein Produkt über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg

zu überwachen und die daraus gewonnenen Erkenntnisse in stete risikominimierung und

Optimierung des Produkts einfließen zu lassen.“

Tobias Weiler, Ge-schäftsführer von SPECTARIS, dem Indus-trieverband für opti-sche, medizinische und mechatronische Tech-nologien in Berlin.Bild: SPECTARIS

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59BrancheMedizintechnik

DEM: Können Sie das bitte erläutern?Tobias Weiler: Es gibt bei beiden Sys-temen gesetzliche Anforderungen, die durch klinische Daten belegt werden müssen. Auch bei Medizinprodukten werden bei höherem Risikopotenzial kli-nische Studien durchgeführt, die, wie bei den Arzneimitteln, behördlich geneh-migt werden müssen. Die Zulassung er-folgt dann bei Arzneimitteln durch eine Behörde, bei Medizinprodukten durch eine benannte Stelle, die jedoch auch einer behördlichen Akkreditierung und Benennung unterliegt. Sind die Produkte auf dem Markt, ist bei beiden Systemen eine behördliche Überwachung vorgese-hen, und Vorkommnisse beziehungswei-se Arzneimittelrisiken müssen den zu-ständigen Behörden gemeldet werden. Und das ist bei Medizinprodukten wie auch Arzneimitteln das BfArM (Bundes-institut für Arzneimittel und Medizinpro-dukte).

DEM: Nach Angaben der Unternehmens-beratung Bain & Company tritt künftig an die Seite des Markts für innovative Produkte ein großer so genannter „Gut-Genug-Sektor“ für medizinisch bewährte und nach Kosten-Nutzen-Aspekten ent-wickelte Produkte. Wer entscheidet, was gut genug ist?Tobias Weiler: Wir befassen uns nicht mit der Frage, was ist gerade noch gut genug, sondern was können wir für Pa-tient und Anwender erreichen. Dabei ist sich die Branche des Kostendrucks im Ge-sundheitswesen durchaus bewusst. Viele Innovationen verbessern daher nicht nur die Behandlung, sondern ermöglichen zudem Einsparungen.

DEM: Was wird nach Ihrer persönlichen Erfahrung in der Branche zurzeit am meisten diskutiert, was sind die heißen Themen? Tobias Weiler: Wie gesagt erwirtschaftet die Branche fast zwei Drittel ihres Umsat-zes im Ausland, bei vielen Unternehmen sind es mehr als 80 Prozent. Daher könn-te man leicht denken, dass der deutsche Markt für die Unternehmen gar nicht mehr so wichtig ist. Das Gegenteil ist je-doch der Fall. Wer im Ausland erfolgreich sein will, muss zunächst Erfolge in seinem Heimatmarkt vorweisen. Doch das wird immer schwieriger. Nicht nur die Vergü-tungen sind in Deutschland inzwischen viel schlechter als in anderen Ländern. Den Chinesen ist Qualität inzwischen mehr wert als den Deutschen. Auch die Regularien nehmen weiter zu. Besorg-niserregend ist die oben angesprochene Diskussion, der Medizinproduktemarkt müsste exakt so geregelt werden wie der Arzneimittelmarkt.

DEM: …und welche Bedeutung hat aktu-ell das Thema Product Lifecycle Manage-ment? Es müsste doch eigentlich ange-sichts von zahlreichen Regularien, Compli-ance für internationale Märkte sowie Sicher-heits- und Produkt-haftungsfragen ganz oben stehen. Tobias Weiler: Und da steht es auch bei den Herstellern. Jeder Hersteller ist durch gesetzliche Vorgaben dazu verpflichtet, sein Produkt über den ge-samten Produktle-benszyklus hinweg zu überwachen und die daraus gewonnenen Erkenntnisse in ste-te Risikominimierung und Optimierung des Produkts einfließen zu lassen. Dieses kon-stante Risikomanage-ment integriert auch die sich kontinuierlich ändernden Vorgaben aus dem regulatori-schen Umfeld und die verändernden Anfor-derungen der Anwen-

der an das Produkt. Nur so kann ein Pro-dukt mit hoher Patientensicherheit und Wettbewerbsfähigkeit erfolgreich auf dem Markt bestehen.

DEM: Herr Weiler, vielen Dank für dieses Gespräch.

Das Interview führte Thomas Otto.

12. EUROFORUM-Jahrestagung 14. und 15. Mai 2012, Stuttgart

Der Innovationstreiber im Auto

im Automobil

„Ist die Schaffung vertrauenswürdiger Software bei hoherSystemkomplexität überhaupt realistisch?“

Antworten sowie weitere hochaktuelle Themen erfahren Sie u.a. von:

w w w . e u r o f o r u m . d e / s o f t w a r e

Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy, Ordinarius Software & Systems Engineering, Institut für Informatik, Technische Universität MünchenDr. Matthias Klauda, Technischer Direktor, Zentralabteilung Automotive Systems Integration, Robert Bosch GmbHDr.-Ing. Rainer König, Abteilungsleiter, Daimler AGDr. Jan Pelzl, Geschäftsführer, ESCRYPT – Embedded Security

Basisinfo zur deutschen Medizintechnikbranche In Deutschland gibt es rund 1.140 Hersteller von Medizintechnik, die mit fast 90.000 Beschäftigten einen Umsatz von mehr als 20 Milliarden Euro erwirtschaften – fast zwei Drittel davon im Ausland. Abgesehen von einer leichten Abkühlung im Jahr 2009 befindet sich die Industrie seit zehn Jahren auf einem kontinuierlichen Wachstumspfad. Regional starke Medi-zintechnik-Cluster sind dabei vor allem in Baden-Württemberg, insbesondere dort natürlich in Tuttlingen, in Bayern sowie in Hessen und Schleswig-Hol-stein zu finden. Prototyp einer gedankengesteuerten Prothese.

Bild: Otto Bock HealthCare

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60 Branche Medizintechnik

Die Medizintechnik ist ein schnell wachsender Markt. Um sich als Her-steller in diesem Markt behaupten zu

können, müssen die Entwickler und Her-steller von medizintechnischem Gerät zü-gig auf die verschiedenen an sie herange-tragenen Herausforderungen reagieren. Zum einen wächst der Bedarf an medi-zintechnischen Geräten wie Stents, Herz-klappen oder auch Gelenkprothesen kon-tinuierlich, etwa durch die zunehmende Alterung der westlichen Gesellschaften, zum anderen müssen die Geräte oft im-mer kleiner und leistungsfähiger werden, denn schließlich hängen von der einwand-freien Funktion oft Menschenleben ab.

Um mit neuen Geräten und innovati-ven Ideen trotzdem schnell genug am Markt zu sein, setzen die Hersteller in der

Entwicklung neuer Produkte zunehmend CAE-Software ein, die sie dabei unter-stützt, neue Geräte umfassender, schnel-ler und gleichzeitig kostengünstiger zu entwickeln und zu testen. Dabei greifen viele Hersteller auch auf die Hilfe externer Dienstleister zurück. Ein bekannter Dienst-leister in den USA ist WJH Engineering aus Chattanooga, Tennessee. Das Unterneh-men führt Finite-Elemente-Analysen und Designdienstleistungen für einige der größten amerikanischen Hersteller medi-zintechnischer Geräte durch.

Die Expertise des Unternehmens um-fasst hochentwickelte Materialien, wie sie für implantierte Geräte verwendet werden, die Analyse und das Design von Stents, Filtern und Herzklappen sowie die Analyse und das Design von orthopä-

dischen Implantaten, Gelenkprothesen und Instrumenten.

Jim Harrison, Präsident und Gründer des Unternehmens, arbeitet eng mit den Ingenieuren der Hersteller medizintech-nischer Geräte und direkt mit Ärzten zu-sammen, um die klinische Anwendung der Produkte besser zu verstehen. Durch diese Zusammenarbeit erfährt er unter anderem, welche anatomischen Belas-tungen und Bewegungsabläufe beim Design des Geräts berücksichtigt werden müssen. Sein wichtigstes Ziel bei den Arbeiten ist es, sicherzustellen, dass die entwickelten Geräte den Lasten und Be-wegungen, denen sie im Körper ausge-setzt sind, widerstehen können und den Testanforderungen der Food and Drug Administration (FDA) entsprechen.

Die Herausforderung: Kosteninten-sive reale Tests vermeidenIn einigen Fällen sehen sich die Unter-nehmen, die medizintechnische Geräte entwerfen und herstellen, mit einer ver-wirrenden Menge an Produktversionen und Größen konfrontiert. So hat Harri-son beispielsweise eine Studie zu einem interkorporellen Fusions-Cage für einen

V i r T U E L L E A U S L E G U N G M E D i Z i N T E C H N i S C H E r P r O D U K T E

Effiziente Prozesse in der CAE-Analyse V O N E V E L y N G E B H A R D T

Neue medizintechnische Geräte unterliegen strengen reglementierungen und müssen vor ihrem Einsatz

und vor der Serienproduktion ausgiebig getestet und abschließend zertifiziert werden. Mit CAE-Werkzeu-

gen lassen sich die Kosten für reale Tests medizintechnischer Geräte um bis zu 95 Prozent reduzieren.

Studie über den zusammenhang von Gelenkspalt und Fußgelenks-instabilität.

Einzelner Ring eines Herz-Stents, wie in der Materialvariationsstu-die verwendet.

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61BrancheMedizintechnik

Hersteller von Wirbelsäulen-Medizinpro-dukten durchgeführt, bei der sieben Pro-duktlinien analysiert werden mussten. Zusammen umfassten die Produktlinien, basierend auf Höhe und Durchmesser, Geräte in 20 verschiedenen Größen. Alle Geräte mussten mit bereits freigegebe-nen Implantaten verglichen werden, um nachzuweisen, dass die neuen genauso gut oder besser als die bestehenden wa-ren. Die zu testenden Kategorien werden von der FDA festgelegt und umfassen einen Axialtest, einen Torsionstest und einen kombinierten Axial-Torsionstest. „Das Unternehmen hatte bereits mit der Entwicklung des Prozesses begonnen. Dafür wurden reale Tests durchgeführt und es wurde versucht zu definieren, wel-che Tests ausgeschlossen werden kön-nen“, sagt Jim Harrison, „aber sie mussten für die Tests immer noch mit Kosten von über 100.000 US-Dollar rechnen.”

Die Lösung: Finite-Elemente- Analyse mit HyperMeshJim Harrison ist bei Herstellern von me-dizintechnischen Geräten wegen seines Könnens und seiner Erfahrung im Bereich Finite-Elemente-Analyse zur Modellie-rung von Produkten in der Design- und Analyse-Phase, mit der er eine deutliche Reduzierung der realen Tests erreichen kann, anerkannt. Dafür setzt er Hyper-Mesh, das Pre-processing-Werkzeug der HyperWorks Suite, bereits seit über zehn Jahren ein.

HyperMesh ist leicht erlernbar und ein-fach anzuwenden, es hat Schnittstellen zu allen wichtigen CAD-Systemen und -Formaten, bietet eine große Menge ein-facher und hochentwickelter Funktionen und ist sehr gut erweiterbar. Die Kombi-nation dieser Stärken ist für die Ingeni-eure von WJH Engineering sehr wichtig, denn sie ermöglicht es, HyperMesh den jeweiligen Bedürfnissen schnell und ein-fach anzupassen und die Software so in ihre jeweilige Simulations- und Entwick-lungsumgebung zu integrieren.

„Bevor ich mich für HyperMesh ent-schieden habe, habe ich mir sehr viele Softwarelösungen für das Pre-Processing angesehen; HyperWorks schien am bes-ten zur Lösung unserer Aufgaben ge-eignet zu sein“, erinnert er sich. „Ande-re Lösungen eigneten sich nur für einen Solver und boten keine oder nur wenig Unterstützung für unsere Modellierungs-anforderungen.“

Das Ergebnis: Genaue Analysen für ein Zwan-zigstel der Kosten in ei-nem Zehntel der ZeitMit Blick auf die Studie des Wirbelsäulen-Medizinpro-dukts berichtet Harrison: „Die von mir durchgeführte Analyse konnte im Vergleich zum Aufwand, der für reale Test entstanden wäre, zu ei-nem Zwanzigstel der Kosten und in einem Zehntel der Zeit erstellt werden. Nach meiner Analyse, für die ich HyperMesh zur schnellen und effizienten Modeller-stellung verwendet habe, hat sich das Un-ternehmen alle Produkte noch einmal an-gesehen und drei potenziell kritische Fälle identifiziert, für die reale Tests durchge-führt wurden. Auch die Ergebnisse dieser Tests stimmten sehr gut mit den Analyse-ergebnissen überein.“

Zur Durchführung der realen Tests hät-te das Unternehmen seine Prüfstände je-des Mal vollständig umbauen müssen, um die verschiedenen Geräte auf Torsi-on und Axialbewegung zu untersuchen und zu bewerten. Mit HyperMesh konn-te Harrison die Rand-bedingungen ändern und dasselbe Modell unter Berücksichti-gung der geänderten Lasten und Verschie-bungen immer wie-derverwenden. „Diese Methode kostete uns nur ein wenig mehr an Berechnungszeit im Computer anstelle der Ausgaben für jeweils neue reale Tests“, be-stätigt er.

Harrison gibt weiter an, HyperMesh sei so effizient, dass er tat-sächlich oft weniger Zeit für die Bearbei-tung eines Projekts be-nötige, als zuvor ange-nommen. Das liegt vor allem daran, dass mit HyperMesh in relativ kurzer Zeit sehr saube-re Netze erstellt wer-den können, die nur geringfügig manuell bearbeitet oder berei-nigt werden müssen.

In die Zukunft blickend, bereitet sich Har-rison zurzeit darauf vor, auch RADIOSS – den Finite-Elemente-Solver der Hyper-Works Suite – zu evaluieren, um damit gegebenenfalls den bisher verwendeten Solver zu ersetzen. Im sehr innovativen und wettbewerbsintensiven Markt für Medizintechnik muss auch der Dienst-leister stets mögliche Vorteile im Blick behalten, was Zeit, Kosten und Tool-Inte-gration angeht. to

Studienziel: Verringerung des Stent-Querschnitts, um das Einsetzen des Stents in die Arterie zu vereinfachen.Bilder: Altair/WJH Engineering Consultants

Analyse der Gelenkcharak-teristik und Wirbelsäulenin-stabilität.

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08. – 11. Mai 2012 . Stuttgart

26. Control Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Schall macht Messen für Märkte

VERANSTALTER

P. E. Schall GmbH & Co. KG . Gustav-Werner-Straße 6 . D-72636 Frickenhausen

T +49 (0)7025 9206-0 . F +49 (0)7025 9206-620 . info@schall-messen.de . www.schall-messen.de

VERANSTALTUNGSORT

Landesmesse Stuttgart GmbH . Messepiazza 1 . D-70629 Stuttgart

. Messtechnik

. Werkstoff-Prüfung

. Analysegeräte

. Optoelektronik

. QS-Systeme

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62 Branche Medizintechnik

Der Mensch setzt heute viele An-nehmlichkeiten voraus. Das wird auch in Zukunft so bleiben. Aus die-

sem Grunde nehmen die automatisier-ten Bewegungsabläufe zu. Damit hat je-des Bewegungselement – mechanisch oder elektronisch – eine Zukunft.

Eine „normale“ Anwendung wird es aber nicht geben. Denn im Grunde sind alle Einsatzarten, die ein Konstrukteur antrifft, auf irgendeine Art außerge-wöhnlich: Sei es in der Laborautomation, in der Zucht von Zellkulturen oder in Dia-lysegeräten. Wie breit der Fächer des me-chanischen Bewegungselements „Kugel-gewindetrieb“ selbst im medizinischen Umfeld ist, zeigen drei Einsatzfälle.

Einsatz in der LaborautomationFrüher führte man selbst Reihen-Unter-suchungen von Hand durch, was für klei-nere Labors heute noch gilt. Bei Analysen von hundert und mehr Proben ist das je-doch viel zu aufwendig.

Meist werden dabei Flüssigkeiten oder gasförmige Stoffe untersucht, aber auch Lebensmittel gehören dazu. Genau für diese unterschiedlichen Zwecke die-nen die Handhabungsgeräte. Zwar „nur“ Handlingsroboter, aber dafür die ganzen – also mit allem Zubehör. Die Analyse selbst erfolgt durch den Chemiker oder Mediziner.

Der Ablauf einer Analyse ist in der Re-gel gleich: Eine Spritze (immer die glei-

che!) gibt den zu untersuchenden Stoff in das Analysegerät. Bevor das erneute „Aufziehen“ erfolgt, muss die Spritze in-nen und außen gereinigt werden. Bei solchen Massenanalysen wird die Ge-schwindigkeit, also der Durchsatz an Pro-ben, umso mehr zum Verkaufsargument, je länger solche Analysen dauern.

Gesucht war also ein zuverlässiges und universelles Gerät (Bild 1), das für Flüs-sigkeiten wie für feste Stoffe geeignet – also umrüstbar – ist. Dies gilt besonders für die Software und das Zubehör. Beide müssen für die unterschiedlichsten Pro-benarten bei der gleichen Grundkon-struktion adaptierbar sein. Der Hersteller der Handling-Geräte verkauft die Robo-ter nicht an Endkunden, sondern an den OEM der jeweiligen Analysegräte. Dazu gehören HP, Thermo oder Shimatsu.

„Speedy“ im Dreierpack Die insgesamt drei eingesetzten Gewin-despindeln vom Typ „Speedy“ sind ganz normale Teile aus dem Katalog von Ei-chenberger: Das Steilgewinde 5 x 20 Mil-limeter (Durchmesser x Steigung), er-laubt ein schnelles Verfahren.

Die lange Gewindespindel ist für die Verschiebung in der Z-Achse – mit langem Hub – zuständig. Diese wird über einen Zahnriemen (Elektromotor) angetrieben.

G E W i N D E S P i N D E L V O N E i C H E N B E r G E r i N A U T O M AT i S i E r T E N B E W E G U N G S A B L Ä U F E N

Mechanik in Laborautomation, Biotechnik und Miniaturisierung V O N B E R N H A R D T R ö S C H

„Elektronik ist in, Mechanik out“ – hat ein mechanisches Maschinenelement überhaupt noch eine Chance?

Was hat ein „Eisenteil“ im reinraum oder im medizinischen Bereich zu suchen? Wie sehen die wirtschaftli-

chen rahmenbedingungen für ein Nischenprodukt aus?

Bild 1: Vom aktuellen Analysegerät sind rund 2.000 Einheiten im Einsatz – umrüst-bar und somit für Flüssigkeiten wie für feste Stoffe geeignet. Bild: CTC

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63BrancheMedizintechnik

Eine zweite Gewindespindel zieht die Flüssigkeit in die Spritze: Sie bewegt den so genannten Plunger (Kolben) zum Auf-ziehen der Probe. Daran schließt sich das Einspritzen in einen Analysenbehälter (Glasröhrchen oder Ähnliches) an. Alles muss mit höchster Präszision und Rein-heit erfolgen.

Eine dritte „Speedy“-Spindel betätigt die Kupplung für den „Werkzeug“-Wechsel.

Eine in Medizinanwendungen unab-dingbare Voraussetzung ist ein absolut fettfreier Lauf (Tockenlauf ). Dennoch ist eine hohe Abriebfestigkeit und War-tungsfreiheit gefordert. Argumente, die immer noch für die mechanische Gewin-despindel sprechen.

Einsatz in der BiotechnologieSei es im Biotech-Labor oder in der For-schungsabteilung eines Pharmaherstel-lers, Zellkulturen sind die Grundlage vie-ler Medikamente. Dazu werden solche Kulturen in sterilen Behältern angesetzt. Ein Problem bestand bisher darin, eine Verbindung von einem Behälter zum an-deren herzustellen, die absolut steril blei-ben muss.

Mit dem Heranzüchten von Zellen, Bakterien oder Viren unter Laborbedin-gungen beginnt oft ein langwieriger

Weg zu einem neuen Heilmittel. Auch in der Intensivstation wird zur schnellen Abklärung einer Krankheit damit gear-beitet.

Diese Lösungen befinden sich in ab-solut sterilen Behältern (Bild 2), meist in einem klimatisierten Raum. Oft liegt das Ganze auf einem Wipptisch, dessen sanfte Kippbewegung die notwendige Durchmischung ergibt und damit die Kulturen wachsen lässt. Um die Zellen am Leben zu erhalten, benötigen sie von Zeit zu Zeit Nährlösung. Auch muss man periodisch Proben entnehmen.

reinraum und roboterIn der Regel wird die dazu nötige Schlauchverbindung in einem sterilen Reinraum hergestellt. Das ist zwar ein sicheres, aber umständliches und über-aus teures Verfahren. Der „Bio Welder“ löst dieses Problem auf elegante Weise. Er stellt die Verbindung zwischen zwei sterilen Behältern innerhalb von Se-kunden her: Die beiden Schläuche wer-den in die Halterung eingelegt. Sind die Schläuche in Position, werden die Mat-rizen geschlossen. Mit einem sauberen Senkrechtschnitt werden die Schläuche danach durchtrennt, wobei das Messer unten bleibt.

Nun verschiebt ein Kugelgewinde-trieb vom Typ „Carry ZYI 10 x 2“ (Bild 3) – entlang des heißen Messers – die bei-den Matrizen so gegeneinander, dass die Schlauchenden eine genau passende Position einnehmen. Sobald die Schläu-che aufeinander ausgerichtet sind, fährt das Messer aus den Schläuchen hoch. Danach werden die Schläuche zusam-mengepresst und eine sterile und dichte Schweißung ist abgeschlossen.

Gewindespindel mit VorteilenWarum wird gerade hier ein Kugelgewin-detrieb (KGT) eingesetzt? Dazu der Ge-schäftsführer des Herstellers: „Beim Ver-schweißen der Schläuche müssen wir – in der Toleranz von einem Hunderstellmilli-meter – über lange Zeit einen gleichblei-benden Prozess garantieren! Um beides unter einen Hut zu bringen, bot sich der KGT vom Typ „Carry ZYI 10 x 2“ als ideale Lösung an.“

Einsatz in der MiniaturisierungEs ist noch gar nicht so lange her, da war die Blutzuckerbestimmung eines Diabetikers beim Arzt an eine schwere,

fest montierte Installation gebunden. Heute ist es ein tragbares Gerät in der Größe einer Zündholzschachtel. Die Medizinaltechnik und Optik verlangen immer stärker – wegen des eigenen Miniaturisierungsdrucks – nach kleine-ren Einzelelementen, was auch für den eingebauten Kugelgewindetrieb gilt. Zuerst mussten die Ingenieure von Ei-chenberger die Herstellungsprobleme beim Rollen filigraner Durchmesser lösen. Es war aber diesmal nicht das Material oder das Werkzeug, es war schlicht und einfach die Kleinheit, ja die Feinheit des Teils, die es galt, ferti-gungstechnisch in den Griff zu bekom-men.

Der filigrane Kugelgewindetrieb vom Typ Ø 4 x 1 (Bild 4) findet breite Anwen-dung in der Medizinaltechnik wegen sei-ner Kleinheit, Robustheit und Zuverläs-sigkeit. Denn je kleiner die Spindeln, desto eher passen sie in die Miniaturge-räte. Eine spezielle Anwendung eines Ku-gelgewindetriebs findet sich beispiels-weise im Bereich der Entnahme von Geweben (Biopsie) für die anschließende Laboruntersuchung. to

Eichenberger gewinde Ag – „Swiss made“ im internationalen MarktSeit bald 60 Jahren beschäftigt sich die Eichen-berger Gewinde AG mit der Herstellung von Gewinden. Im Zentrum steht das Rollen – also Kaltverformen – von Gewinden und die Fertigung von Gewindetrieben (Spindel und Mutter). Dies geschieht unter Einsatz modernster Produktions-methoden. www.gewinde.ch

Bild 2: zwei Behälter mit zellkulturen. In der Mitte der „Bio Welder“, das Gerät, das die steri-le Verbindung der Schläuche herstellt. Bild: Reed

Bild 3: Eine Spindel vom Typ „Carry zyI 10 x 2“ führt die senkrechte Bewegung des Messers (links) aus und die andere die waagrechte Verschiebung (rechts) der Schläuche. Bild: BT

Bild 4: Die Medizinaltechnik ist bei der Do-sierung und den Analysegeräten auf kleinste Abmessungen angewiesen: Kugelgewinde-trieb mit Ø 4 x 1. Bild: Eichenberger

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64 Branche Medizintechnik

Seit Jahrhunderten nutzen Querschnitt-gelähmte und Men-

schen mit Einschrän-kungen der unteren Extremitäten Rollstühle zur Fortbewegung. Seit-her gab es zahlreiche Entwicklungen und Fort-schritte, aber das Grund-prinzip ist immer noch

das gleiche: Der Benutzer sitzt und be-wegt den Rollstuhl entweder aus eigener Kraft oder mit fremder Hilfe (sei es durch einen Motor oder einen anderen Men-schen) vorwärts, dabei hat er – in der In-teraktion mit anderen ohne derartige Ein-schränkungen – immer eine Perspektive von unten und selten „auf Augenhöhe“.

Der technische Fortschritt forcierte in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts die Vision von Exoskeletten, also einer Art „Roboter zum Anziehen“. Dabei stand zu-nächst eine militärische beziehugnsweise industrielle Nutzung im Blickpunkt, um große Gewichte leichter transportieren zu können. Doch die ersten realen Versuche im Jahre 1965 scheiterten an dem Pro-blem, die Bewegungen kontrollieren zu können. Im beginnenden 21. Jahrhundert stehen nun Materialien und Technologien zur Verfügung, die die Vision Wirklichkeit werden lassen können und auch eine zivi-le, medizinische Nutzung ermöglichen.

Im Jahr 2005 begannen Wissenschaft-ler der University of California in Berkeley

mit der Entwicklung von Exoskeletten, die im aktuellen Modell „Ekso“ ihr Resul-tat findet. Der Gehroboter kann innerhalb weniger Minuten an nahezu alle Men-schen angepasst werden, die zwischen 1,50 und 1,90 Meter groß sind, maximal 100 Kilogramm wiegen und in der Lage sind, selbstständig ihre Position zu wech-seln. Dabei wird Ekso über Kleidung und Schuhe „angezogen“ und mit Bändern si-cher fixiert. Das batteriebetriebene Gerät lässt sich über Handbewegungen steuern und erkennt mittels Sensoren computer-gestützt in Echtzeit die Absichten des An-wenders, berechnet die Bewegung und führt sie entsprechend aus.

Umfassende Nutzung virtueller EntwicklungstoolsDie Herausforderungen des Projekts la-gen in den hohen Anforderungen an die Sicherheit der Benutzer (die Gefahr von Stürzen muss weitestgehend eliminiert werden), einer hohen Anpassungsfähig-keit und einem möglichst natürlichen Gangbild. Dabei sind die meisten Kom-ponenten Eigenentwicklungen, etwa der Antrieb oder die zahlreichen Sensoren. Dies bedeutet einerseits einen großen Forschungsaufwand, andererseits wird auf diese Weise sichergestellt, dass jedes Bauteil für den entsprechenden Einsatz optimiert ist. Die Ingenieure benutzen dabei die CAD-Software SolidWorks, mit der die gesamte Konstruktion in 3D mo-delliert werden kann. Mithilfe der umfas-

senden Datenbank wird dabei gleichzei-tig deren Gewicht errechnet. Dies ist ein wesentlicher Punkt, an dem frühere Pro-jekte gescheitert sind. Der Ekso hingegen wiegt insgesamt nur rund 20 Kilogramm und ist so konstruiert, dass seine Nutzer dieses Gewicht nicht wahrnehmen.

Herausforderung natürliches GangbildBesonderes Augenmerk wurde bei der Entwicklung auf die Kniebeugung ge-legt, um das natürlichste Gangbild aller auf dem Markt befindlichen Exoskelette zu erzeugen. Gerade dieser Aspekt erfor-dert zusammen mit der besonderen Ver-antwortung für die Nutzer einen hohen Test- und Simulationsaufwand. Hierbei setzt Ekso Bionics verschiedene Lösun-

S O G E N A N N T E S E X O S K E L E T T F Ü r Q U E r S C H N i T T G E L Ä H M T E

Roboter zum Anziehen V O N B A S T I A N S C H I N K

Patientin Amanda Boxtel im Oktober 2011 auf dem Münchner Karlsplatz bei der Präsen-tation des Exoskeletts. Bilder: Ekso Bionics

Der intelligente, „anziehbare“ roboter Ekso ermöglicht Quer-

schnittgelähmten, erstmals wieder aufzustehen und zu gehen.

Der kalifornische Hersteller Ekso Bionics setzte zur Verwirkli-

chung des roboters virtuelle Entwicklungstools ein.

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65Branche

gen für unterschiedliche Teilaspekte ein, etwa Kinematik- und Biomechanikstu-dien zur Validierung und Verbesserung des Designs. Hinzu kommt, dass sich das Standard-Gerät einfach an die Nutzer anpassen lassen muss. Durch die Kons-truktions-Konfigurationsfunktionen der SolidWorks-Software kann ein breites Spektrum an unterschiedlichen Anato-mien (in Bezug auf Größe, Gewicht und vor allem Proportionen) berücksichtigt werden. Darüber hinaus sparen die in-tegrierten Tools zur Fehlersuche im Ent-wicklungsprozess viel Zeit und damit auch Kosten.

Auf dem Weg zum Serienmodell konn-te zwar durch den Einsatz von Testsoft-ware viel virtuell erprobt werden, den-noch mussten zahlreiche Prototypen gefertigt werden, da sich das Gefühl der Patienten für Sicherheit und ihr Vertrau-en in das Gerät nicht ohne Weiteres simu-lieren lässt. Nach einem Entwicklungs-zeitraum von drei Jahren dauerte es ein weiteres Jahr, bis das Gerät zur Produk-tionsreife geführt werden konnte. Und auch jetzt, da die ersten Geräte bereits im Einsatz sind, steht die Entwicklung eher am Anfang als am Ende.

Aktuell: Phase klinischer TestsDerzeit wird Ekso von zehn der US-ame-rikanischen Rehabilitationszentren und -kliniken intensiv getestet, um festzustel-len, wie die neue Technologie in die Be-handlungspläne integriert werden kann. In diesem Rahmen konnten bereits fast 100 Personen mit Hilfe von Ekso wieder gehen. „In den letzten 40 Jahren gab es kaum einen Fortschritt in der Entwick-lung orthopädischer Geräte für Men-schen mit kompletter Querschnittläh-mung, die es ihnen erlaubt hätten, auch nur über kurze Strecken zu gehen“, er-klärt Dr. Kristjan T. Ragnarsson, Leiter der Rehabilitationsmedizin-Abteilung des re-nommierten Mount Sinai Medical Center in New York. Der limitierende Faktor sei dabei stets der hohe Energieverbrauch, den solche Bewegungen verursachen. Doch als motorisiertes Exoskelett könne Ekso den Energieverbrauch reduzieren und es Menschen mit einer Querschnitt-lähmung ermöglichen, zum ersten Mal nach ihrer Verletzung wieder zu gehen.

„In Europa wird das Gerät zunächst in Reha-Zentren für Wirbelsäulenverletzun-gen unter klinischer Aufsicht eingesetzt, aber wir hoffen, das Einsatzgebiet in Kür-

ze auch auf andere Krankheitsbilder aus-zuweiten“, sagt Andy Hayes, Managing Director für EMEA bei Ekso Bionics. „Un-sere Vision ist ein persönliches Gerät, das in den eigenen vier Wänden angewendet werden kann und eine Bereicherung des Alltagslebens und eine ideale Ergänzung zum Rollstuhl darstellt.“

Hilfe für etwa zehn Prozent aller QuerschnittgelähmtenExperten warnen jedoch vor zu hohen Erwartungen. Derartige Gehhilfen seien nicht für alle Patienten geeignet, sagt der Leiter der Abteilung für experimentelle Neurorehabilitation am Querschnittszen-trum des Universitätsklinikums Heidel-berg, Rüdiger Rupp. „Man muss sehr auf-passen mit Vorstellungen, dass das nun die Wunderheilung für alle Patienten sei – das ist es nicht.“ Weltweit gebe es min-destens vier andere Systeme, die ähnlich funktionierten wie Ekso, eines sei bereits im Handel, berichtet Sabine Dobel von der Presseagentur dpa.

Insgesamt leben rund 60.000 quer-schnittgelähmte Patienten in Deutsch-land. „Davon kommen weniger als zehn Prozent dafür infrage“, sagte Dr. Rupp ge-genüber dpa. Etwa dürften die Patienten keine zu starken Muskelkrämpfe haben, die mit Querschnittlähmungen einher-gehen. Zudem müsse der Brust- und Len-denwirbelbereich ausreichend stabil und die Gelenke beweglich sein. An der Uniklinik in Heidelberg würden stationä-re Exoskelette deshalb zunächst aus-schließlich zum Training von Patienten und nicht als Gehhilfe eingesetzt. to

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ISSN 1618-002X, VKZ B 47697

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Ein neuer Gehroboter bringt Hoffnung für Querschnittgelähmte, wieder aufstehen und gehen zu können.

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Vorschau

Im nächsten Heft (erscheint am 17. April 2012)

SPECIAL

Rapid Prototyping und Rapid ManufacturingZahntechnik-Anbieter Oratio B.V. hat mit einem Objet-3D-Dru-cker einen kompletten digitalen Arbeitsablauf für die hausin-terne Herstellung von Zahnmodellen entwickelt. Damit hat das Unternehmen sein Arbeitsvolumen innerhalb der Implantolo-gie wesentlich gesteigert – bei höherer Präzision und schnelle-ren Durchlaufzeiten.

Nach der Installation des neuen 3D-Drucksystems hat Oratio den

gesamten Konstruktions- und Herstellungsprozess für zahnim-

plantate digitalisiert. Bilder: Objet

BRAnCHE

Regenerative Energien„Die Energiewende wird nur dann gelingen, wenn die ohnehin knappen Ressourcen effizient verwen-det werden und der „Markt als Entdeckungsver-fahren“ genutzt wird“, warnt Norbert Schwieters, Leiter des Bereichs Energie bei der Wirtschaftsprü-fungs- und Beratungsgesellschaft PwC. Mehr zu den regenerativen Energien und effizienten Engi-neering-Strategien im nächsten Heft.

Der Preisverfall bei Solarmodulen zwingt insbesonde-re deutsche Anbieter, ihren Herstellungsprozess mas-siv zu rationalisieren. Bild: RainerSturm/pixelio.de

AKtuELL

Vorschau auf Digital Factory und HAnnoVER MESSE

Zum ersten Mal finden die Besucher die Digital Factory – inter-nationale Leitmesse für integrierte Prozesse und IT-Lösungen – dieses Jahr in der Halle 7. Bereits in die vierte Runde geht die MES-(Manufacturing-Execution-System-)Tagung im Conventi-on Center auf dem Messegelände, die sich an Verantwortliche für Fertigungsplanung und -steuerung sowie für das Produkti-onsmanagement richtet.

Praxisberichte

Innovative Baugruppen und Komponenten

Lesen Sie in Anwender- und Praxisberich-ten, welche innovativen und kostenspa-renden Technologielösungen neu auf dem Markt sind. Im nächsten Heft berichten wir über Neuheiten, Trends und Technolo-gien von den Messen Industrial Automati-on, Mobilitec, Energy und AUTOMATICA.

Weitere themen: • Management: Lean Engineering• CAD & Design: Umweltbewusstes Konstruieren• Hardware: 3D-Laserscanner

Acht internationale Leitmessen unter dem Dach der Hannover Messe vom 23. bis 27. April. Eine davon ist die Digital Factory. Bilder: Deutsche Messe

Trends rechtzeitig erkennen mit einem persönlichen Abonnement

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