Mechatronisches Engineering: Audi-Werkzeugbau automatisiert Entwicklung

Audi bringt in immer kürzeren Zyklen neue Modelle auf den Markt und erschließt weitere Nischen. Innerhalb der Modellstrategie von Audi ist mittelfristig eine Steigerung der Fahrzeugproduktion geplant. Die Konsequenz dieser Entwicklung sind kürzere Zeiträume zur Erstellung der Fertigungsanlagen, vom Beginn der Planungsphase bis zum Produktionsstart. Dazu muss der gesamte Anlagenerstellungsprozess optimiert werden, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Der Audi-Werkzeugbau sieht Fertigungsanlagen im Karosseriebau aufgrund der zunehmenden Bedeutung der Automatisierungstechnik als mechatronische Systeme an. Dieser Entwicklung der Automatisierungstechnik im Anlagenbau hat der Audi Werkzeugbau durch den Aufbau einer eigenen Elektrokonstruktion Rechnung getragen. Der Werkzeugbau steht im direkten Wettbewerb mit externen Anbietern. \“Um auch hier den Anspruch Premium zu erfüllen, haben wir neue Strategien innerhalb der Projektkonstruktion entwickelt\“, erklärt Jürgen Wilhelmy, zuständig für die Elektrokonstruktion bei Audi. Mechatronisches Engineering mit modularer Steuerung In der Vergangenheit wurde jede Anlage hinsichtlich der Schaltplanerstellung und der SPS-Programmierung weitgehend manuell erstellt. Nach den mechanischen Baugruppen, beispielsweise Vorrichtungen, wurden im nächsten Schritt die individuellen elektrischen Schaltungen und SPS-Programme projektiert. Ein Ziel des Audi Werkzeugbaus bei der Anlagenkonstruktion ist es, zu einem mechatronischen Konstruktionsbaukasten mit hoher modularer Standardisierungsquote zu kommen. Auf der Suche nach einem geeigneten Tool, das die Generierung von Schaltplänen und SPS-Programmen aus einem Baukastensystem ermöglicht, hat das Team um Jürgen Wilhelmy verschiedene Anbieter und deren Produkte analysiert. Dabei wurde klar, dass die mechatronische Engineering-Methode von Eplan Software & Service mittels Eplan Engineering Center die Anforderungen des Audi Werkzeugbaus vollständig unterstützt. Die Eplan-Systeme sind komplett auf Windows aufgesetzt. Entscheidung für das Eplan Engineering Center Der Startschuss für das Pilotprojekt in Karosseriebauanlagen des Audi TT fiel im Januar 2005. \“Begeistert hat uns bereits im ersten Projekt die Verknüpfung von SPS-Programmen, Pneumatik- und Elektroschaltplänen in einem mechatronischen Baukasten\“, erläutert Frank Herzog, Leiter der Konstruktion Anlagen- und Vorrichtungsbau im Audi Werkzeugbau. \“Wir projektieren auf Basis wiederverwendbarer mechatronischer Funktionsmodule, die dann über Regelwerke zu einer Gesamtkonstruktion durch das EEC automatisiert verbunden werden.\“ Ein Beispiel aus dem mechatronischen Engineering verdeutlicht das: Die Funktion \’Greifen\‘ eines Roboters wird als Komponente im Konstruktionsbaukasten abgelegt, denn im technischen Grundprinzip ist sie immer gleich. Allein die Parametrierung in der Konstruktion entscheidet am Ende über die genaue Ausprägung des Greifers (Anzahl der Spanner, Gruppierung zu Ventilen usw.). Diesem Prinzip folgend wird jede mechanische Baugruppe mit den zugehörigen Pneumatik- und Elektro-Schaltplänen sowie den SPS-Bausteinen zu einer mechatronischen Komponente verknüpft. \“Im Gegensatz zur Evolution der kleinen Schritte in der Vergangenheit sehen wir unsere neue Arbeitsweise als einen Quantensprung im Engineeringprozess des Anlagen- und Vorrichtungbaus an\“, ergänzt Frank Herzog. Parallelisierung und Automatisierung Bisher folgte auf die mechanische Konstruktion der Pneumatikplan, dann der Elektro-Schaltplan und anschließend das SPS-Programm. Diese bisher üblichen sequenziellen Prozesse hat der Audi Werkzeugbau revolutioniert. Durch die Parallelisierung und konsequente Wiederverwendung wird die Projektierungszeit drastisch reduziert. Dadurch wird die Konstruktion in die Lage versetzt, Last-Minute und flexibel auf Änderungen zu reagieren. Hiermit reagiert der Audi-Werkzeugbau auf die Anforderungen, mehr Anlagen in kürzerer Zeit zu erstellen. Standardisierung und Wiederverwendung Jürgen Wilhelmy, Elektrokonstruktion bei Audi, erklärt: \“Damit haben wir uns einen Wettbewerbsvorteil geschaffen. Qualifizierte Berater von Eplan Software & Service haben uns beim ersten Projekt Anfang 2005 unterstützt. Bereits zu dieser frühen Phase während der Erstellung des Konstruktionsbaukastens konnten in der Projektierung erste positive Effekte erzielt werden.\“ Die Baukastenerstellung ist ein fortlaufender Prozess, denn alle Neuerungen an Modulen fließen regelmäßig dort ein. Für den Erfolg der Strategie musste das eingesetzte Tool jede beliebige Variante im Schaltplan- bzw. SPS-Standard abbilden können. \“Ein großer Vorteil des EEC ist die Auslegung als offenes System mit hoher Schnittstellentransparenz. Das erleichtert die Integration beliebiger Engineeringsysteme und deren Daten in den mechatronischen Engineeringprozess.\“ Flächendeckendes Engineering Auf die Verkürzung im Anlagenerstellungsprozess hat der Audi-Werkzeugbau mit der Entwicklung und Einführung eines mechatronischen Engineeringprozesses reagiert. Frank Herzog resümiert: \“Mit dieser Vorgehensweise sind wir in der Konstruktion nicht nur deutlich schneller und damit wettbewerbsfähiger geworden. Darüber hinaus konnten wir die Qualität der Konstruktionsunterlagen erheblich steigern.\“ So konnten die Inbetriebnahmezeiten der Anlagen verringert werden. Nun soll der mechatronische Engineeringprozess flächendeckend im Karosseriebau eingeführt werden. Der Audi Werkzeugbau hat im Jahr 2006 ein Anlagenvolumen mit über 500 Robotern abgewickelt, davon zu einem Großteil mit dem mechatronischen Baukastensystem. Zur Zeit wird der erstellte Konstruktionsbaukasten um die virtuelle Inbetriebnahme erweitert. Somit können in Kürze Simulationsmodelle für die SPS automatisch generiert werden. In der nächsten Entwicklungsstufe wird das System an die Planungstools der digitalen Fabrik angebunden und damit eine hundertprozentige Datendurchgängigkeit erzielt. Hannover Messe: