Neue Welt der Anlagen-Projektierung: Objektorientierte, datenbankgetriebene Systeme

In den Anfängen des Elekt­ro-CAD, die mehr als 20 Jahre zurückliegen, diente der Computer zunächst nur als \’intelligentes Zeichenbrett\‘. Er konnte alles, was bis dahin von Hand gezeichnet wurde, sauberer, genauer und deutlich schneller darstellen. Symbolbibliotheken mit normgerechten Symbolen ersetzten die bisherige Hilfe durch Schablonen. Doch mit dem intelligenten Zeichnen war es bald nicht mehr getan. Typische Fehlerquellen waren fehlende logische Zusammenhänge und Querverweise oder doppelte Betriebsmittelkennzeichen. Auch das übernahm nun der Rechner. Experten erforderlich Hinzu kam die Notwendigkeit, DIN- bzw. IEC-Normen einzuhalten. Kernbestandteile dieser Normen, wie die Kennzeichnungssystematik, gingen auch in die ECAD-Systeme ein. Doch spezielle Haus- und Branchen-Normen brachten verschiedene Ausprägungen und Zusatzlösungen mit sich. So erzeugte Dokumentationen erforderten bestens ausgebildetes technisches Personal in Fertigung und Wartung – ein echter Investitionsfaktor. Ende der 80er Jahre begann die Entwicklung von Elektro-CAD-Funktionalitäten für das automatische Erstellen von Dokumenten. Ein typisches Beispiel ist der Klemmenplan nach DIN, dessen Erstellung \’per Hand\‘ aufgrund seiner Komplexität extrem fehleranfällig bzw. aufwendig war. Diese Automatisierung markiert den entscheidenden Schritt von der Zeichenhilfe zum Dokumentationsautomaten, vom ECAD zum ECAE: Computer Aided Engineering. Die Grenzen des CAE Die CAE-Systeme der ersten Stunde waren – und viele sind es noch heute – rein grafisch orientiert. Zwar enthalten sie logische Zusammenhänge, z.B. Listen mit Betriebsmittelkennzeichen oder Verweisregelungen. Doch solche Listen basieren immer auf der Auswertung der grafischen Pläne. Kein Problem, solange diese Grafiken die komplette elektrotechnische Anlage repräsentieren. Doch in vielen Fällen stellen die Stromlaufpläne nicht die Gesamtheit der vorhandenen Betriebsmittel dar. Freie Kabeladern oder nicht verwendete Klemmen auf einer Klemmleiste kommen dort nicht vor, sollten aber in einer Kabelbelegungsliste oder dem Klemmenplan erscheinen. Als Notlösung behilft man sich auch heute noch mit der Darstellung auf Zusatzblättern. So sind diese Daten im System enthalten und können auf automatisch abgeleiteten Dokumenten berücksichtigt werden. Virtuelle Anlagenmodelle Um die genannten Grenzen zu überwinden, ist es nötig, den Stellenwert der grafischen Darstellung neu zu bestimmen. Ein ähnlicher Prozess hat vor einigen Jahren im Bereich des Mechanik-CAD stattgefunden. Waren vorher Objekte nur durch die Summe der 2D-Ansichten, sozusagen im Kopf des wissenden Betrachters, als Ganzes beschrieben, so veränderte sich die Arbeit durch neue 3D-Systeme wesentlich. Objekte lassen sich in einem virtuellen 3D-Modell vollständig beschreiben, die 2D-Ansichten werden quasi zum Abfallprodukt. Der Vorteil des 3D-Modells liegt in seiner sich selbst regelnden Konsistenz; Mehrfachdarstellungen müssen nicht mehr aufeinander abgestimmt werden. Da sie derselben Quelle entspringen, passen sie ohnehin zueinander. Bei den strategischen Überlegungen zu ihrer zukünftigen Systemplattform griff die Hannoversche Aucotec AG, seit über 20 Jahren Entwickler von ECAE-Systemen, genau diese Vorteile auf und übersetzte sie in die Grundidee des virtuellen Anlagenmodells. Dieses virtuelle Modell umfasst alle Objekte, die in der elektrotechnischen Planung relevant sind. Geräte, Kabel, Anschlüsse, Schränke, Drähte usw. finden sich als Objektklassen oder typisierte Ausprägungen z.B. als spezielle Gerätearten wieder. Um eine zukunftssichere Systemarchitektur zu verankern, wird dieses virtuelle Modell auf Aucotecs neuer Plattform Engineering Base (EB) in einer Client/Server-fähigen Standarddatenbank abgelegt. Durch die Ablage in einer Datenbank ist höchste Datensicherheit gewährleistet und gleichzeitig eine optimale Basis für den verteilten Mehrbenutzerbetrieb gelegt. Freie Hand Alle Bearbeitungsmethoden und -oberflächen orientieren sich an diesem Anlagenmodell von Engineering Base. Der Ansatz ist dabei sehr einfach: Da im Hintergrund immer derselbe Datenbestand gepflegt wird, kann jeder Anwender seine Arbeitsmethode frei wählen, je nachdem, welche seiner aktuellen Aufgabestellung am nächsten kommt. Will er einen Schaltungszusammenhang beschreiben, kann er weiterhin die grafische Darstellung verwenden. In EB ist dafür Microsoft Visio integriert, die millionenfach verbreitete Software für Schemabearbeitung. Möchte ein Nutzer hingegen die Infrastruktur seiner Anlage festlegen, wird er wahrscheinlich in der Baum-Ansicht arbeiten. Und wenn massenweise Objekte zu bearbeiten sind, um z.B. ihre Kennzeichnung zu verändern oder ihnen Katalogdaten zuzuordnen, so ist dazu die tabellarische Bearbeitung die effizienteste. Der entscheidende Vorteil des objektorientierten und datenbankbasierten Tools liegt darin, dass alle diese Methoden auf demselben konsistenten Modell arbeiten und dass alle Repräsentationen eines Objektes, egal ob in grafischen Plänen, Listen oder abgeleiteten Dokumenten, sich automatisch aktualisieren. Um das Beispiel von oben aufzugreifen: Reserveklemmen einer Leiste werden per Kopie aus dem Katalog oder mithilfe eines speziellen Klemmenleistenassistenten der Leiste im virtuellen Anlagemodell zugefügt und erscheinen selbstverständlich im zugehörigen Klemmenplan. Branchenlösungen Aufgrund der Offenheit der neuen Systemarchitektur kann Aucotec branchen- oder kundenspezifische Lösungen auf der neuen Plattform realisieren. Oft sind es nur besondere Ausprägungen von grafischen Symbolen, Erweiterungen von Katalogen oder neue Assistenten (Wizards), die speziell auf besondere Aufgabenstellungen ausgerichtet erstellt werden. Das geschieht mithilfe des ebenfalls in Engineering Base integrierten und weithin bekannten Visual Basic for Applications m(VBA) von Microsoft. So existieren bei Aucotec schon Branchenlösungen für den Maschinen- und Anlagenbau, die Prozesstechnik, Energieverteilung und für die Bordnetzplanung vom Automobil über Schienenfahrzeuge bis hin zu Luft- und Raumfahrt bzw. sind in enger Kooperation mit Schlüsselkunden im Aufbau. Da alle diese Branchen heute global vernetzt agieren, gehören die Unicode-Fähigkeit von EB und seine Verfügbarkeit in vielen Landessprachen inklusive Chinesisch zu seinen großen Vorteilen. Gerade der Anlagenbau, der sich mit riesigen Datenmengen sowie räumlicher und funktionaler Infrastruktur beschäftigt, zieht erheblichen Gewinn aus EBs datenbankbasierter Methode, denn mehrere Anwender können simultan mit dem jeweils für ihre Aufgabenstellung optimalen Werkzeug an ein und derselben Projektierung arbeiten. Datenbank schafft Durchgängigkeit Gerade für diesen Schwerpunkt hat Aucotec eine komplette Lösung unter dem Titel \’Sieben Schritte\‘ vorgestellt, die es Projektierern noch leichter macht, ganze Anlagen von der Planung bis zum Betrieb mit allen Änderungen und dazugehörigen Kalkulationen durchgängig zu konfigurieren und zu dokumentieren. Bei dieser ganzheitlichen Lösung ist das Arbeiten mit funktionalen Modulen Grundvoraussetzung für die Optimierung von Arbeits- und Materialaufwand. Ist die Vorarbeit in Engineering Base erst geleistet und die EB-Bibliothek mit standardisierten Modulen und Anlagenteilen gefüllt, dann geht der Nutzen dieses Tools noch entscheidende sieben Schritte weiter: Aufgrund des echten Datenbank-Modells von EB lässt sich eine Maschine schon bei der Angebotserstellung konfigurieren. Diese Konfiguration wird direkt zur Planerstellung verwendet. Es folgen Material-Bedarfsermittlung und Inf­rastrukturplanung. EB ermöglicht unterschiedlichste Anlagensichten ohne Mehrfacheingaben oder Datenbrüche. Das neue Maschinen-Interface für die Einbindung von externen Maschinenprojekten in die Anlagenplanung sowie die Softwaregenerierung mit SPS/PLS und Buskonfiguration markieren die nächsten Schritte. EB rundet sein Concurrent Engineering ab mit automatischer Normenkonvertierung und transparenter Nachkalkulation. Diese neue Welt der Anlagen-Dokumentation wäre ohne die integrierte Datenbank undenkbar. Fazit Ob modulares Arbeiten, der Sprung von der grafischen Orientierung zur freien Methodenwahl oder die Daten-Konsistenz im Multiuserbetrieb – das ließ sich in den CAD-Anfängen vor über 20 Jahren wohl niemand träumen. Halle 17 Stand E50