Meinung: Der digitale Zwilling als Krisenhelfer im Schaltschrankbau?

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Nie waren die Zeiten im Schaltschrankbau herausfordernder als heute – wie die Digitalisierung das Engineering vereinfachen kann, erklärt Andreas Matthé von Siemens.

Mit dem steigenden Automatisierungs- und Digitalisierungsgrad in Industrie und Infrastruktur nimmt der Bedarf von Maschinenbauern und Betreibern an individuellen, möglichst kommunikationsfähigen Lösungen zu. Nachgefragt werden zunehmend smarte Elektrifizierungslösungen, die beispielsweise in der Lage sind, auch Zustands- und Energiedaten zu erfassen, Daten auszutauschen und sich in IoT-Umgebungen zu integrieren. Hinzu kommen strengere Vorgaben in puncto Sicherheit, Verfügbarkeit und Energieeffizienz – sowie nicht zuletzt die wirtschaftlichen Folgen der Covid-19-Pandemie, die den Kostendruck weiter erhöhen.

Autor: Andreas Matthé, CEO Electrical Products, Siemens Smart Infrastructure

Wie können Schaltschrankbauer diese Herausforderungen meistern? Der Schlüssel wird eine konsequente Digitalisierung der eigenen Arbeitsabläufe sein. Denn um ihre Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig zu stärken, müssen Schaltschrankbauer ihren Zeitaufwand drastisch reduzieren, um dadurch Kosten zu sparen, und ihren Wertschöpfungsprozess insgesamt schneller, wirtschaftlicher und flexibler gestalten. Und nirgends sind das Digitalisierungs- und somit Optimierungspotenzial so groß wie in der Elektroplanung.

Kostenfaktor Elektroplanung im Schaltschrankbau

Fast die Hälfte der Gesamtkosten im Schaltschrankbau entfällt heute auf Engineering, Design und Dokumentation. Doch während das mechanische Design und die Automatisierung von Maschinen bereits weitgehend softwaregestützt erfolgen, finden in der Elektroplanung viele Tätigkeiten noch manuell statt. Oft bedeutet Digitalisierung nicht mehr als einfache Excel-Tabellen zu nutzen, etwa zur Auswahl der Schutz-, Schalt- und Steuerungskomponenten oder für die Berechnung von Leitungsquerschnitten und Kurzschlussströmen – und dies alles beruhend auf persönlichem Erfahrungswissen oder auf Werten aus vergangenen, ähnlichen Projekten. Entsprechend hoch sind Zeitaufwand und Fehleranfälligkeit – zumal die zunehmende Komplexität im Schaltschrankbau immer mehr Wissen erfordert. Insbesondere steigt der Bedarf an einschlägigem Know-how über branchenspezifische Energieeffizienz- und Kommunikationsstandards, an Automatisierungs- und Digitalisierungskenntnissen sowie an fundiertem Wissen über immer mehr und weltweit unterschiedliche Normen. Dies kann Schaltschrankbauer an ihre Grenzen bringen, vor allem in Zeiten eines anhaltenden Fachkräftemangels und der insgesamt angespannten Wirtschaftslage.

Mehr Effizienz durch Digitalisierung

Es braucht also dringend Unterstützung bei der Realisierung adäquater, zukunftsfähiger Schaltschranklösungen. Und diese kommt künftig in digitaler Form, auch und vor allem in der Elektroplanung. Welche Vorteile im softwaregestützten Engineering stecken, belegen verschiedene Studien. Bei einer Erhebung der Universität Stuttgart[1] beispielsweise bezifferten die befragten Unternehmen die Effizienzsteigerung bei Nutzung integrierter Softwarelösungen auf über 40 Prozent. Deutlich kürzere Verdrahtungszeiten lassen sich realisieren, wenn die Planung im Vorfeld mittels 3D-Programmen erfolgt.

Noch größeres Potenzial lässt sich in Zukunft durch ein funktionales und vollständig integriertes Maschinen-Engineering erschließen. Die Idee dahinter folgt der des „digitalen Zwillings“: Das Engineering einzelner Maschinenfunktionen erfolgt modular – und mechanische, elektrische und Automatisierungsdaten werden nur noch einmal auf einer zentralen Plattform gespeichert. Aus der nahtlosen Zusammenführung aller Disziplinen im elektrischen Konstruktionsprozess ergeben sich vielfältige Vorteile. Änderungen in den verschiedenen Domänen sind zu jeder Zeit für alle am Entwicklungsprozess Beteiligten einsehbar und weiterverwendbar. Maschinenfunktionen können so einfacher und schneller gebaut und modifiziert werden. Ändern sich die Funktionsanforderungen während der Maschinenproduktion oder im laufenden Betrieb, sind Anpassungen flexibel möglich – und die Einsparpotenziale enorm: Maschinen- und Schaltschrankbauer profitieren von deutlich effizienteren Entwicklungsprozessen und schnelleren Durchlaufzeiten.

Auch im Schaltschrankbau: Wissen „as a Service“

Einen ersten entscheidenden Schritt in Richtung durchgängiges digitales Engineering im Schaltschrankbau ermöglicht die neue Software „Control Panel Design“. Sie wurde in die Konfigurations- und Bestellsoftware TIA Selection Tool integriert – und bildet sozusagen den elektrotechnischen Teil des digitalen Maschinen-Zwillings ab. Schaltschrankbauer erhalten damit alles an die Hand, was sie für die effiziente Planung der Maschinenelektrik brauchen, inklusive des kompletten weltweiten Normen-Knowhows, das damit erstmals digital und auf Knopfdruck bereitsteht. Elektroplaner können mithilfe der Software die Hauptelektrik einer Maschine einfach und normenkonform nach IEC und UL auslegen und dimensionieren. Mehr noch: Durch die Integration von Control Panel Design lässt sich mit TIA Selection Tool sowohl Mechanik und Automatisierungstechnik als auch die Elektrik auslegen – und das auf einer Datenbasis und innerhalb einer Plattform. Dies reduziert den Aufwand sowie mögliche Fehlerquellen und minimiert gerade bei späteren Anpassungen einer Maschine den Änderungsaufwand signifikant.

Einmal mehr unterstreicht dies außerdem das Potenzial eines digitalen Engineerings: Maschinen- und Schaltschrankbauern können dadurch ihre Wertschöpfungsprozesse deutlich effizienter gestalten, Kosten sparen sowie ihre Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig stärken – und damit nicht zuletzt herausfordernde Zeiten besser bewältigen.

[1] „Schaltschrankbau 4.0 – Eine Studie über die Automatisierungs- und Digitalisierungspotenziale in der Fertigung von Schaltschränken und Schaltanlagen im klassischen Maschinen- und Anlagenbau“, Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart, April 2017

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