Elektrotechnik – der Motor der modernen Gesellschaft

In unserer heutigen Welt werden fast alle Gegenstände und Einrichtungen elektrisch betrieben oder laufen unter wesentlicher Beteiligung elektrischer Geräte und Steuerungen. Für die Planung dieser Geräte, Anlagen und der dazugehörigen Steuerungen werden – wie auch in der mechanischen Konstruktion seit langem üblich – CAD-Systeme eingesetzt. Für diese hat sich die Bezeichnung E-CAD oder Elektro-CAD mehr oder weniger etabliert. Halten wir also fest: E-CAD bezeichnet also die Planung und konstruktive Auslegung von elektrischen Maschinen und Anlagen. Diese werden in der Elektrotechnik dem Bereich Starkstromtechnik zugeordnet.

Zwei Bereiche: Starkstromtechnik und Schwachstromtechnik

Von der Starkstromtechnik zu unterscheiden sind Komponenten und Baugruppen, die mit schwachen Strömen betrieben werden, also im wesentlichen Leiterplatten und die darauf verbauten Microchips. Diese Anwendungen stellen sehr spezifische Anforderungen und erfordern folglich auch Softwaresysteme, die in der Funktionalität sehr spezifisch auf diesen Einsatzbereich ausgerichtet sind. In der Regel werden diese werden diese Systeme jedoch unter dem Sammelbegriff EDA (für Electronic Design Automation) im den Unterkategorien PCB-CAD und IC-Design geführt. Diese Systeme sollen von der heutigen Betrachtung ausgeschlossen und bei einer anderen Gelegenheit betrachtet werden.

Was ist ein E-CAD System?

Elektro-CAD-Systeme unterstützen die konstruktive Auslegung von elektrisch betriebenen und gesteuerten Maschinen und Anlagen, die dem Bereich Starkstromtechnik zuzuordnen sind. Die wichtigsten Bereiche der Starkstromtechnik sind 1) die elektrische Energietechnik, 2) die elektrische Antriebstechnik und 3) die elektrische Automatisierungstechnik.

Vielfach deckt der Funktionsumfang von Elektro-CAD-Systemen auch die Planung von hydraulischen und pneumatischen Systemen ab, die mit elektrischen Impulsen angesteuert werden und deshalb eine integrale Planung erfordern, die beide Sichten vereint.

Welche Daten produziert ein E-CAD System?

Im Wesentlichen werden Elektro-CAD-Systeme für die Erstellung aller im Verlaufe eines Entwicklungsprozesses erforderlichen Daten und Dokumente eingesetzt. Im Einzelnen sind dies:

• Schaltpläne – abstrahierte grafische Darstellungen des logischen Aufbaus einer Schaltung anhand genormter Symbole (z.B. DIN EN 60617 in Europa bzw. ANSI/IEEE Std 91a–1991 für Nordamerika)
• Kabelpläne – logische Darstellungen einer Schaltung, erweitert um physikalische Attribute (Kabel, Kabelbündel, Steckverbindungen, Klemmenzuweisung)
• Schaltschrankaufbaupläne – räumliche Anordnung der im Kabelplan definierten elektrischen Betriebsmittel (Drähte, Klemmen, Schaltelemente)
• Fertigungsvorlagen für Kabelbäume mit Angaben für die Bündelung, Bandierung, Befestigung, Verzeigung und Steckerbelegung
• Stücklisten für die Beschaffung und Bereitstellung aller für die Produktion erforderlichen
• Steuerdateien für die maschinelle Fertigung – der der mechanischen Gehäusebearbeitung bis zu Ausgaben für die automatische Kabelkonfektionierung
• Reports – Visualisierung ausgewählter Daten in einer tabellarischen Darstellung, idealerweise mit direktem Bezug zu den entsprechenden Elementen in einer Zeichnung
• Montageanweisungen – detaillierte Informationen, die für die genaue und sichere Montage, Verdrahtung und Prüfung des Schranks erforderlich sind, einschließlich Stückliste, Schaltpläne, Montage-, Verdrahtungs- und Beschriftungsanweisungen, Prüfungsvorschriften und Checklisten für die Qualitätskontrolle
• Servicedokumentation – Inbetriebnahme, Wartungsrichtlinien, Anleitungen zur Fehlerbehebung, Schalt- und Verdrahtungspläne, Sicherheitshinweise, Teileliste und Ersatzteilkatalog

Anforderungen an ein zeitgemäßes E-CAD-System

Ein modernes, zeitgemäßes CAD-System für die Elektrotechnik bildet all diese Planungsschritte einschließlich der Fluidtechnik in einer durchgängigen, idealerweise modular konfigurierbaren Systemlösung ab, die sicherstellt, dass alle Planungsschritte nahtlose miteinander verzahnt und verbunden werden, um Medienbrüche, doppelte Datenerfassung und die damit eingehergehenden Fehlerrisken auszuschließen.

Ein Beispiel für ein solches modulares, durchgängiges System ist E3.series von Zuken: E3.series ist eine professionelle, intuitiv bedienbare Lösung, die sowohl das logische als auch das physikalische Layout von elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Steuerungssystemen abdeckt. E3.series deckt den gesamten Engineering-Prozess ab, von Schaltplänen und Kabelplänen bis zum Layout von Schalttafeln und Kabelbäumen, einschließlich der Generierung von Ausgaben für Fertigung, Montage und Service. Die objektorientierte Systemarchitektur von E3.series ermöglicht die permanente Synchronisation aller Engineering-Schritte auf Basis einer zentralen Datenbank, die alle für das Engineering, die Bestellung und die Fertigung notwendigen Informationen enthält.

E3.series

Worauf Sie achten sollten

Voraussetzung für die vollumfängliche Nutzung eines Systems, dessen Fähigkeiten über das einfache Zeichnen hinausgehen, ist eine vollständige Beschreibung aller in einem Projekt verwendeten Komponenten in Systemdatenbank, auf die alle eingesetzten Applikationen zugreifen. Einige Hersteller werben in diesem Zusammenhang mit eigenen Datenportalen mit hunderttausend und mehr Komponenten. Bei Lichte besehen ist die Qualität dieser Datenportale allerdings mit einiger Vorsicht zu genießen, denn die die darin enthalten Komponentendaten sind häufig unvollständig, nicht korrekt organisiert oder schlicht nicht mehr aktuell.

Eine sinnvolle Alternative ist deshalb die Nutzung von neutralen Datenportalen wie die Component Cloud von Cadenas, die von den Komponentenherstellern selbst mit aktuellen Daten-Portalen versorgt werden und auch die Möglichkeit anbieten, einen Bedarf beim Hersteller direkt anzufordern oder von spezialisierten Dienstleistern kurzfristig bereitstellen zu lassen. Hierfür bieten einige Anbieter interessante und skalierbare Geschäftsmodelle an.

Component Cloud für E3.series

Ein Projekt – mehrere Varianten

Zusätzlich zur Durchgängigkeit und Integration der Bearbeitungsschritte sind aber noch weitere Aspekte von Bedeutung, die insbesondere für Einzel- und Variantenfertiger – wie sie im Maschinen- und Anlagenbau typisch sind – von besonderer Bedeutung sind:

Der erste Aspekt betrifft die Tatsache, dass Maschinen und Anlagen in der Regel in kundenspezifischen Konfigurationen angeboten werden. Um hier nicht jede Elektrodokumentation von Grund auf neu anzulegen, sollte die Möglichkeit bestehen, verschiedenen Konfigurationen in einem überdefinierten (“150%”) Projekt zu hinterlegen, aus dem sich über einen Filter abgerufen werden können.

Der zweite Aspekt betrifft die Mehrfachverwendung von konstruktiven Elementen in verschiedenen Projekten, mit dem Ziel, den Aufwand für die Individualkonstruktion zu reduzieren und die Produktivität der Entwicklung zu steigern. Besser als einfaches Copy & Paste ist hier die Fähigkeit, Projekte über so genannte hierarchische Blöcke zu organisieren, die in der Art von “black boxes” nur die Anschlüsse zur unmittelbaren Umgebung aufweisen. Der Inhalt der “black box” wir auf ein gesondertes Blatt referenziert, im dem alle Details vollständig dargestellt sind. Er kann auf diese Weise einfach aus einer Bibliothek geladen werden.

Rückverfolgbarkeit – der Schlüssel für eine erfolgreiche Wiederverwendung von Designs

Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz von Optionen, Varianten und hierarchischen Blöcken in der Praxis ist aber die Möglichkeit, die Verwendung dieser Konfigurationen und Blöcke lückenlos dokumentieren zu können und gegebenenfalls erforderliche Aktualisierungen in allen Instanzen in verschiedenen Projekten durchführen zu können. Für E3.series bietet Zuken hierfür mit DS-E3 eine leistungsstarke Lösung an, die E3.series Projekte im Originalformat lesen und anlaysieren kann. Diese Möglichkeit ist bei der Datenhaltung in einem Standard-PDM System nicht gegeben.

Daten- und Bibliotheksverwaltung

Weitergehende Informationen zu diesen und weiteren Aspekten finden Sie unter Elektroplanung und Fluidplanung mit E3.series.