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E³.series hilft nicht nur den Entwicklern: Unterstützung auf allen Ebenen

Bruker

Um die Qualität der elektrischen Dokumente, beispielsweise Kabelzeichnungen, zu verbessern, aber natürlich auch um effizienter zu werden, arbeitet die Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, ein Hersteller von Röntgenanalyse-Systemen, mit E3.series von Zuken. Es wird durchgängig genutzt, vom Entwurf über die Fertigung bis zum Service.

Röntgenanalyse-Systeme wie sie Bruker AXS baut, werden für die Materialuntersuchung eingesetzt: In Laboren, in der Materialforschung oder auch in der industriellen Fertigungskontrolle. „Als Bruker AXS gehören wir zur Bruker Gruppe und sind einer der führenden weltweit tätigen Hersteller von Röntgenspektrometern für die Element- und Mikroanalyse, Diffraktometern für die Materialanalyse sowie Einkristalldiffraktometern für die Analyse von chemischen und biologischen Molekülstrukturen“, erklärt Jürgen Fink, Leiter der Elektronikentwicklung am Standort Karlsruhe.

Wenn wir etwas gebraucht haben, wurde uns stets schnelle Hilfe zuteil. Mit dem Support bei Zuken sind wir sehr zufrieden.

Matthias Binkele, Bruker AXS
S8 LION X-ray
S8 LION X-ray spectrometer from Bruker AXS used to establish the chemical elements contained in a material sample.

Insgesamt hat die Bruker Gruppe, die 1960 in Karlsruhe gegründet wurde, weltweit mehr als 25 Unternehmensstandorte und ca. 6000 Mitarbeiter. Die Bruker AXS entstand aus dem ehemaligen Siemens Röntgenanalysebereich, der 1997 übernommen wurde und heute, am Standort Karlsruhe, rund 500 Mitarbeiter hat.

Ergebnisse 

  • Deutlich reduzierte Entwicklungszeit bis zum Vorseriengerät
  • Vollständige Abbildung der Geräteverkabelung eines Röntgenanalysesystems einschließlich sämtlicher elektronischen Steuerund Verdrahtungsbaugruppen sowie aller Sensoren und Aktoren 
  • Gesteigerte Qualität der Verdrahtungs- und Fertigungszeichnungen 
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    Insgesamt hat die Bruker Gruppe, die 1960 in Karlsruhe gegründet wurde, weltweit mehr als 25 Unternehmensstandorte und ca. 6000 Mitarbeiter. Die Bruker AXS entstand aus dem ehemaligen Siemens Röntgenanalysebereich, der 1997 übernommen wurde und heute, am Standort Karlsruhe, rund 500 Mitarbeiter hat.

    Röntgenanalysegeräte sind sehr komplexe mechatronische Systeme von hoher und höchster Präzision. „In der Präzision der Mechanik liegt die Qualität unserer Analysen“, sagt Jürgen Fink. Um die geforderten analytischen Nachweisgrenzen zu erreichen, müssen die Kernkomponenten der Systeme mit einer Reproduziergenauigkeit in der Größenordnung von wenigen 1/10000 Winkelgrad motorisch positioniert werden. Um solch extreme Feinheit zu erhalten setzt Bruker AXS u.a. auf eine eigene mechanische Fertigung.

    Weitere Herausforderungen sind die Erzeugung der Röntgenstrahlung und die hierfür erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen, die Definition des Strahlengangs mit unterschiedlichsten optischen Komponenten und die Detektion des Röntgenlichts, welches von den zu untersuchenden Matrialproben angeregt bzw. gebeugt wird. Hierzu stellt Bruker AXS ein umfangreiches Portfolio an 0D-, 1D- und 2D-Röntgendetektoren zur Verfügung. Darüber hinaus ermöglichen integrierte Probenhandhabungssysteme eine automatisierte Analyse von Materialproben und die Anbindung an übergeordn

    Bruker AXS D8 Discover 
    Ein weiteres aktuelles Gerät von Bruker AXS ist das D8 DISCOVER Röntgendiffraktometer für die Analyse der inneren Stukturen von Materialien.
    structures of materials.
    Bruker
    Beispiel für einen schematischen Entwurf auf hoher Abstraktionsebene, entwickelt mit E³.series. Herauszuheben sind die fotorealistischen Einfügungen von Elektronikteilen, welche das Verständnis deutlich verbessern. 

    Leicht vorstellbar welche Aufgaben dabei auf die Elektrotechnik zukommen, um alle Geräteteile, Motoren, Schalter, Sensoren, Verriegelungen usw. intelligent und optimal funktionieren zu lassen. Die hierfür notwendige elektrotechnische Ausführung unterscheidet sich wesentlich vom Schaltschrankbau und ist auch nicht mit dem Kabelbaumdesign in der Automobilindustrie zu vergleichen. Es müssen also eigene Wege gefunden werden.

    Um solche Gesamtsysteme auf allen Ebenen zu beschreiben und zu modellieren bedarf es leistungsfähiger CAD- bzw. ECAD-Systeme. Bruker AXS setzt in der mechanischen Konstruktion Solidworks ein und hat in der Elektrokonstruktion rund 15 E3 .series Arbeitsplätze installiert.

    Vor dem Umstieg auf E3 .series nutzten die E-Technik-Entwickler und Konstrukteure von Bruker relativ einfache Mittel, um zu den nötigen Verdrahtungsunterlagen zu kommen. So verwendete man ein Zeichnungssystem aus der Leiterplattenentwicklung oder griff auf das mechanische CAD Programm zum Zeichnen von Leitungen zurück.

    Das war eine Situation ohne Zukunftsperspektiven, die im in der Folge zu einer Neuorientierung führte. „Mit dem Ziel unsere Qualitäten hinsichtlich Verdrahtungszeichnungen und Dokumentation zu verbessern, führten wir eine Systemauswahl durch“, erläutert Matthias Binkele, verantwortlich für die Einführung und Administration von E3 .series bei Bruker.

    Dabei wurden verschiedene auf dem Markt etablierte Systeme getestet. Diese Systeme wurden anhand von Testlizenzen auf Herz und Nieren geprüft. Gewonnen hat am Ende E3 .series von Zuken, ein System, welches nach wie vor in Ulm entwickelt wird. „Mit dem von diesem System zur Verfü- gung gestellten Funktionsumfang lassen sich unsere Röntgenanalysesysteme am besten abbilden“, so Matthias Binkele.

    Ferner sprachen für E3.series:

    • Das System ermöglicht ein Analysegerät in verschiedenen Abstraktionsschichten darzustellen, d.h. eine Blockschaltbildebene mit Abbildungen und realen Bildern, eine Verdrahtungsebene und eine Ebene mit detaillierten Fertigungszeichnungen. Links unterstützen eine schnelle Navigation zwischen den verschiedenen Hierarchieebenen.
    • E3 .series lässt dem Gerätetechniker zum einen große Freiräume in der Darstellung eines Gerätes. Zum anderen stellt es sicher, dass die Gerätedokumentation gut strukturiert, normgerecht und konsistent mit hausinternen Standards erfolgt.
    • Als sehr wichtig wurde eine Multi-User Fähigkeit und die Mehrsprachigkeit von E3 .series erachtet.

    Bei Bruker werden aus dem Umfang des Gesamtsystems die Module E3 .cable (Professional) und E3 .panel (Basic) eingesetzt.

    Flexibel im Prozess – nutzbar auf allen Ebenen

    Bruker
    Die Gesprächsteilnehmer in Karlsruhe: Jürgen Fink (links) und Matthias Binkele

    „Mit E3 .series wird die komplette Geräteverkabelung eines Röntgenanalysesystems abgebildet“, beschreibt Jürgen Fink den primären Einsatz des ECAD-Systems. Mit enthalten sind sämtliche elektronische Steuer- und Verdrahtungsbaugruppen sowie alle Sensoren und Aktoren. Die Abteilungen Produktentwicklung, Gerätemontage, Prüffeld und Customer Service nutzen die mit E3 .series erstellten Gerätedokumentationen intensiv und das über den gesamten Lebenszyklus hinweg.

    Nun zum Prozessablauf: „Das Gute an E3 .series ist unter anderem, dass es nicht vorgibt wo man anfangen muss. Die Bearbeiter können in einem Projekt mit derjenigen Hauptbaugruppe anfangen, die ihnen am effektivsten erscheint“, so Matthias Binkele. Im Wesentlichen unterscheidet man während des Entwicklungsprozesses:

    • Die Ebene der Logik (Blockdiagramme)
    • Die Ebene der Verdrahtung und
    • Die Ebene der Detailzeichnungen.

    Alle drei Ebenen sind vollständig verlinkt. Jürgen Fink: „Wir arbeiten sowohl ‚Top– E3 .series ist eine Windowsb asierende E-CAD Systemfamilie für die Entwicklung und Konstruktion von elektrischen Systemen, Schaltschränken und Kabelbäumen, sowie die Entwicklung von Fluid-Systemen. Mit einer bidirektionalen Integration in die MCAD-Welt und einer großen Auswahl von Modulen für spezifische Anwendungen, von der Funktionsprüfung bis zur Fertigungsdokumentation, ist E 3 .series eine Komplettlösung für die Produktentwicklung vom Konzept bis zur physischen Realisierung und Übergabe an die Fertigung. ® Die Gesprächsteilnehmer in Karlsruhe: Jürgen Fink (links) und Matthias Binkele. Down‘ als auch ‚Bottom–up‘. Wie wir vorgehen, hängt ganz vom jeweiligen Projekt ab und auch von der zur Verfü- gung stehenden Zeit.“

    Es kann durchaus sein, dass die Bearbeiter mit einer Gerätekomponente beginnen, für die sehr schnell ein Prototyp zu erstellen ist. Diese Komponente wird dann vorrangig erstellt und später in den Gesamtplan integriert.

    „Es kann sogar sein, dass ein Techniker ganz unten mit einer Kabelzeichnung beginnt und der Konfektionär macht daraus schnell ein Muster, welches umgehend in der physischen Welt getestet wird“, beschreibt Jürgen Fink den Vorgang weiter

    Beginnen die Karlsruher mit einem umfangreichen neuen Projekt, wird in der Regel ein Team, bestehend aus mehreren Entwicklungsingenieuren und Elektrotechnikern, gebildet. Die Entwicklungsingenieure geben dann die obere und mittlere Verdrahtungsebene vor, die Techniker greifen auf diese zu und erstellen die Detailzeichnungen bis hin zu den Kabelfertigungszeichnungen. Die Multi-User-Fähigkeit des ECAD-Systems lässt dies problemlos zu!

    Bruker erstellt Detailzeichnungen sowohl für einzelne Verbindungsleitungen als auch für Kabelbäume. Diese werden dann bei externen Kabelkonfektionären umgesetzt. Alle dazu nötigen Hilfsmittel, etwa ein Nagelbrett, erstellt der Konfektionär.

    Die fertigen Kabelbäume werden bei Bruker in die Geräte eingebaut, um diese zu verifizieren. Daraufhin erfolgt die nötige Optimierung in der virtuellen und dann auch wieder in der realen Welt. „Spätestens nach der ersten Iteration soll die Serienreife gegeben sein“, wie es Jürgen Fink ausdrückt.

    Nachdem im Rahmen eines Pilotprojektes die für Bruker AXS optimale Struktur der Gerätedokumentation entwickelt und die integrierte Datenbank des ECAD-Systems angepasst und erweitert wurde, werden heute alle Röntg enanalyse systeme komplett in E3.series abgebildet

    „Dadurch erreichen wir nun eine merkliche Produktivitätssteigerung“ sagt Jürgen Fink, „denn die Entwicklungszeit bis zum ersten Muster oder Vorseriengerät wurde sehr verkürzt. Fertigungszeichnungen für einzelne Verbindungsleitungen lassen sich weitgehend automatisiert aus den Verdrahtungszeichnungen ableiten.“

    Die Qualität der Verdrahtungs- und Fertigungszeichnungen konnte im Vergleich zu früher deutlich gesteigert werden. Dies führt zum einen zu einer qualitativ besseren Geräteverkabelung, zum anderen sind während der Entwicklungsphase weniger Iterationsschritte erforderlich.

    E3.series hat sich neben den bisher schon geschilderten Vorteilen als sehr effizient bei der Analyse von Gerätefehlern erwiesen. Einzelne Signale können mit dem System sehr einfach vom Sensor/Aktor über die Verdrahtungsbaugruppen hinweg bis zur Steuerelektronik verfolgt werden.

    Sehr positiv sieht man bei Bruker auch die Zusammenarbeit mit Zuken. „Wenn wir etwas gebraucht haben, wurde uns stets schnelle Hilfe zuteil. Mit dem Support bei Zuken sind wir sehr zufrieden“, unterstreicht Matthias Binkele, „ebenso geht es uns mit der Weiterentwicklung des Systems. Was wir vor fünf Jahren noch als Wünsche formuliert haben, ist heute gelöst.“

     

     

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