ECAD-MCAD-Zusammenarbeit für Mechatronik „in time, in budget, in quality“

Updates und Neuheiten mechatronischer Produkte sollen schneller auf den Markt kommen, natürlich stets leistungsfähiger und energieeffizienter, leichter und kompakter. Die dynamischen Märkte für mechatronische Systeme sind anspruchsvoll. Der Produktentstehungsprozess (PEP) ist es ebenso.

Die größte Chance, den PEP zu optimieren und dadurch zu verkürzen liegt wohl darin, dass die Entwicklungsdomänen vom Anfang an vernetzt zusammenarbeiten. Erarbeiten sie gemeinsam ein domänenübergreifendes Produktkonzept, zeigt das bereits vor Entwicklungsstart mögliche Inkompatibilitäten auf. Die Teams entwickeln Lösungsvarianten mit unterschiedlich strukturierten Funktionen, bewerten sie und entscheiden sich.

Da alle beteiligten Domänen, von der Mechanik, über Elektronik, Elektrik und Fluidik bis hin zur Software, das Ziel kennen, können sie ihre Entwicklungsprozesse weitgehend parallelisieren und normalerweise nachgelagerte Prozesse, wie Fertigung und Beschaffung, frühzeitig involvieren . Der Vorteil des Concurrent Engineering liegt im häufigen Abgleich der Entwicklungsergebnisse. Diese frühzeitige Integration der entstehenden Lösungen zeigt mögliche Konflikte auf. Die lassen sich sofort beheben, so dass das funktionsfähige System schneller in Produktion gehen kann. Und zwar ohne aufwändige Nacharbeiten, denn die Fertigung hat längst damit begonnen, Produktionsalternativen zu evaluieren.

Das Product Lifecycle Management (PLM) unterstützt diese PEP-Methode mittels ihres transparenten Managements des Gesamtproduktes sowie durch intelligenten Support der Domänen-übergreifenden Prozesse. Und dies, ohne dass die einzelnen Engineering-Teams das für sie optimale Datenmodell aufgeben oder ihre Workflows anpassen müssten. Wie eine solche interdisziplinäre Zusammenarbeit aussehen könnte, zeigt das folgende Beispiel.

Nicht nur das Format der nativen Konstruktionsdaten ist unterschiedlich, auch die Work-in-Process-Daten (WIP) von Elektronik und Mechanik sind es. Zum Beispiel:

• Die Mechaniker verwalten ihre Modelle, die Elektroniker Projekte
• Die Mechaniker wählen die Herstellerteile für die fertige Konstruktion, die Elektroniker im Projektierungsprozess

Der frühe Kompatibilitäts-Check von Leiterplatte und Gehäuse setzt jedoch ein mechanisches 3D-Modell des Gehäuses voraus, das das ECAD-Tool importieren kann, denn prinzipiell läuft der Abstimmungsprozess wie folgt:

• Die Mechanik erstellt die Leiterplattengeometrie mit Befestigungslöchern und Aussparungen für Schnittstellen, Anzeigeelemente, etc., legt sie im PLM-System am definierten Ort ab und konvertiert die Datei in ein Neutralformat wie IDF oder STEP.
• Die Elektronik importiert die IDF- bzw. STEP-Datei aus PLM, erstellt ein Layout der Leiterplatte, legt es wieder in PLM ab und konvertiert die PCBA-Geometrie nach IDF oder STEP
• Die Mechanik fügt die Leiterplattengeometrie in das Gehäuse ein und passt die PCB-Geometrie ggf. an.
• Die Elektronik importiert die aktualisierte PCB-Geometrie und liefert aktualisierte PCBA-Datei.

Im gesamten Abstimmungsprozess ist das EDA-System das führende Werkzeug für die Leiterplatten-Layout sowie für die elektronische Stückliste.

Der Kollisions-Check setzt die 3D-Darstellung der mechatronischen Baugruppe mit ihren Bauteilen voraus. Je detailgetreuer deshalb die Bauteile modelliert sind, umso besser lassen sich eventuelle Fehler, wie beispielsweise ein falsch platzierter Stecker, erkennen und beheben.

Intelligente CAD-Direktintegrationen unterstützen diesen bi-direktionalen Datenaustausch, indem sie die nativen Daten automatisch am vorgesehenen Ort im gemeinsamen Datenmodell mit eindeutigem Namen ablegen, in das vereinbarte Neutralformat konvertieren und eine Stückliste generieren. Es ist Definitionssache, ob dieser Vorgang die Nachricht an die andere Domäne automatisch auslöst oder ob sie der Konstrukteur aus dem PLM-System sendet.

Das PLM verwaltet nicht nur sämtliche Versionen in einer gemeinsamen Umgebung. Über das integrierte Änderungsmanagement protokolliert es jeden einzelnen Schritt im Designprozess, es verlinkt kompatible Versionen und steuert deren Freigabe.

Entsprechend der hinterlegten Regeln erzeugen die CAD-Konnektoren bei der Ablage einer neuen Version eine Domänen-übergreifende Produktstückliste Anwender können ihre bevorzugte Struktur wählen:

• Flach: Für jede Domäne ist ein Positionsnummernbereich reserviert
• Konsolidiert: Elektronische Komponenten sowie die von anderen Domänen sind den entsprechenden mechanischen Baugruppen zugeordnet
• Miteinander verbundene Einzelstücklisten

Die in den CAD-Konnektoren enthaltene Funktion „Stücklistenvergleich“ gewährleistet, dass die Stücklisten entsprechend jeder Änderung aktualisiert werden.