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23.12.1988 - 

Der Anfangsaufwand ist beträchtlich, aber:

Offene CAD bringt den Tusche-Tod ins Office

Martin Hoffmann ist freier DV-Fachjournalist in München.

OFFENBACH - Nicht selten verlangt die Einführung einer CAD-Anwendung erhebliche Eingriffe in den organisatorischen Ablauf der jahrelang organisch gewachsenen Konstruktionsabteilung - und bringt anstelle des gewünschten Vereinfachungseffektes nur Scheinerfolge. Die Mannesmann Demag Fördertechnik aus Offenbach wählte den besseren Weg :Gemeinsam mit dem Entwickler hat sie einem offenen CAD-System ihren Stempel aufgedrückt und lästige Routinearbeit dem System aufgehalst

"Im Gegensatz zu Maschinenplänen erfordern Anlagenkonzeptionen immer einen größeren Anteil individueller Bearbeitung." Mit diesen Worten schildert Heinz Spahn, Leitung Elektrotechnik für Lagertechnik und Cargo-Anlagen, gleich zu Beginn die grundlegende Problematik eines CAD-Einsatzes in seinem Arbeitssektor. Der Bereich Fördertechnik der Mannesmann Demag konzipiert und erstellt Förderanlagen fast jeder Schattierung, Komponenten sowie Systeme der Kran- und Handhabungstechnik.

Anlagen dieser Art sind dadurch gekennzeichnet, daß sie eine kundenspezifische Kombination standardisierter Transportelemente sind. In ihnen finden sich deshalb immer wieder gleiche Teile wie Rollenbahnen, Kettenförderer, Hubtische, Elevatoren oder Verfahrwagen. Elektrotechnisch führt diese Kombination dazu, daß letztlich auch keiner der Schaltschränke, die jeweils einen festgelegten Bereich steuern, einem anderen gleicht.

Bis dahin ist es ein langer Weg. Nach der Angebotsprojektierung auf Basis der Kundenwünsche und Auftragserteilung wird die Projektierungszeichnung der Konstruktionsabteilung Maschinenbau weitergeleitet. Erst dieses vom Kunden abgezeichnete Layout kommt in die Elektroabteilung. Hier erfolgt die Abklärung über kundenspezifische Werksvorschriften oder Sonderwünsche für den Export.

Fehlplanung führt zu schenkeldicken Kabeln

Bereits in der Angebotsphase oder beim mechanischen Layout ist die Strukturierung erfolgt, in der jeder Förderer seinen einmaligen Namen bekommen hat. Auch Gruppen- und Funktionszugehörigkeit werden hier festgelegt. Die Elektroabteilung legt nun die Kopfdaten für die Zeichnung fest, selektiert die Gerätedatei und Zeichnungssprache und beginnt mit der Detailarbeit im ersten Schrank. Funktionsumfang, Bestimmung der Antriebe und Makroauswahl mit Benennung sind die ersten Schritte der Feinarbeit. Nach der Bestückung des Schrankes erfolgt die Definition der Geräte.

Für jeden Förderer oder Transportabschnitt existiert ein Antrieb und mindestens ein Geber wie Lichtschranke oder Initiator, die als "Motoren des Systems" jeder für sich an den Schaltschrank anzuschließen sind. Der simpelste, aber wirtschaftlich und räumlich nicht mehr vertretbare Weg läge nun darin, jedes Aggregat direkt an den Schrank anzuschließen: Schenkeldicke Kabelstränge wären die Konsequenz.

Die Einzelkabel für das Gerät müssen deshalb ziemlich nah an den System gesammelt werden, um komprimiert geografisch größere Entfernungen zu überbrücken. Klemmen- oder Verteilerkästen übernehmen diese Funktion. Wie Spahn ausführt, haben Anlagen durchschnittlich 20 bis 40 Schränke, manchmal auch bis zu 100 und mehr; in jedem Schrank sind im Schnitt 250 Klemmen eingebaut, auf denen jedesmal eine einzelne Kabelader aufläuft. 90 Prozent dieser Kabel wiederum laufen extern noch einmal gesondert über einen Klemmenkasten.

Anlagenplanung läßt sich nicht standardisieren

In der Konstruktion hat jede dieser Klemmen zwei Zielbezeichnungen. Durch die Individualität der Gesamtanlage ist nicht standardisiert darstellbar, wie diese Anlage letztendlich im Plan aussehen wird. Dies bedeutet aber einen großen Bearbeitungsaufwand bezüglich der Planerstellung speziell für die Bezeichnungen der Klemmen.

Bei der Recherche nach einem geeigneten System haben die Offenbacher eine Analyse des Arbeitsaufwandes für ein Anlagenprojekt durchgeführt: Fast 50 bis 60 Prozent der Arbeitskraft flossen in die Erstellung der Planunterlagen. Innerhalb dieser Aktivität nimmt die Bearbeitung der reinen Klemmleistenproblematik nochmal mindestens 50 Prozent der Arbeitszeit in Anspruch - summiert sich also auf 300 Stunden je 1000 Konstruktionsstunden.

Die Anforderungen an ein CAD-System sind auch in dieser Anwendung allgemeingültig zu formulieren: Reduzierung der Bearbeitungszeit, Steigerung des Grades der FehIerfreiheit, Sauberkeit der Unterlagen und Einheitlichkeit der Darstellung und Symbolik für Zeichnungen und Texte sollten erreicht werden.

Während der Auswahlphase ihres CAD-Systems im Jahre 1986 machten die Offenbacher die Erfahrung, daß CAD in den meisten Fällen lediglich die Erstellung der Zeichnung an sich vereinfacht, nicht aber die Beschriftung automatisiert. Tastatur, Maus oder Fadenkreuz ersetzen somit lediglich Bleistift und Tuschefeder. Zudem erfordern die meisten Systeme einen Grafikbildschirm, um arbeiten zu können - für die individuelle Zeichnungserstellung durchaus sinnvoll, meint Spahn nicht aber für diese Anwendung, in der immer wieder standardisierte Elemente individuell neu zusammengestellt und nach neuen Ordnungskriterien beschriftet werden müssen.

Die Auswahl des Produktes erfolgte vor allem auch unter Kostengesichtspunkten im DV-technischen Komponentenbereich. Ein grafisches Subsystem verschlingt eine Investition von rund 25 000 Mark, ein alphanumerischer Arbeitsplatz hingegen kostet wenige tausend Mark. Zur Zeit sind bei der Demag zwei grafische Bildschirme installiert und sechs alphanumerische. Die angeschlossene Plattenkompatibilität beträgt ein Gigabyte.

Dieser Aspekt schlägt bilanztechnisch stark zu Buche, denn bei Mannesmann Demag arbeiten in dem Bereich von Heinz Spahn rund 50 Elektrokonstrukteure - die Forderung nach Multiuser-Fähigkeit mit alphanumerischen Systemen und nur wenigen Grafikschirmen war deshalb naheliegend.

Planung, Planrealisierung, Listenerstellung, Dokumentation, SPS-Programmierung und auch normale Textverarbeitung sollten, so die Zielvorstellung, auf einem einzigen Arbeitsplatz abgewickelt werden.

Die Demag-Verantwortlichen entschieden sich für Ruplan des Anbieters GEI. Der Zuschlag entfiel auf dieses Produkt nicht zuletzt deshalb, weil diese Anwendung den notwendigen Spielraum zur Realisierung der eigenen Erfordernisse bot. Systeme mit festem Funktionsumfang schieden ziemlich schnell aus dem Rennen aus.

Ruplan stellt die Mechanismen zur Verfügung, um die Bearbeitung der Elektroplanung zu automatisieren und Querverweise zu organisieren erläutert Wolfgang Zuk die Aufgaben des CAD-Produktes. Darüber hinaus prüft das gesamte System mit integrierter Funktionalität auf Kurzschlußsicherheit und Doppelbelegung von Geräten, ohne den Anwender in seiner Gestaltungsmöglichkeit einzuschränken.

Der Vorteil, den Ruplan für die gewünschte Anwendung bietet, liegt, so verdeutlichen die Demag-Mitarbeiter erneut, in den verschiedenen Schnittstellen begründet, die das System bereithält, um eigene Auswertungen und Verfahren einzubinden oder Funktionen auf andere Systeme auszulagern. Zudem hat die AEG als Mutter des Systems Ruplan in eigenen Konzernabteilungen eingesetzt, so daß das Feedback, insbesondere bei der neuen Version 4, von der Praxis zur Entwicklungsabteilung zügig vonstatten geht, und die Ergebnisse schnell bei der Demag eingebracht werden konnten.

Anwender und Anbieter arbeiten Hand in Hand

In der ersten Phase, insbesondere während der Implementierung bei der Demag, wurde zudem eine Arbeitsteilung zwischen Demag und der GEI vereinbart. So haben auch Demag-Mitarbeiter eigene Auswertungen geschrieben und dem System beigesteuert.

Im wesentlichen wurde mit den Demag-Mitarbeitern ein Anlagenkonfigurationsmodul (AKM) entwickelt, das die für die Bearbeitung wichtigen Vorgehensweisen der Demag auf das System aufsetzt. Zu jeder Zeit ist auch Auskunft über den Stand des Anlageprojektes zu erhalten.

Eine Einschränkung hat die Konzernspitze zur Systemauswahl als Bedingung aufgestellt: Das CAD-Produkt müsse auf dem Mannesmann-eigenen PCS-Rechner vom Typ Cadmus lauffähig sein. Probleme der ansonsten als sehr zufriedenstellend bezeichneten Zusammenarbeit mit der GEI treten im Bereich der Portierung auf: Die CAD-Spezialisten entwickeln Ruplan auf DEC weiter, bei der Demag wird das Programm aber auf Cadmus-Rechnern eingesetzt. Da heißt es für die Offenbacher, die Zeitverzögerung so gering wie möglich zu halten. Ernst Georg Sohn aus dem Referat für Hard- und Softwareplanung kritisiert hier allgemein die Portierbarkeit unter Unix im Bereich der Grafik und des Datenbanksystems.

Bei der Mannesmann Demag Fördertechnik erstellen nur wenige Mitarbeiter die benötigten Grundzeichnungen möglichst umfangreich anwendbar als Makros, die in einer speziellen Makrodatei abgelegt sind - der größere Teil der Konstrukteure bedient sich dann dieser Makros an einem alphanumerischen Schirm und ruft sie über eine Makronummer auf. Das Konstruktionsprogramm enthält für die Erstellung der Makros eine elektroorientierte Plausibilitätsprüfung.

Offene Systeme verlangen mehr Kunden-Vorarbeit

Als standardisierte Einheit für Anlagenkonfigurationen ist bei Mannesmann Demag der Schaltschrank vorgesehen, dessen Bestückung ausschließlich an einem alphanumerischen Schirm erfolgt. Die zeichnerischen Komponenten für den Schaltplan dieses Schrankes werden als Makronummer in eine entsprechende Liste eingetragen. In einen Schrank paßt die Ansteuerung für zirka 25 bis 30 Antriebe.

Diese Makros haben eine besondere Qualität: Sie verdeutlichen als Zeichnung Grundsätzliches über die Komponenteneinheit als solche und geben Hinweise auf die Positionen, die zur eindeutigen Zuordnung des Teiles innerhalb des Gesamtplanes notwendig zu beschriften sind. Den notwendigen Urbestand an Symbolen für ein Makro bietet teils das GEI-Produkt in Form einer Symbol-Datenbank, teils wurden Symbole vom Anwender hinzugefügt. Die Gerätedatenbank ist anwenderspezifisch, und war deshalb vor Inbetriebnahme des CAD-Systems zu erstellen.

Hier stellte sich für die Verantwortlichen der Demag schon in der Auswahlphase Grundsätzliches zur Diskussion. Bei einem offenen System sind die eigenen Vorleistungen weitaus umfangreicher als bei einem eng gefaßten CAD, "aber", so DV-Profi Sohn, "bei einem fixierten CAD erreicht man nie die Einsparungen, die man bei einem offenen System realisiert - obwohl man schneller zur praktischen Arbeit kommt."

Als Beispiel sei die Vorgehensweise für einen Antriebsmotor erläutert: Zum Beispiel werden zwei Schütze und ein Schutzschalter benötigt. In einem anderen Teil des Blattes ist die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit Ein- und Ausgangsbezeichnung identifiziert. An jedem Ausgang hängt eines dieser Schütze, an jedem Eingang ein Geber, zum Beispiel eine Lichtschranke oder ein Initiator. Das Kabel dieses Antriebs kann über Zwischenklemmen laufen, eventuell beim Übergang von einem fest verlegten Kabel zu einem beweglichen.

Von der reinen Funktion erkennt man in diesem Stadium fast noch nichts: Man sieht lediglich, daß es sich bei dem dargestellten System um einen Antrieb handelt, der in zwei Richtungen arbeiten kann, und der seinen SPS-Anteil an der Eingangs- und an der Ausgangsseite haben kann. Die Frage des Betriebes des Aggregates ist eine Frage der SPS-Steuerung.

Auf dem Makro befinden sich neben der Darstellung der Einzelelemente gekennzeichnete Felder mit Platzhaltern, die sich auf der ausgefüllten Liste wiederholen.

Diese Platzhalter sind die Voraussetzung für notwendige Einträge und unterscheiden sich nach zwei Arten: erstens in der Liste auszufüllende Einträge, die durch das Zeichen ? gekennzeichnet sind, und zweitens Textautomatiken, bei denen lediglich der erste Hinweis an das System zur Identifizierung eingetippt werden muß, damit auch logisch aufzulistende Folgebezeichnungen (Klemme a.1 bis a.x/b.1...b.x innerhalb eines Leitungsstranges) in der korrekten Reihenfolge eingetragen werden können. Ist eine Klemmleiste als Träger vieler Klemmen inhaltlich benannt, fährt das System innerhalb des Blattes optional, logisch korrekt mit der Durchbenennung der folgenden Klemmleiste weiter fort. "Nur auf Wunsch" deshalb, weil eventuell Raum für spätere Erweiterungen freibleiben muß.

Der große Unterschied zu anderen Systemen, so verdeutlicht Spahn nochmals, ist, daß der Mitarbeiter diese Tätigkeit am Alpha-Terminal lediglich in einer Liste ausführt, ohne die Grafik vor Augen haben zu müssen.

Listeneinträge ergänzen die grafische Darstellung

Die Arbeit an Listen mag anfangs als schwieriger erscheinen, ist aber, so sind sich die Beteiligten einig, letztlich leicht zu erlernende Gewohnheitssache, zumal die Grafiken der Makros als Hardcopy an jedem Arbeitsplatz verfügbar sind.

Die Zeitersparnis durch diesen Textautomatismus erscheint immens: Früher erfolgte jede Eintragung einer Klemmenbezeichnung (X81.1, X81.2, ...X81.n) von Hand - und zwar nicht nur auf dem Stromlaufplan, sondern auch auf dem Klemmenplan. Zudem sind Ein- und Ausgänge korrekt niederzulegen gewesen . . .

"An einer größeren Klemmleiste sitzt ein normaler Mensch mindestens zwei bis drei Stunden", weiß Zuk aus Erfahrung. Per System wird diese Arbeit in fünf bis zehn Minuten erledigt.

Von Vorteil gestaltet sich hier die Entwicklungsarbeit beider Unternehmen, meint Sohn. "Da die GEI Ruplan genauso weiterentwickelt, wie wir unsere Makros, fragen wir uns bei jedem neu auftretenden Eintrag, ob er nicht auch automatisiert werden kann."

"Mit Hilfe dieser Textautomatik erfolgen zirka 80 Prozent unserer Eintragungen", schildert Zuk aus seinen Erfahrungen. Sie aber funktioniert derzeit - leider, so heißt es - nur innerhalb eines Blattes. Der Verweis innerhalb eines Makros, das aus bis zu zehn Blättern besteht, gilt als noch zu lösende Aufgabe.

Bei der Erstellung der Listen, die jetzt den Großteil der Arbeit ausmachen, wird der Mitarbeiter über Benutzermenüs geführt, die erst die SPS-Fragen abhandeln, dann freie Eingaben abfragen, eine Geräteessenz mit ausfüllbaren Feldern anbieten und die Potentialeintragung aufführen. Nach Ausfüllen der wenigen "Stichworte", die zur Identifizierung und zum Starten des Textautomatismus notwendig sind, kann bereits mit der Prüfung der einzelnen Angaben begonnen werden. Während dieser Prüfroutinen greift das System auf die Gerätedatei zu und holt von hier die Angaben, die zur weiteren Bearbeitung des Anlagenprojektes notwendig sind.

Das Resultat der Arbeit: "Wir kommen in sehr viel kürzerer Zeit zu einem Punkt, an dem wir sagen können, wir haben jetzt für die Schaltgeräte derjenigen Antriebe, die ich in einem Schrank vereinigen kann, alle Standardschaltungen hintereinander gelistet", erläutert Spahn.

Die Zuordnung ist eindeutig. "Bei den Anlagekennzeichen ist die Reihenfolge von alphanumerischen Zeichen so gewählt, daß man für den einzelnen Antrieb innerhalb der Gesamtanlage erkennen kann, zu welcher Wartungsgruppe und zu welcher Funktionsgruppe innerhalb einer Wartungsgruppe er gehört und der wievielte Antrieb innerhalb dieser Funktionsgruppe er ist", erklärt Ernst Georg Sohn. Diese Nummer oder Bezeichnung ist einmalig vergeben; sie findet sich im mechanischen Layout, in den Softwareprogrammen, in jedem Telegramm zwischen Rechner und Anlage und in der gesamten Dokumentation wieder.

Diese Durchgängigkeit hat auch positive Effekte für die Wartung. Fehlerhafte Systeme können aufgrund der Meldung eindeutig und schnell identifiziert werden. Die Wartung kann anhand der Liste ohne Plan vollzogen werden.

Wichtig ist, daß die Ordnung der Liste vom DV-System erhalten bleibt und nicht alphanumerisch abgearbeitet wird. Nachträge oder Löschungen sind so jederzeit durchführbar.

Die Ruplan-erstellten Pläne gehen schließlich in die Elektrowerkstatt beziehungsweise zur Baustelle.