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Saber-Integration mit E3.series: Bessere Simulation von Kabelbäumen, Hydraulik und Pneumatik
Zuken hat sein E-CAD-System E3.series auf das Engste mit dem Saber Simulator von Synopsys gekoppelt, um leistungsfähige Kabelbäume, Hydraulik und Pneumatik jetzt noch schneller entwickeln zu können. Dabei spielen auch Qualitäts- und Kostenanforderungen an die Entwicklungsabteilungen eine Rolle. Über Details zu E3.Saber Frameway sprach der CAD.de/Newsletter mit Martin Santen, Applikationsingenieur bei Zuken in München.
CAD.de/NL: Herr Santen, zu welchem Zweck hat Zuken den Saber Simulator von Synopsys mit dem E-CAD-System, E3.series, verbunden?
Martin Santen: In erster Linie geht es darum, Entwickler von Verkabelungen besser zu unterstützen, sei es im Automobilbau, im Flugzeugbau oder beim Bau von Maschinen. Gerade beim Bau von Maschinen kommen auch noch andere Techniken dazu, die ebenso, und das auch im Zusammenhang mit der Elektrotechnik, beherrscht werden wollen: Hydraulik und Pneumatik.
Diese verschiedenen Techniken muss man entwerfen und dann schauen, ob sie auch funktionieren. Konventionell geschieht das am realen Prototyp. Die daraus folgenden Änderungen sind aufwändig und teuer.
Darum haben Hersteller ein großes Interesse daran, bereits in der virtuellen Phase eine Prüfung vornehmen zu können. Die Methode dazu heißt Simulation. Aber welcher Simulator kann das technologieübergreifend tun? Zuken fand, dass der Saber Simulator von Synopsys genau das richtige Tool sei und hat es darum als „E3 Saber Simulator Frameway“ mit dem bestehenden E-CAD-System integriert.
Warum ausgerechnet dieses alte Tool, gibt es denn nichts Moderneres?
Sie haben recht, Saber hat schon etliche Jahre auf dem Buckel. Aber Synopsys hat intensiv daran gearbeitet, den Simulator auf den neuesten Stand zu bringen. Mit Saber … bekommt das Simulationssystem ein völlig neues Gesicht. Noch in diesem Jahr werden die Anwender einen Wandel bemerken können.
 Schaltplanerstellung und Simulation in einer einheitlichen Umgebung.
Wie soll das Tool in der Praxis eingesetzt werden?
Was wir nicht damit tun wollen ist, eine komplette Maschine in Mechanik, Elektrotechnik, Hydraulik, Pneumatik und Software zu simulieren. Die Problematik dabei wäre schon die Modellbeschaffung, die Modellvalidierung und dann benötigen Sie auch noch den Spezialisten, der mit so einem umfassenden Werkzeug umgehen kann.
Das eigentliche Ziel von E3 Saber Frameway ist zunächst einmal eine Funktionalitätsprüfung von Schaltungs- und Fluidentwürfen. Das zweite wäre die Optimierung bestehender Schaltungen. Und wir haben eine dritte Anwendergruppe, die mit Hilfe eines solchen Tools eine Streuungsanalyse erstellen möchte. Bei Serien- oder Massenprodukten gibt es naturgemäß eine gewisse Streuung der Qualitäten und damit des späteren Verhaltens.
Um sicherzustellen, dass es nicht zu ungewollten Ausfällen kommt, wird eine so genannte ‚worst-case-Simulation’ durchgeführt. Also letztlich: Was muss getan werden, damit das Produkt auch im schlechtesten Fall noch funktioniert? So etwas kann man nur rechnerisch ermitteln, denn es wäre unmöglich so viele Prototypen zu bauen.
Nochmals zum Thema technologieübergreifende Modellierung und Simulation. Welche Bibliotheken bringt denn Saber mit?
Die Hauptzielrichtung ist nach wie vor, die Elektrotechnik. Es gibt aber, wie schon gesagt, auch Modelle für Hydraulik und Pneumatik, ja sogar für Optik und Thermodynamikik.
Die werden aber in konkreten Fällen oft nicht ausreichen?
Davon kann man ausgehen. Genau für solche Fälle gibt es bei Synopsys Applikationsingenieure, die in der Lage sind, entsprechende Bibliothekselemente zu entwerfen, bzw. den Kunden dabei zu unterstützen.
 Martin Santen, Applikationsingenieur bei Zuken in München.
In der von Zuken zu diesem Thema herausgegebenen Pressemitteilung steht, dass ein E3-Projekt direkt für die Simulation genutzt werden kann. Heißt das, der Stromlaufplan wird zum Modell?
Nein, es heißt vielmehr, dass der Schaltplan nicht mehr neu in Saber entworfen werden muss, sondern aus E3 übernommen werden kann. Das spart Zeit und vermeidet Fehler. Darauf wird dann das Modell aufgebaut.
Dazu muss man vielleicht auch einen Blick auf die Arbeitsweise in den Firmen werden. Dort gibt es in der Regel Elektrotechniker, welche die elektrischen Schaltpläne entwickeln und es gibt spezialisierte Simulationstechniker, welche die Simulationen vorbereiten und durchführen.
Diese Dualität wollen die Anwender auch nicht aufgeben. Wir brauchen demnach optimale Tools für beide Seiten, die aber effektiv verbunden sind, um die jeweiligen Arbeitsergebnisse nutzen zu können. Genau das bietet jetzt E3.Saber Frameway.
Das hört sich einfach an, ist aber de facto gar nicht so einfach herzustellen.
So ist es. Um diese Integration herzustellen, muss man erst einmal verstehen, wie beide Seiten funktionieren. Es ist nötig, die Physik zu verstehen und das dann in der Software abzubilden.
Wie lang hat man dafür gebraucht?
Das Projekt ist in 2007 gestartet und die Software ist jetzt einsatzbereit, also rund 3 Jahre.
 Die Grafik zeigt, wie die Zuken-Welt und die Synopsys-Welt miteinander gekoppelt sind.
Wann ich als Anwender diese Umgebung installiere, wie ist dann mein Prozessablauf?
Alles beginnt mit dem Schaltplan. Wie schon gesagt, diejenigen, die bislang auch schon die Produktiv-Designs gemacht haben, die werden es auch weiter tun.
Die Ausprägung kann indes unterschiedlich sein. E3.series gibt es als Einzelplatzlösung aber auch als Multiuser-System. Im ersten Fall arbeitet ein Entwickler ein Projekt komplett ab. Im zweiten Fall arbeiten mehrere simultan an einem Projekt. So etwas wird sicher der Fall sein, wenn neben der Elektrotechnik auch zum Beispiel die Hydraulik in E3.series entwickelt wird. Das hat natürlich einen großen Vorteil, denn alle arbeiten auf einem Datensatz. Änderungen stehen zeitgleich allen zur Verfügung.
Parallel dazu kann der Simulationstechniker, natürlich mit einem gewissen Zeitversatz, beginnen, sein Modell aufzubauen. Dazu geht er auf den Originaldatensatz. Hier ist es jetzt wieder ein Unterschied, ob ein E3 Multiuser-System oder ein Einzelplatzsystem genutzt wird. Bei einem Multiuser-System kann der Simulationstechniker simultan auf den Daten arbeiten. Bei einem Einzelplatzsystem geht das nicht. Hier muss er warten, bis der Schaltplan fertig ist, oder zumindest in einem Zustand, der simuliert werden kann.
Wie geht der Prozess dann weiter?
Der Bearbeiter schaut sich den Plan genau an und wählt die Betriebsmittel aus, die simuliert werden sollen. Das geschieht durch einfaches Anklicken. Dann geht es schon in Richtung Saber. Jetzt kann er eigentlich schon den Simulationsknopf drücken, vorausgesetzt, die Bibliothek kennt das PIN-Mapping. Das wäre der Idealzustand. Ansonsten muss das nachgepflegt werden.
 Ein Blick auf einen Schaltplan, der auf seiner rechten Seite auch mechanische Elemente enthält (Leitungen, Masse, Stellglied) mit E3.Saber Frameway Werkzeugleiste.
Übrigens, alle simulationsrelevanten Daten werden in E3.series gespeichert, so dass bei einer erneuten Simulation diese nicht noch einmal erhoben werden müssen.
Danach erfolgt die Simulation. Weil Saber eben ein Multi-Domain-Simulator ist, werden alle physikalischen Effekte, elektrische, hydraulische, pneumatische etc. gleichzeitig simuliert. Jetzt kennt man das Verhalten der entworfenen Schaltungen und kann dieses gegebenenfalls akzeptieren oder, wenn nötig, ändern.
Was ist mit den Randbedingungen, wie zum Beispiel Kräfte oder Massen?
Diese führen wir als so genannte Ersatzelemente in den Schaltplan ein. Elemente, die wir zwar zeichnen, die aber niemals in der Stückliste etc. auftauchen.
Eine andere Art, damit umzugehen, ist, sie parametrisch zu „verpacken“. Das bedeutet, der Parameter verbirgt sich schon im Modell und wird dann im konkreten Fall als Zahlenwert mitgegeben.
 Darstellung von Simulationsergebnissen in direkter Kommunikation zwischen E3.series und Saber.
Wie geht es denn im Betrieb weiter, wenn ein simulierter und akzeptierter Schaltplan vorliegt?
Dann kommen die üblichen Standardprozesse: Erzeugung von Nagelbrettzeichnungen für das Legen von Kabelbäumen, Montagezeichnungen, Ermittlung von Längeninformationen, Schaltschrankaufbau etc.
Wie läuft die Einführung einer solchen Entwicklungsumgebung ab?
Auf keinen Fall geht es im Hoplahop-Verfahren. In aller Regel beginnt es damit, dass wir gemeinsam mit Kollegen von Synopsys zum Kunden gehen. Wir befragen ihn genau, was er in technischer Hinsicht braucht, aber auch, wie seine Organisation aussieht und wie seine Prozesse laufen. Eigentlich sind immer mehrere Abteilungen beteiligt, deren manchmal divergierende Ansichten unter „einen Hut“ gebracht sein wollen.
Ist diese Abklärung erfolgt, entsteht der Prototyp eines angepassten Systems. Arbeitet dieser Prototyp schließlich so, wie es sich der Kunde vorstellt, erfolgt das Ausrollen in alle betroffenen Abteilungen und an alle Arbeitsplätze.
Das ist einer PDM-Einführung ähnlicher, als der Beschaffung singulärer CAD-Arbeitsplätze?
Das könnte man so sagen. Durch die Einbeziehung verschiedenster Mitarbeiter und Bereiche in einem Unternehmen ist so ein Einführungsprojekt nötig.
Damit fallen aber auch nicht nur Software-Kosten und Wartungskosten an?
So ist es. Der Kunde muss damit rechnen, dass er zusätzliche Kosten für das Einführungsprojekt und den Prototypen zu tragen hat, eventuell auch für die Erstellung von Bibliotheken.
 Die Saber Parts Gallery enthält ca. 24 000 Simulationsmodelle für verschiedene Disziplinen.
Die Verfügbarkeit…
… ist bereits gegeben. Wer solche Aufgaben, wie hier geschildert, zu erledigen hat, kann sofort mit uns über ein konkretes Einführungsprojekt sprechen.
Über E3.series
E3.series von Zuken ist ein modulares, skalierbares und intuitives CAD-System für elektronische, pneumatische und hydraulische Anwendungen sowie für physikalische Verbindungen zwischen elektrotechnischen Komponenten. Das System nutzt eine objektorientierte Datenstruktur und einen gemeinsamen Kern. Zwischen den verschiedenen Modulen erfolgt kein Datentransfer. So wird der Anwender während des gesamten Designprozesses – von der Entwicklung bis hin zur Produktion – optimal unterstützt. Durch die konsistente Datenhaltung werden Fehler vermieden, die Qualität der Entwürfe steigt und Änderungen lassen sich deutlich schneller und effizienter umsetzen. Über Standardkonnektoren und frei programmierbare, bidirektionale Schnittstellen lässt sich E3.series nahtlos in bestehende Anwendungen und Prozesse integrieren. Mehr als 1850 Kunden weltweit stehen für den Erfolg von E3.series.
www.zuken.com
- Karl Obermann -
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