Hochverfügbare Steuereinheiten entwerfen Eine Idee zum Produkt reifen lassen (Teil 2)

Ideen lassen sich durch eine strukturierte Vorgehensweise in ein gelungenes Produkt umsetzen
Ideen lassen sich durch eine strukturierte Vorgehensweise in ein gelungenes Produkt umsetzen

Anhand einer hochverfügbaren Steuereinheit für eine industrielle Anwendung wird im Folgenden erläutert, wie nach der Konzept- und Simulationsphase das System bis zum getesteten Prototypenstatus gebracht wird. Viele Projektschritte müssen dabei parallel nebeneinander umgesetzt werden.

Im ersten Teil der Serie [1] wurde am Konzeptbeispiel eines komplexen, hochverfügbaren Industriesystems beschrieben, wie wichtig es ist, schon im Vorfeld der Entwicklung in Kooperation mit dem Kunden eine Konzeptstudie zu erarbeiten. Ebenso bedeutsam ist, dass ein dediziertes Projektteam unter Leitung eines verantwortlichen Projektmanagers zusammengestellt wird. Anhand des definierten Konzepts hat das im Heitec-Kompetenzzentrum gebildete Team – mit Mitgliedern aus Baugruppenentwicklung, Fertigung und Gehäusetechnik – die saubere Umsetzung und den modularen Aufbau des Systems geplant. Soweit das in diesem frühen Stadium proaktiv und vorausschauend möglich war, haben sie mögliche Problempunkte durch verschiedene Methoden identifiziert, zu denen gerade auch die unterschiedlichen Betrachtungsweisen und der heterogene Background der verschiedenen Beteiligten mit beigetragen haben.

Im vorliegenden Fall wurden die verschiedenen Baugruppen und das Gesamtsystem thermisch in der System­umgebung simuliert, um mögliche Hot Spots und Wärmeprobleme schnell zu erkennen und diese durch eine Kombination aus Layout-Anpassungen der Baugruppen und Lüftungsführung des Gehäuses effektiv zu beseitigen. Derartige Wärmemodelle können schnell erstellt und simuliert werden, indem man auf Gehäuse-, Elektronik- und Software-Ebene Module verwendet. Ergänzend wurden in dieser Phase bereits die theoretischen MTBF-Werte der Einzelkomponenten ermittelt und auf das Gesamtsystem hochgerechnet.

Beide Verfahren sind theoretische Maßnahmen, um Probleme präventiv zu erkennen und bestmöglich zu eliminieren, bevor die Baugruppen entwickelt und die Gehäuseplattform konstruiert werden. Aufwändige Ad-hoc-Korrekturen können so vermieden werden.

Weitere Betrachtungen widmeten sich der benötigten Hochverfügbarkeit, der Produzierbarkeit, kommerziellen Erwägungen und der Testseite, um schlussendlich nicht nur ein effizientes Gesamtsystem zu erzielen, sondern auch den Anforderungen bezüglich einer möglichst einfachen Fertigung, Langzeitverfügbarkeit der Bestandteile und selbstverständlich auch der Kostenstruktur zu genügen.

Umsetzung – von der Theorie hin zur Praxis

Wie wird das ganze Konstrukt nun im nächsten Schritt praxisgerecht umgesetzt, und wie wird in möglichst kurzer Zeit aus der Serviettenzeichnung (Bild 1) wirklich das funktionierende Gesamtsystem?

Basierend auf erwähnten Simulationsergebnissen werden die verschiedenen Baugruppen entwickelt, wobei auch hier möglichst viele bereits existierende Module Anwendung finden, um sowohl den Entwicklungs- und Kostenaufwand als auch das technische Risiko zu minimieren.

So wird etwa bei der Auswahl der Bausteine für die Baugruppen großer Wert darauf gelegt, dass vor allem Komponenten aus der vorhandenen Bausteine-Bibliothek zum Einsatz kommen, die über eine Second ­Source verfügen. Nur da, wo es für die benötigte Funktionalität keine solchen Komponenten gibt, werden neue Bauteile evaluiert und in engem Zusammenwirken von Entwicklung und Einkaufsspezialisten des Projektteams freigegeben.

Dabei wird nicht nur angestrebt, dass es möglichst pro Komponente eine Second Source gibt, sondern auch, dass die neuen Komponenten für die Prototypenphase selbst in kleinen Stückzahlen zu akzeptablen Preisen und Lieferzeiten schnell beschafft und dann für die Serienfertigung kommerziell attraktiv eingekauft werden können.

Aus Sicht des strategischen Einkaufs gibt es in dieser Hinsicht in vielen Firmen Verbesserungspotenzial – beispielsweise, wenn vormals technisch hervorragende Teile eingebaut wurden, sich diese aber als zu ausgefallen herausstellen. Als Folge kann es passieren, dass es keine zweite Quelle gibt bzw. riskante Redesigns nötig werden, sobald die Bauteile nicht mehr beschaffbar sind.

Im B2B-Industrieumfeld sind Laufzeiten von 15 bis 20 Jahren schließlich keine Seltenheit, und jede Designänderung während dieser Zeitspanne bedeutet nicht nur einen riesigen kommerziellen Aufwand für das Redesign, das unter Umständen dazu führt, dass die erhaltenen Zertifizierungen neu durchgeführt werden müssen. Ebenso ist zu beachten, dass auch nach dem „End of Life“ eines Systems noch lange Zeit Reparaturbedarf besteht. Insbesondere im zertifizierten Umfeld sind dies Themen, die bereits in der Designphase berücksichtigt werden sollten.