Ziel der Entwicklung

Ziel des Projektes LP-Switch-Layout war die Anwendung der linearen Programmierung auf das Layout von Schaltschränken und Schaltschrank-Ensembles. Auf diese Weise sollte es möglich werden, verschiedene Arten und Quantitäten von Platzierungs-Constraints beim automatischen Layout zu beachten. Hinsichtlich der Gründe, weshalb Constraints zu beachten sind, unterscheiden wir drei Kategorien von Constraints: Konstruktions-, Ästhetik- und Normierungsanforderungen. Darunter sind auch Constraints, die der Kollisionsvermeidung zwischen Montageplatte und Schaltschranktür dienen. Die Layoutverfahren sollten in den SwitchLay-Editor integriert werden.
Das wirtschaftliche Ziel des Projektes bestand darin, verschiedenen KMU das Layoutverfahren und den SwitchLay-Editor, erweitert um die Fähigkeiten, vielfältige Constraints zu berücksichtigen, zur Verfügung zu stellen. Die Anwender werden mit einer überschaubaren Menge von Pattern eine große Menge von Schaltschränken effizient und in hoher Qualität entwickeln können. Damit soll eine wesentliche Lücke in der Automatisierung der gesamten produktionstechnischen Kette von Schaltkreisentwurf bis Schaltschrankbau geschlossen werden: das automatische Schaltschranklayout.

Vorteile und Lösungen

Ein Resultat des Vorgängerprojekts BELA bestand darin, dass das Dimensionierungsproblem für bestückte Kabelkanalgerüste auf der Montageplatte durch reguläre lineare Gleichungssysteme beschrieben werden kann. Die Idee von LP-Switch-Layout war, diese linearen Gleichungssysteme in lineare Optimierungsprobleme zu erweitern, indem bestimmte Gleichungen relaxiert werden. Zu minimieren sind dabei die Abweichungen der relaxierten Gleichungen von den exakten Gleichungen. Auf diese Weise konnten technologischen Zusatzbedingungen an die Dimensionierung bestückter Kabelkanalgerüste innerhalb ihrer Montageplatten erfüllt werden. Ferner konnten die Layouts der einzelnen Schaltschränke ganzer Schaltschrank-Ensembles aufeinander abgestimmt werden. Das Verfahren wurde in ein spezialisiertes grafisches Entwurfssystem, den SwitchLay-Editor, integriert. Zur Lösung der anfallenden LP-Aufgaben wurde ein Interface für den Solver COIN_OR CLP implementiert. Das Interface dient dem Postulieren der Constraints sowie dem Auslesen der berechneten Layout-Resultate.
Für beliebige Objekte auf der Montageplatte können sowohl absolute Positions-Constraints als auch Bündigkeiten im SwitchLay-Editor interaktiv gefordert und durch das LP-Layout berücksichtigt werden. Durch die Entwicklung der Funktionalität „Freies Layout“ können Betriebsmittel, die auf einer Halteschiene aufgereiht sind, beim Layout auseinandergerückt werden, wenn dies für die Erfüllbarkeit verschiedener Positions-Constraints erforderlich ist. Das bisher weitgehend isolierte Layout der Teile eines Schaltschrank-Ensembles wurde durch ein globales Layout ersetzt. Es berücksichtigt schaltschrankübergreifende Platzierungsanforderungen. Damit wurde das drängende Problem der Passfähigkeit gelöst.
Für jede lösbare Menge von Constraints erzielt das LP-Layout auch tatsächlich eine Lösung – und zwar mit hoher Performance.
Weitere Ergebnisse des Projektes liegen in Form von Problemanalysen, Algorithmen-Entwürfen und prototypischen Implementierungen zu universellen Constraints, zum Detektieren von Inkonsistenzen in Constraint-Mengen sowie zu Kollisionen von Betriebsmitteln auf der Montageplatte und den Innenseiten der Türen vor.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Schaltschränke sind die Steuerzentralen moderner elektrotechnischer Anlagen und Produktionseinrichtungen. Sie sind zum Beispiel für die Steuerung von Fertigungshallen, Gebäudetechnik, Energiesystemen, Bergwerksanlagen, Betrieben der Wasserwirtschaft, Transportsystemen sowie von landwirtschaftlichen Großbetrieben erforderlich. Deshalb bildet der Schaltschrankbau ein beachtliches Marktsegment. Viele der entsprechenden Anlagenbauer, darunter auch kleine und mittelständische Unternehmen, entwerfen und produzieren selbst die für ihre Anlagen erforderlichen Schaltschränke. Es gibt aber auch eine große Zahl von kleinen und mittelständischen Unternehmen, die sich auf den Schaltschrankbau spezialisiert haben. Die genannten Betriebe können nach Anbindung der entwickelten Algorithmen oder des SwitchLay -Editors an ihre spezifischen Datenstrukturen von den Ergebnissen des Projektes profitieren, insbesondere von der flexiblen Beachtung vielfältiger Constraints und von der hohen Performance des gesamten automatischen Layouts. Damit können im Design-Prozess für Schaltschränke erhebliche Produktivitätssteigerungen erzielt werden.
Aufgrund der Aktivitäten im Bereich Digitalisierung und der zunehmenden Automatisierung der Entwurfsphase im Umfeld von Industrie 4.0 werden die Markteintrittschancen als sehr günstig angesehen. Aktuell besteht eine Lücke zwischen dem Entwurf von Schaltungen, der vollständig automatisiert werden kann und dem mechanischen Schaltschrankbau, der von Robotern durchgeführt werden kann. Das Schließen dieser Lücke ist zwingend erforderlich, um eine durchgängige Automatisierungskette zu erreichen. Nur hiermit kann etwa das Prinzip „lotsize 1“ praktisch umgesetzt werden. Die angestrebte Lösung bietet damit einen echten innovativen Mehrwert zu am Markt verfügbaren Systemen.
Die wesentliche Vermarktungsstrategie besteht darin, durch die Ergebnisse von LP-Switch-Layout einen größeren Kundenkreis für die Produkte aus BELA zu erschließen. Durch die Anwendung der linearen Programmierung können erheblich mehr Anwendungsfälle abgedeckt werden und somit ein größerer Mehrwert für potenzielle und bestehende Kunden erreicht werden. Während die Überführung des Prototyps in eine marktreife Softwarebibliothek erfolgt, werden außerdem Kooperationen mit Vertriebspartnern und Herstellern von ECAD-Systemen angestrebt.