Eine runde Sache: CADdy⁺⁺ Maschinenbau und CADdy⁺⁺ PDM bei der SIGMA Laborzentrifugen GmbH

Vor rund einem Jahr implementierte DataSolid bei der SIGMA Laborzentrifugen GmbH, einem der weltweit führenden Hersteller von Zentrifugen für Medizin und Forschung, das CAD-System CADdy⁺⁺ Maschinenbau und die PDM-Lösung CADdy⁺⁺ PDM. Seitdem sorgen beide Systeme gemeinsam dafür, dass es nicht nur in den Laborzentrifugen des Unternehmens „rund geht“, sondern dass auch die Arbeit in Konstruktion und Entwicklung rund läuft.

Bis zu über 60.000facher Erdbeschleunigung – die von den verschiedenen SIGMA Laborzentrifugen erreichten Schwerefelder decken nahezu alle Anwendungsfelder für Zentrifugen in Laboratorien und Wissenschaft ab. Schon 1975 begann der heutige Geschäftsführer Michael Christ zusammen mit seinem Bruder Martin Christ mit der Herstellung von High-tech-Zentrifugen. Heute werden von der SIGMA Laborzentrifugen GmbH, Osterode, rund 8.000 Zentrifugen jährlich produziert, vom kleinen Tischgerät für die Arztpraxis bis zum großen Standgerät mit 12 Litern Kapazität für Blutbanken. Dabei werden SIGMA-Geräte auch von anderen Zentrifugen-Herstellern unter deren Namen vertrieben. So erreicht SIGMA einen Exportanteil von über 80 %, die Zentrifugen werden in Amerika genauso eingesetzt wie in Japan, China oder Australien. Zu den Kunden zählen Unternehmen wie Qiagen, Sartorius oder das Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. Insgesamt erwirtschafteten die rund 70 Mitarbeiter von SIGMA in 2002 einen Umsatz von über 20 Mio. Euro.

SIGMA konzentriert sein Know-how auf die Entwicklung, Endmontage und Prüfung der Zentrifugen – Arbeitsprozesse wie Blechbearbeitung oder Lackiererei werden komplett fremdvergeben. Damit erreicht das Unternehmen eine sehr geringe Fertigungstiefe und kann sich auf seine Stärken konzentrieren. Eckhard Tödteberg, Entwicklungsleiter bei SIGMA: „Unser besonderes Know-how im Bereich der Zentrifugen geben wir nicht außer Haus. Daher führen wir auch die gesamte Entwicklungsarbeit selber durch.“ So werden neben der Mechanik der Zentrifugen auch die für die Steuerung notwendigen Leiterplatten und die Software im Haus entwickelt.

Standardgeräte mit individuellem Innenleben

Grundsätzlich handelt es sich bei den von SIGMA produzierten Zentrifugen um Standardgeräte, Ausnahmen wie beispielsweise spezielle Geräte für den Roboterbetrieb oder besondere Kühlarten werden relativ wenig nachgefragt. Anders sieht es dagegen beim Innenleben der Zentrifuge aus, bei den Rotoren, mit denen die Proben zentrifugiert werden: „Es gibt eine unendliche Anzahl von Gefäßen, mit denen der Kunde zu uns kommt. Dazu muss dann natürlich ein individueller Rotor konstruiert werden, der in die Zentrifuge eingesetzt wird“, erklärt Tödteberg. Und hier kommt dann auch der besondere Vorteil der Arbeit mit einem modernen 2D/3D-CAD-System zum Tragen: Aus den vorhandenen Zeichnungen kann ein Rotor ausgewählt, in ein Standard-Gehäuse virtuell eingesetzt und an die individuellen Kundengefäße angepasst werden. Gleichzeitig lässt sich im CAD-System überprüfen, ob der Rotor mit anderen Teilen kollidiert. Dazu setzt SIGMA seit Anfang 2002 die CAD-Lösung CADdy⁺⁺ Maschinenbau der DataSolid GmbH ein.

CADdy⁺⁺ Maschinenbau ermöglicht das durchgängige Arbeiten an zweidimensionalen Zeichnungen genauso wie an dreidimensionalen Modellen.

So lassen sich aus einem 3D-Modell beliebige 2D-Ansichten werkstattgerecht ableiten bzw. aus einer 2D-Zeichnung ein 3D-Modell erzeugen. Dabei verfügt das System über vollständige 2D-Funktionalitäten, angefangen bei der assoziativen Bemaßung über die übersichtliche Bauteil- und Baugruppenverwaltung bis hin zur dialoggestützten Definition von Form- und Lagetoleranzen oder Oberflächenzeichen. Die Erstellung der 3D-Modelle basiert auf ACIS-Technologie und bietet damit moderne Funktionalitäten wie die Wahl zwischen nicht-, teil-, oder vollparametrischer 3D-Modellierung und eine direkte Stücklistenkopplung. 

Problemloser Umstieg von CADdy auf CADdy⁺⁺

SIGMA setzt bereits seit über zehn Jahren das Vorgänger-System CADdy „classic“ ein, damals noch ein reines 2D-Programm. Dadurch kannte Eckhard Tödteberg schon das Mitarbeiter-Team der Mönchengladbacher DataSolid GmbH. Den SIGMA-Entwicklungsleiter überzeugten besonders die Beratung und der Support des CAD-Systemhauses: „Ich bin selber Entwickler und weiß daher, wie aufwändig Änderungen sein können. Doch bei DataSolid fanden unsere Wünsche immer ein offenes Ohr und wurden weitestgehend auch umgesetzt. Wenn ein Problem doch mal nicht sofort lösbar war, wurde das auch ganz offen gesagt, da wurde kein Eiertanz gemacht!“

So fiel die Entscheidung für CADdy⁺⁺ Maschinenbau denn auch nicht schwer und das System wurde schließlich Anfang 2002 eingeführt. Die Datenübernahme der alten CADdy classic Daten wurde und wird dabei nach und nach durchgeführt. Neue Projekte werden im neuen System erstellt, die Daten aus alten „classic“ Projekten dann übernommen, wenn sie Grundlage für neue Planungen sind. Simone Marx, die in der Entwicklungsabteilung täglich mit dem System arbeitet, unterstreicht: „Die Übernahme der alten Daten ist grundsätzlich kein Problem. Will man aber die Vorteile von CADdy⁺⁺ Maschinenbau richtig nutzen, muss noch ein bisschen Arbeit investiert werden, um zum Beispiel Baugruppen zu bilden.“ Denn die Kollisionsprüfung, die unter anderem mit solchen Baugruppen durchgeführt werden kann, vereinfacht den Konstruktions-prozess bei SIGMA erheblich.

Massenermittlung und Kollisionsprüfung inklusive

Diese Prüfung ist Teil des Planungsprozesses bei Sonderaufträgen, also bei Zentrifugen, die an kundenspezifische Gefäße angepasst sind. Denn erster Schritt bei der Erstellung eines entsprechenden Angebotes ist die Machbarkeitsprüfung. Nachdem die Größe des Gefäßes und das gewünschte Schwerefeld gemeinsam mit dem Kunden definiert wurden, werden hierzu mit Hilfe von CADdy⁺⁺ Maschinenbau die Dimensionen aufgenommen. Auf Basis dieser Daten wird eine Vorauswahl aus den vorhandenen Standard-Zentrifugen und früher schon entworfenen Rotoren getroffen. In CADdy⁺⁺ Maschinenbau lassen sich jetzt Zentrifuge und Rotor dreidimensional ineinander setzen. Bei den so genannten Ausschwingrotoren, bei denen die Gefäße beim Zentrifugieren in die Waagerechte ausschwingen, kann so beispielsweise die Bewegung des Rotors in der Zentrifuge virtuell im CAD-System nachempfunden werden – dadurch sehen die Konstrukteure schnell, ob Bauteile kollidieren und eventuell ein völlig neuer Rotor konstruiert werden muss.

Letzter Schritt bei der Überprüfung der Machbarkeit ist die Berechnung des Massenmomentes – entscheidender Faktor für die Sicherheit der Zentrifuge. „Falls ein Gefäß beim Zentrifugieren zerstört wird oder ein Rotor bricht, müssen alle Bruchteile im Sicherheits-Kessel der Zentrifuge verbleiben. Daher muss die kinetische Energie des Rotors mit den Gefäßen berechnet und geprüft werden, ob sie den für das jeweilige Zentrifugen-Modell vorgegebenen Wert nicht überschreitet“, erklärt Entwicklungsleiter Tödteberg. CADdy⁺⁺ Maschinenbau ermöglicht dazu an Hand des 3D-Volumenmodells die Berechnung des Gewichtes, der Momente und der Trägheit des Bauteils. Mit den Hilfen, die das neue CAD-System bietet, kann das Team um Entwicklungsleiter Tödteberg jetzt innerhalb von einer Woche ein Angebot für eine Sonderanfertigung erstellen, meistens sogar innerhalb von zwei Tagen. „Der Umstieg von dem alten CAD-System auf das neue 2D/3D-System hat hier deutliche Zeitvorteile gebracht“, so Tödteberg.

Zeitplus durch PDM

Zeitvorteile, die durch das parallel eingeführte PDM-System noch weiter unterstützt werden: Für die SIGMA-Konstrukteure ist es wichtig, auf einzelne Zeichnungsnummern zugreifen zu können bzw. nach speziellen Zeichnungen innerhalb eines Projektes suchen zu können, zum Beispiel um Rotoren aus früheren Sonderanfertigungen zu übernehmen. Dafür konnte DataSolid mit CADdy⁺⁺ PDM, einer speziell an CADdy⁺⁺ Maschinenbau angepassten Variante des PDM-Systems SMARTEAM der SmartTeam Corporation, eine Lösung bieten, die neben Produkt- und Engineering-Daten auch andere Dokumente, wie zum Beispiel Office-Dateien übersichtlich verwaltet. Das Programm stellt typische PDM-Funktionen wie beispielsweise Suchen, Revisionskontrolle oder Product-Life-Cycle-Operationen (check in, check out …) direkt in CADdy⁺⁺ Maschinenbau zur Verfügung. „Bisher haben wir Word-Listen geführt, in denen wir festgehalten haben, welche Zeichnung wo liegt. Heute können wir mit dem PDM-System direkt nach bestimmten Zeichnungen suchen, auch innerhalb der CADdy⁺⁺-Projekte und direkt aus dem CAD heraus“, beschreibt Eckhard Tödteberg die Vorteile der engen Verzahnung von PDM und CAD, die sich oft auch in scheinbar kleinen Details zeigen. So übernimmt das PDM-System beispielsweise automatisch die Daten wie Bezeichnung, Werkstoff usw. aus dem Schriftkopf der jeweiligen Zeichnungen. Dies spart Eingabeaufwand und erleichtert auch die spätere Suche nach Entwürfen.

Mehr Übersicht bei Änderungen

Vorteile bietet das PDM-System aber auch bei der Entwicklung neuer Bauteile bzw. Zentrifugen. Für neue Modelle wird vom SIGMA-Entwicklungsteam zunächst ein erster Zeichnungssatz erstellt, nach dem die „Protoypen“ der Zulieferteile gefertigt werden. Diese Bauteile werden von SIGMA geprüft und eventuelle Fehler wiederum am CAD-System in der Zeichnung korrigiert. Um hier über die verschiedenen Zeichnungs-Stände den Überblick zu halten, versieht CADdy⁺⁺ PDM jede Zeichnung mit einer ID-Nummer sowie dem aktuellen Releasestand. So weiß das Team um Eckhard Tödteberg immer, wo sich welches Bauteil gerade befindet, ob es in der Produktion ist, oder ob es schon wieder in der Entwicklungsabteilung ist und auf eine Korrektur wartet. „In der Vergangenheit mussten wir immer noch ein Änderungs-Formular mit Änderungsnummer, Änderungsgrund und Änderungsbeschreibung ausfüllen“, erinnert sich Simone Marx. „Heute werden einfache Änderungen, die in ein, zwei Sätzen zu beschreiben sind oder die nur eine Zeichnung betreffen, gleich im PDM-System vermerkt.“

Auch bei der endgültigen Freigabe von Zeichnungen bietet das System erhebliche Vorteile. Als Entwicklungsleiter kontrolliert Eckhard Tödteberg die von Simone Marx und Anke Blume erstellten Zeichnungen und gibt sie für die Fertigung frei. Dazu haben die Experten von DataSolid eine individuelle Funktion programmiert, die speziell auf den Arbeitsablauf bei SIGMA zugeschnitten ist. Den beiden Mitarbeiterinnen der Entwicklungsabteilung steht damit ein Schalter „Plotten“ zur Verfügung, über den eine fertige Zeichnung direkt in einen extra angelegten Pfad abgelegt wird. Der Entwicklungsleiter wiederum hat an seinem Arbeitsplatz eine spezielle Suchfunktion, über die er automatisch angezeigt bekommt, welche Dateien in diesem Pfad liegen und freigegeben werden müssen. Ist alles o.k., gibt er die Konstruktion über einen eigenen Schalter im PDM-System frei. „Nur ich habe die Berechtigung zur Freigabe über PDM“, erklärt der SIGMA-Entwicklungsleiter. „Mit der Freigabe wird die Zeichnung automatisch archiviert.“ Dabei kennzeichnet das PDM-System die Zeichnungen durch eine individuelle Identifikationsnummer. Auf das Archiv hat nur Tödteberg vollen Zugriff, alle anderen Mitarbeiter besitzen nur eine Leseberechtigung. Auch bei der Installation beider Systeme standen Mitarbeiter des Softwarehauses der Entwicklungsabteilung zur Seite. So haben die DataSolid-Experten zum Beispiel mit der Grundinstallation einen Scanner über alle Verzeichnisse laufen lassen und alle bestehenden CADdy „classic“ Dateien automatisch mitregistriert.

Dadurch lässt sich jetzt auch nach Dateinamen und Verzeichnissen des alten CAD-Systems suchen, ohne dass eine explizite Datenübernahme durchgeführt wurde. „Es wurde alles von DataSolid optimal eingerichtet, das Zusammenspiel von CAD und PDM war so kein Problem“, zeigt sich Eckhard Tödteberg denn auch sehr zufrieden, „Die gesamte Lösung ist jetzt sehr komfortabel.“
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