Damit mechatronische Produkte ein Erfolg werden, ist es mit dem Einbau der Elektronik nicht getan. Vielmehr ist darauf zu achten, dass bei der Produktentwicklung die drei Bereiche Elektronik, Software und Mechanik optimal zusammenarbeiten.
- Natürlich muss zuerst die Schaltung der Elektronik funktionieren. Damit sie das aber möglichst lange tut, ist ein entsprechender Gehäuse-Schutz notwendig.
- Damit der Kunde das Produkt bedienen kann, braucht man Anzeigen und Software. Für einen begeisterten Kunden, der das Gerät mit möglichst viel Spaß bedienen soll, müssen Usability und User Experience (UX) bei Software und Mechanik betrachtet werden.
Richtlinie VDI 2206 gibt Orientierung für die Mechatronik-Entwicklung
Dass der Entwicklung von Produkten mit Elektronik und Software besondere Beachtung geschenkt werden muss, zeigt die kürzlich aktualisierte Richtlinie VDI 2206 „Entwicklung mechatronischer und cyber-physischer Systeme“. Hier wird die Produktentstehung von mechatronischen Systemen in Form eines V-Modells gezeigt.
Bild: VDI/VDE 2206:2021–11
Während des gesamten V-Modell-Verlaufes sieht man vier Linien, die parallel verlaufen: Sie stehen für die Arbeitsbereiche Software, Elektrik/Elektronik, Mechanik und sonstige Disziplinen. Die parallelen Linien zeigen von der Produkt-Spezifikation bis zur Integration die ununterbrochene koordinierte Zusammenarbeit. Auf Unternehmen, die einen oder mehrere dieser Bereiche extern beauftragt haben, kommen hier besondere Aufwände zur Koordination und Abstimmung zu.
Softwareseitige Schnittstellen zwischen Elektronik und Mechanik existieren, sollten aber durch Echtzeit-Schnittstellen ersetzt werden. Zu betonen ist hier der hohe Nutzen für das Produkt, wenn softwareseitig die Zusammenarbeit integriert ist. Leider ist dies aktuell noch selten auf dem Markt zu finden. Statt dessen wird auf den manuellen Austausch von Export-Files gesetzt, was durch den höheren Aufwand nicht oft genug genutzt wird. Dadurch können die Produktqualität und Innovationstiefe stark reduziert sein.
Herausforderung Elektronik für den Konstrukteur von Mechatronik
Neue Herausforderungen kommen also auf Konstrukteure zu, wenn sie Elektronik in Gehäusen integrieren wollen. Sie müssen mehr von der Elektronik kennen, als sie es manchmal möchten. Elektronik kann für den Einen oder Anderen befremdend sein. Dabei wird gerne alles dem Elektronik-Entwickler an Verantwortung übergeben, was die Elektronik betrifft. Allerdings kann und muss sogar der Konstrukteur gezielt mit seinem Wissen über Elektronik das Produkt gestalten. Er kann Produktkosten einsparen, die Entwicklungszeit optimieren, das Produkt fit machen für einen nachhaltigen Fußabdruck: optimierte Montage durch einfachen Aufbau, bessere Entwärmung, optimierte Reparaturfähigkeit, optimiertes Recycling und Gewichtsreduktion.
Was ein Elektronik-Konstrukteur über Leiterplatten wissen muss
Elektronik-Grundlagen für Konstrukteure
Das Buch „Leitfaden für den innovativen Elektronik-Konstrukteur – Band 1: Grundlagen und die Leiterplatte“ liefert Konstrukteuren das Grundlagen-Wissen, das sie in Verbindung mit Elektronik benötigen. Im ersten Teil bekommt der Konstrukteur zuerst einen Berufsnamen: Der Elektronik-Konstrukteur. Bisher existieren viele ungenaue Bezeichnungen für diesen Beruf, was der Autor ändern will. Direkte Jobausschreibung für die Unternehmen, einfachere Jobwahl für den Bewerber, bessere Beschreibung auf der Visitenkarte und Reputation sind Vorteile einer einheitlichen Berufsbezeichnung.
Es folgt die verständliche Erklärung der Standard-Leiterplatte FR-x, ihrer Herstellung, ihrer Eigenschaften und ihrer Bestandteile. Damit der Elektronik-Konstrukteur auch Sonderfälle und Zukunftstrends kennt, werden 14 Technologien beschrieben von der Flex-Leiterplatte bis zur additiven Herstellung. Somit ist der Grundstein gelegt für das Verständnis der Leiterplatte, ihrer Gefahren für die Umwelt sowie der Gefahren, die sie stören oder zerstören.
Bild des Planetengetriebes verdeutlicht die Zusammenhänge der Mechatronik
Bestätigt wird auch die VDI-Richtlinie, dass nur die optimale Verbindung der drei Bereiche Elektronik, Software und Mechanik innovative exzellente Produkte in einem optimalen Zeithorizont und Kosten hervorbringt. Anstelle des V-Modells wird für die Darstellung das Modell eines Planetengetriebes gewählt. Das kennt jeder, der mit Mechanik zu tun hat und versteht so besser, was mit Zusammenarbeit gemeint ist.
Bild: Steffen Braun
Im Bild des Planetengetriebes steht das mechatronische Produkt im Mittelpunkt. Es bildet die Drehachse für die Planetenräder: die Elektrik/Elektronik, Software und Mechanik. Das Bild verdeutlicht zudem die Eigenschaften der Zusammenarbeit: immer gleich schnell, in die gleiche Richtung, „verzahnter“ Austausch. Keiner darf bremsen, sonst bremst er das Team und andere müssen kompensieren, mitziehen oder anschieben.
Alle anderen Projektbeteiligten wie Qualität, Einkauf, Vertrieb etc. positionieren sich außen um das wichtige Dreierteam herum. Sie arbeiten im äußeren Kreis mit dem Dreierteam zusammen.
Effektivität vs. Effizienz
Ein weiteres Merkmal, das dieses Team aus den drei Bereichen auszeichnet, ist die Überschneidung von Aufgaben. Es liegt in der Natur der Sache, dass der Elektronik-Entwickler zum Beispiel auch die Software schreiben oder den Software-Baustein auswählen kann. Oder dass der Elektronik-Konstrukteur die Anschluss-Klemme aussucht oder die Kontur der Leiterplatte festlegen kann. Die Grenzen sind frei wählbar, müssen aber vor dem Start der Produktentwicklung festgelegt werden. Mit Effektivität und Effizienz kann das gelöst werden:
- Das Team sollte effektiv arbeiten, indem jeder das Richtige tut. Es muss also jeder, wie schon beschrieben, seinen Verantwortungsbereich kennen. Ansonsten kann es schnell passieren, dass Dinge vergessen oder doppelt erledigt werden. Das ist besonders wichtig zwischen Elektronik und Software sowie zwischen Elektronik und Mechanik. Bei an externe Dienstleister ausgelagerten Bereichen ist hier besondere Vorsicht geboten. Tools und Abläufe können eine gute Unterstützung sein.
- Außerdem sollte das Team effizient arbeiten: es muss jeder das Richtige „richtig“ tun. Sobald klar ist, was zum jeweiligen Arbeitsbereich gehört, sollte sich jedes Teammitglied das notwendige Wissen aneignen.
Tipps zum Erhalt von Know-how für den Elektronik-Konstrukteur
Aktuell existiert kein spezialisiertes Wissenspaket, das auf den Elektronik-Konstrukteur zugeschnitten ist. Die Suche wird zusätzlich erschwert, weil der Berufsbegriff nicht vereinheitlicht ist.
Bild: IM Imagery/stock.adobe.com
Sind auch Sie Konstrukteur von Geräten mit Elektrik/Elektronik und Software? Dann bietet Ihnen der Autor für die Weiterbildung zwei Wege an:
- Mit der Akademie MDI – Mechatronisches Design und Innovationen. Dieses Angebot will gezielt die Konstruktion von Geräten mit Elektronik/Software unterstützen und damit die wichtigen Innovationen unserer Zeit voranbringen.
- Das oben beschriebene Buch „Leitfaden für den innovativen Elektronik-Konstrukteur – Band 1: Grundlagen und die Leiterplatte“, das aktuell erschienen ist und über die angegebene Website oder in allen bekannten Buchshops erhältlich ist.
Für die Weiterbildung werden aktuell angeboten:
- E-Mail-Lernkurs:
Über ein Jahr verteilt bekommen die Lernenden E-Mails zugesendet, mit denen sie sich selbst weiterbilden können. Optional können zusätzlich Lernvideos zur Vertiefung, pdf-Dateien zum Ausdrucken und Live-Webinare mit Q&A hinzugebucht werden. Lerninhalte sind alle Themen des Buches, also das Leiterplatten-Know-how für Elektronik-Konstrukteure.
Weitere Details zu E-Mail-Lernkurs und Optionen - Präsenz-Seminar:
In einem 2-Tagesseminar werden die Teilnehmenden mit den obigen Inhalten live vor Ort geschult. Musterteile zum Anfassen machen alles erleb- und erlernbarer.
Weitere Infos zu Ort und Terminen
