Der stetig wachsende Anteil von Software in Maschinen und Anlagen sorgt dafür, dass sich das Engineering immer weiter verändert. Nicht nur die Komponenten, sondern gerade Steuerungsprogramme, Sicherheitsfunktionen, Robotik, Materialfluss und Kommunikation bestimmen heute maßgeblich die Leistungsfähigkeit einer Maschine.
Damit ist auch eine steigende Komplexität der Inbetriebnahme verbunden. Fehler entstehen nur selten an einzelnen Komponenten, sondern meist im Zusammenspiel verschiedener Disziplinen. Dort setzt das Virtual Commissioning an.
Was bedeutet Virtual Commissioning?
Virtual Commissioning beschreibt die systematische Validierung einer Maschine oder Anlage in einer virtuellen Umgebung, bevor die reale Inbetriebnahme erfolgt.
Dabei steht aber nicht die Visualisierung einer Maschine im Fokus, sondern es geht vielmehr um die Überprüfung des funktionalen Verhaltens. Dazu werden mechanische Modelle, Steuerungssoftware, Sensorik, Aktorik und Kommunikationsschnittstellen zu einem virtuellen Gesamtsystem verbunden.
Die virtuelle Maschine reagiert dabei auf dieselben Signale wie die spätere reale Anlage. Zudem nutzt die Steuerung bereits zu diesem Zeitpunkt die gleichen Programme und Logiken, die später auch im Betrieb eingesetzt werden.
Virtual Commissioning ist dabei kein Ersatz für die reale Inbetriebnahme, sondern es werden große Teile der Integrations- und Testaufgaben in eine frühe Phase des Entwicklungsprozesses vorverlagert.
Die drei Säulen des Virtual Commissioning
Damit Virtual Commissioning belastbare Ergebnisse liefert, müssen drei technische Ebenen zusammenwirken.
Das digitale Maschinenmodell beschreibt die Geometrie, Kinematik, Bewegungsabläufe und logische Struktur der Anlage. Die zweite Ebene ist die physikalische Simulation. Die virtuelle Maschine verhält sich hierbei entsprechend realer physikalischer Gesetzmäßigkeiten und Kollisionen, Trägheiten, Reibung oder Materialbewegungen werden so realitätsnah abgebildet.
Die dritte Ebene ist die Automatisierung. Erst durch die Kopplung mit einer realen oder auch virtuellen SPS wird aus einer Simulation eine virtuelle Inbetriebnahme. Steuerungsprogramme, Sicherheitslogiken und Kommunikationsschnittstellen lassen sich so unter realen Bedingungen testen.
Erst die Kombination dieser drei Ebenen macht Virtual Commissioning zu einem Engineering-Werkzeug.
Warum Virtual Commissioning heute strategisch relevant ist
In klassischen Projekten treffen Mechanik, Elektrik und Software häufig erst während der realen Inbetriebnahme vollständig aufeinander. Fehler werden deshalb oft erst erkannt, wenn die Maschine bereits aufgebaut ist und Projekttermine unmittelbar bevorstehen.
Die Folgen sind bekannt: Nacharbeiten, Stillstandszeiten, zusätzlicher Reiseaufwand und hohe Kosten.
Virtual Commissioning verlagert genau diese kritische Integrationsphase in die Entwicklung. Steuerungsprogramme können schon vorab getestet werden, obwohl die Maschine noch nicht gebaut ist. Konstruktion und Automatisierung arbeiten parallel statt nacheinander. Somit besteht die Möglichkeit, dass Fehler dort erkannt werden, wo ihre Behebung deutlich weniger Aufwand und Kosten verursacht.
Für Entscheider bedeutet dies vor allem mehr Planungssicherheit. Projekte können pünktlich abgeschlossen werden, Risiken sinken und die verfügbare Entwicklungszeit wird deutlich effizienter genutzt.
Virtual Commissioning ist kein Digital Twin
Oftmals werden Virtual Commissioning und Digital Twin synonym verwendet. Das stimmt so nicht ganz. Der Digital Twin ist das virtuelle Pendant eines realen Systems über dessen gesamten Lebenszyklus hinweg. Virtual Commissioning ist dagegen ein konkreter Anwendungsfall.
Der digitale Zwilling stellt die Modelle, Daten und Zusammenhänge bereit. Virtual Commissioning nutzt diese Informationen, um das Verhalten der Maschine vor der physischen Inbetriebnahme zu validieren.
Ein Digital Twin ist die Grundlage für Virtual Commissioning. Umgekehrt ist Virtual Commissioning jedoch nur eine von vielen möglichen Anwendungen eines digitalen Zwillings.
Weitere Informationen zur Definition des Digitalen Zwillings finden Sie beim Digital Twin Consortium.
Vom Werkzeug zur Engineering-Plattform
Gerade weil Anlagen immer komplexer werden, reicht es heutzutage nicht mehr aus, einzelne Simulationsprogramme miteinander zu verbinden. Gefragt sind komplexe Plattformen, die unterschiedliche Engineering-Disziplinen zu einer gemeinsamen Datenbasis zusammenführen.
Genau mit diesem Ziel entwickeln wir von machineering seit vielen Jahren unsere Simulationssoftware. Mit iPhysics steht eine Plattform bereit, auf der physikalische Simulation, digitale Zwillinge, Steuerungsintegration und Virtual Commissioning in einer konsistenten Engineering-Umgebung zusammenarbeiten.
So entsteht eine durchgängige Entwicklungsplattform, auf der Modelle über den gesamten Lebenszyklus einer Maschine wiederverwendet werden können, angefangen bei der Konstruktion über die virtuelle Inbetriebnahme bis hin zu Optimierungen, Trainings und Services.
Wie moderne Simulations- und Automatisierungstechnologien in der industriellen Produktion eingesetzt werden, zeigen zahlreiche Forschungsprojekte des Fraunhofer IPA. Das Institut veröffentlicht regelmäßig Erkenntnisse zu digitalen Produktionssystemen, Simulation und Automatisierung.
Fehler früh finden und profitieren
Virtual Commissioning beschreibt die virtuelle Validierung einer Maschine unter Einbeziehung einer realen oder virtuellen Steuerungssoftware. Ziel ist es, Integrationsfehler frühzeitig zu erkennen und damit einen wesentlichen Teil der Inbetriebnahme schon in die Entwicklungsphase zu verlagern.
Für Unternehmen stellt Virtual Commissioning damit kein isoliertes Simulationswerkzeug dar, sondern einen strategischen Baustein moderner Produktentwicklung. Entscheidend ist dabei weniger die Visualisierung einer Maschine als das konsistente Zusammenspiel von Mechanik, Physik, Automatisierung und Daten.
Als Technologieanbieter entwickeln wir von machineering auf dieser Grundlage eine Plattform, auf der Virtual Commissioning nicht als Einzellösung verstanden wird, sondern als integraler Bestandteil eines durchgängigen digitalen Engineerings.
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