Die Inbetriebnahme ist wahrscheinlich der spannendste Moment bei der Entwicklung einer neuen Maschine. Funktioniert das Gesamtsystem, greifen Mechanik, Elektrik und Steuerungssoftware zusammen, sind alle Bewegungen getestet und Prozessabläufe validiert? In der Praxis zeigt sich jedoch genau an diesem Punkt, dass sich kleine und auch größere Fehler eingeschlichen haben. So kommt es gerade bei den ersten Tests an der realen Anlage häufig zu unerwarteten Systemreaktionen, kurzfristigen Softwareanpassungen oder nicht optimalen Bewegungsprofilen.
Das liegt daran, dass moderne Maschinen im Vergleich zu früher deutlich komplexer geworden sind, der Anteil der Software kontinuierlich steigt kontinuierlich und viele Engineering-Disziplinen über lange Strecken parallel arbeiten. Dadurch verschiebt sich ein großer Teil der Validierung in die späte Projektphase.
Steigende Komplexität moderner Maschinen
Maschinen sind heutzutage hochkomplexe Systeme. Nicht nur die mechanischen Struktur, sondern auch die Antriebstechnik, Sensorik, Sicherheitsfunktionen und Steuerungssoftware spielen eine zentrale Rolle. Diese Komponenten beeinflussen sich alle gegenseitig, jede noch so kleine Änderung an einem Bewegungsprofil kann daher auch Auswirkungen auf Sensorreaktionen, Sicherheitslogik oder Prozesszeiten haben. Diese Abhängigkeiten sind nicht immer während der Entwicklung sichtbar. Und werden dann mit der realen Inbetriebnahme sichtbar. Alle Komponenten werden erstmals gemeinsam betrieben und es zeigt sich das tatsächliche Verhalten des Systems.
Ein Grund für diese Entwicklung ist der stetig wachsende Anteil der Steuerungssoftware. Die meisten Bewegungsabläufe, Synchronisationen oder Sicherheitsfunktionen werden heute in Software abgebildet. Die Kombination aus der realen Maschine und der Steuerungssoftware beeinflussen die dynamische Effekte, Verzögerungen in der Sensorik oder Kommunikationslatenzen. Da diese Effekte ohne eine realitätsnahe Umgebung nur begrenzt getestet werden können, werden diese Probleme erst sichtbar, wenn die Software und reale Maschine erstmals zusammengeführt werden.
Integration erfolgt häufig erst spät
In vielen Projekten arbeiten Konstruktion, Elektrokonstruktion und Automatisierung lange Zeit parallel, jede Disziplin optimiert zunächst ihren eigenen Bereich. Die eigentliche Zusammenführung der Ergebnisse erfolgt oft erst kurz vor der Inbetriebnahme. Häufig werden neue Maschinen erst vor Ort vollständig getestet. Hier kommen physikalische Dynamik, Steuerungslogik, Sensorik und Prozessabläufe erstmals zusammen und mechanische Bewegungsmodelle, elektrische Signale und Steuerungslogik werden kombiniert. Wenn die Disziplinen dabei nicht vollständig übereinstimmen, entstehen Probleme. Diese müssen dann zeitnah gelöst werden.
Die Inbetriebnahme wird damit zu einer Phase der Integration, des Tests und der Optimierung. Die Fehleranalyse findet direkt an der realen Anlage statt, während parallel Änderungen an Software oder Parametern vorgenommen werden. Unter diesen Bedingungen lassen sich komplexe Zusammenhänge nur schwer untersuchen.
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Virtuelle Inbetriebnahme als Ansatz zur Risikoreduktion
Um solche Situation zu vermeiden, setzen immer mehr Unternehmen auf die virtuelle Inbetriebnahme. Dabei wird das Verhalten der Maschine bereits während der Entwicklung in einer Simulationsumgebung fortlaufend abgebildet.
Ein virtuelles Modell der Maschine wird mit der realen Steuerungssoftware gekoppelt. Auf diese Weise lassen sich Bewegungsabläufe, Sensorlogik oder Fehlerszenarien umfassend testen, lange bevor die reale Anlage verfügbar ist. Probleme werden dadurch früher sichtbar und können bereits während der Entwicklung vermieden werden.
Die steigende Fehleranfälligkeit moderner Inbetriebnahmen ist vor allem eine Folge zunehmender Systemkomplexität und der zu späten Integration der beteiligten Disziplinen. Wenn der erste vollständige Systemtest erst an die reale Maschine stattfindet, entstehen zwangsläufig Fehler.
Die virtuelle Inbetriebnahme verschiebt einen entscheidenden Teil dieser Tests in eine frühere Projektphase. Dadurch wird die reale Inbetriebnahme weniger zu einem Experiment voller Überraschungen, sondern zu einem planbaren Schritt in einem bereits validierten Entwicklungsprozess.
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