Virtuelle Inbetriebnahme im Engineering-Prozess
Die virtuelle Inbetriebnahme (in eng. Virtual Commissioning) ist eine heute gängige Engineering-Methode, bei der die reale Steuerung einer Maschine an einem digitalen Zwilling getestet wird, lange bevor die physische Maschine überhaupt entsteht. Ziel der virtuellen Inbetriebnahme ist es, das funktionale Verhalten der Maschine frühzeitig zu validieren und Fehler schon während der Entwicklung zu erkennen und zu vermeiden, bevor diese erst während der realen Inbetriebnahme erkannt werden.
Virtuelle Inbetriebnahme wird im Maschinenbau eingesetzt, um Entwicklungszeiten zu verkürzen, Risiken zu minimieren und komplexe Automatisierungssysteme beherrschbar zu machen. Sie verbindet Simulation, Automatisierung und Softwaretest zu einem durchgängigen Prozess.
Virtuelle Inbetriebnahme als funktionaler Test der Steuerungssoftware
Virtuelle Inbetriebnahme bedeutet nicht, eine Maschine nur zu visualisieren, sondern die reale Steuerungssoftware unter realistischen Bedingungen in allen Bereichen wirklich zu testen. Die SPS- und Roboterprogramme werden wie unter Realbedingungen verwendet und mit einem virtuellen Maschinenmodell gekoppelt.
Die Steuerung kommuniziert dabei mit dem digitalen Zwilling über reale oder emulierte Ein- und Ausgänge. Für die Steuerung verhält sich der digitale Zwilling exakt wie die reale Maschine. Sensoren liefern die entsprechenden Daten und Bewegungen folgen physikalischen Gesetzmäßigkeiten.
Die virtuelle Inbetriebnahme ist damit ein Systemtest, der frühzeitig prüft, ob die Maschine im Zusammenspiel mit allen Komponenten auch wirklich funktioniert.
Typische Einsatzfelder der virtuellen Inbetriebnahme
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SPS-Programmierung und -Test
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Roboterprogrammierung
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Sicherheitsfunktionen (Safety)
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Taktzeit- und Prozessvalidierung
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Materialfluss verketter Linien- und Anlagen
Abgrenzung zur klassischen Simulation
Die klassische Simulationen im Maschinenbau dienen häufig der Auslegung einzelner Aspekte, zum Beispiel der Mechanik, der Kinematik oder der Taktzeit. Diese Simulationen arbeiten oft ohne reale Steuerungssoftware und betrachten Teilsysteme isoliert.
Die virtuelle Inbetriebnahme hingegen verfolgt einen anderen Ansatz: Sie betrachtet das gesamte System aus Maschine und Steuerung. Die reale Steuerung wird somit zum Bestandteil des Tests. Eine logische Konsequenz, wenn man bedenkt, dass sich später das Verhalten der realen Maschine aus der Interaktion zwischen Steuerung und physikalischem Modell ergibt.
Während also klassische Simulationen lediglich Konzepte bewerten, validiert die virtuelle Inbetriebnahme das tatsächliche Verhalten der späteren Maschine. Dadurch lassen sich auch Fehler erkennen und frühzeitig vermeiden, die sonst erst beim Zusammenspiel mehrerer Disziplinen erkennbar werden würden.
Virtuelle Inbetriebnahme mit iPhysics
Für eine konsistente und nachhaltige Umsetzung virtueller Inbetriebnahme ist eine geeignete technische Basis erforderlich. iPhysics ist eine Engineering-Plattform, die virtuelle Inbetriebnahme auf Basis physikbasierter digitaler Zwillinge ermöglicht.
iPhysics ist eine Plattform, die Maschinen als physikalische Modelle abbildet, die Steuerungssoftware direkt mit diesen Modellen koppelt und damit die virtuelle Inbetriebnahme als Teil eines durchgängigen Engineering-Prozesses unterstützt.
Während der virtuelle Inbetriebnahme fungiert das iPhysics-Modell für die Steuerung als virtuelle Hardware. Dadurch lassen sich reale Effekte wie Verzögerungen, Grenzfälle oder Fehlersituationen systematisch testen.
Ein zentrales Merkmal von iPhysics ist die Mehrfachnutzung des digitalen Zwillings. Das gleiche Modell, das für die virtuelle Inbetriebnahme verwendet wird, kann später für Softwaretests, Taktzeitoptimierung, Schulung oder Umbauten genutzt werden. Die virtuelle Inbetriebnahme wird damit zu einem dauerhaften Bestandteil des Maschinenlebenszyklus. Es kann sogar dem Kunden – dem Maschinenbetreiber im laufenden Betrieb unterstützen wie z.B. neue Produkte auf einer bestehenden Anlage einfahren, u.v.m.
Wie funktioniert virtuelle Inbetriebnahme? - Praxisstimmen
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Nutzen der virtuellen Inbetriebnahme im Maschinenbau
Virtuelle Inbetriebnahme reduziert die reale Inbetriebnahmezeit, weil viele Fehler bereits vor dem Aufbau der Maschine erkannt werden und somit vermieden werden können. Zudem wird die Steuerungsanbindung frühzeitig unter realistischen Bedingungen getestet.
Darüber hinaus verbessert die virtuelle Inbetriebnahme die Zusammenarbeit zwischen Mechanik, Elektrik und Automatisierung. Alle beteiligten Engineering-Disziplinen können parallel arbeiten, da Softwaretests nicht mehr vom Fertigstellungsgrad der Hardware abhängen.
Eine virtuelle Inbetriebnahme führt also zu geringeren Inbetriebnahmerisiken, besser planbaren Projekten und höherer Softwarequalität.
Fazit
Damit ist deutlich, dass die virtuelle Inbetriebnahme eine unverzichtbare Methode im modernen Maschinenbau ist, um komplexe Maschinen frühzeitig zu validieren. Sie ermöglicht es, Steuerungssoftware realitätsnah zu testen, lange bevor die reale Hardware existiert.
In Verbindung mit einer Plattform wie iPhysics wird virtuelle Inbetriebnahme von einem projektbezogenen Hilfsmittel zu einer durchgängigen Engineering-Anwendung.
Damit wird virtuelle Inbetriebnahme zur Grundlage für effizientes, robustes und zukunftsfähiges Engineering.
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