Wie geht virtuelle Inbetriebnahme?

Virtual comissioning AI
Bild: Visual Components GmbH

Mit der virtuellen Inbetriebnahme lassen sich Produktionslayouts in einer virtuellen 3D-Simulation einrichten, testen und validieren. Die Basis dafür ist eine Fabriksimulationssoftware. Ein Großteil der Inbetriebnahme kann so bereits vor oder parallel zum Bau der Anlage stattfinden. Zur statischen Darstellung der Maschinen ist eine 3D-CAD-Software nötig. Kinematik und ein Steuerungssystem für die Abläufe und das Timing sorgen dafür, dass die virtuellen Maschinen die Bewegungen und Prozesse der realen Anlage möglichst genau nachbilden. Die Methode verspricht einige der folgenden Effekte:

Die Einsatzmöglichkeiten für Visual Components sind vielfältig.
Die Einsatzmöglichkeiten für Visual Components sind vielfältig. – Bild: Visual Components GmbH

Warum auf VIBN setzen?

Früherkennung – Probleme wie die Fehlplatzierung von Robotern in einer Produktionslinie lassen sich früh erkennen und korrigieren.

Verkürzte Vorlaufzeit – Die Inbetriebnahme kann 25 Prozent der Projektlaufzeit betragen. Wird ein Teil davon früher durchgeführt, werden Projekte schneller fertig. Werden Probleme früh erkannt und behoben, können Hersteller den Termin der Fertigstellung zudem genauer vorhersagen.

Kosteneinsparungen – Probleme lassen sich in der Planungsphase meistens kostengünstiger aus der Welt schaffen als später. Das schont die Budgetierung, da weniger Mittel für ‚Unvorhergesehenes‘ gebraucht werden.

Innovationen – Oft erkennt das Team nach dem Bau der Maschinen Verbesserungsmöglichkeiten an der Konstruktion, etwa kürzere Zykluszeiten durch andere Greifabläufe. Doch nachträgliche Änderungen sind teuer und dauern. Bei der VIBN können Ideen einfacher berücksichtigt werden.

Ausbildung – Meist soll eine Anlage schnellstmöglich in Betrieb gehen. Schulungen zu Nutzung und Wartung sind einzurechnen. Bei der VIBN kann diese zunächst am digitalen Modell stattfinden. Eine Schulung an der physischen Maschine ist weiter empfehlenswert, doch sie geht schneller, wenn das Team die Abläufe bereits kennt.

Sicherheit – Bei der physischen Inbetriebnahme müssen Schutzvorrichtungen etwa von Robotern oft geöffnet werden, um Zugang zu gewähren. Virtuelle Prüfungen von Bewegungspfaden, Abläufen, Zeitplanung und Ausnahmebehandlungen verringern daraus entstehenden Risiken.

Eine Bibliothek des Softwareanbieters hält Daten zu rund 3.000 Komponenten bereit, um ihre Integration in Modelle zu erleichtern.
Eine Bibliothek des Softwareanbieters hält Daten zu rund 3.000 Komponenten bereit, um ihre Integration in Modelle zu erleichtern. – Bild: Visual Components GmbH

In zehn Schritten zur VIBN

Grundlage für die VIBN können Fabrikplanungsanwendungen wie Visual Components darstellen, die 3D-Simulation der Fertigung bieten. Der Ablauf einer Inbetriebnahme lässt sich grob in zehn Schritte strukturieren:

Verständnis schaffen – Das beteiligte Team ist mit der Relevanz eines genauen Modells vertraut und stellt die nötigen Informationen bereit. Denn bei Unstimmigkeiten wird die VIBN keine akkuraten Informationen liefern und die Schlussfolgerungen werden eventuell nicht ausreichend auf die reale Welt übertragbar sein.

System analysieren – Verantwortliche verschaffen sich ein Bild über die Ziele und Funktionen des Produktionssystems sowie über alle technischen Unterlagen, Spezifikationen und Anforderungen an die Maschinen und Steuerungssysteme.

Modell erstellen – Die Planer erstellen ein 3D-Modell des Produktionssystems. Bei Visual Components erfolgt das mit einer Kombination aus CAD-Daten und Modellen aus dem e-Catalog des Systems. Letzterer enthält über 3.000 Komponenten. Anschließend erfolgt die Integration u.a. kinematischer und elektrischer Daten, um eine möglichst genaue digitale Darstellung der geplanten Anlage zu erhalten.

Steuerlogik integrieren – Die SPS und die Robotersteuerung werden mit dem digitalen Modell verbunden. Dadurch können Steuerungssequenzen, Reaktionen und das gesamte Systemverhalten getestet werden. Visual Components bietet für diesen Schritt Konnektivität zu gängigen Robotermarken und SPS-Systemen wie Kuka, ABB, Fanuc und Siemens.

Simulieren und testen – Das Modell durchläuft verschiedene Betriebsszenarien, um die Leistung zu testen und es mit realen Daten zu validieren. Damit das System mit unvorhergesehenen Problemen umgehen kann, sollten auch Ausnahme- und Fehlersituationen geprüft werden.

Optimieren – Die Ergebnisse der Simulationsläufe sind die Basis, um Leistungsschwächen in der Steuerungslogik zu identifizieren und zu beheben. Anschließend werden die Tests solange wiederholt, bis dass das virtuelle Modell bestmöglich funktioniert.

Sicherheit und Konformität prüfen – Weitere Test stellen sicher, dass die Steuerungslogik und das Systemdesign funktionieren und die relevanten Industrienormen sowie Sicherheitsvorschriften eingehalten werden. Ein besonderes Augenmerk sollte dabei auf der Sicherheit der Industrieroboter liegen. Diese Kontrollen und Tests sind in Sektoren mit strengen Sicherheits- und Konformitätsanforderungen sehr wichtig.

Physisch In Betrieb nehmen – Die VIBN kann die physische Inbetriebnahme zwar deutlich verkürzen, aber nicht ersetzen. Die getestete und verifizierte Steuerungslogik muss in diesem Schritt vom Modell auf das reale System übertragen und das System bei der Inbetriebnahme genauestens überwacht werden, um sicherzustellen, dass es wie geplant funktioniert.

Kontinuierlich verbessern – Nachdem das physische System in Betrieb ist, werden Betriebsdaten gesammelt und mit den Prognosen aus der virtuellen Inbetriebnahme verglichen, um Bereiche mit Verbesserungsbedarf zu identifizieren. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse helfen, das Modell und die Steuerungslogik weiterzuentwickeln.

Dokumentieren – Die VIBN ist kein einmaliger Prozess. Sie wird bei nötigen Änderungen oder Optimierungsbedarf am physischen System erneut durchgeführt. Um die Fehlersuche bei Upgrades oder bei der Skalierung zu unterstützen, wird jeder Schritt des virtuellen Inbetriebnahmeprozesses dokumentiert, angefangen beim ersten Entwurf bis hin zur endgültigen Implementierung.

Faktor im digitalen Wandel

Mit einer VIBN können Hersteller Zeit, Kosten und Ressourcen einsparen. Sie kann damit zum wichtigen Faktor im digitalen Wandel der Fertigungsindustrie werden und ist gleichzeitig ein Baustein auf dem Weg zur Industrie 4.0. Und nicht zuletzt stellt sie für Produzenten einen greifbaren Wettbewerbsvorteil dar.



  • Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

    Proalpha strukturiert das Führungsteam der ERP Business Unit neu und ernennt Christoph Kull zum President ERP+. Er berichtet an CEO Eric Verniaut.

    mehr lesen: Christoph Kull wird President ERP+ bei Proalpha

  • Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

    95 Prozent der 102 von Horváth befragten Führungskräfte sprechen sich in der Studie für staatliche Unterstützung beim Ausbau von Studiengängen und ähnlichen Weiterbildungsformen mit KI-Schwerpunkten aus.

    mehr lesen: Horváth-Studie untersucht KI-Standortfaktoren für Deutschland

  • VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    VDMA gründet Forum Manufacturing-X

    Mit der Gründung des Forums Manufacturing-X will der VDMA sämtliche Aktivitäten zu diesem Thema in Richtung seiner Mitgliedsunternehmen und Stakeholder bündeln und koordinieren. Die Arbeit des Forums fußt dabei auf…

    mehr lesen: VDMA gründet Forum Manufacturing-X

  • Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

    Im aktuellen Bitkom-Ifo-Digitalindex schätzen die Unternehmen ihre aktuelle Lage wieder besser ein. Auch die Erwartungen haben sich verbessert. Der Indexwert klettert im März somit um 1,6 Punkte.

    mehr lesen: Unternehmen der Digitalwirtschaft wieder optimistischer

  • Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

    Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

    Mit Merlin Knott hat IFS einen neuen Präsidenten für sein Enterprise-Service-Management-Geschäft. Knott leitete zuvor die globale Partner- und Channel-Organisation des Unternehmens.

    mehr lesen: Merlin Knott leitet Enterprise-Service-Management bei IFS

  • Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

    Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

    Eine aktuelle Studie von Reichelt Elektronik betrachtet den aktuellen Stand der Digitalisierung und stellt die Frage, wie Deutschland im Vergleich zu anderen europäischen Ländern abschneidet.

    mehr lesen: Die Digitalisierung in Deutschlands Industrie

  • Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

    Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

    Seit 1949 widmet sich die Fraunhofer-Gesellschaft der anwendungsorientierten Forschung. Am 26. März feierte die heute 76 Institute umfassende Gesellschaft ihr 75-jähriges Bestehen.

    mehr lesen: Fraunhofer-Gesellschaft feiert 75-jähriges Bestehen

  • ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

    ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

    Die Studie ’ERP in der Praxis’ ist in ihre 12. Runde gestartet. Seit 2004 fordern die Analysten der Trovarit AG Anwender von ERP-Systemen dazu auf, ihrem eingesetzten System und dem…

    mehr lesen: ERP-Studie nimmt KI und Cloud in den Fokus

  • Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

    Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

    Smartphone und Tablet benötigen keinen Cyberschutz? Diese Annahme sollte gründlich überdacht werden.

    mehr lesen: Cyberangriffe auf mobile Geräte deutlich zugenommen

  • Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

    Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

    Immer mehr Maschinen- und Anlagenbauer nutzen die Forschungszulage und gehen dadurch zusätzliche FuE-Aktivitäten. an Eine Anhebung der Obergrenze könnte weiteres Potenzial freisetzen

    mehr lesen: Forschungszulage im Maschinen- und Anlagenbau

  • IAB-Arbeitsmarktbarometer legt weiter zu

    IAB-Arbeitsmarktbarometer legt weiter zu

    Der Frühindikator des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung (IAB) setzt seine trendmäßige Verbesserung im März fort. Das Arbeitsmarktbarometer klettert um 0,4 Punkte auf nun 100,6 Punkte und erreicht damit den…

    mehr lesen: IAB-Arbeitsmarktbarometer legt weiter zu

  • IT-Anwender mit der Digitalisierung ‚einigermaßen zufrieden‘

    IT-Anwender mit der Digitalisierung ‚einigermaßen zufrieden‘

    Wie bewerten IT-Entscheider den Stand der Digitalisierung in Deutschland? Dieser Frage geht der CIO-Barometer des IT-Anwenderverbands Voice nach. Demnach werden vor allem interne Faktoren positiv bewertet. Die externen Rahmenbedingungen kommen…

    mehr lesen: IT-Anwender mit der Digitalisierung ‚einigermaßen zufrieden‘