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.



  • Erwartungen an die Cloud in der Praxis

    Erwartungen an die Cloud in der Praxis

    Entscheider erwarten durch den Einsatz der Cloud vor allem mehr Agilität sowie schnell zur Verfügung stehende performante Services. In einer Studie von Exasol übertrifft die Cloud im Praxiseinsatz in vielen…

    mehr lesen: Erwartungen an die Cloud in der Praxis

  • Sechs Prozent der Deutschen Unternehmen nutzen KI-Technologien

    Sechs Prozent der Deutschen Unternehmen nutzen KI-Technologien

    Im Rahmen einer Studie hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ermittelt, dass nur sechs Prozent der Deutschen Unternehmen künstliche Intelligenz einsetzen. Diese Unternehmen investierten rund 4,8Mrd.€ in die Technologie.

    mehr lesen: Sechs Prozent der Deutschen Unternehmen nutzen KI-Technologien

  • Zustände überwachen im Industrial IoT

    Zustände überwachen im Industrial IoT

    Schildknecht bietet auf dem Automatisierungstreff 2020 ein Tagesprogramm rund um das Condition Monitoring von industriellen Maschinen und Anlagen an. Nach einer Keynote widmen sich drei Workshops dem Thema mit dem…

    mehr lesen: Zustände überwachen im Industrial IoT

  • Geschäftsmodelle mit dem Internet of Things

    Geschäftsmodelle mit dem Internet of Things

    Beim Workshop von Exor stehen neue Geschäftmodelle für Maschinen und Anlagen auf der Basis von IoT im Fokus. Der Anbieter liefert dazu Technologien und Methoden, mit denen Fertigungsbetriebe zunächst ein…

    mehr lesen: Geschäftsmodelle mit dem Internet of Things

  • MES-Strategie entwickeln

    MES-Strategie entwickeln

    Ein Workshop von HIR Hoff Industrie Rationalisierung behandelt die mögliche Rolle von Manufacturing-Execution-Systemen in Zeiten der digitalen Transformation.

    mehr lesen: MES-Strategie entwickeln

  • Maschinenbau spürt weitere Auswirkungen der Corona-Krise

    Maschinenbau spürt weitere Auswirkungen der Corona-Krise

    Der Maschinenbau bekommt die Folgen der Corona-Pandemie mit zunehmender Wucht zu spüren. Das geht aus einer zweiten Umfrage des VDMA unter 965 Mitgliedsfirmen hervor.

    mehr lesen: Maschinenbau spürt weitere Auswirkungen der Corona-Krise

  • Beratungsangebote rund ums Homeoffice

    Beratungsangebote rund ums Homeoffice

    Cosmo Consult will in der Corona-Krise mit teils kostenfreie Webinaren, Workshops und Beratungspaketen Fachwissen rund um Microsoft Teams und die digitale Zusammenarbeit im Homeoffice anbieten.

    mehr lesen: Beratungsangebote rund ums Homeoffice

  • Stimmung in der Digitalbranche trübt sich ein

    Stimmung in der Digitalbranche trübt sich ein

    Nach 24,6 Punkten im Februar, ist der Bitkom-Ifo-Digitalindex im März auf 0,6 Punkte zurückgegangen. Dabei sind von den negativen Folgen im Zuge der Corona-Krise vor allem die Industrie und der…

    mehr lesen: Stimmung in der Digitalbranche trübt sich ein

  • Mit OPC UA over TSN zur Losgröße 1

    Mit OPC UA over TSN zur Losgröße 1

    Im Maschinenbau werden immer häufiger modulare Anlagen gefertigt. Deren Zusammenstellung aus Spezialmodulen für verschiedene Teilaufgaben von unterschiedlichen Herstellern scheiterte bisher oft an inkompatiblen Kommunikationsstandards.

    mehr lesen: Mit OPC UA over TSN zur Losgröße 1

  • Automatica in den Dezember verlegt

    Automatica in den Dezember verlegt

    Die Messe München hat sich dazu entschlossen, die Messe Automatica, die vom 16. bis zum 19. Juni stattfinden sollte, in den Dezember zu verschieben.

    mehr lesen: Automatica in den Dezember verlegt

  • Weltmarkt für Maschinen legt 2019 leicht zu

    Weltmarkt für Maschinen legt 2019 leicht zu

    Neue Maschinen und Anlagen waren auch im vergangenen Jahr weltweit gefragt. Allerdings erfolgten die Geschäfte bereits unter erschwerten Bedingungen: Der Wandel in der Automobilindustrie, der Handelskrieg zwischen den USA und…

    mehr lesen: Weltmarkt für Maschinen legt 2019 leicht zu

  • Keine Hannover Messe in 2020

    Keine Hannover Messe in 2020

    Die Hannover Messe kann dieses Jahr nicht stattfinden. Grund ist die zunehmend kritische Lage aufgrund der Covid-19-Pandemie und eine Untersagungsverfügung der Region Hannover.

    mehr lesen: Keine Hannover Messe in 2020