Virtuelle Inbetriebnahme: Anlagen und Prozesse virtuell konzipieren und betreiben
Mit WinMOD können Sie Ihre komplette Automatisierungsanlage im virtuellen Raum
bis in das kleinste Detail simulieren.
Virtuelle Inbetriebnahme
Steuerungsprogramme sicher und schnell testen, bevor sie auf die reale Anlage übertragen werden.
Virtueller Betrieb
Serviceprozesse unabhängig vom Ort der Maschine/Anlage durchführen und Optimierungen während des laufenden Betriebs vorbereiten.
Virtuelle Maschine / Anlage
Erstellung funktionaler 3D-Abbilder realer Maschinen, die ohne Softwareänderung angeschlossen und in Betrieb genommen werden können.
Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN)
Anlagen virtuell modellieren und betreiben mit WinMOD
Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN)
Die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) entspricht nach heutigem Stand der Praxis einer realen Inbetriebnahme mit einer virtuellen Maschine oder Anlage. Das verbundene Automatisierungssystem kann real (HIL) oder virtuell (SIL) sein.
In der Praxis vermischen sich bei der Inbetriebnahme einer realen Anlage mehrere unterschiedliche Inhalte.
- nachträgliche Klärung zur tatsächlichen Funktionalität von Komponenten und Anlagen
- Fortsetzung der Softwareentwicklung während der Inbetriebnahme
- funktionaler Test der Software mit der realen Anlage
- Parametrierung und Optimierung der Automatisierungssoftware mit der realen Anlage
- Einweisung des Operators und des Servicepersonals
Diese Arbeitsinhalte sind zeitlich sehr unbestimmt. Sie sind kostenaufwendig, weil sie vor Ort stattfinden, sie sind risikobehaftet und sie können geplante Inbetriebnahme Termine drastisch verzögern.
Die innovative Alternative ist die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN). Inhaltlich ist es eine reale Inbetriebnahme der realen Steuerung und der originalen Software in Verbindung mit einer virtuellen Maschine/Anlage. Die virtuelle Maschine/Anlage hat gegenüber der Steuerung ein ausreichend gleiches Verhalten, um diese in Betrieb nehmen zu können. Die Arbeitsinhalte der Inbetriebnahme können so unabhängig vom Ort und vom Zustand der Fertigstellung gemeinsam mit den Projektbeteiligten durchgeführt werden.
Virtueller Betrieb
Nach der Inbetriebnahme der realen Maschine/Anlage steht die virtuelle Maschine/Anlage für weitere Nutzungen zur Verfügung. Mit WinMOD können Sie
Serviceprozesse unabhängig vom Ort der Maschine/Anlage unterstützen und Optimierungen während des laufenden Betriebs vorbereiten.
Digitaler Zwilling oder Schattenanlage
Wenn ein reales oder virtuelles Automatisierungssystem in Verbindung mit einer virtuellen Anlage dauerhaft parallel zur realen Anlage betrieben wird, spricht man von einem Digitalen Zwilling oder einer „Schattenanlage“. Während des Betriebes der Anlagen können Optimierungen oder Prozessänderungen ohne Stillstand und ohne Gefährdung der realen Anlage vorbereitet werden. Besonders beachtet werden sollte die ständige Anpassung der Schattenanlage an den Aufbau und an das Verhalten der realen Anlage. Das ermöglicht einen ständigen Vergleich zwischen realem und virtuellem Verhalten.
Der Digitale Zwilling unterstützt die Durchführung von Migrationen. Das gilt insbesondere beim Austausch von Automatisierungssystemen mit extremen Anforderungen an die Wiederinbetriebnahme bei laufendem Betrieb der Anlage.
Virtuelle Maschine / Anlage
Die Virtualisierung von Maschinen und Anlagen ist eine Vertiefung und Erweiterung der Anlagensimulation.
Das Ergebnis ist ein Modell, dass im Verhalten und in der Kommunikation der Realität soweit entspricht, dass es an einem realen Automatisierungssystem ohne Softwareänderung angeschlossen und in Betrieb genommen werden kann.
Virtualisierung von Maschinen und Anlagen
Seit 1991 wurde die WinMOD-Systemplattform für diese Ziele vorbereitet. 2002 entstand der erste Prototyp für eine virtuelle Werkzeugmaschine. 2005 war die virtuelle Anlage Bestandteil eines Lastenhefts für die VIBN einer Fertigungszelle im Automobilbau.
Die Virtualisierung selbst schafft bereits einen ersten Nutzen. Es entsteht eine funktionale Spezifikation aus Sicht des Automatisierungstechnikers. Mängel und Fehler werden früh erkannt und behoben. Für alle folgenden Nutzungen steht eine Kommunikationsplattform zur Verfügung, die von allen Beteiligten in gleicher Weise wahrgenommen und verstanden wird.
Die virtuellen Maschinen/Anlagen entstehen im WinMOD-Projekt aus den Engineering Daten der vorgelagerten oder parallelen Engineeringprozesse und müssen konsistent dazu gehalten werden.
Virtualisierung in der Prozessautomation
Für die Virtualisierung in der Prozessautomation wurde die WinMOD-Systemplattform schrittweise um branchen- und technologiespezifische Bibliotheken erweitert, mit denen die notwendige Simulationstiefe für eine ganzheitliche Modellbildung erreichbar wird. Für die Zusammenarbeit mit spezialisierten Simulationstools werden WinMOD-Kommunikationen für die Integration in einem Laufzeitsystem genutzt.
Virtualisierung in der Fabrikautomation
Für die Virtualisierung in der Fabrikautomation wurde die WinMOD-Systemplattform um die Systemmodule für WinMOD-SIMLINE mit der 3D-Visualisierung und die Technologiebibliotheken mit Materialflussfähigkeit erweitert. Damit können Maschinen und Anlagen aus Sicht der Automation für alle Nutzungen virtualisiert werden.
Häufig gestellte Fragen zu Virtueller Inbetriebnahme
Was ist die Abkürzung für Virtuelle Inbetriebnahme?
Die gängige Abkürzung für die Virtuelle Inbetriebnahme lautet VIBN. Im internationalen Raum und in technischen Datenblättern finden Sie häufig auch das Kürzel VC für Virtual Commissioning. Beides hat sich als fester Standardbegriff im Maschinen- und Anlagenbau etabliert.
Was bedeutet Virtuelle Inbetriebnahme? / Was ist Virtuelle Inbetriebnahme? / Was ist Virtual Commissioning?
Unter virtueller Inbetriebnahme versteht man das Testen und Validieren der Steuerung einer Anlage mithilfe eines digitalen Modells. Dabei können SPS-Programme, Roboterprogramme und weitere Steuerungsfunktionen sowie deren Zusammenspiel mit der virtuellen Anlage getestet und optimiert werden, bevor die reale Anlage vollständig aufgebaut und in Betrieb genommen wird.
Wie funktioniert eine Virtuelle Inbetriebnahme? / Wie läuft die Virtuelle Inbetriebnahme ab?
Die Virtuelle Inbetriebnahme läuft in einem klar definierten Drei-Schritt-Prozess ab:
Zunächst wird die reale Anlage in einem digitalen Modell abgebildet. Anschließend wird die SPS mit der Steuerungssoftware verbunden, sodass die Anlagenabläufe virtuell simuliert und getestet werden können. Fehler sowie Optimierungspotenziale werden frühzeitig erkannt und behoben, bevor die Steuerung auf der realen Anlage eingesetzt wird.
Was ist Software-in-the-Loop (SiL)?
Eine Virtuelle Inbetriebnahme rein auf Software-Ebene nennt man Software-in-the-Loop (SiL). Hierbei wird bei den Tests komplett auf physische Bauteile verzichtet:
- Das Anlagenmodell:Existiert als virtuelles Verhaltensmodell in WinMOD.
- Die Steuerung:Läuft als emulierte Soft-SPS auf demselben oder einem vernetzten PC.
- Ihr Vorteil:Eine extrem flexible, ortsunabhängige und skalierbare Testarchitektur ohne jeglichen Hardware-Bedarf.
Warum Virtuelle Inbetriebnahme? / Welche Vorteile bietet die Virtuelle Inbetriebnahme?
Die Virtuelle Inbetriebnahme bringt eine Zeitersparnis von bis zu 75 % bei der realen Inbetriebnahme auf der Baustelle. Die Kernvorteile beim Einsatz von WinMOD umfassen:
- Frühzeitige Fehlererkennung:Softwarefehler werden bereits entspannt im Büro gefunden und behoben, statt unter Zeitdruck auf der Baustelle.
- Massive Kostenreduktion:Sie vermeiden unvorhergesehene Verzögerungen beim Kunden, sparen teure Reisekosten für Last-Minute-Einsätze und eliminieren das Risiko von Hardwareschäden durch Kollisionen.
- Höhere Softwarequalität:Durch die unkomplizierte Simulation von Fehlerszenarien erreicht der Steuerungscode einen Reifegrad, der auf realen Maschinen aus Sicherheitsgründen gar nicht getestet werden könnte.
Welche wirtschaftliche Rechtfertigung gibt es für die Virtuelle Inbetriebnahme in der Automatisierungsindustrie?
Die wirtschaftliche Rechtfertigung (der ROI) der Virtuellen Inbetriebnahme lässt sich am besten über das Prinzip der radikalen Risikominimierung erklären. Jeder Fehler, der erst beim Kunden auf der realen Baustelle auffällt, kostet ein Vielfaches von dem, was seine Behebung im Büro gekostet hätte. Die Investition in eine WinMOD-Lizenz und die Zeit für den Modellaufbau amortisieren sich in der Praxis oft schon durch den allerersten verhinderten Anlagen-Crash.
Bei einer ganzheitlichen Betrachtung der Wirtschaftlichkeit beschränken sich die Vorteile nicht allein auf die Reduzierung von Reise- und Übernachtungskosten.Hier ist eine detaillierte Aufschlüsselung der Risiken, die durch WinMOD effektiv neutralisiert werden:
| Risikofaktor | Das reale Problem auf der Baustelle | Die wirtschaftliche Lösung durch Virtuelle Inbetriebnahme (bspw. mit WinMOD) |
| Testrisiken (Hardware) | Nicht ausreichend getesteter SPS-Code an echten Maschinen ist brandgefährlich. Fehlerhafte Steuerungslogik kann beispielsweise zu unerwarteten Bewegungsabläufen führen, wodurch Anlagenteile oder Werkstücke miteinander kollidieren und Schäden verursachen können. | Kostenlose Kollisionen: Im digitalen Zwilling geht nichts kaputt. Sie testen kritische Grenzbereiche und Not-Aus-Ketten absolut zerstörungsfrei und beliebig oft. |
| Menschliche Risiken | Inbetriebnehmer arbeiten vor Ort oft unter extremem Zeitdruck, leiden unter Jetlag oder Baustellenlärm. Ermüdung führt unweigerlich zu einer höheren Fehlerquote. Zudem ist das Arbeiten neben tonnenschweren, noch ungetesteten Maschinen ein enormes physisches Sicherheitsrisiko für das Personal. | Stressfreies Engineering: Der kritischste und fehleranfälligste Teil der Arbeit – das Debugging des Codes – wird in die ruhige, sichere und ergonomische Büroumgebung verlagert. Das schützt die Gesundheit und bindet Fachkräfte. |
| Versteckte Fehlerquellen | Moderne Anlagen bestehen aus zigtausenden I/O-Signalen. Ein simpler Dreher in der Sensorbelegung im E-CAD fällt mechanisch nicht auf, führt in der Software aber zum Systemstillstand. Auf der Baustelle beginnt dann die nervenaufreibende Nadel-im-Heuhaufen-Suche. | Maximale Transparenz: WinMOD visualisiert Signale und Logik in Echtzeit. Signalfehler werden durch die 3D-Simulation sofort sichtbar und können mit wenigen Klicks behoben werden, bevor das erste echte Kabel verlegt ist. |
| Finanzielle Risiken | Lieferverzug wird im Anlagenbau richtig teuer. Konventionalstrafen fressen bei Verzögerungen extrem schnell die komplette Projektmarge auf. Reale Inbetriebnahmen sind oft ein Flaschenhals, weil sie erst am Ende der Projektkette stattfinden können. | Terminsicherheit: Durch Concurrent Engineering müssen Programmierer nicht mehr warten, bis die Mechanik fertig verschraubt ist. Die Software wird parallel getestet, was die Durchlaufzeiten massiv verkürzt und den Auslieferungstermin sichert. |
Zusammenfassend: Die Virtuelle Inbetriebnahme ist wirtschaftlich gesehen keine reine „Simulations-Software“, sondern die effektivste Versicherungspolice gegen Vertragsstrafen, Hardwareschäden und Personalverschleiß, die ein Anlagenbauer heute abschließen kann.
Welche Möglichkeiten bietet die Virtuelle Inbetriebnahme für die Nutzer?
Die Virtuelle Inbetriebnahme eröffnet völlig neue, agile Arbeitsweisen und bietet je nach Verantwortungsbereich im Unternehmen hochspezifische Vorteile. Vor allem durch das Concurrent Engineering – also das parallele Arbeiten von Mechanik, Elektrik und Automatisierung – müssen die Fachabteilungen nicht mehr aufeinander warten.
Die folgende Übersicht zeigt den konkreten Nutzen der WinMOD-Plattform für die drei wichtigsten Zielgruppen im Unternehmen:
| Zielgruppe | Konkreter Nutzen durch VIBN (WinMOD) |
Anwender in der Automatisierung (SPS-Programmierer) | Stressfreies Engineering: Komplexer Steuerungscode kann in Ruhe im Büro getestet werden. Fehlerhafte Steuerungslogik kann beispielsweise zu unerwarteten Bewegungsabläufen führen, wodurch Anlagenteile oder Werkstücke miteinander kollidieren und Schäden verursachen können. |
| Projektleiter für die Anlagen | Planungssicherheit: Massive Risikominderung im Projektablauf. Da der Softwaretest parallel zum mechanischen Aufbau startet, verkürzen sich die Durchlaufzeiten drastisch. Das sichert planbare und termingerechte Werksabnahmen. |
| Geschäftsführung (Management) | Kostenkontrolle & ROI: Vermeidung erheblicher Fehlerfolgekosten und Vertragsstrafen durch Lieferverzögerungen. Hinzu kommen eine signifikante Reduktion der Reise- und Inbetriebnahme Aufwände sowie der strategische Vorteil einer höheren Auslieferungsqualität beim Endkunden. |
Zusätzlich profitieren spätere Anlagenbediener davon, dass sie bereits vor der physischen Fertigstellung risikofrei am virtuellen Modell geschult werden können.