Für Betreiber steht nicht eine termingerechte und fehlerfreie Erstinbetriebnahme im Vordergrund, sondern ein stabiler, effizienter und flexibler Anlagenbetrieb. Dementsprechend sollten Umbauten im Bestand, Produktwechsel, Taktzeitoptimierungen, Erweiterungen von Linien oder Retrofit-Projekte mithilfe der virtuellen Inbetriebnahme umgesetzt werden, um unerwartete Probleme zu vermeiden.
Voraussetzung dafür ist eine echtzeitfähige, physikbasierte Simulation. Reine Visualisierungen reichen dagegen nicht aus. Denn nur wenn die Simulationssoftware in Echtzeit mit der Steuerung kommuniziert, entsteht eine belastbare Testumgebung. Alle Kinematiken, Massen, Kräfte sowie das Kontakt- und Kollisionsverhalten werden dabei korrekt abgebildet.
Genau diese Kopplung erlauben physikbasierte Simulationsplattformen wie iPhysics von Machineering. Die Steuerung wird über standardisierte Schnittstellen angebunden und kommuniziert mit dem virtuellen Modell. So lassen sich die Bewegungsprofile, Abläufe, Sicherheitsfunktionen und neue Prozessparameter unter realitätsnahen Bedingungen risikolos testen. Für Betreiber entsteht damit eine sichere Umgebung, um geplante Änderungen virtuell abzusichern.
Umbauten, Variantenvielfalt und Schulung effizient beherrschen
In bestehenden Anlagen sind Softwarestrukturen häufig historisch gewachsen, Dokumentationen nicht immer vollständig, logische Abhängigkeiten dagegen komplex. Daher kann jede noch so kleine Änderung im SPS-Programm zu unerwarteten Auswirkungen auf nachgelagerte Prozesse führen. Dank der virtuellen Inbetriebnahme können solche Effekte frühzeitig erkannt und damit vermieden werden. Bewegungsabläufe werden analysiert, mögliche Kollisionen überprüft und Taktzeiten bewertet. Änderungen und Anpassungen finden nur am Modell statt und nicht an der laufenden Anlage.
Für die Änderungen an der realen Maschine bedeutet das, dass nur vorab komplett getestete Konzepte implementiert werden. Damit werden Stillstandszeiten bei Änderungen planbarer und kürzer. Gleichzeitig wird die Umsetzung dieser Variationen sicherer, da kritische Szenarien bereits im Vorfeld getestet wurden. Gerade bei stark ausgelasteten Anlagen oder solchen mit geringen Pufferzeiten ist dies von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung.
Gerade in Branchen mit großer Variantenvielfalt gehören regelmäßige Produkt- oder Formatwechsel zum Standard. Viele veränderte Parameter könnten das Gesamtsystem beeinflussen. Dank der Simulation können diese Anpassungen zunächst virtuell integriert werden. Neue Greifpunkte werden dabei definiert, Beschleunigungsprofile optimiert und Übergabepositionen geprüft. Zudem lassen sich so Kollisionen vermeiden und Taktzeitreserven realistisch bewerten, bevor dies an der realen Maschine getestet wird.
Dadurch lassen sich Fehler oder Risiken frühzeitig erkennen und damit vermeiden. Gleichzeitig wird die integrierte Mechanik geschont, da neue Abläufe nicht direkt an der realen Anlage getestet werden. Die virtuelle Inbetriebnahme unterstützt somit nicht nur die technische Absicherung, sondern dient auch der nachhaltigen Optimierung.
Doch nicht nur auf technischer Ebene, sondern auch organisatorisch bietet die virtuelle Inbetriebnahme viele Vorteile. Gerade zu Schulungszwecken ist es wichtig, dass Mitarbeitenden mit der jeweiligen Anlage vertraut wird. Dies im laufenden Betrieb umzusetzen, birgt allerdings unübersichtliche Risiken. Eine Simulation dagegen ermöglicht ein gezieltes Operator-Training. Dabei können sogar, anders als an der realen Maschine, Störfälle simuliert, Reaktionsstrategien eingeübt und Diagnoseabläufe trainiert werden. Gerade in Unternehmen aus der Lebensmittelindustrie, Verpackungshersteller oder Konsumgüterproduzenten mit häufig wechselnden Teams oder saisonale Produktionsspitzen gewinnen neue Mitarbeitende mehr Sicherheit im Umgang mit der Maschine, ohne in den Produktionsprozess einzugreifen.
Vom Simulationsmodell zum digitalen Zwilling
Das Simulationsmodell wird fortlaufend mit der realen Maschine abgeglichen. Damit entsteht gleichzeitig ein jederzeit aktueller digitaler Zwilling, der alle Änderungen beinhaltet. Um dies erfolgreich umzusetzen, müssen die neuen Versionen von Mechanik und Software integriert sowie klare Verantwortlichkeiten für die Modellpflege verteilt werden. Denn nur wenn alle Änderungen systematisch dokumentiert und in das Modell übernommen werden, können die Vorteile auch genutzt werden.
Moderne Simulationsplattformen wie iPhysics unterstützen diesen Ansatz durch modulare Modellierung, standardisierte Schnittstellen und Echtzeitfähigkeit. In Kombination mit einem physikbasierten Kern entsteht eine robuste Testumgebung für SPS-Programme, Bewegungsabläufe und Prozessparameter.
Wirtschaftlich betrachtet zeigt sich der Nutzen häufig schneller als erwartet. Bereits die Vermeidung eines längeren ungeplanten Stillstands kann die Investition rechtfertigen. Hinzu kommen verkürzte Umbauzeiten, schnellere Fehleranalysen und eine insgesamt höhere Prozessstabilität. Die virtuelle Inbetriebnahme trägt damit unmittelbar zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit bei.
Die virtuelle Inbetriebnahme schafft fortlaufende Transparenz über komplexe Anlagenzusammenhänge und ermöglicht fundierte Entscheidungen auf Basis realitätsnaher Simulation. Sie wird damit zu einem zentralen Baustein einer nachhaltigen Digitalisierungsstrategie im industriellen Umfeld. Das gilt nicht nur in der Projektphase, sondern über den gesamten Lebenszyklus einer Maschine hinweg.
Eine Frage der Zugänglichkeit
Eine weitere Herausforderung ist es, dass der digitale Zwilling meist beim Hersteller und nicht beim Betreiber angesiedelt ist. Zwar werden der Einsatz einer Simulationsplattform und die virtuelle Inbetriebnahme immer öfter im Lastenheft gefordert, aber der nachhaltige Nutzen verbleibt jedoch oft ausschließlich beim Maschinenbauer.
Dabei geht es vornehmlich um Daten, die nicht offengelegt werden wollen. Angefangen bei Konstruktionsdetails, über Bewegungslogiken und Steuerungskonzepte, die entscheidende Bestandteile des unternehmerischen Knowhows der Maschinenbauer sind. Viele dieser Daten sind im digitalen Zwilling integriert. Und genau dadurch fehlt den Betreibern die Grundlage für ein Simulationsmodell, das sie vollumfänglich nutzen können. Moderne Simulationsplattformen wie iPhysics bieten hierfür einen strukturierten Lösungsansatz. Dabei können einzelne Baugruppen passwortgeschützt modelliert werden, sodass einerseits ihre interne Struktur nicht einsehbar ist, gleichzeitig aber alle physikalischen Eigenschaften und Simulationsfunktionen vollständig erhalten bleiben.
Auf dieser Basis können Umbauten, Formatwechsel oder die Einführung neuer Produkte umgesetzt werden und Prozesse vorab virtuell getestet und optimiert werden. Dadurch, dass das Modell so kontinuierlich mit der realen Maschine abgeglichen und systematisch gepflegt wird, entwickelt es sich zu einem belastbaren digitalen Zwilling über den gesamten Lebenszyklus hinweg.
Diese Tatsachen eröffnen Maschinenbauern zudem ein neues Geschäftsfeld: Mit der Maschine kann der digitale Zwilling als zusätzliches Add On ausgeliefert werden oder notwendige Umbaumaßnahmen digital begleitet und für den Anlagenbetreiber absichert werden.
