Der Zusammenhang zwischen Simulation und virtueller Inbetriebnahme
Optimale Steuerungsprogramme durch präzise Simulationsstudien
Unsere Simulationsstudien bieten eine solide Grundlage für die Entwicklung effizienter Steuerungsprogramme. Diese können in speziellen Fällen auf Grundlage der Simulationsmodelle sogar weitgehend automatisiert erstellt werden, was die Programmierarbeit erheblich beschleunigt und vereinfacht.
Effizienzsteigerung durch virtuelle Inbetriebnahme
Entwicklungsbegleitend sowie nach Fertigstellung der Steuerungsprogramme ermöglicht die virtuelle Inbetriebnahme ein umfassendes Testen der Funktionen, unabhängig von der physischen Anlage. Diese Methode wird oft als „Emulation“ bezeichnet, da sie das Verhalten der Sensorik, Aktorik und kompletten speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) genau nachahmt.
Von der Simulation zur Emulation: Nahtloser Übergang
Unsere Simulationsmodelle aus der Anlagenplanungsphase (virtueller Zwilling) sind die perfekte Basis für Emulationsmodelle, strukturiert gemäß der Automatisierungspyramide. So ermöglichen sie einen nahtlosen Wechsel zwischen Simulations- und Emulationsmodus. Bei einer Emulation werden die im Modell integrierten Algorithmen durch Steuerungen auf externen Systemen, wie SPS oder Materialflussrechner (MFR), ersetzt und mit dem Modell synchronisiert.
Typische Anwendungsbereiche der virtuellen Inbetriebnahme
Entwicklung komplett neuer Maschinen- und Anlagenkonzepte (Prototyping)
Im Regelfall wird hier mit physikalischen Prototypen gearbeitet, deren Herstellung und Umbau zeitraubend und sehr kostspielig sind. Der Einsatz von digitalen Zwillingen reduziert in diesem Anwendungsfall die notwendige Anzahl physikalischer Prototypen und verkürzt die Entwicklungszeiträume, da sich in der virtuellen Welt Konzepte effizienter bewerten und verbessern lassen.
Sondermaschinen- und Anlagenbau allgemein
Der Klassiker: Hier kommt die virtuelle Inbetriebnahme sowohl auf SPS- wie auch Leitebene (MES, MFR) zum Einsatz. Es geht um Kosteneinsparung durch die Vermeidung von vor Ort Einsätzen; Risikominimierung, da ein mechanischer Crash zum Beispiel zu dramatischem Zeitverzug führen kann, aber auch um den schonenden Einsatz knapper SPS-Ressourcen.
Retrofits sowie Maschinen- / Anlagenerweiterungen
Die besondere Herausforderung in diesen Fällen liegt darin, dass Maschinen und Anlagen bereits produktiv sind. Umbauten und die Wiederinbetriebnahme sollten innerhalb kürzester Zeit erfolgen, um Produktionsunterbrechungen so kurz wie möglich zu halten. Es bieten sich deshalb umfassende virtuelle Vorab-Tests der Steuerungsprogramme (z.B. auf Basis von Emulate3D) an, um dieses Ziel zu erreichen und die Kosten für den Produktionsausfall möglichst gering zu halten. Auch im Sinne des Risikomanagements sind die virtuellen Tests durchaus zu empfehlen.
Ausbildung in einem realistischen virtuellem Umfeld
In vielen Branchen gibt es einen enormen Fachkräftemangel, gepaart mit hoher Fluktuation. Dies führt zu der Situation, dass regelmäßig neue Mitarbeiter ausgebildet werden müssen. Um dies möglichst effizient zu bewerkstelligen, bieten sich digitale Zwillinge an. Mitarbeiter werden dabei mit realitätsgetreuen virtuellen Modellen geschult und lernen so spielend, kostengünstig und risikolos die Bedienung einer Maschine oder Anlage und sind so perfekt für den Einsatz vorbereitet.
Der größte Vorteil der virtuellen Inbetriebnahme ist die Zeit- und Kostenersparnis
Die virtuelle Inbetriebnahme verkürzt nicht nur den Anlaufprozess erheblich, sondern verbessert auch die Qualität der Steuerungen und minimiert Risiken durch frühzeitige Fehlererkennung. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, Steuerungen bereits vor der physischen Existenz der Anlagen in Betrieb zu nehmen, wodurch sich zahlreiche Vorteile ergeben:
- Erhöhung der Maschinen- und Anlagenverfügbarkeit durch intensivere Tests
- Kosteneinsparungen durch Verlagerung der Inbetriebnahme ins Büro
- Risikominimierung durch frühzeitiges Erkennen von Crashsituationen
- Termintreue durch paralleles Testen und andere Engineering-Prozesse
- Möglichkeit, Änderungen im Steuerungscode vor der eigentlichen Inbetriebnahme zu testen und zu optimieren
Die genaue Kosteneinsparung durch den Einsatz von virtueller Inbetriebnahme ist häufig schwer zu ermitteln. Fehler werden frühzeitig identifiziert und beseitigt bevor sie auftreten – im schlimmsten Fall als Crash der Mechanik. Auch Punkte wie Mitarbeiter- und Kundenzufriedenheit sind monetär kaum zu bewerten, aber wichtige Argumente für den Einsatz von virtueller Inbetriebnahme.
Vertiefen Sie das Thema in unseren weiterführenden Artikeln
Die virtuelle Inbetriebnahme ist ideal für automatisierte Produktions- und Intralogistikanlagen geeignet und wird je nach Anforderung in High-Level oder Low-Level Emulation unterteilt. Während High-Level Emulationen die gesamte Steuerung inklusive Sensorik und Aktorik simulieren, konzentrieren sich Low-Level Emulationen auf Sensorik und Aktorik allein.