Virtuelle Inbetriebnahme Baustein im Engineeringprozess

Autor / Redakteur: Roman Pieloth / Reinhard Kluger

Der virtuellen Inbetriebnahme gehört die Zukunft. Projekte sind schneller realisiert, dank mechatronischer Module lassen sie sich sogar standardisieren. Entwicklungszeiten und Kosten gehen spürbar zurück.

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Dank virtueller Maschinen lassen sich nicht nur die Inbetriebnahmezeiten beim Errichten von Maschinen und Anlagen wesentlich verkürzen, sondern auch die Entwicklungszeiten. Die gesamte Laufzeit eines Projektes wird planbarer. Und: Zusätzlich verbessert sich langfristig die Qualität der Automatisierungslösung, denn Änderungswünsche lassen sich einfacher und kostensparender auf Tauglichkeit prüfen. Know How und Kompetenz werden datentechnisch abgebildet und damit für andere nutzbar gemacht.

Motivation und Ziele

Die Anforderungen von Kunden des Maschinen- und Anlagenbaus an technisch innovative, kostengünstige Lösungen nehmen immer mehr zu. Die Möglichkeit, Produkte mit Losgröße „eins“ zu Bedingungen der Serienfertigung zu erzeugen, ist verlockend. Auch sollten Produkte der Zukunft mit den Anlagen produziert werden, die dafür noch nicht definiert waren. Die angestrebte Typenvielfalt sowie ein verschärfter Druck auf die Kosten und Termine tut ein Übriges dazu. Um sich vom Wettbewerb abzuheben und sich Vorteile zu verschaffen, gilt es, diese Komplexität in den Griff zu bekommen.

Automatisierer stehen mit ihren Inbetriebsetzungsingenieuren am Ende der Lieferkette, so dass oft nur wenig Zeit verbleibt, um ein Projekt erfolgreich umzusetzen. Mit der „virtuellen Inbetriebnahme“ lassen sich diese Herausforderungen bewältigen. Dahinter verbirgt sich mehr als eine Simulation.

Die Ziele und der Nutzen

Weitere Ziele der „IBN von Virtuellen Maschinen“ sind:

  • eine effektivere Spezifizierung der Aufgabenstellung,
  • eine Erhöhung eines möglichen Standardisierungsgrades,
  • die Verbesserung der Softwarequalität sowie die
  • stabile und nachvollziehbare vereinbarte Abnahmekriterien,
  • eine optimale Voraussetzung für Service und Wartung,
  • das Ausbilden und Einarbeiten von Mitarbeitern und eine
  • Ansammlung von Prozess-Know-How (Funktionen).

Dass die definierten SW-Abläufe funktionieren, ist in der Regel gegeben. Schwieriger wird es, die entsprechenden Rahmenbedingungen herzustellen, um die Software auch in Störfällen zu testen. Weit mehr als 2/3 einer Steuerungssoftware dient dazu, diese auch unter Einflüssen aus der Umgebung am Laufen zu halten und die Sicherheit und Funktionsfähigkeit der Anlage sicher zu stellen. Mit der Virtuellen Maschine hat man nun die Möglichkeit, die Applikation mit der realen Steuerungstechnik, Antriebstechnik sowie Busanbindung entsprechend zu testen. Optimierungsschritte lassen sich so risikoarm umsetzen und auf Funktionsfähigkeit überprüfen.

Der Nutzen beim Retrofit

Der Nutzen zeigt sich sowohl bei Neuanlagen als auch bei Retrofitmassnahmen. Bei Neuanlagen kann man die Realisierung von Abläufen der Maschinenkomponenten unabhängig vom Fertigstellungsgrad der Maschine vorantreiben. Bei Umbauten von Altanlagen ist man jetzt in der Lage, die Tests der Software am Schreibtisch durchzuführen, sodass man gesicherte Erkenntnisse für die tatsächliche Inbetriebsetzung erhält und: Die Unterbrechung der Produktion beschränkt sich auf ein Minimum. So lässt sich die Wettbewerbsfähigkeit erhöhen, während sich die Kosten reduzieren, weil zusätzliche Versuche entfallen können. Insgesamt erhöht sich die Qualität des Projektes.

Changemanagement bei der Einführung

Das schwierigste bei der Einführung von innovativen Themen ist das Aufbrechen der vorhandenen Paradigmen. Die Vorgehensweisen und Strategien der Mitarbeiter haben sich über die Jahre eingeprägt. Ein Beispiel dafür ist, dass Automatisierer einen Großteil der Software erst auf der Anlage entwickeln, da sich die Rahmenbedingungen permanent verändern. Diese von einer alternativen Vorgehensweise zu überzeugen, bedeutet „Changemanagement“ zu betreiben.

Erfahrungsgemäß besteht der erste Schritt darin, die Akzeptanz bei den Entwicklern zu erhalten. Als eine pragmatische und erfolgreiche Methode erwies sich, parallel zur Projektentwicklung eine Virtuelle Maschine aufzusetzen. Danach benutzten wir die Projektsoftware, nach erfolgter Teilinbetriebsetzung, um die Virtuelle Maschine in Betrieb zu setzen. Das Ergebnis war für die Entwickler verblüffend. Es wurde noch eine Anzahl an Fehlern herausgetestet. Der Grund dafür war, dass die Anlagenzustände, die wir auf der Virtuellen Maschine erzeugen konnten, sich während der Testphase nur mit großem Aufwand hätten erzeugen lassen können.

Baustein im Engineeringprozess

Die Inbetriebsetzung einer Virtuellen Maschine ist ein Baustein im Engineeringprozess. Durch die Aufteilung der Maschinenteile in mechatronische Module kommt man der Standardisierung näher. Die für die Funktion notwendigen Beschreibungen, Schaltpläne, Softwaremodule, Hydraulikpläne usw. charakterisieren die entsprechenden Komponenten und können somit immer wieder eingesetzt werden. Ist diese mit dem dazugehörenden Simulationsmodell getestet, kann der Anwender sicher sein, dass die Funktionsfähigkeit gegeben ist. Die Entwicklungszeiten ebenso wie die Kosten reduzieren sich entsprechend.

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Roman Pieloth, Geschäftsgebietsleiter Automatisierung, Heitec

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