Bei der virtuellen Inbetriebnahme testen Sie das echte SPS-Programm an einem Simulationsmodell der Maschine, bevor die Maschine gebaut oder umgebaut ist. Fehler in Schrittketten, Verriegelungen und Fehlerreaktionen fallen am Schreibtisch auf statt beim Kunden. Die Montage- und Inbetriebnahmezeit vor Ort sinkt, und die Software ist beim ersten Einschalten deutlich reifer.
Das Prinzip ist bekannt, die Nutzung noch nicht. Eine Studie des Fraunhofer IWU unter sächsischen Maschinen- und Anlagenbauern ergab 2024: Über 90 Prozent der befragten Unternehmen kennen die virtuelle Inbetriebnahme, fast ebenso viele schätzen das Potenzial hoch ein, aber nur wenige nutzen sie in der Praxis.
Virtuelle Inbetriebnahme: Begriffe und Varianten
Die Richtlinie VDI/VDE 3693 Blatt 1 definiert die virtuelle Inbetriebnahme und ihre Modellarten. Sie ist im Mai 2025 neu erschienen. Für die Praxis sind zwei Varianten wichtig:
| Variante | Steuerung | Wann sinnvoll |
|---|---|---|
| Software-in-the-Loop (SiL) | emulierte Steuerung, z. B. S7-PLCSIM Advanced | früh im Projekt, ohne Hardware, gut für Remote-Arbeit |
| Hardware-in-the-Loop (HiL) | reale Steuerung mit Bussystem am Simulationsrechner | wenn Zeitverhalten, Sicherheitstechnik oder Kommunikation geprüft werden müssen |
Beide Varianten koppeln das Steuerungsprogramm mit einem Modell, das Sensoren, Aktoren und Materialfluss nachbildet. Das Fraunhofer IWU beschreibt genau diese Kopplung aus 3D- und Verhaltensmodell mit einer Emulation der Steuerung oder der realen Steuerungshardware. Die Fehlerbehebung kann dann im Büro oder sogar im Homeoffice stattfinden.
Welche Modelltiefe Sie wirklich brauchen
Der größte Kostentreiber ist ein zu detailliertes Modell. Für die meisten Steuerungstests reicht ein Verhaltensmodell: Ein Zylinder fährt in einer definierten Zeit aus und meldet die Endlage, ein Band transportiert ein Teil von Sensor A nach Sensor B. Physik, Kollisionen und fotorealistische 3D-Darstellung brauchen Sie nur, wenn Sie Taktzeiten, Robotik oder Bauraum prüfen wollen.
Unsere Faustregel: Das Modell muss genau so genau sein, dass die Steuerung den Unterschied zur echten Maschine nicht bemerkt. Alles darüber hinaus ist Aufwand, der sich nur für spezielle Fragestellungen lohnt.
- Stufe 1, Signalebene: E/A-Simulation mit Zeitverhalten. Ideal für Migrationen und Standardmaschinen.
- Stufe 2, Verhaltensmodell: Komponenten mit Logik, Materialfluss als Objekte. Für Sondermaschinen und Linien.
- Stufe 3, 3D mit Physik: Kinematik, Kollision, Taktzeitanalyse. Für komplexe Handhabung und Layoutfragen.
Was die virtuelle Inbetriebnahme bringt
Herstellerangaben zeigen die Größenordnung. Siemens beschreibt in einem Executive Brief mit Praxisbeispielen (Mai 2025) unter anderem ein Hochregallager, bei dem die reale Inbetriebnahme durch ein Simulationsmodell um knapp ein Drittel verkürzt wurde, und einen Produktionsmaschinenbauer mit vier statt fünfzehn Tagen Inbetriebnahmezeit. Das sind Herstellerfälle, aber die Richtung deckt sich mit unabhängigen Erfahrungen.
Nahezu 80 Prozent der Maschinenfunktionalitäten wurden in der virtuellen Inbetriebnahme validiert.
Der wirtschaftliche Nutzen liegt nicht nur in kürzerer Inbetriebnahme. Software kann parallel zur Mechanik entstehen, Kunden können Abläufe früh abnehmen, und Bediener lassen sich am Modell schulen, bevor die Maschine steht. Für Maschinenbauer mit knapper Steuerungskapazität ist der vielleicht wichtigste Punkt: Die Programmierung lässt sich remote vergeben, weil die Maschine als Modell verfügbar ist.
Virtuelle Inbetriebnahme für Maschinenbauer
Siemens Knowledge Hub
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Eine virtuelle Inbetriebnahme verändert die Zusammenarbeit zwischen Mechanik, Elektrokonstruktion und Software. Die Mechanik liefert früh Bewegungsabläufe und Zeiten, die Elektrokonstruktion eine stabile E/A-Liste, die Softwareabteilung programmiert gegen das Modell. Neu ist die Rolle des Modellbauers. In kleinen Teams übernimmt das oft der SPS-Programmierer selbst, in größeren eine eigene Simulationsgruppe.
Wichtig ist ein gemeinsamer Datenstand. Wenn die E/A-Liste in drei Versionen existiert, testet die Simulation gegen die falsche. Bewährt hat sich, die Signalzuordnung zwischen Steuerung und Modell automatisch aus der Elektrokonstruktion zu erzeugen, zum Beispiel aus EPLAN-Daten. Dann gilt bei jeder Änderung eine einzige Quelle.
Auch der Kunde des Maschinenbauers kann profitieren. Eine Remote-Vorabnahme am Modell zeigt Abläufe und Bedienkonzept, bevor die Maschine verschifft wird. Änderungswünsche kommen dann früh und nicht erst bei der Werksabnahme, wenn jede Änderung teuer ist. Die Richtlinie VDI/VDE 3693 Blatt 2 zur Einführung der virtuellen Inbetriebnahme in Unternehmen wird derzeit überarbeitet, ein Hinweis darauf, wie stark sich die Praxis gerade verändert.
Und schließlich die Instandhaltung beim Betreiber. Ein Modell, das bei der Inbetriebnahme entstanden ist, lässt sich später für Schulungen, für das Testen von Softwareänderungen und für die Fehlersuche weiterverwenden. Ein Zwilling, der für die Inbetriebnahme gebaut wurde, zahlt sich so über Jahre im Betrieb aus. Voraussetzung ist, dass Modell und Steuerungsprogramm gemeinsam versioniert und bei jeder Änderung an der Maschine nachgezogen werden.
So starten Sie mit einem Pilotprojekt
- Wählen Sie eine Maschine mit wiederkehrendem Aufbau und hohem Inbetriebnahmeaufwand, nicht das komplexeste Projekt.
- Legen Sie die Modelltiefe fest, meist Stufe 1 oder 2.
- Bauen Sie das Modell parallel zur Konstruktion auf, nicht danach.
- Definieren Sie Testfälle: Normalablauf, jede Betriebsart, die wichtigsten Störungen.
- Messen Sie die Inbetriebnahmezeit vor Ort und vergleichen Sie sie mit einer ähnlichen Maschine ohne Simulation.
- Überführen Sie Modellbausteine in eine Bibliothek, damit die nächste Maschine günstiger wird.
Werkzeuge und Interoperabilität
Für Siemens-Steuerungen ist S7-PLCSIM Advanced die übliche Basis, ergänzt um SIMIT, NX Mechatronics Concept Designer oder Process Simulate. Für TwinCAT und CODESYS gibt es eigene Simulationswege. Details zu PLCSIM Advanced finden Sie im Beitrag PLCSIM Advanced und Software-in-the-Loop. Wenn Ihre Kunden Teil von Manufacturing-X-Projekten sind, lohnt es sich, Modelldaten früh an der Verwaltungsschale auszurichten. Mehr dazu im Beitrag Verwaltungsschale.
Wartens baut Maschinen- und Linienzwillinge, die von Ihrem SPS-Programm gesteuert werden, und testet damit Logik, Verriegelungen und Abläufe vor der Arbeit vor Ort. Weil wir Automatisierungsingenieure sind, läuft im Zwilling dieselbe Steuerungslogik wie an der Maschine. Mehr dazu unter Digitale Zwillinge und virtuelle Inbetriebnahme.
Nächster Schritt: Nennen Sie uns eine Maschine für ein Pilotprojekt. Wir schlagen Modelltiefe, Testfälle und einen Festpreis vor. Kontakt aufnehmen.
