Die virtuelle Inbetriebnahme am digitalen Zwilling verbindet Ihr reales SPS-Programm mit einem Modell der Maschine, sodass Abläufe, Verriegelungen und Fehlerreaktionen getestet werden, bevor die Maschine steht. Der Ablauf hat sieben Schritte, von der Datenaufnahme bis zur Übergabe des Zwillings in den Betrieb. Der Zwilling ist dabei das Modell, die virtuelle Inbetriebnahme ist der Test, der darauf läuft.
Was die virtuelle Inbetriebnahme grundsätzlich bringt und welche Modelltiefe sinnvoll ist, beschreibt unser Beitrag Virtuelle Inbetriebnahme. Hier geht es um den Projektablauf: Wer liefert wann welche Daten, wie wird gekoppelt, und wann ist der Zwilling gut genug?
Digitaler Zwilling und virtuelle Inbetriebnahme: der Unterschied
Die beiden Begriffe werden oft gleichgesetzt. Präziser ist: Der digitale Zwilling ist ein Modell, das eine Maschine oder Anlage über ihren Lebenszyklus abbildet. Die virtuelle Inbetriebnahme ist eine Anwendung dieses Modells, nämlich der Test der Steuerung gegen das Modell vor der realen Inbetriebnahme. Begriffe und Modellarten definiert die Richtlinie VDI/VDE 3693 Blatt 1. Ein Zwilling, der für die virtuelle Inbetriebnahme gebaut wurde, kann später im Betrieb weiterleben, etwa für Umbauten oder die Fehlersuche im laufenden Betrieb.
Die sieben Schritte
- Ziel und Umfang festlegen: Welche Station, welche Abläufe, welche Fehlerfälle sollen getestet werden? Ohne diese Abgrenzung wächst das Modell ohne Ende.
- Daten aufnehmen: CAD-Daten der Mechanik, Stromlaufplan, E/A-Liste, Pflichtenheft und, falls vorhanden, Taktzeitvorgaben.
- Modell aufbauen: Geometrie vereinfachen, Kinematik anlegen, Sensoren und Aktoren mit den Adressen aus der E/A-Liste verknüpfen.
- An die Steuerung koppeln: reale SPS über ein Feldbus- oder OPC-UA-Gateway oder virtuelle SPS, etwa S7-PLCSIM Advanced für die S7-1500.
- Testfälle aus dem Pflichtenheft ableiten: Normalablauf, jede Betriebsart, Not-Halt-Reaktion der Standardsteuerung, Sensorausfall, Stau, Wiederanlauf.
- Testen und korrigieren: Fehler im Programm beheben, Abweichungen zwischen Modell und Konstruktion an die Mechanik zurückmelden.
- Virtuelle Abnahme und Übergabe: Testprotokoll, Abnahme durch den Kunden am Bildschirm, Zwilling und Programmstand an das Inbetriebnahmeteam übergeben.
Schritt 4 entscheidet über den Aufwand. Eine virtuelle S7-1500 mit S7-PLCSIM Advanced ist schnell aufgesetzt und testet das Programm samt Firmwareverhalten, ohne Hardware auf dem Tisch. Wie das im Detail funktioniert, steht im Beitrag zu PLCSIM Advanced. Mit realer Steuerung im Hardware-in-the-Loop prüfen Sie zusätzlich Zykluszeiten und Kommunikation, brauchen aber die Hardware früher.
Virtuelle Inbetriebnahme: PLCSIM Advanced und Plant Simulation
Siemens Knowledge Hub
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Auf YouTube ansehenWer liefert was
| Beitrag | Konstruktion | Elektro | Steuerungstechnik |
|---|---|---|---|
| Daten | CAD-Modell, Bewegungsabläufe | Stromlaufplan, E/A-Liste | SPS-Programm, Pflichtenheft |
| Im Modell | Geometrie, Kinematik | Signalzuordnung | Testfälle |
| Rückmeldung | Kollisionen, Verfahrwege | fehlende oder vertauschte Signale | Programmfehler |
Der VDMA-Leitfaden Virtuelle Inbetriebnahme von 2020 hält aus Experteninterviews fest, dass eine Einführung durch einzelne Mitarbeiter in einem Nebenprojekt meist nicht zum Erfolg führt. Er empfiehlt eine Pilotphase mit einem oder mehreren Standardprojekten, die zwei Jahre nicht überschreiten sollte, und danach eine Produktivphase. Unsere Erfahrung deckt sich damit: Ohne Rückendeckung der Abteilungsleitungen fehlen die Daten aus Konstruktion und Elektro genau dann, wenn das Modell sie braucht.
Planen Sie deshalb feste Übergabepunkte: Die Konstruktion liefert das CAD-Modell in einem vereinbarten Stand, die Elektrokonstruktion eine freigegebene E/A-Liste, die Steuerungstechnik einen übersetzbaren Programmstand. Ändert sich danach etwas, wird es wie jede andere Änderung dokumentiert. Das klingt bürokratisch, verhindert aber die häufigste Ursache für Verzug in solchen Projekten: Modell und Programm laufen auseinander, und niemand weiß mehr, welcher Stand gilt.
Woran Sie erkennen, dass der Zwilling reicht
Ein häufiger Fehler ist ein zu detailliertes Modell. Für die Steuerungsprüfung genügt es meist, dass Sensoren zur richtigen Zeit schalten und Aktoren mit plausibler Dauer verfahren. Drei Fragen helfen bei der Entscheidung:
- Löst jeder Testfall im Pflichtenheft ein beobachtbares Ereignis im Modell aus?
- Stimmen die Zeiten so weit, dass Zeitüberwachungen im Programm sinnvoll getestet werden?
- Lässt sich jeder relevante Fehlerfall im Modell auslösen, etwa ein ausbleibender Sensor oder ein blockierter Zylinder?
Wenn alle drei Antworten ja lauten, ist weiteres Modellieren meist Zeitverschwendung. Kollisionsprüfungen mit genauer Geometrie sind ein eigenes Thema und gehören in die Konstruktion. Sicherheitsfunktionen werden nach EN ISO 13849 validiert, an der realen Maschine.
Fehler, die Projekte verzögern
- Modell vor Pflichtenheft: Wer modelliert, bevor Abläufe und Fehlerreaktionen beschrieben sind, baut das Falsche und baut es zweimal.
- Veraltete E/A-Liste: Jede Abweichung zwischen E/A-Liste, Stromlaufplan und Programm erzeugt im Modell Scheinfehler, die Zeit kosten.
- Kein Termin für die virtuelle Abnahme: Ohne festen Termin mit dem Kunden wird der Test zur Daueraufgabe neben dem Tagesgeschäft.
- Zwilling endet mit dem Projekt: Wird das Modell nach der Inbetriebnahme nicht gepflegt, fehlt es beim nächsten Umbau genau dann, wenn es helfen würde.
Die virtuelle Abnahme selbst ist schlicht organisiert: Ein Kundenvertreter verfolgt am Bildschirm, wie die Testfälle aus dem Pflichtenheft am Modell ablaufen, Abweichungen landen in einer Mängelliste mit Frist. Das ersetzt die Werksabnahme nicht, nimmt ihr aber die meisten Überraschungen. Wie FAT und SAT dokumentiert werden, steht im Beitrag Pflichtenheft, FAT und SAT.
Wie Wartens die virtuelle Inbetriebnahme liefert
Wartens baut das Modell aus Ihren CAD-Daten im Maßstab 1:1, koppelt es mit Ihrem realen oder virtuellen SPS-Programm und testet nach den Fällen aus dem Pflichtenheft. Die Zwillinge entstehen über die Gruppenmarke iUNI, deren Lieferumfang wir im Produktüberblick beschreiben. Wer seine Modelle später mit Kunden und Zulieferern teilen will, findet die Grundlagen im Beitrag Digitaler Zwilling im Maschinenbau. Das Angebot steht unter Digitale Zwillinge.
Nächster Schritt: Wählen Sie eine Station für einen Pilot und schicken Sie uns CAD-Format, Steuerungstyp und Pflichtenheft. Wir schlagen Modelltiefe, Testfälle und Umfang vor. Kontakt aufnehmen.
