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(K)ein Theater mit der (virtuellen) Inbetriebnahme

Was haben die Inszenierung eines Theaterstückes und die Inbetriebnahme von Anlagen gemeinsam? Wir verraten Ihnen was, welche Vorteile die virtuelle Inbetriebnahme bringt und wie der Weg von der virtuellen zur realen Inbetriebnahme im Idealfall aussieht.

Was haben die Inszenierung eines Theaterstückes und virtuelle Inbetriebnahme gemeinsamVorhang auf – Bühne frei. Was dem Zuschauer wie ein leichtes Spiel erscheint, war im Vorfeld oftmals ein echter Kraftakt. Planen, proben, anpassen … bis jedes Detail der Dramaturgie und jede Bewegung der Akteure eingespielt sind. Theateraufführungen und Inbetriebnahme von Anlagen haben unterschiedliche Zielsetzungen, folgen aber einem ähnlichen Prinzip: dem Netz und doppelten Boden durch ein ausgeklügeltes Konzept und Proben. Damit die Premiere ein voller Erfolg wird.

Nach der Generalprobe folgt die Feuerprobe. Und diese ist in der Regel mit hohem Lampenfieber auf Seiten der Beteiligten verbunden – sowohl im Theater als auch bei der Inbetriebnahme einer Anlage in der Fabrik. Es sei denn, es steht eine virtuelle Inbetriebnahme dahinter – dann weicht das Lampenfieber dem Ruhepuls.

Applaus, Applaus: Mit der virtuellen Inbetriebnahme zu mehr Transparenz und Effizienz

Bei der virtuellen Inbetriebnahme werden auf einer virtuellen Maschine Planungsdaten erprobt, eingespielt und gegebenenfalls optimiert. Erst wenn alle Stellschrauben reibungslos im virtuellen Raum funktionieren, werden die Programme auf die reale Maschine bzw. Anlage übertragen. Durch diese virtuelle Stellprobe können Fehler im Vorfeld aufgedeckt und Kosten sowie Mehraufwand nachhaltig minimiert werden. Denn Improvisation funktioniert im Live-Einsatz nur auf der Bühne – in der Fabrik führt sie in der Regel zu „Theater“, im schlechtesten Fall sogar zum Stillstand der Produktion oder Materialflüsse.

Eine tragende Rolle spielt dabei die 3D-Simulation, welche das Verhalten der Maschine rekonstruiert. So können komplexe Zusammenhänge bezüglich Materialfluss und Robotersteuerung detailgetreu abgebildet und erprobt werden.

Eine frühzeitige virtuelle Inbetriebnahme:

  • sichert die Produkt- und Prozessqualität von mechanischen Komponenten, Elektrik oder Elektronik
  • erhöht die Planungs- und damit Investitionssicherheit
  • verkürzt Inbetriebnahme- und damit Projektdurchlaufzeiten
  • minimiert Entwicklungs- sowie Realisierungsaufwände und damit Projektkosten
  • reduziert Stillstandzeiten und Produktionskosten im laufenden Betrieb

Da sich nicht alle Fehlerquellen ausschließen lassen, kann die virtuelle die reale Inbetriebnahme nicht vollständig ersetzen. Das Risiko ist jedoch bis auf ein Minimum reduziert. Dies gilt im Übrigen nicht nur für neue Anlagen, die in Betrieb genommen werden sollen, sondern auch bei der Erweiterung bzw. dem Umbau bestehender Anlagen.

Dramaturgie: von der virtuellen zur realen Inbetriebnahme

Wie ein Theaterstück folgt auch die Inbetriebnahme einem bestimmten Ablauf. Im Folgenden stellen wir die drei Phasen der Inbetriebnahme dar.

1. Akt: die Konstruktionsphase (virtuelle Inbetriebnahme)

In der Konstruktions- oder Planungsphase geht es darum, alle relevanten Komponenten im virtuellen Raum zu testen und hinsichtlich Störkonturen und ihrer Funktionalität zu untersuchen bevor die Anlage gefertigt, montiert und in Betrieb genommen wird. Ziel ist es, Fehler bereits in der frühen Konzeptphase zu erkennen, die später im laufendem Betrieb zu Ausfällen und damit ungeplanten Kosten führen können.

Um eine Anlage virtuell in Betrieb zu nehmen, ist die Unterstützung einer Simulationsplattform notwendig. Damit lassen sich im ersten Schritt neue und nichtverfügbare Anlagenkomponenten grafisch modellieren. Das können beispielsweise Fördertechnik oder Industrieroboter sein.

Unterstützt die Simulationsplattform gängige CAD-Formate, können dafür gleich die Daten aus einem bereits mit CAD-Software erstellten Modell verwendet werden. Falls noch kein CAD-Modell erstellt wurde oder dies für die Planung der Anlage nicht erforderlich ist, kommen abstrakte Geometriebausteine aus der Simulationssoftware zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Komponenten ohne detaillierte Konstruktionsdaten wie z.B. Blöcke, Zylinder oder schematische Darstellungen, die lediglich die gewünschte Funktion bzw. das gewünschte Verhalten abbilden.

Abhängig von den jeweiligen Projektanforderungen werden anschließend die reale/virtuelle SPS (speicherprogrammierte Steuerung) , die Robotersteuerung, das Steuerungspanel und weitere erforderliche Komponenten mit dem Simulator verbunden.

Virtuelle Inbetriebnahme - Verbindung mit Simulator

2. Akt: die Montage

Auf Basis dieser Anordnung kann parallel zur Anlagenmontage bereits mit der Programmierung erster Softwarebausteine der SPS-Robotersteuerung begonnen werden. Das verkürzt die Durchlaufzeit und spart Kosten im Projekt.

Im Montageprozess selbst werden die bisher virtuell simulierten Komponenten (z.B. Roboter oder Fördertechnik) durch reale Komponenten ersetzt. Die einzelnen Anlagenkomponenten werden zu einem Gesamtsystem zusammengesetzt. Aktorik, wie Motoren oder Antriebe und Sensorik werden eingebaut und verkabelt. Medien (hydraulisch und pneumatisch) werden angeschlossen. Nun können erste Funktionstests durchgeführt werden.

Simulationen unterstützen auch in dieser Phase dabei, fehlerhafte oder nicht vollfunktionsfähige Komponenten zuerst im virtuellen Raum auszubessern und erneut zu testen, bevor diese wieder in die Anlage eingebaut werden.

3. Akt: die Inbetriebnahme

In der dritten Phase werden die letzten Anpassungen in der SPS und Roboterprogrammierung vorgenommen und noch nicht angebundene Anlagenkomponenten mit der Anlagensteuerung vernetzt. Die Software erreicht eine hochwertige Qualität, so dass Eingriffe in die Programmierung kaum noch erforderlich sind.

Die neue Anlage lässt sich mit Hilfe von 3D-Simulationen auch während des Betriebs im virtuellen Raum untersuchen und bei Bedarf optimieren. So werden Anpassungen an der Anlage erst dann vorgenommen, wenn sie auf Herz und Nieren erprobt wurden. Das vermeidet wiederum unnötige Stillstandzeiten von Anlagen.

Ein Regisseur – viele Akteure – alles im Griff

Wie beim Theater gibt es auch bei der Inbetriebnahme einen Regisseur, der die Aufgabe hat, alle Akteure anzuleiten. Bei vielen Akteuren in mit unterschiedlichen Befindlichkeiten und Qualitäten sicher nicht immer einfach.

Die virtuelle Inbetriebnahme macht es dem Regisseur (oder in unserem Fall dem Anlagenplaner) hingegen recht einfach. Sie ermöglicht, die Steuerungslogik in einzelnen Teilbereichen wie der mechanischen Konstruktion oder Steuerungsprogrammierung parallel zu entwickeln. So können mehrere Fachkräfte zeitgleich an unterschiedlichen Aufgaben oder Projekten arbeiten und gemäß ihren Fähigkeiten eingesetzt werden. Dadurch verkürzt sich die Gesamtentwicklungszeit des Projektes und es kann schneller über die Bühne gebracht werden, ganz ohne Qualitätsverlust. Im Gegenteil: die Qualität des Projektes wird sogar erhöht, weil Fehler frühzeitig erkannt und damit nahezu vollständig eliminiert werden können.

Kritiker könnten an dieser Stelle den Einwand bringen, dass zu viel Regie und Überinszenierung den Raum für Flexibilität und Spontanität nehmen. Bei der virtuellen Inbetriebnahme geht es jedoch vielmehr um einen Regie-Leitfaden, der in seiner Interpretation frei und in alle Richtungen während jeder Prozessphase anpassbar ist.

Jedes Unternehmen hat seine eigenen Vorstellungen, wie die virtuelle Inbetriebnahme ablaufen soll. Der von uns beschriebene Ablauf ist daher eher schematisch dargestellt. Im Ergebnis wird auch nicht immer ein vollständiges bzw. perfektes Steuerungsprogramm stehen. Das wäre eher der Idealfall, denn nicht alles ist exakt plan- und vorhersehbar. Und auch der Grad der Detaillierung variiert stark zwischen den Anwendern und Anwendungen. Denn virtuelle Inbetriebnahme bedeutet im Vorfeld immer Mehraufwand, den jedes Unternehmen anders handhabt. Auch weil der Mehrwert schwer abschätzbar und in der Regel erst im Nachgang spürbar ist.

Virtuelle Inbetriebnahme erhält positive Kritiken

Mag sich die Strategie auch noch so gleichen – das Theaterstück ist ein künstlerischer Prozess, der zum Teil von Überraschungseffekten lebt. Die Inbetriebnahme folgt dagegen klaren Zielsetzungen und immer den Regeln der Logik. Mit einer Generalprobe lassen sich im Theater Fehltritte bereits im Vorfeld vermeiden. Und genauso verhält es sich mit der virtuellen Inbetriebnahme. Diese vermeidet Fehltritte bevor eine Anlage oder Maschinen in Betrieb geht. Für Theater und Inbetriebnahme gilt daher gleichermaßen: nach dem Spiel ist vor dem Spiel.

Sie wollen mehr über die Möglichkeiten und Vorteile der virtuellen Inbetriebnahme mit der 3D-Simulationsplattform Visual Components erfahren? Nehmen Sie gern Kontakt mit uns auf.

Dieser Beitrag wurde erstmals 25.01.2018 veröffentlicht und am 25.03.2019 überarbeitet.
Beitrags-Bild: Adobe Stock, Background with red velvet curtain and hand. Vector illustration von ecco

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