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Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht das Testen und Validieren der Funktionalität neuer Geräte und Systeme in einer virtuellen Umgebung über eine Software, noch bevor diese physisch in die Produktionslinie installiert werden. Dieser Ansatz hilft, Ausfallzeiten zu minimieren und sicherzustellen, dass neue Systeme reibungslos mit vorhandenen Geräten funktionieren.
Die virtuelle Inbetriebnahme ist zentral für den Fortschritt des gesamten Engineering-Prozesses – egal in welcher Branche. Experten von ATS Industrial Automation bringen jahrzehntelange Automatisierungserfahrung in verschiedene Sektoren ein, darunter E-Mobilität, Energiespeicherung, nukleare Einrichtungen, Biowissenschaften und Industrie- und Konsumgüter.
Der Prozess der virtuellen Inbetriebnahme beginnt mit der Erstellung eines digitalen Zwillings der bestehenden Ausrüstung, also eines virtuellen Modells, das das physische System nachbildet. Anschließend werden an diesem virtuellen Modell Änderungen vorgenommen, um die geplanten Aufrüstungen darzustellen. Die Logik und Steuerungssoftware der neuen Ausrüstung wird in die virtuelle Umgebung integriert, wodurch Simulationen ermöglicht werden, um die Interaktionen und Bewegungen der integrierten Systeme zu testen. Erzeugt die Steuerungslogik in der Software zur richtigen Zeit die richtige Aktion auf der Maschine? Wie wirkt sich dieses Wechselspiel auf die physischen Eigenschaften der Maschine und des Systems aus? Durch die Schnittstellenbildung der SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen) mit den Bedienerschnittstellen (HMIs) und den virtuellen Maschinen können die Teams überprüfen, ob das neue System nach der Installation korrekt arbeiten wird.
Jedes Digitalisierungsprojekt ist einzigartig. Lassen Sie uns Ihre Herausforderungen anhören und teilen Sie uns mit, wie Automatisierung zu einem rechtzeitigen Start Ihres Projekts beitragen kann.
Die virtuelle Inbetriebnahme kann auch die Leistung eines neuen Systems, wie Taktzeit und Durchsatz, in einer simulierten Umgebung testen. Dies hilft, potenzielle Probleme zu erkennen und zu beheben, bevor die physische Installation erfolgt, wodurch das Risiko kostspieliger Ausfälle verringert und ein reibungsloserer Übergang zum aktualisierten System gewährleistet wird. Hersteller können die Produktionsprozesse optimieren und die Gesamteffizienz verbessern, indem sie die virtuelle Inbetriebnahme nutzen.
Bei Systemupgrades oder -änderungen können Automatisierungspartner die virtuelle Inbetriebnahme auch nutzen, um bestehende und neue SPS anzubinden. Zudem können sie anhand von Simulationen beispielsweise validieren, ob die neue Prozessstation korrekt innerhalb der bestehenden Produktionslinie funktioniert.
Die virtuelle Inbetriebnahme hilft wie folgt
Verkürzung der Vorlaufzeit
Offline-Entwicklung und Inbetriebnahme durch Vorziehen von Software-Integrations- und Debugging-Aufgaben.
Verbesserung der Qualitätskontrolle
Durch simulierte Produktion mit umfassenden Systemkomponenten (einschließlich HMIs, PLCs, virtuellen Maschinen und mehr).
Minimierung von Projektrisiken
Durch frühzeitige Erkennung und Behebung von Fehlern.
Reduzierung des Teileverbrauchs für Prototypen
Durch virtuelles Testen von Produktiterationen.
Vorteile der virtuellen Inbetriebnahme
Paralleler Zeitplan
Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht einen parallelen Zeitplan, mit dem Hersteller während des Baus oder der Aufrüstung von Linien die maximale Produktionszeit ausschöpfen können. Ein Automatisierungspartner kann während des Baus der Maschine etwaige Systemdesign- oder Integrationsprobleme erkennen. Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht es zudem, Probleme mit der Systemintegration zu testen und zu antizipieren, etwa beim Zusammenwirken von maschinenbezogener Software, SPS, Fertigungsleitsystemen (MES), fahrerlosen Transportsystemen (AGVs) und Förderanlagen mit Maschinen, die der Kunde bereits in seiner Fabrikhalle hat.
Ein starker Automatisierungspartner wird diese Aufgabe nicht eigenständig angehen. Stattdessen teilt er dem Kunden während des Systemaufbaus seine Erkenntnisse mit und arbeitet mit ihm zusammen, um einen nahtlosen Übergang vom Punkt des Baus (Fabrikabnahmetest oder FAT) bis zum Punkt der Installation (Standortabnahmetest oder SAT) zu gewährleisten.
Kommunikation und Validierung
Die virtuelle Inbetriebnahme hilft, die Kommunikation zwischen den vielen Spezialisten und Teams, die an der Aufrüstung einer automatisierten Fertigungsstraße beteiligt sind, zu verbessern. Die Visualisierung der Linie, die Feinabstimmung der Kinematik und technischen Details, kombiniert mit dem realen Softwarecode, ermöglicht es diesen unterschiedlichen Disziplinen, auf das gleiche Endziel mit denselben Werkzeugen hinzuarbeiten. Die Zusammenführung aller Teams und Technologien, Software und Maschinen ist eine komplexe Herausforderung. Die Digitalisierung hilft, diese Elemente zu kombinieren, was zu Kosteneinsparungen führt.
Der Systemstresstest – Jetzt
Manchmal fordern Hersteller einen System-„Stresstest“ an. Es handelt sich um einen physischen Test, der am realen System durchgeführt wird, um zu sehen, welche Fehler auftreten können, während die Maschinen über einen bestimmten Zeitraum hinweg betrieben werden. Dies ist aus einigen Gründen inzwischen ein kleiner „Luxus“. Erstens sind viele Kunden bestrebt, die Produktion zu beginnen, und wünschen, dass ein Automatisierungspartner ihre Systeme nach dem Bau so schnell wie möglich bereitstellt, um den FAT abschließen zu können. Zweitens stellen die für den Betrieb einer Hochgeschwindigkeitsfertigungslinie über eine Woche oder länger benötigten Muster- oder Prototypteile einen hohen Kostenfaktor für die Kunden dar. Je höher der Wert des Produkts, das sie herstellen, desto teurer ist ein Stresstest. Für EV-Batterien sind diese Kosten so hoch, dass ein Stresstest einfach nicht in Betracht gezogen wird.
Schließlich hängt der Stresstest von der mechanischen und elektrischen Ausführung ab. Wenn ein Problem festgestellt wird und ein Teil des Systems ausfällt, muss das System heruntergefahren werden, um die Sicherheit der Mitarbeitenden zu gewährleisten. Das ist wichtig, führt aber auch zu Wartezeiten. Dann gibt es die Kosten für die Reparatur des Systems, möglicherweise neue Verkabelung oder Technik, und die Zeit, die zum Zurücksetzen benötigt wird, bevor der Stresstest fortgesetzt werden kann.
Der Systemstresstest mit virtueller Inbetriebnahme
Doch jetzt ist der Systemstresstest kein Luxus mehr. Ein Automatisierungspartner kann neben dem Bau des physischen Systems auch einen virtuellen Systemstresstest durchführen. Der virtuelle Systemstresstest ermöglicht eine Simulation des Linienbetriebs nach der virtuellen Inbetriebnahme. Die Linie kann in der Simulation mit virtuellen Komponenten ohne Kosten betrieben werden, wodurch die Teams beobachten können, was mit der Linie passieren könnte oder welche Fehler über Wochen hinweg auftreten könnten.
Da der Stresstest des virtuellen Systems nicht nach jedem Ausfall physisch zurückgesetzt werden muss, können Hersteller Verzögerungen aufgrund elektrischer und mechanischer Abhängigkeiten vermeiden. Da der Test unabhängig von physischen Teilen funktioniert, kann ein Automatisierungspartner den virtuellen Betrieb so optimieren, dass Wochen der Linienleistung innerhalb von nur Stunden dargestellt werden. Dies ermöglicht die Behebung von Problemen oder die Planung routinemäßiger Wartungspläne, bevor die Ausrüstung vor Ort installiert wird.
„Aus unserer Erfahrung heraus sparen wir das Zehnfache der Kosten, wenn ATS vor dem Aufbau der physischen Maschine vor Ort in virtueller Umgebung Integrationsprobleme erkennt.“
Roland Echter,
Direktor für Digitalisierung bei ATS Industrial Automation
