In vielen Unternehmen folgt der Engineering-Prozess einem klassischen Workflow: Eine Anlage wird zunächst geplant und konstruiert, bevor die Erstellung der Schaltpläne und Anlagenelektrik, die Softwareentwicklung, Montage, elektrische Verdrahtung sowie Inbetriebnahme folgt. Im Anschluss wird die entwickelte SPS- und Roboter-Software im Handbetrieb an der realen Anlage getestet beziehungsweise finalisiert. Im Hinblick auf das voranschreitende "digitale Engineering" sowie der damit verbundenen Workflow- und Datenstrukturoptimierung wird allerdings ein Umdenken stattfinden müssen, um weiterhin erfolgreich am Markt bestehen zu können.

Chancen der virtuellen Inbetriebnahme

Mit dem Einsatz eines Softwaretools für die Erstellung eines digitalen Anlagenzwillings – wie beispielsweise "fe.screen-sim" aus dem Hause F.EE – wird der Engineering-Workflow von oben beschriebenem sequenziell geprägten Arbeitsablauf zu einer parallelen Bearbeitung verändert. Die Vorteile liegen auf der Hand: kürzere Durchlaufzeiten, die Prozessabsicherung in einer frühen Phase der Konstruktion und eine Inbetriebnahme, die – basierend auf einer offline mit dem digitalen Zwilling getesteten Software – mit einer hohen Zeit- und Kostenersparnis glänzt. "Wir stellen häufig fest, dass sich – bedingt durch die Abstimmung der am Engineering-Prozess beteiligten Abteilungen – auch die interne Kommunikation in den Betrieben während der Implementierung der virtuellen Inbetriebnahme sehr zum Positiven verändert", so Dipl.-Ing. Peter Meier, Leiter der Abteilung Softwareentwicklung Simulation und Virtuelle Inbetriebnahme bei F.EE.

Und obwohl viele Firmen die Vorteile der virtuellen Inbetriebnahme bereits erkannt haben, fürchten sie doch den damit vermeintlich verbundenen Aufwand und stellen sich die Frage, wie sich das Simulationstool in ihren Engineering-Workflow integrieren lässt. "Dabei ergeben sich hier auch hervorragende Möglichkeiten hinsichtlich der Nutzung vorhandener Daten sowie einer automatisierten Modellerstellung", erläutert Meier.

Datenflut beherrschen

Um das Ziel der virtuellen Inbetriebnahme – nämlich den Aufbau eines weitgehend der physischen Anlage entsprechenden Modells – zu erreichen, wird eine Vielzahl an Informationen und Daten benötigt. Das reicht von den Anlagenlayouts bis hin zu Technologie-Schemen der Förderelemente wie auch vollständige Roboter-Offline-Programme. Und natürlich muss das 3D-Modell in einem für die Simulationssoftware lesbaren Format zur Verfügung gestellt werden.

Neben dem Handling großer Datenmengen stellt dabei die häufig fehlende Datendurchgängigkeit der verwendeten Systeme inklusive Informationsverluste und Medienbrüche eine Herausforderung dar. Dennoch ist es sinnvoll, bei der Erstellung digitaler Zwillinge auf bereits im Prozess vorhandenes Datenmaterial zurückzugreifen, da damit unter anderem enorme Zeitersparnisse einhergehen. Die effiziente Nutzung dieser Daten für die Modellerstellung hängt somit maßgeblich vom Funktionsumfang der verwendeten Simulationssoftware ab. "Einen weiteren wichtigen Optimierungsfaktor stellt die durchgängige Datenaufbereitung und -strukturierung während des gesamten Engineering-Prozesses dar", fügt Peter Meier hinzu.

Sollten in einem frühen Stadium des Engineering-Prozesses noch keine für die Modellierung verwendbaren Daten vorliegen, wird zuerst ein idealisiertes Modell – beispielsweise zur ersten Absicherung der SPS-Programmierung – aufgebaut, das im Laufe der Projektumsetzung immer detaillierter wird.

Konstruktionsdaten nutzen

Die flexible und direkte Einbindung bereits vorhandener CAD-Daten aus der mechanischen Konstruktion in ein Simulationstool bildet – bedingt durch die damit verbundene Zeitersparnis – einen entscheidenden Baustein zur Effizienzsteigerung bei der Erstellung des digitalen Zwillings. Zur Vermeidung von Informationsverlusten ist eine native Anbindung gängiger CAD-Systeme an die Simulationssoftware von Vorteil. Dadurch entfällt die häufig verlustbehaftete Konvertierung in ein Zwischenformat und es wird sichergestellt, dass der digitale Zwilling alle Daten der späteren realen Anlage enthält. Weitere positive Nebeneffekte des direkten Datenimports sind die damit einhergehende Optimierung interner Abläufe sowie die Reduzierung des abteilungsübergreifenden Abstimmungsaufwandes mit gleichzeitiger Sicherstellung eines bestmöglichen Informationsflusses.