Wie Simulationsdaten den Weg in die Fertigung finden
Vom virtuellen Prototyp zum realen Produkt
Die Entwicklung moderner Maschinen und Anlagen verlagert sich zunehmend in die digitale Welt. Während früher reale Prototypen gebaut, getestet und mehrfach angepasst wurden, entstehen heute virtuelle Modelle, die den gesamten Lebenszyklus eines Produkts begleiten. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei, die Informationen aus der Simulation - etwa Bewegungsprofile, Prozessparameter oder Steuerungsdaten - nahtlos in die reale Fertigung zu überführen. Denn erst wenn Simulationsdaten gezielt in die Produktion einfließen, entsteht ein echter Mehrwert aus der virtuellen Inbetriebnahme.
Bild: Machineering GmbH & Co. KGDas Herzstück dieser Entwicklung bildet der digitale Zwilling. Er ist das virtuelle Pendant einer realen Maschine, das alle mechanischen, elektrischen und steuerungstechnischen Eigenschaften vereint. 3D-Simulationstools wie iPhysics von Machineering verbinden CAD-Daten, Kinematik, Sensorik und die reale SPS-Logik zu einem dynamischen Modell. Dieses Modell verhält sich wie die spätere Maschine - mit allen physikalischen Eigenschaften und Reaktionen. Entwickler können so Bewegungen, Signalverläufe oder Prozesszyklen unter realistischen Bedingungen prüfen, noch bevor ein physisches Teil gefertigt wurde.
Dabei entstehen umfangreiche Datensätze, die nicht nur der Validierung dienen, sondern konkrete Parameter für die Fertigung liefern: Taktzeiten, Beschleunigungswerte, Energieprofile oder Regelparameter. Diese Informationen können später in Steuerungssysteme, Produktionsleitsysteme oder Qualitätssicherungsprozesse integriert werden. Der digitale Zwilling wird so zu einer verbindenden Datenquelle zwischen Engineering, Inbetriebnahme und Produktion.
Bild: Machineering GmbH & Co. KGVirtuelle Inbetriebnahme schafft reale Sicherheit
Ein zentrales Element auf dem Weg vom virtuellen Prototyp zum realen Produkt ist die virtuelle Inbetriebnahme. Sie ermöglicht es, Steuerungsprogramme in Verbindung mit dem digitalen Modell zu testen, lange bevor reale Hardware vorhanden ist. Über die Kopplung der Simulation mit der realen Steuerung lassen sich Signale, Bewegungsabläufe und Prozesslogik vollständig abbilden. Fehler, die sonst erst bei der realen Inbetriebnahme auftreten würden, können frühzeitig erkannt und behoben werden.
Die gewonnenen Simulationsdaten sind dabei nicht nur Testresultate, sondern werden zu Eingangsdaten für den realen Start: Bewegungsprofile, Antriebskennlinien oder Regelzeiten werden als Startparameter übernommen. Damit entfällt ein großer Teil der manuellen Abstimmungsarbeit, die üblicherweise vor Ort notwendig ist. In der Praxis bedeutet das kürzere Anlaufzeiten, stabilere Prozesse und eine höhere Planungssicherheit.
Bild: Machineering GmbH & Co. KGDurchgängige Datenkette über den gesamten Entwicklungsprozess
Ein entscheidender Faktor für den erfolgreichen Einsatz virtueller Prototypen ist die Datenkontinuität. Entwicklungs-, Simulations- und Produktionssysteme arbeiten oft in unterschiedlichen Softwareumgebungen und Datenstrukturen. Um Simulationsdaten in der Fertigung nutzen zu können, müssen diese Umgebungen miteinander kommunizieren.
Hier kommen standardisierte Schnittstellen und Datenformate wie OPC UA, FMI (Functional Mock-up Interface) oder AutomationML ins Spiel. Sie ermöglichen den strukturierten Austausch von Modellinformationen, Parameterwerten und Prozessdaten zwischen unterschiedlichen Systemen.
iPhysics nutzt solche offenen Schnittstellen, um Daten aus der Simulation bidirektional zu übertragen - also nicht nur vom digitalen Modell zur Fertigung, sondern auch zurück. Reale Messwerte aus dem Betrieb können in das Simulationsmodell zurückgespielt werden, wodurch der digitale Zwilling kontinuierlich präziser wird. Dieses Prinzip der Rückkopplung erlaubt eine laufende Optimierung von Prozessen über den gesamten Lebenszyklus hinweg.
Nutzen für Entwicklung, Inbetriebnahme und Produktion
Der Einsatz virtueller Prototypen verändert nicht nur die Entwicklungsphase, sondern auch die Art, wie Projekte geplant und umgesetzt werden. In der Konzeptphase können Maschinenbauer Varianten digital testen und ihre Auswirkungen auf Leistung, Energiebedarf oder Prozesszeiten vergleichen. Änderungen am Design lassen sich innerhalb von kürzester Zeit simulieren, anstatt Tage oder Wochen auf reale Tests zu warten.
Während der Inbetriebnahme sinkt der Aufwand erheblich. Virtuell getestete Steuerungsprogramme laufen stabiler, und reale Komponenten werden mit validierten Startwerten in Betrieb genommen. Die Fehlerquote bei der Erstinbetriebnahme sinkt deutlich, da viele Probleme bereits im virtuellen Umfeld erkannt wurden. Aber auch die Fertigung selbst profitiert. Wenn Simulationsdaten in Produktionssysteme integriert werden, lassen sich Maschinenparameter schneller an neue Produkte oder Formate anpassen. Echtzeitdaten aus der Produktion wiederum können genutzt werden, um das Simulationsmodell weiterzuentwickeln. Damit wird der digitale Zwilling zu einem Werkzeug für kontinuierliche Prozessverbesserung.
Beispiel aus der Praxis
Dass die Simulation nicht am Bildschirm endet, sondern reale Wirkung entfaltet - wenn die gewonnenen Informationen systematisch genutzt werden - zeigt dieses Beispiel. Ein Luftfahrtzulieferer setzt bei der Lackierung großer Flugzeugbauteile auf eine virtuelle Inbetriebnahme mit iPhysics. Bereits in der Planungsphase wurde die komplette Roboterzelle digital aufgebaut, inklusive aller Bewegungsabläufe und Sensorik. Durch die Simulation im Look-Ahead-Modus konnten potenzielle Kollisionen zwischen den Lackierrobotern und den Bauteilen frühzeitig erkannt und vermieden werden.
Die millimetergenaue Planung der Roboterbahnen war dabei entscheidend, um sowohl die Prozesssicherheit als auch die Lackierqualität zu gewährleisten. Während der realen Inbetriebnahme konnten die erprobten Bewegungsprofile direkt auf die Steuerung übertragen werden. Das Ergebnis: keine ungeplanten Stillstände, ein sicherer Betrieb ab dem ersten Tag und eine deutlich verkürzte Hochlaufphase der Anlage.
Die Entwicklung moderner Maschinen und Anlagen verlagert sich zunehmend in die digitale Welt. Während früher reale Prototypen gebaut, getestet und mehrfach angepasst wurden, entstehen heute virtuelle Modelle, die den gesamten Lebenszyklus eines Produkts begleiten. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei, die Informationen aus der Simulation - etwa Bewegungsprofile, Prozessparameter oder Steuerungsdaten - nahtlos in die reale Fertigung zu überführen. Denn erst wenn Simulationsdaten gezielt in die Produktion einfließen, entsteht ein echter Mehrwert aus der virtuellen Inbetriebnahme.
Bild: Machineering GmbH & Co. KGDas Herzstück dieser Entwicklung bildet der digitale Zwilling. Er ist das virtuelle Pendant einer realen Maschine, das alle mechanischen, elektrischen und steuerungstechnischen Eigenschaften vereint. 3D-Simulationstools wie iPhysics von Machineering verbinden CAD-Daten, Kinematik, Sensorik und die reale SPS-Logik zu einem dynamischen Modell. Dieses Modell verhält sich wie die spätere Maschine - mit allen physikalischen Eigenschaften und Reaktionen. Entwickler können so Bewegungen, Signalverläufe oder Prozesszyklen unter realistischen Bedingungen prüfen, noch bevor ein physisches Teil gefertigt wurde.
Dabei entstehen umfangreiche Datensätze, die nicht nur der Validierung dienen, sondern konkrete Parameter für die Fertigung liefern: Taktzeiten, Beschleunigungswerte, Energieprofile oder Regelparameter. Diese Informationen können später in Steuerungssysteme, Produktionsleitsysteme oder Qualitätssicherungsprozesse integriert werden. Der digitale Zwilling wird so zu einer verbindenden Datenquelle zwischen Engineering, Inbetriebnahme und Produktion.
machineering GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 13 (Dezember) 2025 - 15.12.25.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
