Was ist virtuelle Inbetriebnahme (VIBN)?
Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) bedeutet, eine Automatisierungsanlage vollständig in einer Simulationsumgebung zu testen, bevor auch nur ein Schrauben an der realen Hardware gedreht wird. Das klingt nach Luxus – ist aber in vielen Branchen längst Standard. Automobil, Pharma, Luft- und Raumfahrt nutzen VIBN seit Jahren. In der Breite des Maschinenbaus fehlt sie noch – ein teurer Fehler.
Die realen Kosten ohne Simulation
Betrachten Sie ein typisches Roboter-Handlingsystem: Inbetriebnahme vor Ort beim Kunden, 3 Ingenieure, 3 Wochen geplant. Was tatsächlich passiert:
- Woche 1: Mechanik noch nicht fertig, SPS-Programm hat Koordinationsfehler
- Woche 2: Roboterprogramm kollidiert mit Schutzeinrichtungen, Taktzeit verfehlt
- Woche 3: Fehlersuche, Kundendruck, Nachtschichten
- Woche 4 (nicht geplant): Nacharbeit, Abnahme verzögert
Mehrkosten: 40–80% des ursprünglichen Inbetriebnahmebudgets. Das ist kein Ausnahmefall – das ist die Norm für Anlagen, die ohne VIBN entwickelt wurden.
Die wichtigsten VIBN-Werkzeuge im Überblick
KUKA.Sim Pro
Das natives Simulationswerkzeug für KUKA-Roboter. Es ermöglicht die vollständige kinematische Simulation einschließlich Kollisionserkennung, Zykluszeit-Messung und Erreichbarkeitsanalyse. Besonders wertvoll: KUKA.Sim Pro kann direkt mit KRL-Code arbeiten und Programme exportieren, die ohne Änderungen auf dem realen KRC4 laufen. Zusätzlich lässt sich eine Verbindung zu SIMIT aufbauen, um das SPS-Programm gleichzeitig zu testen.
ABB RobotStudio
RobotStudio ist das Referenz-Werkzeug für ABB-Roboter. Die "Virtual Controller"-Technologie ist identisch mit dem realen IRC5-Controller – RAPID-Code, der in RobotStudio funktioniert, läuft auf dem echten Roboter. Die integrierte I/O-Simulation ermöglicht die Anbindung an externe Simulatoren. RobotStudio unterstützt auch MultiMove-Applikationen (mehrere kooperierende Roboter).
Siemens SIMIT
SIMIT ist die Siemens-Simulationsplattform für SPS-Programme. Die Software emuliert Feldgeräte (Antriebe, Sensoren, Aktoren) und kommuniziert über PROFINET oder PLCSIM Advanced direkt mit TIA Portal. Damit lässt sich das vollständige SPS-Programm testen, ohne auch nur einen einzigen realen I/O zu benötigen. SIMIT-Bibliotheken für Standardgeräte (Siemens-Antriebe, Ventile) reduzieren den Modellierungsaufwand erheblich.
Process Simulate (ehemals Tecnomatix)
Siemens Process Simulate ist das umfangreichste Werkzeug für vollständige Produktionslinien. Es integriert Roboter verschiedener Hersteller, Fördertechnik, Fertigungsoperationen und ermöglicht Digital-Twin-Ansätze auf Fabrikebene. Die Anbindung an MES- und ERP-Systeme ist möglich.
ROI-Berechnung: Konkrete Zahlen
Ein reales Projekt aus unserer Erfahrung: Automobilzulieferer, Roboter-Schweißlinie, 4 KUKA-Roboter, 2 SPS-Systeme.
Ohne VIBN (historischer Vergleich):
- Inbetriebnahme geplant: 4 Wochen, 3 Ingenieure = 60 Personentage
- Tatsächlich: 7 Wochen, 4 Ingenieure = 140 Personentage
- Zusätzliche Reisekosten, Maschinenausfallzeit beim Kunden: ~80.000 €
Mit VIBN (gleiche Anlage, ein Jahr später):
- VIBN-Phase: 3 Wochen (Büro), 2 Ingenieure = 30 Personentage
- Inbetriebnahme vor Ort: 2,5 Wochen, 2 Ingenieure = 25 Personentage
- Gesamtersparnis: ~55 Personentage + 60.000 € Mehrkosten vermieden
Bei einem Tagessatz von 1.200 € entspricht das einer Einsparung von etwa 66.000 € bei einem Projekt. Die VIBN-Werkzeuge kosten im Jahr typisch 15.000–30.000 € (Lizenzen). Ab dem zweiten Projekt amortisiert sich die Investition.
Zeitersparnis: Die 30–50%-Regel
Industrie-Studien (u.a. von Fraunhofer IPA und Siemens) zeigen konsistent: VIBN reduziert die Inbetriebnahmezeit vor Ort um 30–50%. Die wichtigsten Hebel:
- Fehler früh finden: Kollisionen und logische Fehler im Büro zu korrigieren ist 10× billiger als vor Ort
- Parallelisierung: Während die Mechanik noch gebaut wird, läuft die Software-Entwicklung im Simulator
- Schulung: Operatoren können an der Simulation trainiert werden, bevor die Anlage steht
- Dokumentation: Die Simulationsmodelle sind gleichzeitig Dokumentation und Training-Material
Digital Twin: Von der VIBN zum dauerhaften Nutzen
VIBN ist nicht nur ein einmaliger Nutzen. Das Simulationsmodell kann als Digital Twin weitergeführt werden:
- Neue Programme in der Simulation testen, bevor sie live gehen
- Ursachen für Anlagenprobleme in der Simulation reproduzieren
- Optimierungen der Taktzeit im Simulator erproben
- Wartungsschulung ohne Anlagenausfallzeit
Der Schlüssel ist, das Modell nach der Inbetriebnahme aktuell zu halten. Änderungen an der realen Anlage müssen im Simulationsmodell gespiegelt werden.
Integration mit TIA Portal
Die SIMIT-TIA Portal-Integration ist heute nahtlos. Über PLCSIM Advanced V4.0 können Sie das S7-1500-Programm als Software-PLC auf einem PC laufen lassen und über Standard-PROFINET mit dem SIMIT-Modell kommunizieren. Das Setup braucht:
- TIA Portal V17+ mit PLCSIM Advanced
- SIMIT V10.2+
- Eine Netzwerkkonfiguration in SIMIT, die die physischen PROFINET-Geräte emuliert
In dieser Konfiguration läuft das vollständige SPS-Programm exakt wie auf echter Hardware – mit dem Unterschied, dass alle I/Os simuliert sind.
Fazit: Wann VIBN sich nicht lohnt
VIBN ist kein Allheilmittel. Für sehr einfache Anlagen (< 5 I/O-Module, ein Roboter, bewährter Code) ist der Modellierungsaufwand möglicherweise höher als der Nutzen. Die Einstiegshürde – Lizenzen, Einarbeitungszeit, Modellierungsskills – ist real. Aber: Wer VIBN einmal professionell eingesetzt hat, kehrt nicht zur rein realen Inbetriebnahme zurück. Die Vorteile in Qualität, Termine und Nerven sind zu groß.