KI / ML 
Softwareentwicklung 
Digital Twin und Virtual Commissioning bei der Modernisierung von Produktionslinien
Kunde
Scania ist ein globaler Hersteller von Lkw, Bussen und Motoren, bekannt für hochwertige Produktion und kontinuierliche Optimierung industrieller Prozesse. Als Reaktion auf steigende operative Anforderungen und den Bedarf an Modernisierung der Automatisierungsinfrastruktur entschied sich das Unternehmen für die Einführung des Digital-Twin-Konzepts sowie für die Durchführung eines virtuellen Inbetriebnahmeprozesses der Produktionslinien.
Ziel war es, das Risiko von Produktionsstillständen zu minimieren und die Effizienz bei der Umsetzung von Änderungen zu steigern.
Herausforderung
Die Modernisierung laufender Produktionslinien in der Automobilindustrie ist mit erheblichen operativen Risiken verbunden. Jede Änderung an den Steuerungssystemen kann sich auf die Produktionskontinuität, die Qualität und die Liefertermine auswirken.
Scania benötigte eine Lösung, die Folgendes ermöglicht:
- Erstellung eines Digital Twins, der die realen Produktionsprozesse präzise abbildet,
- Durchführung einer virtuellen Inbetriebnahme (Virtual Commissioning) der Automatisierungssysteme vor der physischen Implementierung,
- Aktualisierung der PLC-Steuerungsprogramme gemäß neuen operativen Anforderungen,
- Reduzierung von Tests direkt an der Produktionslinie,
- Minimierung des Stillstandsrisikos während der Umsetzung.
Eine weitere Herausforderung bestand darin, sicherzustellen, dass das digitale Modell die tatsächlichen Abhängigkeiten zwischen den Anlagenkomponenten sowie den Ablauf der einzelnen Produktionsschritte möglichst genau abbildet. Die Überprüfung des SPS-Programmcodes allein reicht nicht aus, um das Verhalten der gesamten Produktionslinie zu beurteilen. Ebenso muss geprüft werden, wie die Steuerungen auf Signale der angeschlossenen Geräte reagieren und ob die einzelnen Abläufe wie vorgesehen funktionieren.
Je genauer die Simulationsumgebung das Verhalten der realen Produktionsanlage abbildet, desto mehr potenzielle Fehler und Unstimmigkeiten lassen sich bereits vor der Umsetzung in der Produktion erkennen.
Lösung
Das Modernisierungsprojekt wurde auf Grundlage der Methoden Digital Twin und Virtual Commissioning umgesetzt.
Entwicklung des Digital Twins
Wir erstellten ein digitales Modell der Produktionslinien, das:
- die realen Produktionsprozesse abbildet,
- die PLC-Steuerungslogik simuliert,
- das Testen von Produktionsszenarien ermöglicht,
- die Analyse des Systemverhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen erlaubt.
Die Vorbereitung der Simulationsumgebung erfordert eine möglichst genaue Abbildung der Funktionsweise einzelner Anlagenkomponenten sowie ihrer Wechselwirkungen. Dadurch lässt sich analysieren, wie die Produktionslinie auf Signale der SPS-Programme reagiert, ohne sämtliche Tests an der realen Anlage durchführen zu müssen.
Anhand des Modells kann überprüft werden, ob die einzelnen Prozesskomponenten wie vorgesehen zusammenarbeiten und ob die programmierten Steuerungsabläufe dem geplanten Produktionsprozess entsprechen.
Virtual Commissioning
Wir führten eine virtuelle Inbetriebnahme der Automatisierungssysteme durch, die Folgendes ermöglichte:
- Testen der aktualisierten PLC-Programme vor der physischen Implementierung,
- Überprüfung der Steuerungslogik und Prozessabläufe,
- Identifikation potenzieller Fehler und Engpässe,
- Reduzierung von Tests, die einen Produktionsstillstand erfordern.
Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht es, die Funktionsweise von SPS-Programmen unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu überprüfen, bevor sie an der realen Produktionslinie eingesetzt werden. Dabei werden die Reihenfolge der Prozessschritte, die Reaktionen des Systems auf Eingangssignale sowie das Zusammenspiel der einzelnen Anlagenkomponenten getestet.
In der Simulationsumgebung lassen sich auch Situationen prüfen, in denen der Prozess vom vorgesehenen Ablauf abweicht, beispielsweise aufgrund eines fehlerhaften Signals oder einer unerwarteten Reaktion einer Anlagenkomponente. So können Fehler in der Steuerungslogik frühzeitig erkannt und behoben werden, bevor die physische Inbetriebnahme beginnt.
Nach erfolgreicher Überprüfung der SPS-Programme und Testszenarien kann die nächste Phase der Inbetriebnahme mit einer bereits getesteten Steuerungslogik beginnen. Dadurch reduziert sich der Bedarf an Anpassungen direkt an der Produktionslinie.
Aktualisierung der Steuerungsprogramme
Wir aktualisierten die Steuerungsprogramme der Produktionslinie und passten sie an neue operative Anforderungen sowie an die Ergebnisse der Simulationen an.
Wir haben die Steuerungsprogramme der Produktionslinie aktualisiert und an die neuen betrieblichen Anforderungen sowie die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen angepasst.
Mithilfe der Digital-Twin-Umgebung konnten wir die vorgenommenen Änderungen überprüfen, bevor sie an den realen Anlagenkomponenten umgesetzt wurden. So ließ sich die korrekte Ausführung der Steuerungsabläufe überprüfen und mögliche Probleme im Zusammenspiel der einzelnen Systemkomponenten frühzeitig erkennen.
Die Testergebnisse dienten als Grundlage für weitere Anpassungen der SPS-Software. Dadurch konnte der Bedarf an Änderungen direkt an der Produktionslinie während der Inbetriebnahme reduziert werden.
Dokumentation und Reporting
Wir stellten eine detaillierte Fortschrittsberichterstattung bereit und erarbeiteten eine umfassende technische Dokumentation zur Unterstützung der langfristigen Wartbarkeit und Weiterentwicklung des Systems.
Ergebnisse
Die Umsetzung des Projekts brachte Scania wesentliche operative Vorteile:
- Erfolgreiche Implementierung des Digital-Twin-Konzepts im Produktionsumfeld,
- Durchführung von Virtual Commissioning mit reduzierter Notwendigkeit physischer Tests,
- Verringerung des Stillstandsrisikos während der Modernisierung der Produktionslinien,
- Optimierung der Produktionsprozesse durch frühzeitige Validierung von Änderungen,
- Steigerung der Umsetzungseffizienz und höhere Ergebnisvorhersagbarkeit,
- Präzise Dokumentation zur Unterstützung der Systemstabilität und weiteren Optimierung.
Das Projekt ermöglichte eine kontrollierte und sichere Modernisierung der Produktionslinien im Einklang mit den operativen Zielsetzungen und schuf gleichzeitig die Grundlage für eine weitere Digitalisierung im Sinne von Industrie 4.0.
Ein neuer Standard für das Management industrieller Infrastruktur: Wie die BMS-Modernisierung Sicherheit und Systemkontrolle verbesserte
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Jakub Orczyk
Vorstandsmitglied /Verkaufsdirektor
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