Digitaler Zwilling: Wie Simulation die Inbetriebnahme revolutioniert und zum interaktiven 3D-HMI wird

Zeitdruck bei der Inbetriebnahme, kostspielige Fehler an der realen Maschine und der wachsende Bedarf an Flexibilität – das sind die Herausforderungen, denen sich Führungskräfte und Ingenieure im modernen Maschinenbau täglich stellen. Eine Lösung, die sich vom reinen Schlagwort zur praxisrelevanten Technologie entwickelt hat, ist der Digitale Zwilling. Das Unternehmen igm Robotersysteme AG, ein führender Hersteller von Schweißrobotern für schwere Bauteile, zeigt eindrucksvoll, wie die Simulationssoftware twin von digifai nicht nur die virtuelle Inbetriebnahme perfektioniert, sondern den gesamten Lebenszyklus einer Anlage optimiert.

igm Roboteranlagen sind hochkomplexe Systeme. Mit 6 bis 8 Achsen, oft hängend montiert für maximale Arbeitsraumnutzung, schweißen sie Bauteile von 500 kg bis zu 50 Tonnen – von Zugkomponenten über Baggerarme bis hin zu Schiffsteilen.

„Die Steuerung unserer Roboter ist vollständig digital. Das erlaubt eine rasche Reaktion, absolute Wiederholbarkeit und damit eine dauerhaft hohe Qualität“, erklärt Otto Auer, Leiter der Steuerungstechnik bei igm Robotersysteme AG. Doch gerade diese Komplexität birgt bei der Inbetriebnahme und im späteren Betrieb Risiken. Zeitintensive Fehlersuche und aufwändige Probeläufe waren an der Tagesordnung.

igm Robotersysteme AG baut Schweißroboter für schwere Bauteile. Die Bedienung der komplexen Anlagen erfolgt intuitiv im live 3D-HMI.

Seit rund einem Jahr setzt igm auf die Software twin von digifai, um einen exakten Digitalen Zwilling seiner Anlagen zu erstellen. Die Vorteile, so Auer, seien fundamental und manifestieren sich in drei Kernbereichen:

1. Fehlerfreie Entwicklung und virtuelle Inbetriebnahme

Früher wurde die Steuerungssoftware parallel zum Bau der Maschine entwickelt und konnte nur rudimentär vorab getestet werden. Das ganzheitliche Zusammenspiel aller Komponenten wurde unter Zeitdruck direkt beim Kunden erprobt – ein Vorgehen, das teure Serviceeinsätze und Produktionsstillstände provozieren kann.

Mit twin hat sich dieser Prozess radikal verändert. Ingenieure entwickeln und testen die SPS-Programme nun am virtuellen Modell, lange bevor das erste Metallteil gefertigt ist.

• Kollisionserkennung: Mögliche Kollisionen von Maschinenkomponenten werden frühzeitig in der Simulation erkannt und das Anlagenkonzept proaktiv verbessert.
• Parallele Prozesse: Softwareentwicklung und -test laufen parallel zum realen Maschinenbau. Die virtuelle Inbetriebnahme entkoppelt die Ingenieure von der physischen Hardware und schafft wertvolle Zeitpuffer.
• Beschleunigte Tests: Prozesse, die in der Realität Stunden dauern, können virtuell in Minuten simuliert werden. Das ermöglicht umfassende Testszenarien, die an der realen Maschine undenkbar wären.

2. Revolution der Maschinenbedienung: Das 3D-HMI

Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme wird der Digitale Zwilling nicht archiviert – er wird zum Herzstück der täglichen Maschinenbedienung. Als interaktives 3D-HMI auf dem Touchscreen bietet er einen unschätzbaren Mehrwert.

„Früher musste man bei einer Störung schon mal 1.000 Seiten Dokumentation durchblättern. Heute tippt man einfach auf die betreffende Komponente am 3D-Modell, und alle relevanten Dokumente und Diagnosedaten werden sofort angezeigt“
Otto Auer – Leiter Steuerungstechnik, igm Robotersysteme AG

Zudem können die Bewegungen der Roboter, die abgeschirmt in der Schweißzelle laufen, live am Bildschirm verfolgt werden. Dies erhöht nicht nur die Sicherheit, sondern auch das Prozessverständnis.

3. Effizienz über den gesamten Lebenszyklus

Die Vorteile von twin enden nicht nach der Inbetriebnahme.

• Retrofit und Umbauten: Bei einem anstehenden Retrofit oder der Anpassung an neue Produkte werden alle Änderungen zunächst am Digitalen Zwilling risikofrei getestet. Dies stellt sicher, dass die umgebaute Anlage sofort wieder produktiv ist – ein entscheidender Faktor im Kontext von Industrie 4.0.
• Schulung und Training: Zukünftige Bediener können bereits am animierten Modell geschult werden, lange bevor die reale Anlage steht. Bedienkonzepte lassen sich so frühzeitig validieren und optimieren.
• Vertrieb und Marketing: Ein animiertes 3D-Modell ist im Vertrieb überzeugender als jede 2D-Zeichnung. Es schafft ein gemeinsames Verständnis und beugt Missverständnissen im Engineering-Prozess vor.

Das intuitive 3D-HMI ist die zentrale Bedienstelle der Anlage. Störmeldungen werden z.B. direkt im 3D angezeigt oder der Zugriff auf wichtige Dokumente, wie z.B. der Wartungsanleitung, erfolgt direkt durch das Tippen auf ein 3D-Objekt.

Die Einführung von twin hat bei igm zu messbaren Erfolgen geführt. Otto Auer fasst zusammen:

„Uns hat diese Art der Inbetriebnahme eine Zeitersparnis von ca. 40 % gebracht, was rund 160 Arbeitsstunden entspricht – ein gewaltiger Posten. Man kann Arbeiten vorziehen und die Software validieren, während die Anlage noch gebaut wird.“
Otto Auer – Leiter Steuerungstechnik, igm Robotersysteme AG

Die enge Zusammenarbeit mit dem Softwarehersteller war dabei ein Schlüsselfaktor. „digifai ist bestens auf unsere spezifischen Probleme eingegangen. Für uns war es zum Beispiel essenziell, dass der Schweißlichtbogen im 3D-HMI visualisiert wird. Diese Flexibilität hat uns überzeugt.“

Die Entscheidung für twin ist mehr als nur die Anschaffung einer Software. Es ist eine strategische Investition in Effizienz, Sicherheit und Zukunftsfähigkeit. Indem die zeit- und kostenintensiven Phasen der Inbetriebnahme in das Engineering verlagert werden, schaffen Unternehmen wie igm Robotersysteme einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Der Digitale Zwilling beweist sich als mächtiges Werkzeug, das den Maschinenbau nachhaltig verändert – von der ersten Idee bis zum Ende des Lebenszyklus.

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