Virtual Commissioning: So funktioniert es und wann es sich lohnt

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Von Mirko Peters · 2026-11-11

Virtual Commissioning testet Steuerungssoftware an einem virtuellen Modell, bevor die Anlage in Betrieb geht. Erfahren Sie, wie es funktioniert, was die Belege zeigen und wann es sich für eine Anlage lohnt.

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Virtual Commissioning bedeutet, die echte Steuerungssoftware einer Maschine oder Anlage gegen ein virtuelles Modell zu testen, bevor das Gerät gebaut ist oder läuft. Es lohnt sich, wenn ein Verzögerungstag bei der Inbetriebnahme teuer ist oder die Steuerungslogik komplex ist. Für jedes Projekt rechnet es sich jedoch nicht. Dieser Leitfaden richtet sich an Anlagenleiter, die entscheiden müssen, ob sie es einfordern. Sie erfahren, wie es funktioniert, welche drei Testebenen es gibt, was die Belege zu Zeitersparnissen sagen, sehen ein Beispiel zur Wirtschaftlichkeit mit Zahlen und erfahren, welche Fehler Sie vermeiden sollten.

Die wichtigsten Punkte

• Virtual Commissioning verbindet die echte Steuerungssoftware, etwa ein SPS-Programm, mit einem simulierten Modell der Maschine. So werden Logik, Signale und Ablaufsteuerungen getestet, bevor die Anlage läuft.
• Das Modell benötigt sowohl Geometrie und Kinematik als auch die elektrische Schnittstelle zur Steuerung. Sein Nutzen hängt davon ab, wie genau es das reale Verhalten abbildet.
• Die berichteten Zeitersparnisse sind groß, stammen aber aus kleinen Experimenten und Herstellerseiten. Planen Sie daher mit einem konservativen Wert und behandeln Sie ihn nicht als garantiert.
• Es lohnt sich, wenn ein Tag Verzögerung bei der Inbetriebnahme teuer ist, die Steuerungslogik komplex ist oder das Modell für Schulungen und spätere Änderungen wiederverwendet werden kann.
• Es beantwortet eine andere Frage als eine Produktionssimulation: ob die Steuerung funktioniert, nicht wie viel das System leisten kann.

Virtual Commissioning: was es ist und wie es funktioniert

Bei der klassischen Inbetriebnahme trifft die Steuerungssoftware erstmals vor Ort auf die Maschine. Fehler in Logik, Signalen und Ablaufsteuerungen kosten dann Zeit in der Produktion, wo jede Stunde Verzögerung teuer ist. Virtual Commissioning verlagert dieses erste Zusammentreffen an den Schreibtisch, in eine virtuelle Umgebung, in der das Modell Sensoren, Antriebe und Werkstücke simulieren kann. Für ein Automatisierungsprojekt bedeutet das, Fehler früh zu beheben, wenn eine Korrektur noch günstig ist. Ein Beitrag von Matthias Schamp und Kollegen der Universität Gent und Flanders Make, veröffentlicht 2019 in Procedia Manufacturing, beschreibt das Verfahren als Nachbildung des Hardwareverhaltens in einer Softwareumgebung, um die Steuerungslogik vor der realen Umsetzung zu validieren. Die virtuellen Komponenten benötigen ein mechanisches Modell mit Geometrie und Kinematik sowie ein elektrisches Modell, das das Zusammenspiel mit der SPS abbildet.

In der Praxis sehen die Schritte so aus:

1. Modell erstellen von Maschine oder Anlage: die beweglichen Teile, die Sensoren und die Aktoren.
2. Signale benennen im Modell genauso wie im Steuerungsprogramm, damit die Steuerung das Modell so sieht, wie sie die reale Anlage sehen würde.
3. Steuerungssoftware anbinden an das Modell. Das echte SPS-Programm läuft, und das Modell reagiert darauf.
4. Abläufe und Störungen testen. Normale Zyklen durchlaufen und anschließend Störungen auslösen, etwa ein fehlendes Teil, einen Sensorausfall oder einen Stau. Diese sind an echten Anlagen riskant oder nur langsam zu testen.
5. Fehler am Schreibtisch beheben, und das korrigierte Programm an den Standort bringen.

Die Qualität des Ergebnisses hängt davon ab, wie genau das Modell das reale Verhalten abbildet. Das Schamp-Paper hält fest, dass sich das digitale Modell wie das reale Produktionssystem verhalten sollte. Als offene Herausforderungen nennt es den Modellierungsaufwand und die Abhängigkeit von Expertenwissen.

Drei Testebenen: Model, Software und Hardware in the Loop

Der Test kann je nach Projektphase auf verschiedenen Ebenen durchgeführt werden. Die Anbieterseite von realvirtual, die Software für die virtuelle Inbetriebnahme verkauft, beschreibt drei Loops:

• Model-in-the-Loop koppelt Verhaltensmodelle, etwa aus einem Simulationswerkzeug, an das Maschinenmodell. Es eignet sich für Antriebe und Prozesse, bevor es überhaupt SPS-Code gibt.
• Software-in-the-Loop führt die Steuerung als Software auf einem PC aus, sodass der gesamte Test ohne Verkabelung und Hardware auskommt. Es eignet sich für frühe Tests und lässt sich leicht skalieren.
• Hardware-in-the-Loop verbindet eine reale SPS über ein Netzwerk mit dem Modell. Es liegt näher am finalen System und prüft das Verhalten und das Timing der realen Hardware.

Ein Blogbeitrag von Siemens, einem Anbieter, beschreibt für sein Werkzeug zur Anlagensimulation dieselben zwei Modi, Software- und Hardware-in-the-Loop. Der Unterschied zwischen Simulation und Emulation, der hier eine Rolle spielt, verdient eine eigene Betrachtung. Für einen Werksleiter lautet der praktische Kernpunkt: Man beginnt mit Software und ergänzt reale Hardware, sobald das Projekt die Phase erreicht, in der Timing und Schnittstellen wichtig werden.

Was die Belege zu Zeiteinsparungen aussagen

Die berichteten Einsparungen sind groß, doch die Qualität der Belege schwankt. Die Zahlen sollten daher mit Sorgfalt gelesen werden.

• Das Schamp-Paper verweist auf ein früheres kleines Experiment, das eine Verkürzung der realen Inbetriebnahmezeit um 73 % und eine Verbesserung der vor der realen Inbetriebnahme erfüllten Anforderungen um 31 % bei einem digitalen Modellansatz meldete. Die Autoren weisen darauf hin, dass sich Ansätze schwer vergleichen lassen, weil eine Inbetriebnahme nur einmal stattfinden kann.
• Die realvirtual-Seite gibt an, dass die Inbetriebnahmezeit vor Ort um bis zu 75 % kürzer ausfallen kann und der Anteil der Steuerungsfunktionen, die beim ersten Versuch funktionierten, von 37 % auf 84 % gestiegen ist. Sie beruft sich dabei auf eine Feldstudie der Technischen Universität München. Außerdem heißt es, die 75 % seien kein garantiertes Ergebnis für jedes Projekt. Es handelt sich also um eine Anbieterquelle, die einen Dritten zitiert.
• Auch der Siemens-Blogbeitrag nennt große Einsparungen, liefert aber nur wenige überprüfbare Zahlen.

Die Richtung ist also konsistent, die Größenordnung dagegen unsicher. Für die Planung sollten Sie eine konservative Annahme verwenden, etwa ein Viertel der Zeit vor Ort, und diese an Ihrem ersten Projekt überprüfen.

Ein verwandter Begriff ist der digitale Zwilling: eine gepflegte digitale Repräsentation einer physischen Ressource, die anhand von Beobachtungen aktuell gehalten wird. In Industrie-4.0-Projekten werden Zwilling und Inbetriebnahmemodell oft gemeinsam diskutiert, sind aber nicht dasselbe. Ein Modell für die virtuelle Inbetriebnahme ist häufig ein einmaliges Testmodell, zum Beispiel für eine Montagelinie. Wenn Sie es laufend aktuell halten, kann daraus ein Zwilling werden, der sich für Schulungen und für das Testen späterer Änderungen nutzen lässt. Diese Wiederverwendung ist einer der wichtigsten Wege, auf denen sich die Investition auszahlt.

Beispiel: Wann lohnt sich das?

Dies ist eine illustrative Rechnung und kein gemessener Fall. Eine neue Linie benötigt 30 Tage Inbetriebnahme vor Ort. Das virtuelle Modell kostet 25 Ingenieurtage zu je 800, also 20.000, plus 15.000 für Software und Lizenzen, insgesamt 35.000. Ein Verzugstag beim Anlauf kostet 8.000, und zwar durch die Mannschaft vor Ort und die entgangene Marge.

Angenommen, das Team plant konservativ und rechnet mit einer Einsparung von 25 % der Zeit vor Ort, also 7,5 Tagen.

• Einsparung: 7,5 × 8.000 = 60.000.
• Kosten: 35.000.
• Nettogewinn: rund 25.000.

Die Gewinnschwelle liegt bei 35.000 ÷ 8.000 = 4,4 Tagen, das sind etwa 15 % der 30 Tage. Liegt die eingesparte Zeit darunter, rechnet sich das Modell auf dieser Linie allein nicht.

Nun ändern wir eine Annahme. Kostet ein Tag Verzögerung nur 3.000, sind die gleichen 7,5 Tage 22.500 wert, und das ist weniger als die 35.000. Das Projekt zahlt sich bei der ersten Linie nicht aus, es sei denn, das Modell wird wiederverwendet. Dient dasselbe Modell außerdem für die Bedienerschulung und für zwei spätere Änderungen, die jeweils zwei Testtage zu je 3.000 gekostet hätten, bringt die Wiederverwendung weitere 12.000. Der Gesamtnutzen liegt dann bei etwa 34.500, also nahe an der Gewinnschwelle.

Entscheidend ist, dass die Entscheidung von drei Zahlen abhängt: den Kosten eines Verzögerungstags, dem Anteil der Tage, den Sie voraussichtlich einsparen, und der Wiederverwendung des Modells. Vergleichen Sie diese Werte, bevor das Projekt beginnt.

Steuerungstests und Ausgabetests: zwei Arten der Simulation

Virtuelle Inbetriebnahme wird manchmal mit der Produktionssimulation verwechselt, weil beide ein Modell verwenden. Sie beantworten jedoch unterschiedliche Fragen. Die übliche Unterscheidung lautet: Simulation untersucht, wie sich ein System verhält und was es leisten kann, während es hier darum geht, zu prüfen, dass die Steuerung funktioniert.

Eine Simulation des Produktionssystems fragt, ob die Anlage die Leistung erbringen wird. iFAKT's Polaris Simulator ist zum Beispiel ein Modul von iFAKT Polaris, das das Produktionssystem virtuell testet, etwa Kapazitäts-, Personal- und Puffer-Szenarien, und Engpässe aufdeckt, bevor Änderungen vorgenommen werden. Das ist eine Frage nach Fluss und Kapazität. Es ist kein Test des SPS-Codes, und beide ersetzen einander nicht. Eine Linie kann ein gut getestetes Steuerungsprogramm haben und trotzdem schlecht ausgelegt sein, oder umgekehrt. Da die beiden Tests unterschiedliche Fragen beantworten, gehören sie zu verschiedenen Zeitpunkten eines Projekts.

So starten Sie ein Automatisierungsprojekt in fünf Schritten

Diese Reihenfolge ist eine eigene Planungshilfe und kein Standard.

1. Wählen Sie ein Projekt mit hohen Verzögerungskosten oder mit komplexer, neuer Steuerungslogik. Eine einfache Maschine, die Sie schon oft gebaut haben, ist ein schlechter erster Fall.
2. Definieren Sie die Fragen. Welche Abläufe, Verriegelungen und Fehlerfälle müssen getestet werden? Der Umfang bestimmt den Modellaufwand.
3. Legen Sie den Detaillierungsgrad fest. Das Modell sollte so einfach sein, wie die Fragen es zulassen. Ein zu feines Modell kostet Zeit. Ein zu grobes übersieht die Fehler.
4. Wählen Sie die Testebene. Beginnen Sie mit Software-in-the-Loop. Ergänzen Sie Hardware, wenn Timing oder Schnittstellen eine Rolle spielen.
5. Testen, dokumentieren und das Modell behalten. Halten Sie die gefundenen Fehler fest, bringen Sie das korrigierte Programm zur Anlage und benennen Sie anschließend einen Verantwortlichen für das Modell.

Häufige Fehler

• Zu spät anfangen. Ist der Steuerungscode fertig und ausgeliefert, bleibt wenig zum Testen übrig.
• Falscher Detaillierungsgrad. Ein zu grobes Modell übersieht die Fehler, ein zu feines Modell verzögert das Projekt.
• Signale, die nicht übereinstimmen. Weichen die Modellnamen von den realen ab, testen Sie ein anderes Programm.
• Einen bestandenen Test als Beweis werten. Das Modell ist nicht die Maschine. Planen Sie Zeit für die Prüfung vor Ort ein.
• Auf die Prozentzahl in der Überschrift setzen. Selbst der Anbieter sagt, dass seine Zahl nicht für jedes Projekt garantiert ist.
• Kein Verantwortlicher nach dem Projekt. Ein Modell, das niemand pflegt, ist nach der ersten Änderung veraltet.

Wie Software helfen kann

Simulationssoftware für diese Arbeit reicht von Suiten für die Anlagensimulation bis zu Plugins für Game-Engines, und viele lassen sich mit gängigen SPS-Plattformen verbinden. Achten Sie auf die Schnittstellen zu Ihrer Steuerung, den Aufwand für Aufbau und Benennung der Signale und darauf, ob sich das Modell später wiederverwenden lässt. Ein Werkzeug ist nur so nützlich wie das Modell, das Sie damit bauen, und dieses Modell macht den größeren Teil der Kosten aus.

Nächster Schritt

Listen Sie Ihre nächsten drei Investitionsprojekte auf, schätzen Sie für jedes die Kosten eines Verzögerungstags beim Anlauf und vergleichen Sie diese mit den Kosten eines Modells. Wählen Sie das Projekt, bei dem sich die virtuelle Inbetriebnahme am ehesten auszahlt, als Pilotprojekt.