Rareş Curatu, Industry Manager für Industrial Automation and Machinery bei MathWorks, zeigt auf, warum die Zukunft der Automation im Modell beginnt. (Quelle: MathWorks)
Indem Ingenieure mit Tools wie Simulink ein Systemmodell der Anlage und der Steuerung aufbauen, können sie deren Verhalten simulieren und validieren. Eine solche modellbasierte Vorgehensweise schafft einen entscheidenden Mehrwert: Steuerungsalgorithmen können bereits im virtuellen System entwickelt und getestet werden, was Softwarequalität und Prozessleistung deutlich steigert. Gleichzeitig können Ingenieure die Platzierung von Aktoren, Sensoren und anderen Komponenten sowie die Dimensionierung der Hardware prüfen, lange bevor physische Maschinen bereitstehen. Die Simulation von Anlage und Steuerung verhindert Integrationsprobleme, die sonst erst im Feld sichtbar würden. Auch das Durchspielen ungewöhnlicher oder fehlerhafter Betriebszustände ist möglich.
Ein weiterer Vorteil ist die nahtlose Einbindung automatisierter Entwicklungs- und Testprozesse. Das Modell lässt sich direkt in CI/CD-Workflows (Continuous Integration/Continuous Delivery) integrieren, wodurch wiederholbare, verlässliche Software-Releases entstehen. Zudem kann aus dem getesteten Systemmodell automatisch Produktionscode für SPS oder Edge-Controller generiert werden. Model-Based Design liefert somit direkt einsetzbare Steuerungssoftware. Anschließend können Ingenieure Hardware-in-the-Loop-Testumgebungen nutzen, in denen das zuvor validierte Modell auf Echtzeitrechnern läuft und mit den Steuerungen der realen Anlage verbunden wird. So lassen sich unterschiedliche Szenarien durchspielen, bevor es zur physischen Umsetzung kommt. Die finale Inbetriebnahme erfolgt dadurch wesentlich schneller, kostengünstiger und risikoärmer.
Darüber hinaus unterstützt Model-Based Design Maschinenbauunternehmen dabei, den steigenden Anforderungen an Flexibilität und Individualisierung in der Fertigung gerecht zu werden. Je ausgeklügelter die Maschine und ihre Softwarefunktionen sind, desto größer ist der potenzielle Return on Investment. Insbesondere modulare Maschinen, die auf unterschiedliche Kundenanforderungen angepasst werden müssen, profitieren von modellgestützter Entwicklung. So lassen sich unterschiedliche Spezifikationen bereits im Modell prüfen und optimieren, wodurch Entwicklungszeiten um bis zu 50 Prozent reduziert werden können.
Was Model-Based Design noch ermöglicht
Model-Based Design macht die klassische Maschinensteuerung zu einer vielseitigen Plattform, auf der weitere Analyse- und Optimierungsansätze miteinander verknüpft werden können. Dabei bilden die eingangs entwickelten Systemmodelle eine wiederverwendbare Grundlage für diese innovative Methoden.
So ermöglicht Model-Based Design den Einsatz von Anomalieerkennung und Predictive Maintenance, die Fehlerpotenziale weit über die physische Inbetriebnahme hinaus erkennen. Mit Werkzeugen wie Matlab beispielsweise können Ingenieure Szenarien simulieren, Daten synthetisch erzeugen und Algorithmen validieren. Dadurch wird die Planung von Wartungsstrategien präziser und ressourcenschonender. Gleichzeitig lassen sich mithilfe dieser Modelle KI-gestützte Anwendungen für visuelle Inspektionen trainieren und testen. Die Modelle können außerdem eine realistische Umgebung für Deep-Learning-Systeme liefern. Deren Robustheit kann in der Simulation überprüft werden, bevor reale Anlagen in die Prüfprozesse eingebunden werden.
Darüber hinaus bilden die entwickelten Modelle die Grundlage für digitale Zwillinge und virtuelle Inbetriebnahme. Sie spiegeln die reale Anlage exakt wider und erlauben die Entwicklung und Simulation neuer Betriebszustände in einer sicheren Umgebung. Dies schafft eine frühe Validierungsplattform und ermöglicht es, komplexe Analysen und Optimierungen durchzuführen, ohne den Produktionsbetrieb zu unterbrechen.
Ergebnisse, die wirklich zählen
Wer seine Erkenntnisse heutzutage erst auf der realen Maschine gewinnt, reagiert zu spät. Model-Based Design transformiert den Entwicklungsprozess von reaktiven Nachbesserungen hin zu proaktivem, daten- und modellgestütztem Engineering. Darüber hinaus schafft Model-Based Design eine flexible, wiederverwendbare Entwicklungsbasis. Einmal erstellte Modelle lassen sich für digitale Zwillinge, KI-gestützte Qualitätsprüfungen oder vorausschauende Wartung nutzen. Automatisch generierter Code macht den Schritt von der Simulation zur Produktion zuverlässig und hardwareunabhängig. Die gleiche Modellbasis kann für unterschiedliche Steuerungssysteme eingesetzt werden, ohne dass Entwickler erneut bei Null anfangen müssen.
Der wirkliche Wert von Model-Based Design liegt jedoch in seiner strategischen Wirkung: Unternehmen können Produktionsprozesse schneller anpassen und den steigenden Anforderungen an Individualisierung besser gerecht werden. Simulation und Modellierung ermöglichen Experimente und Designvarianten, ohne die reale Produktion zu gefährden. Mit diesem Ansatz lassen sich Entwicklungszeiten halbieren, Integrationsrisiken minimieren und die Produktionsqualität kontinuierlich verbessern. Gleichzeitig erhalten Ingenieure eine robuste Grundlage, um auch künftigen Anforderungen an Automatisierung und Digitalisierung gewachsen zu sein.