Integrationstests

Im Bereich der Wellpappen-Verpackungen spielt die Qualitätssicherung eine zentrale Rolle. Hier kommt dem Thema der Integrationstests besondere Bedeutung zu. Dabei handelt es sich um eine systematische Vorgehensweise im Qualitätssicherungsprozess mit dem Ziel, Fehler an Schnittstellen frühzeitig zu finden, die Funktionsfähigkeit im Maschinenverbund nachzuweisen und reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten. Integrationstests verknüpfen Mechanik, Elektrik/Elektronik und IT, prüfen die Interaktion von Komponenten und die Robustheit der Abläufe entlang der gesamten Prozesskette – von der Auftragseinsteuerung über den Maschinenverbund bis zur Übergabe an nachgelagerte Stationen. Ziel ist es, Wechselwirkungen zwischen Komponenten rechtzeitig zu erkennen, Risiken zu reduzieren, Takt- und Prozessstabilität zu sichern sowie die Reproduzierbarkeit stabiler Produktionsabläufe belastbar zu belegen. In der Praxis werden Integrationstests häufig im Rahmen von FAT- und SAT-Freigaben, bei Formatwechseln und nach Software-Updates oder Umbauten eingesetzt, um den Produktionsanlauf abzusichern.

Definition: Was versteht man unter den Prozessen der Integrationstests?

Integrationstests sind eine Art von Testverfahren, die im Rahmen der Softwareentwicklung und der industriellen Automatisierung zum Einsatz kommen. Sie zielen darauf ab, einzelne Teilkomponenten eines Systems oder einer Software zusammenzuführen und in ihrer Gesamtfunktionalität zu überprüfen. Konkret unterscheidet man zwischen Top-down-, Bottom-up- und Sandwich-Integrationstests, die sich hinsichtlich ihres Vorgehens, ihrer Testdoubles (Stubs, Treiber) und ihrer Abdeckungsstrategie unterscheiden. Zielgrößen sind u. a. Stabilität der Schnittstellen, Konformität zu Spezifikationen, zeitliches Verhalten, Fehlertoleranz und Wiederanlaufverhalten.

Im industriellen Umfeld werden Integrationstests im Sinne des V-Modells zwischen Modul-/Komponententests und Systemtests verortet. Sie prüfen Schnittstellen, Protokolle, Datenflüsse und Sequenzen, die erst im Zusammenwirken mehrerer Module entstehen. Typische Elemente sind Testtreiber und Stubs (zum Simulieren fehlender Komponenten), klar definierte Testfälle mit Akzeptanzkriterien, Rückverfolgbarkeit zu Spezifikationen und Anforderungen, reproduzierbare Testdaten sowie Regressionstests nach Änderungen. Abzugrenzen sind sie von Unit-Tests (isolierte Funktion) und vollständigen Abnahmetests (End-to-End) mit produktionsnaher Umgebung.

• Top-down: Frühes Testen der höheren Ebenen; tiefer liegende Komponenten werden simuliert.
• Bottom-up: Aufbauend von unten; reale Basiskomponenten zuerst, darüber schrittweise Integration.
• Sandwich: Kombination beider Ansätze für parallele Testfortschritte.

Abgrenzung und Ziele

Während Verifikation den Abgleich mit Spezifikationen adressiert und Validierung den Eignungsnachweis im Einsatzszenario liefert, konzentrieren sich Integrationstests auf das korrekte Zusammenspiel der Bausteine. Sie reduzieren Integrationsrisiken, senken Anlaufverluste und liefern evidenzbasierte Freigabeentscheidungen für Produktionsumgebungen in der Wellpapp-Verpackungsfertigung.

Funktionsweise der Integrationstests in der Verpackungsindustrie

Im Kontext der Wellpapp-Verpackungsindustrie spielen die Verfahren der Integrationstests eine besondere Rolle. Sie dienen zum Testen und Verifizieren der mechanischen, elektrischen und IT-integrierten Funktionen von Maschinen und Produktionslinien. Hierbei werden Maschinenteile und Subsysteme schrittweise zusammengefügt und getestet. Dies ermöglicht die frühzeitige Identifizierung und Isolierung von Fehlern und verbessert somit die Qualität der Endprodukte. Berücksichtigt werden dabei SPS-/Safety-Programme, Antriebsregler, Kamerasysteme, Etikettendrucker, Sensor-/Aktorik sowie Leit- und Bediensysteme, die in ihrer Gesamtheit konsistent arbeiten müssen.

Praktisch betrifft dies z. B. die Kopplung von Wellpappenanlage, Druckwerken, Stanzmaschinen, Faltklebemaschinen, Palettierern, Etikettierern und Inline-Kontrollen. Geprüft werden Signalverkettungen (Start/Stop, Störmeldungen), Sicherheitsfunktionen (Not-Halt-Kette), Übergabepunkte, Timing von Transportachsen, Rezeptur- und Auftragswechsel, sowie digitale Schnittstellen (z. B. OPC UA, Feldbusse). Ein besonderer Fokus liegt auf Formatwechseln, Taktgenauigkeit, Sensor-/Aktor-Synchronität und der Datenkonsistenz zwischen Leitstand, MES/ERP und Anlagensteuerungen. Ergänzend werden Pufferstrategien, Zwischentransporte, Fehlerpfade und definierte Rücksetzmechanismen (Recovery) überprüft, um Stillstände und Ausschuss nachhaltig zu reduzieren.

• Schnittstellenprüfung: Protokollkonformität, Zeitverhalten, Fehlertoleranz bei Kommunikationsabbrüchen.
• Sequenz- und Ablauftests: Start-/Stopp-Sequenzen, Wiederanlauf nach Störung, Warm-/Kaltstart.
• Prozess- und Qualitätsprüfungen: Registerhaltigkeit, Leimauftrag, Falz-/Stanzqualität, Auswurfstrategien.
• Datenvalidierung: Rezepturen, Auftragsdaten, Traceability-Informationen und Aggregation im Reporting.

Im Rahmen von Einricht- und Musterläufen wird verifiziert, ob die definierten Abmessungen und zulässigen Toleranzen im Musterlauf eingehalten werden und ob Format- und Jobwechsel ohne zusätzliche Anpassungen durchlaufen. Dies umfasst auch Tests der Übergaben zwischen Aggregaten (z. B. von Stanze zu Faltklebemaschine) und die Überwachung durch Kamerasysteme oder Sensorik. Dazu gehören die Kalibrierung relevanter Messmittel, die Plausibilisierung von Inline-Messwerten (z. B. Leim- oder Druckinspektion) sowie Stichprobenprüfungen im Labor. Zusätzlich wird geprüft, ob Parameter- und Rezepturstände nachvollziehbar versioniert sind und nach einem Wiederanlauf konsistent geladen werden.

Voraussetzungen und Testumgebung

Für belastbare Integrationstests werden definierte Testdaten, stabile Testumgebungen (ggf. Emulation/Simulation), klare Vorbedingungen (z. B. Sicherheitsfreigaben, Materialchargen, Rüstzustände) und eine lückenlose Protokollierung benötigt. Virtuelle Inbetriebnahme, SIL/HIL-Setups und Digital-Twin-Modelle unterstützen die Vorabvalidierung, senken Anlagenbindung und verkürzen die Zeit bis zur produktiven Verifikation.

Relevanz des Integrationstests für das Qualitätsmanagement

Die Anwendung der Integrationstests trägt erheblich zur Qualitätssicherung in der Herstellung von Wellpappe und ihren Verpackungen bei. Sie sind ein unerlässliches Werkzeug zur Überprüfung der Produktionsprozesse und zur Sicherstellung der Produktqualität. Der Erfolg eines Integrationstests kann auf verschiedene Weisen gemessen werden, beispielsweise durch die Überprüfung der Interoperabilität von Komponenten, der Übereinstimmung mit den Spezifikationen und der Bereitschaft für den Produktionsbetrieb. Ebenso wichtig sind Nachweise für Rückverfolgbarkeit, Auditfähigkeit und die definierte Handhabung von Abweichungen inklusive Korrektur- und Vorbeugungsmaßnahmen.

Im Qualitätsmanagement werden Integrationstests in Prüfpläne und Freigabeprozesse eingebettet. Sie reduzieren Anlaufverluste, stabilisieren OEE-Kennzahlen, senken Ausschuss- und Nacharbeitsquoten und unterstützen die Reklamationsprävention. Relevante Messgrößen sind u. a. First-Pass-Yield, Stoppgründe, Störungsdichte, mittlere Reparaturzeit, Prozessfähigkeit in kritischen Merkmalen sowie Rückverfolgbarkeit der Testnachweise. Dokumentierte Testergebnisse bilden zudem die Grundlage für Schulungen und standardisierte Anweisungen. In regulierten Umgebungen zahlen Integrationstests auf Compliance-Anforderungen ein (z. B. dokumentierte Freigaben, Änderungsmanagement, Prüfmittelmanagement) und stärken die Prozesssicherheit über den gesamten Lebenszyklus der Anlage.

• Konformität: Nachweis der Spezifikations- und Normerfüllung.
• Prozessstabilität: Robustheit bei Auftragswechsel, Schichtwechsel und variierender Materialqualität.
• Risikominimierung: Frühes Erkennen von Integrationsrisiken an Schnittstellen.

Vor- und Nachteile von Integrationstests

Die Durchführung von Integrationstests bietet eine Reihe von Vorteilen. Sie ermöglicht es, Fehler frühzeitig zu erkennen und zu beheben, noch bevor sie zu Störungen im Produktionsprozess führen könnten. Weiterhin tragen sie zur Sicherstellung der Produktqualität und zur Einhaltung einer hohen Betriebseffizienz bei. Allerdings ist ihre Durchführung mit Aufwand verbunden. Zudem ist ein hohes Maß an interdisziplinärer Expertise erforderlich, um Integrationstests effektiv zu planen, durchzuführen und auszuwerten. Ein klarer Nutzen ergibt sich aus der Reduktion ungeplanter Stillstände, einer höheren Reife im Produktionsanlauf und belastbaren Freigabeentscheidungen.

• Vorteile: Frühzeitige Fehlerlokalisierung an Schnittstellen, valide Freigabeentscheidungen, reproduzierbare Prozesse, bessere Planbarkeit von Format- und Jobwechseln, belastbare Dokumentation für Audits.
• Herausforderungen: Testaufwand und Anlagenbindung, erforderliche Testumgebungen und -daten, Abhängigkeiten zu Zulieferkomponenten, notwendige interdisziplinäre Expertise (Mechanik, Elektrik, Automatisierung, IT).

Die Skalierung von Integrationstests (z. B. risikobasiert nach kritischen Prozessschritten) sowie der Einsatz von Simulation und automatisierten Testskripten helfen, Aufwand und Nutzen in ein angemessenes Verhältnis zu setzen. Eine strukturierte Ressourcenplanung sichert Verfügbarkeit von Personal, Material und Zeitfenstern im Maschinenpark.

Integrationstestmethoden in der Praxis

In der Praxis kommen bei den Durchgängen der Integrationstests verschiedene Methoden zum Einsatz. Es gibt sowohl manuelle als auch automatisierte Verfahren, die verwendet werden, um die Maschinen- und Systemfunktionalitäten zu überprüfen. Dazu gehören unter anderem die Funktions-, die Belastungs- und die Sicherheitstests. Jedes Verfahren hat spezifische Merkmale und Stärken, die je nach Anforderungen und Produktionskontext optimal genutzt werden können. Ergänzend finden Abnahmeszenarien (FAT/SAT), Regressionstests nach Änderungen und End-to-End-Abläufe vom Auftragseingang bis zum palettierten Gebinde Anwendung.

• Funktions- und Schnittstellentests: Handshake-Signale, Statusmodelle, Fehlerpfade, Zeitbudgets.
• Belastungs- und Stresstests: Maximale Liniengeschwindigkeiten, Langläufer, Schichtsimulation, Materialmix.
• Sicherheitstests: Not-Halt, Schutzkreise, Wiederanlaufverriegelungen, sichere Geschwindigkeit/Stillstand.
• Wiederanlauf- und Recovery-Tests: Geordnete Stopp-/Start-Sequenzen, Pufferverhalten, Datenkonsistenz.
• Daten- und IT-Integration: Auftragsübernahme, Rückmeldungen, Traceability, Reporting und Archivierung.
• HIL/SIL/Emulation: Simulation von Sensoren/Aktoren, Digital-Twin-Ansätze zur Vorabvalidierung.

Bewährt haben sich risikobasierte Testpläne mit klar priorisierten Szenarien, standardisierte Checklisten je Aggregat, definierte Testdaten, sowie eine lückenlose Protokollierung. Typische Praxisbeispiele sind das Verifizieren des Leimauftrags in Kopplung mit der Faltklebemaschine, die Synchronisation von Druck- und Stanzregistern und die Handshake-Prüfung zwischen Palettierer und Etikettierer einschließlich Fehler- und Wiederanlaufszenarien. Ebenso relevant sind End-of-Line-Prüfungen, Etiketten- und Kennzeichnungslogik, die Aggregation von Packstück- und Palettendaten sowie die korrekte Übergabe an Lager- oder Versandprozesse.

Rollen und Verantwortlichkeiten

Klare Zuständigkeiten zwischen Produktion, Instandhaltung, Automatisierung, IT und Qualitätssicherung sind wesentlich. Testverantwortliche definieren Umfang und Akzeptanzkriterien, Fachabteilungen liefern Prozesswissen und Testdaten, während das Qualitätsmanagement die Dokumentation, Rückverfolgbarkeit und Auswertung sicherstellt.

Planung, Dokumentation und Metriken

Eine robuste Planung umfasst Teststrategie, Abdeckung kritischer Pfade, Traceability-Matrix (Anforderungen ↔ Testfälle), Versionierung von Software und Rezepturen sowie Freigabekriterien. Dokumente wie Prüfanweisungen, Checklisten, Abweichungsberichte und Freigabeprotokolle schaffen Transparenz und Wiederholbarkeit.

Wichtige Metriken sind Testabdeckung, Fehlersuche-Durchlaufzeiten, Wiederholbarkeitsraten, OEE-Effekte nach Freigabe, Anzahl der Regressionen nach Änderungen und MTTR/MTBF-Verlauf. Die kontinuierliche Auswertung in Verbesserungsrunden (z. B. PDCA) unterstützt eine nachhaltige Erhöhung der Prozessstabilität.

Typische Fehlerbilder und Gegenmaßnahmen

• Inkonsistente Rezepturstände nach Wiederanlauf → Versionierung, automatische Plausibilitätsprüfungen, Freigabe-Workflows.
• Timing-Konflikte zwischen Transportachsen → Pufferlogik anpassen, Taktzeiten synchronisieren, Grenzwerte definieren.
• Unvollständige Auftragsdaten → Validierungsregeln beim Import, Pflichtfelder, Rückmeldelogik mit Fehlermeldungen.
• Kommunikationsabbrüche (OPC UA/Feldbus) → Heartbeats, Reconnect-Strategien, Fallback-Zustände definieren.
• Fehlende Traceability → Eindeutige IDs, lückenlose Erfassung, revisionssichere Archivierung der Test- und Produktionsdaten.

Zusammenfassung:

• Integrationstests dienen der Überprüfung der Zusammenarbeit verschiedener Teile eines Systems. In Bezug auf Verpackungsunternehmen, die Wellpappe verwenden, könnte dies beispielsweise die reibungslose Funktion zwischen Produktion, Verpackungsdesign und Qualitätskontrolle bedeuten.
• Die Ausführung der Integrationstests hilft dabei, Fehler und Unstimmigkeiten in der Interaktion zwischen den Systemkomponenten frühzeitig aufzudecken. Damit wird sichergestellt, dass die Endprodukte, wie in unserem Fall die Wellpappenverpackungen, den festgelegten Qualitätsstandards entsprechen.
• Zu guter Letzt erhöht die Durchführung von Integrationstests die Effizienz, da Probleme und Störungen rechtzeitig erkannt und behoben werden können. Dies spart Arbeitszeit und sorgt für eine optimal gestaltete und produzierte Wellpappenverpackung.
• Im Qualitätsmanagement unterstützen Integrationstests belastbare Freigaben, senken Ausschussquoten und sichern Kennzahlen wie OEE und First-Pass-Yield ab.
• Eine systematische Planung mit priorisierten Testfällen, standardisierten Checklisten und dokumentierten Ergebnissen bildet die Grundlage für stabile, reproduzierbare Produktionsprozesse.
• Durch klare Rollen, nachvollziehbare Freigaben und kontinuierliche Verbesserungszyklen werden Integrationsrisiken minimiert und die Prozessfähigkeit über den Lebenszyklus der Verpackungsanlage gesichert.