Entwicklung eines intelligenten Digitalen Zwillings mittels transienter Fließschemasimulation

Bisher werden Prozessanlagen für einen bestimmten Anwendungsfall ausgelegt und mittels Prozessleitsystemen gesteuert. Diese Anlagen verändern sich mit der Zeit durch kleine Modifikationen durch neue Anforderungen an die herzustellenden Produkte. Damit muss sich auch die Steuerung an diese Veränderungen anpassen.

Im Forschungsprojekt TwinGuide soll nun ein digitaler Zwilling für Prozessanlagen entstehen, mit dem eine vorausschauende Regelung der zukünftigen Entwicklung des Zustands einer produzierenden Anlage möglich ist. So kann das Eintreten unerwünschter Zustände im Voraus zuverlässig verhindert werden. Dafür sollen parallel zum Betrieb der Anlage ablaufende Simulationen auf der Basis ihres digitalen Modells eine Vorhersage der Prozessstabilität und Produkteigenschaften ermöglichen.

Die Intelligenz des Digitalen Zwillings wird dadurch definiert, dass die zugrundeliegenden Modelle durch eine umfangreiche kontinuierliche (offline/online) Datenerfassung mit einer sehr hohen Detailgenauigkeit und hohem Verarbeitungsgrad deutlich schneller als in Echtzeit zu Entscheidungsmaßnahmen führen, sodass Vorhersagen sowie Betriebsoptimierungen möglich sind. Neben dem eigentlichen Digitalen Zwilling wird außerdem eine Kommunikationsschnittstelle entwickelt werden, die eine Interaktion zwischen den Simulationsergebnissen und dem digitalen Prozessabbild ermöglicht. Durch eine direkte Kopplung der aktuellen Anlagendaten und der Zustandsauswertung mit den Simulationsergebnissen werden letztere in Echtzeit in den Anlagenbetrieb integriert. Dadurch können Warnungen für unsichere Anlagenzustände mit entsprechenden Handlungsszenarien und -empfehlungen den Anlagenfahrern ausgegeben werden.

Die Implementierung in das Prozessleitsystem erfolgt bei dem Anwendungspartner, der Pergande Gruppe, wobei neben dem Einsatz im Labormaßstab auch die Übertragbarkeit auf größere Anlagen demonstriert werden soll. Die Forschungspartner erwarten, dass die Effizienz im Bereich der Lohnproduktion durch höhere Anlagenverfügbarkeit um ca. 15 Prozent gesteigert werden kann.

Projekttitel

Entwicklung eines intelligenten Digitalen Zwillings zur Vorhersage und Steuerung des Prozessverlaufs mittels transienter Fließschemasimulation am Beispiel der Wirbelschichtsprühgranulation

Stichworte

Intelligenter Digitaler Zwilling, Assistenzsysteme, Handlungsempfehlungen, Simulation, Wirbelschichtsprühgranulation

Projektlaufzeit

September 2021 bis August 2024

Projektpartner

• Technische Universität Hamburg
• IPT Pergande GmbH

Projektförderung

DFG Förderprogramm