Einblick in den digitalen energetischen Zwilling
Im Pilotvorhaben Digitaler energetischer Zwilling (DeZ) des Forschungsprojektes TeDZ wird evaluiert, wie mithilfe Digitaler Zwillinge in Form der Verwaltungsschale die energetische Transparenz einer Maschine oder Anlage verbessert werden kann.
Im Produktlebenszyklus einer Maschine gibt es eine Vielzahl von Anwendungsfällen, von der Idee über die Projektierung der Energieversorgung und die virtuelle Inbetriebnahme, bis zur Energieoptimierung und Predictive Maintenance in der Betriebsphase, die durch digitale Repräsentanzen bzw. diverse Simulationsmodelle unterstützt werden können. In diesen Anwendungsfällen werden verschiedenste Daten und Modelle benötigt, um z. B. Aussagen über Energieverluste treffen zu können. Im Pilotvorhaben DeZ wurde ein Konzept entwickelt und erprobt, um Informationen für diverse Anwendungsfälle in einer standardisierten Form (Verwaltungsschale) bereitzustellen und wiederzuverwenden.
Idee einer Maschinenlösung
Der Maschinenbetreiber beauftragt ein Maschinenbauunternehmen, das unter Zuhilfenahme diverser Komponenten-Zulieferer einen Digitalen energetischen Zwilling (DeZ) der Maschine entwickelt, der auf der sogenannten Verwaltungsschale basiert. Somit kann in einem frühen Entwicklungsstadium eine digitale standardisierte Repräsentanz genutzt werden.
Projektierung der Energieversorgung der Maschine
Mit Hilfe der Komponentenmodelle der Zulieferer wird der DeZ angereichert. Unter Zuhilfenahme des FMI-Standards und der Bereitstellung der Modelle mithilfe der Verwaltungsschale wurde im Rahmen des Pilotvorhabens DeZ ein Konzept für einen Modellgenerator entwickelt, der ein Gesamtmodell der Maschine generieren kann und somit die energetische Bewertung unterstützt. Im Anschluss kann der Energie- und Leistungsbedarf evaluiert und innerhalb der weiteren Realisierung berücksichtigt werden.
Energieeffizienz-Erklärung
Mit dem nun vorhandenen DeZ kann eine erste Abschätzung der Energieeffizienz bei kundenspezifischer Nutzung, im Vergleich zu einer zuvor definierten Referenz, erfolgen. Die Effizienz kann über ein ErP-Label (Energy related Products) ausgedrückt werden, welches Teil des DeZ wird.
Virtuelle Inbetriebnahme (VIBN)
Unter Zuhilfenahme des DeZ und echtzeitfähiger Simulationsmodelle kann der entwickelte Workflow auch die Durchführung der virtuellen Inbetriebnahme (z.B. Hardware-In-The-Loop Simulationen) unterstützen. Dies führt zu kürzeren Zeitspannen bei der Erstinbetriebnahme der realen Maschine oder Anlage, da ein Großteil der Steuerungs-Software bereits in frühen Entwicklungsstadien, mit dem digitalen Abbild der Maschine auf mögliche Fehler untersucht werden kann.
Anpassung der Energieversorgung des Maschinenverbunds
Bei Maschinenbetreibern mit mehreren Maschinen oder Anlagen kann die Energieversorgung einer gesamten Produktionsstätte mit Hilfe der zuvor erstellten DeZ durch Betrachtung von spezifischen elektrischen Wechselwirkungen optimiert werden (z.B. Heben und Senken von Lasten). Somit unterstützt der Digitale Zwilling die Energieeffizienz der gesamten Produktionsstätte, indem dieser Zusatzinvestitionen hinsichtlich der Energieversorgung abschätzen bzw. vorhersagen und vorschlagen kann, um mittelfristig Kosteneinsparungen zu erzielen. Die elektrischen Synergieeffekte können insbesondere bei gleichstrombetriebenen Maschinen oder Anlagen ausgenutzt werden.
Energieoptimierung
Örtliche Gegebenheiten oder Änderungen von Maschinenparametern beim Betreiber führen häufig zu Verhaltensabweichungen im Vergleich zum vorhergesagten Maschinenbetrieb. Mit Unterstützung des DeZ können diese Abweichungen z.B. durch Simulationen mit neuen Randbedingungen bewertet werden, um anschließend Vorschläge für eine energieeffizientere Maschinentopologie zu unterbreiten. Hier können durch monetäre Modelle auch Armortisationszeiten von zusätzlichen Investitionen berücksichtigt werden.
Predictive Maintenance
Im Laufe des Maschinenbetriebs fallen zahlreiche Sensor-, Aktor- und Umgebungsdaten an, die für Predictive Maintenance (Vorausschauende Wartung) genutzt werden können. Auf Basis des ‚üblichen‘ Maschinenverhaltens können mit Hilfe des DeZ Verhaltensauffälligkeiten erkannt und frühzeitig beseitigt werden (zum Beispiel durch außerordentliche Wartungsarbeiten). Somit können plötzliche Ausfälle der Produktionsstätte minimiert beziehungsweise ausgeschlossen werden.
Weitere Blog-Einträge beleuchten einzelne Themen im Detail:
- Virtuelle Inbetriebnahme
- Zusammenspiel Verwaltungsschale – Simulationsmodell
- Plattform Industrie 4.0: Teilmodell Simulation
- Functional Mock-up Interface
