Schlauer Zwilling

Cadfem stellt zur SPS IPC Drives das Konzept des Simulationsspezialisten für den digitalen Zwilling vor. Der soll das Produkt während der ganzen Nutzungsdauer abbilden und zustandsorientierte Wartung ermöglichen.

01. November 2017

Auf der Messe SPS IPC Drives (28.-30.11.) will Cadfem sein Konzept des digitalen Zwillings zeigen. Bei dem wird ein Simulationsmodell eines Objekts ständig mit Lastdaten gefüttert, die Sensoren im realen Betrieb der Maschine oder Anlage ermitteln. Dadurch soll das Simulationsmodell jederzeit den tatsächlichen Zustand der Anlage widerspiegeln. Dabei liefert das Modell auch Informationen, die sich durch Sensoren nicht oder nicht wirtschaftlich sinnvoll erfassen lassen. So können Anlagenbetreiber Wartungsmaßnahmen auf den tatsächlichen Zustand der Anlage abstimmen und bei Bedarf Komponenten vorsorglich austauschen.

Darüber hinaus ist es eventuell möglich, Betriebsparameter für den bestmöglichen Betrieb der Anlage zu ändern. Außerdem können Kenntnisse aus dem realen Betrieb in die Produktentwicklung einfließen. Voraussetzung für die technische Umsetzung eines digitalen Zwillings ist die zuverlässige Verbindung des physischen Produktes mit der Simulation und eine Simulationstechnik, die die erforderliche Realitätstreue und eine extrem hohe Berechnungsgeschwindigkeit ermöglicht.

Als Beispiel führt Cadfem ein Relais an. Dessen Lebensdauer ist abhängig von Faktoren wie Größe der geschalteten Last, Schalthäufigkeit und -dauer sowie die Umgebungstemperatur. Sie definieren unter anderem die im Lichtbogen anfallende Verlustleistung, die Temperatur der Kontakte und deren Verschleiß. Ein Simulationsmodell, das mit realen Lastdaten gespeist wird, kann den aktuellen Zustand des Relais darstellen und die Notwendigkeit eines vorsorglichen Austauschs signalisieren.

Dafür werden detaillierte FEM-Simulationen für den Magnetkreis, Temperatur und Mechanik als Verhaltensmodelle im Ansys-Systemsimulator "Simplorer" mit konzentrierten Elementen für die Kinematik und die Schaltung kombiniert. Während des Betriebs werden im realen Relais erfasste Sensordaten über ein Netzwerk an eine Cloud-basierte IoT-Plattform gesendet. Diese speist das Simulationsmodell damit, wertet automatisiert die Ergebnisse aus und stellt die verbleibenden Schaltzyklen dar.

Anhand der detaillierten Simulationsergebnisse - hier die Kontakttemperatur und Lichtbogenenergie - lassen sich der reale Verschleißzustand und die verbleibende Lebensdauer bewerten. Der Umstieg von präventiver auf prädiktive Wartung soll Kosteneinsparungen durch kürzere Ausfallzeiten, bessere Felddaten für die Produktentwicklung und detaillierte Kenntnis einsatzspezifischer Nutzungsdaten für neue Geschäftsmodelle bewirken.