Andreas Brandt, CADFEM GmbH

Transkript

1 Der Titelmasterformat Digitale Zwilling durch Klicken bearbeiten Andreas Brandt, CADFEM GmbH CADFEM

2 Mit dem Digitalen Zwilling zum serviceorientierten Geschäftsmodell Definition & Motivation Bausteine & Synergien Praktische Umsetzung & Demonstration CADFEM

3 Was ist der Digitale Zwilling? Virtuelles Abbild spezifischer Produkte Zustandsüberwachung im Betrieb Online: Live per IoT Offline: near real time Virtuelle Sensoren By Prof. Marius Geller, FH Dortmund By Tomaž Jančar -Vlastito djelo, CC BY-SA 3.0, CADFEM

4 Digitaler Zwilling für Windkraftanlagen -General Electric Marc-Thomas CADFEM Schmidt, 2017GE Digital, The Power of Predix Twin and Edge, 4

5 Prädiktive Wartung Wartungskonzepte Reaktiv Präventiv Prädiktiv Motivation (Quelle: US DoE) ROI 10x Wartungskosten -25% Ausfälle -70% Stillstand -35% Produktivität +20% Quelle: Polizeiinspektion Stade CADFEM

6 Reale Felddaten für die Produktentwicklung As Designed Designed MODEL-BASED ENTERPRISE & SYSTEMS ENGINEERING As Operated INTEGRATED IOT ASSETS & ECOSYSTEMS Digital Signatures Virtual Sensors Design Decisions Cost Weight Efficiency Robustness Operational Decisions Life Performance Diagnostics Optimize CADFEM 2017

7 Kundenverhalten & Neue Services Es geht nicht nur um die Digitalisierung der Produktion, sondern um die Digitalisierung von Produkten. Nicht Prozessinnovationen sind entscheidend, sondern innovative Geschäftsmodelle. Prof. Frank Piller, RWTH Aachen, zu Industrie 4.0 CADFEM

8 Vorteile des Digitalen Zwillings Reduzierte Wartungskosten & hohe Verfügbarkeit Reale Felddaten für die Produktentwicklung Kundenverhalten & neue Services CADFEM

9 Was Titelmasterformat gehört dazu? durch Klicken bearbeiten CADFEM

10 Vernetzung & IoT Plattform Vernetzung IoT Plattform Protokolle Leitungsgebunden/Wireless Safety & Security Verarbeiten von Sensordaten Interaktion mit dem Digitalen Zwilling Auswertung und Visualisierung Big Data Analyse / Machine Learning O O O CADFEM

11 Digitaler Zwilling: Abbild aller relevanten Produkteigenschaften CADFEM

12 Anforderungen an den Digitalen Zwilling Realitätstreue Geschwindigkeit 3D Simulation 3D Simulation 0D Simulation 0D Simulation Verhaltensmodelle (Reduced Order Models, ROMs) Verhaltensmodelle (Reduced Order Models, ROMs) CADFEM

13 Erzeugen von Verhaltensmodellen Alle Physikdomänen Mechanik Temperatur Strömung & Wärmeübergang Elektromagnetik Embedded Software Universell: Datenbasierte ROMs Technische Implementierung Modale Reduktion, Krylov-Subspace, LTI, ECE, MoP Vergleich ROM/CFD-Modell Zeitvorteil: Faktor 1000 Gemeinsamer Nenner: Ableiten des Verhalten aus Komponentensimulationen Adäquate Abbildung von Eigenschaften an definierten Schnittstellen (Terminals, Pins) Integration und Interaktion aller Komponenten auf Systemebene CADFEM

14 IntegriertesDigitales Produktmodell -Synergien zur Produktentwicklung Modellbasierte Entwicklung Durchgängigkeit in der Architektur Requirements Funktionen Logische Architektur Physikalisches System & Komponenten Integration, Verifikation, Validierung Durchgängigkeit zw. Disziplinen Gute SW-Modelle für Hardware/Mechanik-Entwickler Gute Hardware/Mechanikmodelle für SW-Entwickler CADFEM

15 Vorteile von ANSYS Vollständiges Digitales Modell Geschwindigkeit im Entwicklungsprozess Durchgängigkeit -RFLP Übersichtliche Entwicklungs-Architektur Sicherheit in der Auswahl von Systemkomponenten Offenheit: Modelica + VHDL-AMS, FMU, Simulink, C, Spice Beschleunigtes Testen von Software, Elektronik & Mechanik Einfache Weiterverwendung von Wissen & Daten Realitätstreue Präzision & Robustheit in der physikalischen Simulation d. industriebewährte Solver Skalierbare Modellierung v. Systemkomponenten: Konzentriert, ROM, Cosimulation Gute Systemabstimmung: Dynamische Interaktion statt statischer Spec CADFEM

16 Synergien nutzen: Simulationsmodelle für Produktnutzungsphase CADFEM

17 Digitaler Titelmasterformat Zwilling -Anwendungsbeispiel durch Klicken bearbeiten Prognose verbleibender Einsatzdauer eines sicherheitskritischen Relais CADFEM

18 Anwendungsfall Sicherheitskritisches Relais Priorität: Ausfallsicherheit Traditionelle Technik ist limitiert Zwangsgeführte Kontakte zeigen Ausfall an ermöglichen keine Ausfallprognose Präventive Wartung Neuer Ansatz durch IoT Einspeisen der aktuellen Lastdaten in ein Simulationsmodell Virtuelle Sensoren liefern detailliertere Aussagen zu Verschleiß & Ausfall CADFEM

19 Lösung und Nutzen Performantes Simulationsmodell für Mechanik, Magnetik, Stromfluss, Temperatur Systemsimulation in Simplorer Verhaltensmodelle (ROMs) aus 2D/3D ANSYS-Analysen Hohe Anlagenverfügbarkeit Bauteilspezifische Prognose der Restlebensdauer Reale Lastdaten Besseres Verständnis durch virtuelle Sensoren CADFEM

20 Technische Umsetzung CADFEM

21 Demonstration Video: Digitaler Zwilling in Aktion CADFEM

22 Technische Umsetzung Simulation im Betrieb CADFEM

23 Beispiele: Optimaler Betrieb, Individuelle Doku, Prädiktive Wartung Pumpe Kavitation erfassen maximaler Wirkungsgrad minimaler Verschleiß Fertigungsprozess Gefügeprofil erfassen Werkstückspezifische Dokumentation Windkraftanlage Reale Lasten erfassen maximale Einsatzdauer Quelle: Flowserve & ANSYS Quelle: EMA Indutec Quelle: F. Hollaus & MCI CADFEM

24 Mehr Info? wissen.cadfem.net CADFEM

25 Mehr Info? wissen.cadfem.net Open House: Eigene Anwendung, halbtägig, kostenfrei, in Ihrer Nähe CADFEM

26 Der Weg zum Digitalen Zwilling Workshop zur Entwicklung eines Geschäftsmodells Bereichsübergreifend vom Marketing bis zum After-Sales Synchronisation verschiedener Anforderungen & Sichtweisen Motivation: Predictive Maintenance, Digitale Services, Digitaler Zwilling Gemeinsame Erarbeitung möglicher Unternehmensziele Bestandaufnahme bestehender Datenquellen Sensordaten, Simulation, Maschinendaten im Lebenszyklus Bewertung von Potenzial und Umsetzbarkeit Erarbeitung 2-3 möglicher Use-cases Handlungsempfehlung CADFEM

27 Der Weg zum Digitalen Zwilling Begleitung in der Umsetzung Auswahl einer IoT-Plattform & Anbindung von Sensorik Cloud, Schnittstellen zu bestehenden IT Lösungen, bestehendes Know How, Protokolle, Security, Echtzeitfähigkeit Einführung & Implementierung von ANSYS Simulationen in der Produktentwicklung Kopplung von ANSYS Simulation mit Live-Sensordaten Integration des Digitalen Zwillings in die IoT-Plattform Wertschöpfung Datenanalyse Big Data, ML Bereitstellung von Services für Endkunden und das eigene Unternehmen CADFEM

28 Zusammenfassung Digitaler Zwilling Simulation im Betrieb Prädiktive Wartung/Anlagenverfügbarkeit, reale Felddaten, Geschäftsmodelle Unser Angebot Vollständige Beschreibung von CPS (Cyberphysical Systems) in einer Umgebung Live-Verbindung zum physischen Produkt per IoT Plattform Unterstützung in der Entwicklung von Nutzungsmodellen Ihre Vorteile Synergien zur Produktentwicklung Konkrete Umsetzung eines MVP Basis für Abstimmung mit Kunden CADFEM

29 CADFEM Simulation ist mehr als Software PRODUKTE Software und IT-Lösungen SERVICE Beratung, Support, Engineering WISSEN Know-How-Transfer CADFEM in D, A, CH 1985 gegründet Kunden 11 Standorte 185 Mitarbeiter (weltweit: >350) ANSYS Elite Channel Partner CADFEM 2017 Simulation ist mehr als Software 31