Vom virtuellen Prototyp zum digitalen Zwilling

Transkript

1 Vom virtuellen Prototyp zum digitalen Zwilling Dr. Markus Schörgenhumer Area Mechanics and Control Seite 1

2 Inhaltsüberblick Einführung Modellbasierte Entwicklung und virtuelle Prototypen Der digitale Zwilling Seite 2

3 Einführung Die Welt der Modellierung und Simulation Motivation Wesentlicher Kern: Abbildung eines Teils der Realität in einem Modell mit den Zielsetzungen Verständnisaufbau, Design, Optimierung, Vorhersage des Systemverhaltens, Regelung, Anwendung sowohl im wissenschaftlichen als auch anwendungsorientierten Bereich Modellbasierte Entwicklung / virtuelle Prototypen / digitale Zwillinge Reduktion von Risiken, Kosten, time-to-market, Verständnis, Design, Optimierung von System/Process/Produkteigenschaften Seite 3

4 Einführung Die Welt der Modellierung und Simulation State-of-the-art und Zukunftstrends Multi-physics Probleme Gekoppelte Systeme und ganzheitliche Betrachtungsweisen Umgebung und Interaktionen Seite 4

5 Modellbasierte Entwicklung und virtuelle Prototypen Multi-physics Modellierung und Simulation Was versteht man unter multi-physics? Physikalisches Gebiet Mechanik Thermofluiddynamik Elektromagnetismus Physik der kondensierten Materie Thermodynamik und statistische Physik Multi-physics Probleme Gekoppelt und interdisziplinär Interaktion / Schnittstellen Beispiel Elektromagnetisch-thermischmechanisch Fluid-Struktur-Interaktion Mechatronische Systeme Seite 5

6 Modellbasierte Entwicklung und virtuelle Prototypen Tools, Modelle, Interfaces: Aktuelle und zukünftige Anforderungen Komplexe offline und effiziente echtzeitfähige Modelle Skalierbarkeit und Parallelisierung, Nutzung moderner Hardware-Architekturen Modularität Kopplung und Schnittstellen Zwischen Modellen und Tools Zwischen der virtuellen und realen Welt Seite 6

7 Modellbasierte Entwicklung und virtuelle Prototypen Virtual Prototyping Modellierung und Simulation von Produkten, Prozessen, Systemen Systemverständnis und -vorhersage, Auslegung und Design, Optimierung Modellbasierte Analyse und Entwicklung Reduktion von Risiken und Kosten Minimierung von time-to-market, Aufwänden für Inbetriebnahme Optimierung von Performance, Durchsatz, Qualität, Unterstützung der Neuproduktentwicklung Virtuelle Sensorik Tieferes Verständnis vom System oder Prozess und den dahinterliegenden physikalische Vorgängen Offline vs. online digitaler Zwilling Seite 7

8 Modellbasierte Entwicklung und virtuelle Prototypen Anwendungen und Beispiel Virtueller Prototyp: Schnee- und Hackschnitzelfräse Virtuelles (digitales) Modell des realen Systems und Förderprozesses Modellbasierte Analyse und Optimierung Massenstrom / Förderrate bei einer gegebenen Antriebsdrehzahl Leistungsaufnahme und Energieeffizienz Quelle: NG Green Innovations GmbH Seite 8

9 Der digitale Zwilling Charakterisierung Virtuelle Modelle eines realen Systems oder Prozesses Online/Echtzeit, parallel zum realen System oder Prozess Beobachtung, Überwachung, Datenaufnahme Aktive digitale Zwillinge: wechselseitige Interaktion mit realem System bzw. der Umwelt Motivation Adaptivität und Online-Optimierung Fortgeschrittene Regelungskonzepte Hardware-in-the-loop (HIL) Condition Monitoring und Predictive Maintenance Methoden, Tools, Anforderungen Echtzeitfähige Modelle Modellreduktion, Metamodelle, datenbasierte Modelle, Standardisierte Schnittstellen, Kopplung, Portabilität, Seite 9

10 Der digitale Zwilling Aktiver digitaler Zwilling für autonome Produktion Beispiel: autonomer Blechbiegeautomat für Stückzahl-1 Produktion Virtueller Zwilling für reale Maschine (Gesamtmodell) und Prozess Modellreduktionsverfahren (Substrukturmethoden) Automatische Online-Identifikation von Materialparametern Adaptive, voll automatische Stückzahl-1 Produktion Quelle: Seite 10

11 Der digitale Zwilling Aktiver digitaler Zwilling für autonome Produktion Beispiel: autonomer Blechbiegeautomat für Stückzahl-1 Produktion Virtueller Zwilling für reale Maschine (Gesamtmodell) und Prozess Modellreduktionsverfahren (Substrukturmethoden) Automatische Online-Identifikation von Materialparametern Adaptive, voll automatische Stückzahl-1 Produktion Hannover Messe HERMES AWARD NOMINEE 2017 Seite 11

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