SmartTurbo
Digitale Technologien für die modellgestützte Überwachung, Wartung und Modernisierung von Verdichter- und Turbinenanlagen
Projektlaufzeit: 1/2020 - 2/2022
Automatisierungssysteme für verfahrenstechnische Anlagen werden immer komplexer, müssen immer höhere Anforderungen an Qualität und Sicherheit gewährleisten und unterliegen einem globalen dynamischen Wettbewerb. Zur Beherrschung der steigenden Anforderungen hat sich im Zuge der industriellen Digitalisierung und der zunehmenden Vernetzung von Anlagen das Konzept des Digitalen Zwillings als digitales Abbild der realen Anlage etabliert. Die Notwendigkeit des digitalen Wandels ist auch im Bereich der Verdichter- und Turbinenanlagen wahrzunehmen.
Mithilfe des Digitalen Zwillings, also dem virtuellen Abbild der realen Anlage, ist es möglich, zunehmend mehr Informationen über eine Anlage zu sammeln. Die Herausforderung besteht v. a. in der intelligenten Nutzung dieser enormen Datenmenge, um damit schließlich die richtigen Schlüsse für den fortlaufenden Anlagenbetrieb, erforderliche Wartungen oder eine mögliche Anlagenmodernisierung zu ziehen. In diesem Zusammenhang rückt immer mehr die vorausschauende Instandhaltung in den Vordergrund. Insbesondere gilt es, ungeplante Anlagenstillstände durch Alterungs- und Verschleißerscheinungen, defekte Anlagenkomponenten oder kritische Betriebszustände zu vermeiden. Neben den Verlustkosten der stillstehenden Anlage fallen hier ebenso die Kosten für die zeitaufwendige Suche nach den Fehlerursachen sowie für die Instandsetzung oder dem Austausch defekter Komponenten an. Durch regelmäßige Instandhaltungsmaßnahmen können ungeplante Anlagenstillstände reduziert werden. Dies erfordert allerdings einen turnusmäßigen Eingriff in die Anlage, was meist mit dem Herunterfahren der Anlage verbunden ist. Zwar sind Produktionsunterbrechungen somit planbar und die Anlagenlaufzeit wird erhöht. Dennoch bleibt das Ziel, zeitgesteuerte Wartungsmaßnahmen, die nicht zwingend erforderlich sind, zu durch vorausschauende Wartung vermeiden. Hier bietet der Digitale Zwilling innovative Lösungsmöglichkeiten, um fehlerhaftes Anlagenverhalten frühzeitig zu erkennen und schließlich auch vorherzusagen, wodurch Wartungsmaßnahmen prädiktiv gesteuert werden können.
Ebenso unterstützt der Digitale Zwilling die Entscheidungsfindung zur Modernisierung von Verdichter- und Turbinenanlagen. Durch die Nutzung des Modells kann eine bestehende Anlage auf Engpässe oder ineffizientes Betriebsverhalten untersucht werden, was wiederum als Grundlage für die Evaluierung konkreter Optimierungsansätze dient. Darüber hinaus können geplante Anlagenänderungen noch vor dem Eingriff in die reale Anlage umfassend getestet, virtuell in Betrieb genommen und zuständiges Personal geschult werden.
Durch den Aufbau der Plattform des Digitalen Zwillings im Rahmen des Vorgängerprojekts TwinTurbo hat die AviComp Controls GmbH bereits den Grundstein für die Bereitstellung innovativer Dienstleistungen gelegt. In Bezug auf den oben genannten Kontext gilt es nun, die Plattform mit weiteren digitalen Technologien auszustatten, die sich speziell auf die Überwachung, Wartung sowie Modernisierung von Verdichter- und Turbinenanlagen beziehen und darüber hinaus integrativ bei Anlagenbetreibern eingesetzt werden können.
Ziele
Die zentrale Fragestellung im Vorhaben ist: Wann und wo ist welcher Eingriff in die Anlage erforderlich bzw. lohnenswert? Diese Fragestellung soll anhand digitaler und modellgestützter Technologien fundiert untersucht und beantwortet werden. Die nötige Plattform liefert der Digitale Zwilling einer Anlage.
Im Vorhaben werden vier wesentliche Teilziele verfolgt, die den Lebenszyklus einer Anlage der Industrie 4.0 begleiten: Smart Monitoring, Smart Maintenance, Smart Revamp sowie die Entwicklung der dafür nötigen IT-Plattform(en).
Smart Monitoring ist die Erkennung und Überwachung des Anlagenzustandes. Der Digitale Zwilling muss zu diesem Zweck die reale Anlage ausreichend genau abbilden. Abweichendes Anlagenverhalten kann dann durch den Vergleich des Digitalen Zwillings mit aktuellen, messtechnisch erfassten Anlagenzuständen stattfinden. Das ist die Voraussetzung für eine ereignisgesteuerte Instandhaltung durch Smart Maintenance. Dabei werden zusätzliche Extrapolationsmodelle zur Vorhersage von Fehlerzuständen genutzt, um zielgerichtete Eingriffe zu ermöglichen. Das trägt zur Kostenreduzierung des Anlagenbetreibers bei. Smart Revamp meint die Beseitigung ineffizienter oder gar sicherheitskritischer Betriebsweisen durch die Optimierung der Anlagen- und Regelungsstruktur mithilfe volldigitalisierter Analysewerkzeuge. So genannte Key-Performance-Indikatoren quantisieren die Anlagenperformanz, um ineffizientes Betriebsverhalten zu identifizieren und Lösungen zur Verbesserung zu finden. Die Entwicklung der dafür nötigen IT-Plattform(en) zur Zustandsüberwachung von Verdichter- und Turbinenanlagen untersetzt die genannten Ziele. Das umfasst u. a. die automatisierte Generierung von lauffähigen Analysen und Schnittstellen und den zyklischen und kontinuierlichen Einsatz vorab entwickelter Analysealgorithmen beim Endkunden.
