Entwicklung eines intelligenten Digitalen Zwillings zur Vorhersage und Steuerung des Prozessverlaufs mittels transienter Fließschemasimulation am Beispiel der Wirbelschichtsprühgranulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460241719

Die Prozessüberwachung und -regelung von Produktionsanlagen steht kontinuierlich vor neuen Herausforderungen um unerwünschte Prozesszustände und Fehlproduktionen zu vermeiden, obwohl die Prozesse der Feststoffverfahrenstechnik seit Jahrzehnten industriell etabliert sind. Ein wesentlicher Beitrag zur Effizienzsteigerung verfahrenstechnischer Prozesse soll als Hauptziel dieses Transferprojektes durch einen intelligenten Digitalen Zwilling geliefert werden, welcher am Beispiel der Wirbelschichtsprühgranulation erprobt wird. Mit Hilfe des Digitalen Zwillings soll der aktuelle Zustand der betrachteten physikalischen Anlage dargestellt sowie das zukünftige Verhalten vorhergesagt werden und auch zuverlässig steuerbar sein. Die Intelligenz des Digitalen Zwillings wird dadurch definiert, dass die zugrundeliegenden Modelle durch eine umfangreiche kontinuierliche (offline/online) Datenerfassung mit einer sehr hohen Detailgenauigkeit und hohem Verarbeitungsgrad deutlich schneller als in Echtzeit zu Entscheidungsmaßnahmen führen, sodass Vorhersagen sowie Betriebsoptimierungen möglich sind. Neben dem eigentlichen Digitalen Zwilling wird eine Kommunikationsschnittstelle entwickelt, die eine Interaktion zwischen den Simulationsergebnissen und dem digitalen Prozessabbild ermöglicht. Der reinen Fließschemasimulation wird ein sogenanntes Knowledge-Modul vorgeschaltet. Dieses dient der Kalibrierung und Konsolidierung der Daten. Durch Softsensoren werden hier die Ergebnisse der Simulation interpretiert.Das Modell der Wirbelschichtsprühgranulation wird durch Versuche an einer Laboranlage an der Technischen Universität Hamburg über statistische Versuchsplanung und das gezielte Anfahren unerwünschter Prozesszustände mit hoher Detailgüte erstellt. Es wird in der Fließschemasimulationssoftware Dyssol implementiert, welche im Rahmen des DFG-Vorgängerprojektes (SPP 1679) entwickelt wurde. Dadurch ist eine Adaptierung auf weitere Prozesse und Prozessketten der Feststoffverfahrenstechnik problemlos möglich.Basierend auf den aus den Simulationen gewonnenen zukünftigen Prozesszuständen sollen Handlungsempfehlungen in dem Prozessleitsystem implementiert werden, wobei über einen Optimierungsalgorithmus die jeweils zu einem stabilen Betrieb führenden Empfehlungen ausgegeben werden sollen. Die Implementierung in das Prozessleitsystem erfolgt bei dem Anwendungspartner, der Pergande Gruppe, wobei neben dem Einsatz im Labormaßstab auch die Übertragbarkeit auf größere Anlagen demonstriert werden sollen. Die Erweiterung bestehender Assistenzsysteme durch die angestrebten Entwicklungen werden einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil für den Vertrieb neuer Anlagen und somit ein Alleinstellungsmerkmal im Bereich Wirbelschichttechnologie für den Anwendungspartner darstellen. Es ist zudem davon auszugehen, dass die Effizienz im Bereich der Lohnproduktion durch höhere Anlagenverfügbarkeit um ca. 15 % gesteigert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: IPT-Pergande Gesellschaft für Innovative Particle Technology mbH
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Przemyslaw Komarnicki, Ph.D.