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Dieser Blogbeitrag ist Teil 1 einer Blogserie zur Bewältigung Ihrer Nachhaltigkeitsherausforderungen mit einem digitalen Multiphysik-Zwilling. Weitere Anwendungen werden in Teil 2 behandelt, der einen umfassenderen Überblick über alle Möglichkeiten gibt, die Sie nutzen können, um Ihre Nachhaltigkeitsziele in Ihrem Unternehmen zu erreichen.
Die globale Erwärmung und der Klimawandel haben direkte Auswirkungen auf die Art und Weise, wie wir heute Geschäfte machen. Die Energiewende und die Nachhaltigkeit sind Trends, die sich sowohl auf die Verbraucher als auch auf die Industrie auswirken.
Für die Industrie sind die Zahlen recht hoch, da sie direkt für 1/3 der verbrauchten Energie & 20% der Kohlenstoffemissionen verantwortlich ist. Der Rest entfällt auf andere Aktivitäten wie Landwirtschaft, Baugewerbe, kommerzielle Dienstleistungen usw.
Die Entwicklung nachhaltiger Produkte und Prozesse in allen Branchen stellt die Hersteller vor neue Herausforderungen – neben den traditionellen Anforderungen an qualitativ hochwertige, erschwingliche, maßgeschneiderte und individualisierte Waren, die durch den zunehmenden Kostendruck und die Unterbrechung der Lieferketten noch verstärkt werden. Die Unternehmen stellen fest, dass 80 % der Nachhaltigkeitsauswirkungen eines Produkts bereits in der ersten Konzeptionsphase festgelegt werden. Der Einsatz eines physikbasierten digitalen Zwillings ist daher unverzichtbar. Dieses Engineering-Tool bietet eine virtuelle Darstellung, die die Physik und das Verhalten der realen Welt genau simuliert und Einblicke in die komplexen Abhängigkeiten zwischen nichtlinearen Attributen bietet.
Die Hersteller entwickeln ihre Geschäftskriterien und Entscheidungsprozesse weiter, um eine nachhaltige Perspektive einzunehmen. Das ist wirklich eine neue Chance.
Nachhaltigkeit wird zu einer Lizenz zum Handeln
Wir bewegen uns über den Punkt hinaus, an dem der Fokus auf Nachhaltigkeit fast nur ein Hochglanzmagazin war, das den Jahresbericht begleitete. Es geht um das Recht, mit Interessenten und Kunden zu interagieren, mit vielen Möglichkeiten, neue Geschäfte zu machen.
Nachhaltigkeit hat sich von einer Wahlmöglichkeit oder einer Marketingstrategie zu einer grundlegenden Anforderung für Unternehmen entwickelt. Der Wandel in Sachen Nachhaltigkeit findet JETZT statt. Kunden, Investoren und Aufsichtsbehörden verlangen von den Unternehmen Transparenz und Verantwortlichkeit, wenn es um ihre Umweltauswirkungen geht. Ein kurzer Blick auf die Regierungsagenda und die Website der Fortune 500-Unternehmen zeigt, wie wichtig die Nachhaltigkeitsagenda ist: âNet Zero Commitmentsâ, âKapitalflussâ, âRessourcenknappheitâ und âKreislaufwirtschaftâ.
In der Welt der Technik setzt sich zunehmend die Erkenntnis durch, dass ein erheblicher Teil der Nachhaltigkeitsauswirkungen eines Produkts bereits in der ersten Konzeptionsphase festgelegt wird. Das Gleichgewicht zwischen Leistung und Nachhaltigkeit ist ein multiphysikalisches Problem, und wir werden anhand verschiedener Anwendungen zeigen, wie Simcenter System-Simulation kann den Übergang zu diesen neuen Anforderungen in verschiedenen Industriezweigen erleichtern.
Wir können die Entwicklung der Systemsimulation im Laufe der Zeit in 3 großen Schritten beobachten.
01.- System Simulation begann vor langer Zeit mit âPerformancesâ.
02.- dann wurde es vor einigen Jahren um âControlsâ erweitert.
03.- jetzt ist die Verschiebung zur âSustainabilityâ, die ab heute wirksam ist
Wenn wir einige der Herausforderungen, die mit System Simulation in Bezug auf Nachhaltigkeit angegangen werden können, verfeinern, könnten wir diese neun Herausforderungen auflisten.
Das Verständnis und die Optimierung der Systemeffizienz sind entscheidend für die Reduzierung des Energieverbrauchs und der Verluste. Die Vermeidung oder Minimierung von Abfällen und die Sicherstellung, dass Produkte recycelt und wiederverwendet werden, fördern die Nachhaltigkeit. Dabei geht es nicht nur um die Minimierung von Materialabfällen, sondern auch um die effiziente Nutzung und das Recycling von Energie.
Bei der Bewältigung der Nachhaltigkeitsherausforderung können Unternehmen alternative oder bio-ökologische Materialien einsetzen (die ich mag), um Mülldeponien zu vermeiden. Simulationen können helfen, die Auswirkungen der Materialänderung auf den bestehenden Prozess zu verstehen und zu untersuchen.
Bei der Optimierung des Infrastrukturnetzes oder der Nutzung erneuerbarer Energien und der Ressourcenneutralität, d.h. umweltfreundlichere Gebäude, Rechenzentren und Fabriken sowie bei der Ressourcenbewirtschaftung mit Wasser, Energie, Flüssigkeiten, Öl und der Reduzierung von Emissionen und Schadstoffen liefert die Simulation frühzeitige Erkenntnisse und ermöglicht eine Optimierung entsprechend den individuellen Anforderungen.
Der Einsatz des digitalen Zwillings zur Erreichung des Ziels der Nachhaltigkeit ist nicht neu. Bei Siemens haben wir in den Jahren 2009-2011, vielleicht etwas zu früh, mit PICANOL für Projekt zur Energieeinsparung bei Webmaschinen, das von der Europäischen Gemeinschaft ins Leben gerufen wurde. Es wurde genannt ESTOMAD steht für âEnergy Software Tools for Sustainable Machine Designâ.
Dieses erfolgreiche Projekt ermöglichte PICANOL hat die âenergieeffizientesten Webstühle auf dem Markt entwickeltâ
Dann haben wir diesen Ansatz in vielen anderen Branchen eingesetzt. Denken Sie einfach daran, dass System Simulation gut geeignet ist, um die Herausforderungen der Nachhaltigkeit in der Industrie zu bewältigen. Insbesondere mit Simcenter Amesim, da es standardmäßig den Strom-/Energieaustausch für alle Komponenten des digitalen Zwillings enthält.
Wir haben diese fünf Segmente identifiziert, die den uns bekannten Branchen entsprechen. Mit besonderem Augenmerk auf die thermische Industrie oder Fabriken mit hohem Energieverbrauch, da wir viele Anfragen nach mehr Nachhaltigkeit von diesen Unternehmen erhalten.
Lassen Sie uns zu einem praktischen Anwendungsfall aus der Industrie wechseln, um zu verstehen, worum es geht.
Wir werden schnell zwei Beispiele mit Kunden vorstellen:
- Das bio-/umweltfreundliche Material für Verpackungsmaschinen. Es geht um biobasierte Kunststoffverpackungen.
- Die Ressourcenverwaltung bei Rechenzentren. Es geht um Energieeinsparungen bei der Kühlung von Infrastrukturen.
ð ð¦ð¥¡ Die Umstellung von Kunststoffen auf Bio-Materialien eine direkte Auswirkung auf die Verpackungsmaschinen hat, sollte sie die Produktion nicht reduzieren oder stoppen. Es muss also geprüft werden, ob sich diese Verpackungsmaschinen mit ihren digitalen Zwillingen immer noch richtig verhalten, und wenn nicht, müssen Anpassungen mit Modellkalibrierung vorgenommen werden, um die Produktleistung zu gewährleisten.
â „ï¸â¡ï¸ð¡ Lassen Sie uns nun einen weiteren Fall von Nachhaltigkeit mit einer Kühlungsinfrastruktur eines 3-stöckigen Rechenzentrums. Der digitale Zwilling hilft dabei, die Anforderungen zu erfüllen, und die virtuelle Simulation des realen Systems ermöglicht die Validierung der Softwareentwicklung (Controller). So kann am Ende die Energie erheblich reduziert werden, auch die Kühlmittel-Trockenläufe. Hier ist ein Webinar, in dem wir tiefer in die Materie eintauchen Simulation die Kühlung von Rechenzentren verbessern kann.
Gut gemacht, mit diesen 2 Beispielen über die Auswirkungen von biologischen/umweltfreundlichen Materialien und die Energieeinsparung in Rechenzentren können wir Nachhaltigkeit besser verstehen. Lassen Sie uns nun zum Thema Effizienz kommen.
Hier geht es darum, einen klaren Überblick über die Effizienzmetriken für alle Teilsysteme in den Anlagen oder Industriemaschinen zu erhalten, so wie es heute für Haushaltsgeräte mit den Ökolabels (Klassen A bis G, farbige Darstellung) möglich ist. Eigentlich ist dies etwas, das bereits heute in Simcenter Amesim möglich ist.
ðâ „ï¸ð¯ð§ Wir können alle Informationen auf Systemebene, Subsysteme oder Komponenten extrahieren. So können wir die Produktionsmaschinen optimieren, um ihre Effizienz zu steigern. Zum Beispiel mit dem Hydraulikpresse, bei der einige Konstruktionsvariantendie Einführung eines Motors mit variabler Geschwindigkeit oder eines Hydraulikspeichers erhebliche Energieeinsparungen mit sich bringt.
Bis hin zur Steuerung können beispielsweise die PID-Einstellungen optimiert werden, um Schwingungen zu vermeiden, also kleine Energieverbräuche im Leerlauf, die sich im Laufe der Zeit zu erheblichen Energieverlusten entwickeln. Das ist im Zusammenhang mit Energieeinsparungen von echtem Interesse, aber auch mit dem Anstieg der Energiepreise, der sich auf die OPEX (Betriebskosten) gegenüber den CAPEX (Kapitalkosten) auswirkt.
Das andere Beispiel unten ist die Energieeffizienz des Vulkanisierungsprozess eines Fahrradreifens. Das ist ein interessantes Beispiel, denn jeder hat ein Fahrrad oder könnte sich vorstellen, dass es ein umweltfreundliches Transportmittel ist.
ðð±ð‘ Aber wissen Sie, dass die Effizienz des Prozesses nur 1% beträgt, wobei eine Menge Energie verloren geht. Eigentlich gibt es Dampf, der den Reifen für die Vulkanisierung aufbläst, aber der ist wirklich ineffizient. Die Autoren empfehlen, auf Elektrifizierung umzusteigen, was einige Simulationen und Analysen erfordern würde, um sicherzustellen, dass die Anpassungen für die neuen elektrifizierten Produktionsmaschinen noch in Ordnung sind.
Lassen Sie uns nun mit diesem letzten Beispiel für eine Keramikbrennofen â 80 Meter lange Anlage (43 Module von je 2,1 m). Es ist allgemein bekannt, dass dies ein energieintensiver Prozess ist.
ð ð¡ï¸ð¥ Dank Simcenter Amesim war der Kunde in der Lage, die Temperaturverteilung über die Module einschließlich des thermischen Gasbrenners zur Bereitstellung der Wärmeleistung genau vorherzusagen. Dank eines neuen Brenners mit Wärmerückgewinnung, bei dem die heiße Luft am Brennereingang wieder eingeblasen wird, konnten sie schließlich 10 % Brennstoff einsparen, was auch für den CO2-Ausstoß gilt. Das ist beeindruckend, nicht wahr?
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einsatz von Nachhaltigkeit in der Produktentwicklung und -herstellung einen strategischen Ansatz, frühzeitige Überlegungen und fortschrittliche Tools wie physikbasierte digitale Zwillinge erfordert, um die Komplexität zu bewältigen und Nachhaltigkeit als Wettbewerbsvorteil zu nutzen.
Idealerweise geben die in diesem Blog besprochenen realen Anwendungsfälle einen guten Überblick darüber, wie Simcenter System Solutions Ihnen helfen können, Ihre Nachhaltigkeitsziele erfolgreich zu erreichen. Lesen Sie nun Teil 2 dieser Blogserie, um mehr über andere Anwendungen zu erfahren, von nachhaltigen/elektrifizierten Komponenten bis hin zur Simulation im Betrieb. Dies eröffnet neue Wege für Innovationen im Bereich der Nachhaltigkeit.
Und denken Sie bitte an diese grundlegende Definition: âNachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne die Fähigkeit künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigenâ, was für ein großes Ziel!
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