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このブログ投稿は、マルチフィジックス デジタル ツインを使用して持続可能性の課題に対処するためのブログ シリーズのパート 1 です。 パート 2 では追加のアプリケーションについて説明し、企業の持続可能性目標を達成するためにメリットとなるすべての機能をさらに詳しく説明します。
地球温暖化と気候変動は、今日のビジネスのやり方に直接影響を与えます。 エネルギーの移行と持続可能性は、消費者と業界の両方に影響を与えるトレンドです。
産業にとっては、消費エネルギーの 1/3 と炭素排出量の 20% を直接占めるため、この数字は非常に高くなります。 残りは農業、建設、商業サービスなどの他の活動に関連しています。
あらゆる業界で持続可能な製品とプロセスを開発することは、高品質で手頃な価格のカスタマイズされた個別化された商品に対する従来の需要に加えて、製造業者に新たな課題をもたらし、コスト圧力の高まりとサプライチェーンの混乱によってさらに悪化します。 注目すべきことに、企業は、製品の持続可能性への影響のかなりの 80% が最初の構想段階で形成されることを認識しつつあります。 これに対処するには、物理ベースのデジタル ツインを活用することが不可欠になります。 このエンジニアリング ツールは、現実世界の物理学と動作を正確にシミュレートする仮想表現を提供し、非線形属性間の複雑な相互依存性についての洞察を提供します。
メーカーが持続可能な観点に取り組むためにビジネス基準と意思決定プロセスを進化させるにつれて。 それは本当に新しい機会です。
持続可能性が運営のライセンスになりつつある
私たちは、持続可能性への焦点が、年次報告書に付随する単なる光沢のある雑誌にすぎなかった段階を超えつつあります。 これは見込み客や顧客と対話する権利であり、新しい取引を獲得する機会が数多くあります。
サステナビリティは、単なる選択やマーケティング戦略から、企業の基本的な要件へと進化しました。 持続可能性への移行は今ここにあります。 顧客、投資家、規制当局は、環境への影響に関して企業に透明性と説明責任を求めています。 政府のアジェンダやフォーチュン 500 企業の Web サイトをざっと見ると、「ネットゼロへのコミットメント」、「資本の流れ」、「資源不足」、「循環経済」といった持続可能性アジェンダの重要性がわかります。
エンジニアリングの世界では、製品の持続可能性への影響のかなりの部分が最初の概念化段階で形成されるという認識が高まっています。 パフォーマンスと持続可能性のバランスをとるという行為は複合物理学の問題であり、さまざまなアプリケーションを通じてその方法を示します。 Simcenter システム シミュレーション さまざまな産業分野でこれらの新しい要件への移行を支援できます。
システム シミュレーションの時間の経過に伴う進化を 3 つの主要なステップで観察できます。
01.- システム シミュレーションは、はるか昔に「パフォーマンス」から始まりました。
02.- その後、数年前に「Controls」に拡張されました。
03. – 今日から「持続可能性」への移行が始まります。
持続可能性に関してシステム シミュレーションで対処できるいくつかの課題を絞り込むと、次の 9 つの課題を列挙できます。
システム効率を理解し、最適化することは、エネルギー使用量と損失を削減するために重要です。 廃棄物を回避または最小限に抑え、製品が確実にリサイクルおよび再利用されるようにすることで、持続可能性が促進されます。 これには、材料の無駄を最小限に抑えるだけでなく、エネルギーの効率的な利用とリサイクルにも重点を置くことが含まれます。
企業は持続可能性の課題に取り組みながら、埋め立て地を避けるために代替材料や生物環境に優しい材料（私が気に入っている材料）を採用することができます。 シミュレーションは、材料の変更が既存のプロセスに及ぼす影響を理解し、研究するのに役立ちます。
次に、インフラストラクチャ グリッドや再生可能エネルギーの使用とリソースの中立性、つまり環境に優しい建物、データセンター、工場、および水、エネルギー、液体、石油などのリソース管理を最適化しながら、排出量と汚染物質の削減シミュレーションにより、早期の洞察を提供し、個人に応じた最適化を構想します。要件。
持続可能な目標に取り組むために実際にデジタルツインを使用することは新しいことではありません。 シーメンスでは、2009 ～ 2011 年に開始しましたが、当時としては少し早すぎたかもしれません。 ピカノール のために 織機省エネプロジェクト、欧州共同体によって設立されました。 それが呼び出されました エストマド 「持続可能な機械設計のためのエネルギー ソフトウェア ツール」の略。
この成功したプロジェクトにより、 PICANOL、「市場で最もエネルギー効率の高い織機」を設計」
その後、このアプローチを他の多くの業界に展開しました。 システム シミュレーションは、業界の持続可能性の課題に対処するのに最適であることを覚えておいてください。 特に Simcenter Amesim には、デジタル ツインのすべてのコンポーネントの電力/エネルギー交換がデフォルトで含まれているためです。
私たちは、私たちがよく知っている通常の業界に対応するこれら 5 つのセグメントを特定しました。 火力産業や高エネルギー工場に特に焦点を当てます。これらの企業からは持続可能性の向上を求める多くの要望が寄せられているためです。
それが何であるかを理解するために、業界の実践的な実際の使用例に切り替えてみましょう。
お客様の例を 2 つ簡単に紹介します。
- バイオ・環境に優しい包装機用素材です。 それはバイオベースのプラスチック包装についてです。
- データセンターによるリソース管理。 それはインフラ冷却のためのエネルギー節約に関するものです。
🏭 📦🥡 プラスチック材料をバイオ材料に変更する 包装機械に直接的な影響を与えるため、生産を削減したり停止したりするべきではありません。 したがって、これらの包装機械がデジタル ツインで適切に動作するかどうかを確認する必要があり、動作しない場合は、製品のパフォーマンスを保証するためにモデル キャリブレーションを適用する必要があります。
♻️⚡️🌡 次に、別の持続可能性の事例を紹介しましょう。 3 フロアのデータセンター冷却インフラストラクチャ。 デジタル ツインは要件を満たすのに役立ち、実際のシステムの仮想シミュレーションによりソフトウェア開発 (コントローラー) を検証できます。 したがって、最終的にはエネルギーが大幅に削減され、冷却剤の予行運転も行われます。 方法について詳しく説明するウェビナーは次のとおりです。 シミュレーションによりデータセンターの冷却を改善できる。
生物/環境に優しい素材とデータセンターのエネルギー節約の影響に関するこれら 2 つの例から、持続可能性をより深く理解することができます。 さて、効率の話題に移りましょう。
ここでの目標は、環境ラベル (A から G クラス、色付き表示) が付いた家電製品で現在利用できるものと同様に、工場や産業機械のすべてのサブシステムの効率指標を明確に把握することです。 実際、これは今日の時点で Simcenter Amesim ですでに実行できることです。
🏭♻️🎯💧 システムレベル、サブシステム、またはコンポーネントですべての情報を抽出できます。 したがって、生産機械を最適化して効率を高めることができます。 たとえば、 油圧プレスにはいくつかの設計バリエーションがあります、可変速モータまたは油圧アキュムレータの導入により、大幅なエネルギー節約がもたらされます。
たとえば、制御に関しては、PID 設定を最適化して発振を防ぐことができるため、アイドル モードでのエネルギー消費は少なく、時間の経過とともに重要なエネルギー損失となります。 同社は、省エネだけでなく、OPEX (営業経費) と CAPEX (資本支出) に影響を与えるエネルギー価格の上昇にも大きな関心を持っています。
以下の他の例は、 自転車タイヤの加硫工程。 誰もが自転車を持っている、あるいは自転車が環境に優しい移動手段であると想像できるので、これは興味深い例です。
🏭🌱🚴 しかし、プロセスの効率はわずか 1% であり、多くのエネルギーが失われるだけであることをご存知ですか。 実は加硫のためにタイヤに空気を入れる蒸気があるのですが、これは非常に効率が悪いのです。 著者らは電動化への切り替えを推奨していますが、それには新しい電動化された生産機械に適応できるかどうかを確認するためのシミュレーションと分析が必要になります。
この最後の例で終わりにしましょう。 セラミック窯 – 長さ 80 メートルの設置 (各 2.1 メートルのモジュールを 43 個)。 それがエネルギーを大量に消費するプロセスであることはよく知られています。
🏭 🌡️🔥 Simcenter Amesim のおかげで、お客様は熱出力を提供する熱ガスバーナーを含むモジュール全体の温度分布を正確に予測することができました。 熱気がバーナー入口で再噴射される新しい熱回収バーナーのおかげで、最終的に燃料を 10% 節約することに成功しました。これは CO2 も同様です。 それは印象的ですね。
要約すると、製品開発と製造でサステナビリティを取り入れるには、戦略的アプローチ、初期段階での検討、そして複雑さを乗り越えて競争上の優位性としてサステナビリティを活用するための物理ベースのデジタルツインなどの高度なツールが必要です。
理想的には、ブログで説明されている実際のアプリケーションの使用例は、Simcenter システム ソリューションが持続可能性の目標に取り組む際の成功にどのように役立つのかについて、適切な概要を提供します。 次に、このブログ シリーズのパート 2 を読んで、持続可能/電化コンポーネントから運用中のシミュレーションに至るまで、他のアプリケーションに関する詳細情報を取得しましょう。 これにより、持続可能性の分野でイノベーションの新たな道が開かれます。
そして、この基本的な定義を覚えておいてください。「持続可能な開発とは、将来の世代が自らのニーズを満たす能力を損なうことなく、現在のニーズを満たす開発である。」何という素晴らしい野心でしょう。
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