Ten post na blogu stanowi część 1 serii blogów poświęconych rozwiązywaniu problemów związanych ze zrównoważonym rozwojem za pomocą cyfrowego bliźniaka obsługującego wiele fizyki. Dodatkowe aplikacje zostały omówione w Części 2, gdzie przedstawiono bardziej rozszerzony widok wszystkich możliwości, z których możesz skorzystać, aby osiągnąć cele w zakresie zrównoważonego rozwoju w swojej firmie.
Globalne ocieplenie i zmiany klimatyczne bezpośrednio wpływają na sposób, w jaki prowadzimy dzisiejszą działalność gospodarczą. Transformacja energetyczna i zrównoważony rozwój to trendy, które mają wpływ zarówno na konsumentów, jak i na przemysł.
W przypadku przemysłu liczby te są dość wysokie, ponieważ odpowiada on bezpośrednio za 1/3 zużywanej energii i 20% emisji dwutlenku węgla. Reszta związana jest z inną działalnością, np. rolnictwem, budownictwem, usługami handlowymi itp.
Opracowywanie zrównoważonych produktów i procesów we wszystkich branżach stawia przed producentami nowe wyzwania, obok tradycyjnego zapotrzebowania na wysokiej jakości, niedrogie, dostosowane i zindywidualizowane towary, spotęgowane rosnącą presją kosztową i zakłóceniami w łańcuchach dostaw. Warto zauważyć, że firmy zdają sobie sprawę, że znaczące 80% wpływu produktu na zrównoważony rozwój kształtuje się w początkowej fazie koncepcji. Aby rozwiązać ten problem, konieczne staje się wykorzystanie cyfrowego bliźniaka opartego na fizyce. To narzędzie inżynieryjne oferuje wirtualną reprezentację, która dokładnie symuluje fizykę i zachowanie w świecie rzeczywistym, zapewniając wgląd w złożone współzależności między atrybutami nieliniowymi.
W miarę jak producenci ewoluują swoje kryteria biznesowe i procesy decyzyjne, aby zastosować perspektywę zrównoważonego rozwoju. To naprawdę nowa szansa.
Zrównoważony rozwój staje się licencją na działanie
Wykraczamy poza punkt, w którym skupianie się na zrównoważonym rozwoju było niemalże zwykłym błyszczącym magazynem towarzyszącym raportowi rocznemu. To prawo do interakcji z potencjalnymi i obecnymi klientami, oferujące wiele możliwości uzyskania nowych ofert.
Zrównoważony rozwój ewoluował od wyboru lub strategii marketingowej do podstawowego wymagania przedsiębiorstw. Zmiana w zakresie zrównoważonego rozwoju nadeszła TERAZ. Klienci, inwestorzy i organy regulacyjne wymagają od firm przejrzystości i odpowiedzialności za ich wpływ na środowisko. Szybki rzut oka na program rządowy i stronę internetową firm z listy Fortune 500 pozwala dostrzec znaczenie programu zrównoważonego rozwoju: „zobowiązania netto o zerowej wartości”, „przepływ kapitału”, „niedobór zasobów” i „gospodarka o obiegu zamkniętym”.
W świecie inżynierii rośnie świadomość, że znaczna część wpływu produktu na zrównoważony rozwój kształtowana jest w początkowej fazie konceptualizacji. Zrównoważenie wydajności i zrównoważonego rozwoju to problem wielofizyczny, a za pomocą różnych zastosowań pokażemy, jak to zrobić Symulacja systemu Simcenter może pomóc w przejściu na te nowe wymagania w różnych sektorach przemysłu.
Ewolucję symulacji systemu możemy obserwować w czasie w 3 głównych etapach.
01.- Symulacja systemu rozpoczęła się dawno temu od „Występów”.
02.- następnie jakiś rok temu rozszerzyła się na „Sterowanie”.
03.- teraz następuje zmiana w kierunku „Zrównoważonego rozwoju”, który obowiązuje od dzisiaj
Jeśli doprecyzujemy niektóre wyzwania, którym można sprostać za pomocą symulacji systemu, w zakresie zrównoważonego rozwoju, moglibyśmy wymienić te dziewięć wyzwań.
Zrozumienie i optymalizacja wydajności systemu ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia zużycia i strat energii. Unikanie lub minimalizowanie ilości odpadów oraz zapewnienie, że produkty zostaną poddane recyklingowi i zmianie przeznaczenia, sprzyja zrównoważonemu rozwojowi. Wiąże się to nie tylko z minimalizacją strat materiałów, ale także skupieniem się na efektywnym wykorzystaniu i recyklingu energii.
Stawiając czoła wyzwaniom związanym ze zrównoważonym rozwojem, firmy mogą stosować materiały alternatywne lub przyjazne dla środowiska (takie, jakie lubię), aby uniknąć składowania na wysypiskach śmieci. Symulacja może pomóc zrozumieć i zbadać wpływ zmiany materiału na istniejący proces.
Następnie optymalizując wykorzystanie sieci infrastruktury lub energii odnawialnej oraz neutralność zasobów, tj. bardziej ekologiczne budynki, centra danych i fabryki, a także zarządzanie zasobami wodą, energią, płynami, ropą… Symulacja redukcji emisji i zanieczyszczeń zapewnia wczesny wgląd i przewiduje optymalizację zgodnie z indywidualnymi potrzebami wymagania.
W rzeczywistości wykorzystanie cyfrowego bliźniaka do osiągnięcia zrównoważonego celu nie jest niczym nowym. W Siemensie zaczynaliśmy w latach 2009-2011, może wtedy trochę za wcześnie, od PICANOL Do projekt oszczędzania energii maszyn tkackich, założona przez Wspólnotę Europejską. To się nazywało ESTOMAD oznacza „Narzędzia oprogramowania energetycznego do zrównoważonego projektowania maszyn”.
Ten udany projekt pozwolił PICANOL zaprojektuje „najbardziej energooszczędne krosna tkackie na rynku”.”
Następnie wdrożyliśmy to podejście w wielu innych branżach. Pamiętaj tylko, że symulacja systemu dobrze nadaje się do rozwiązywania wyzwań związanych ze zrównoważonym rozwojem branży. Zwłaszcza w przypadku Simcenter Amesim, ponieważ domyślnie obejmuje wymianę mocy/energii dla wszystkich komponentów cyfrowych bliźniaków.
Zidentyfikowaliśmy pięć segmentów, które odpowiadają typowym branżom, które znamy. Ze szczególnym naciskiem na zakłady ciepłownicze lub zakłady wysokoenergetyczne, ponieważ widzimy wiele próśb o większy zrównoważony rozwój pochodzących od tych firm.
Przejdźmy do praktycznych, rzeczywistych przypadków użycia z branż, aby zrozumieć, co to jest.
Szybko przedstawimy dwa przykłady z klientami:
- Bio/ekologiczny materiał do maszyn pakujących. Chodzi o opakowania z tworzyw sztucznych pochodzenia biologicznego.
- Zarządzanie zasobami w centrach danych. Chodzi o oszczędność energii w infrastrukturze chłodniczej.
🏭 📦🥡 The zmiana materiałów z tworzyw sztucznych na wykorzystanie biomateriałów ma bezpośredni wpływ na maszyny pakujące, nie powinien ograniczać ani wstrzymywać produkcji. Zatem istnieje potrzeba sprawdzenia, czy te maszyny pakujące nadal zachowują się prawidłowo w przypadku swoich cyfrowych bliźniaków, a jeśli nie, konieczność adaptacji wraz z kalibracją modelu, aby zapewnić wydajność produktu.
♻️⚡️🌡 Przedstawmy teraz kolejny przypadek zrównoważonego rozwoju z Infrastruktura chłodząca centrum danych na 3 piętrach. Cyfrowy bliźniak pomaga spełnić wymagania, a wirtualna symulacja rzeczywistego systemu pozwala na walidację rozwoju oprogramowania (kontrolera). Ostatecznie można znacznie zmniejszyć zużycie energii, także podczas pracy na sucho chłodziwa. Oto seminarium internetowe, podczas którego szczegółowo omawiamy, jak to zrobić symulacja może poprawić chłodzenie centrum danych.
Dobra robota, możemy lepiej zrozumieć zrównoważony rozwój dzięki tym dwóm przykładom dotyczącym wpływu materiałów bio/ekologicznych i oszczędzania energii w centrach danych. Przejdźmy teraz do tematu efektywności.
Ambicją jest tutaj uzyskanie jasnego obrazu wskaźników wydajności dla wszystkich podsystemów w zakładach lub maszynach przemysłowych, na wzór tego, co jest obecnie dostępne dla urządzeń gospodarstwa domowego z eko-etykietami (klasy od A do G, widok kolorowy). Właściwie jest to coś, co można już dzisiaj zrobić w Simcenter Amesim.
🏭♻️🎯💧 Potrafimy wyodrębnić wszystkie informacje na poziomie systemu, podsystemów czy komponentów. Dzięki temu możemy zoptymalizować maszyny produkcyjne, aby zwiększyć ich wydajność. Na przykład z prasa hydrauliczna, gdzie niektóre warianty konstrukcyjnewprowadzenie silnika o zmiennej prędkości obrotowej lub akumulatora hydraulicznego przynosi znaczne oszczędności energii.
Na przykład aż do elementów sterujących, ustawienia PID można zoptymalizować, aby zapobiec oscylacjom, czyli niewielkiemu zużyciu energii w trybie jałowym, które z czasem stają się poważnymi stratami energii. Ma realny interes w kontekście oszczędności energii, ale także wzrostu cen energii, który wpływa na OPEX (koszty operacyjne) w porównaniu z CAPEX (wydatki inwestycyjne).
Innym przykładem poniżej jest efektywność energetyczna proces wulkanizacji opony rowerowej. To interesujący przykład, ponieważ każdy ma rower lub może sobie wyobrazić, że jest to ekologiczny środek transportu.
🏭🌱🚴 Ale czy wiesz, że wydajność procesu wynosi tylko 1%, a przy tym traci się mnóstwo energii. Właściwie jest para, która pompuje oponę podczas wulkanizacji, ale jest to naprawdę nieefektywne. Autorzy zalecają przejście na elektryfikację, co wymagałoby pewnych symulacji i analiz, aby upewnić się, że adaptacje są nadal odpowiednie dla nowych zelektryfikowanych maszyn produkcyjnych.
Zakończmy teraz ostatnim przykładem a piec ceramiczny – Instalacja o długości 80 metrów (43 moduły po 2,1 m każdy). Powszechnie wiadomo, że jest to proces energochłonny.
🏭 🌡️🔥 Dzięki Simcenter Amesim klient był w stanie dokładnie przewidzieć rozkład temperatury w modułach, w tym w termicznym palniku gazowym, zapewniającym moc cieplną. W końcu udało im się uzyskać 10% oszczędności w zakresie zużycia paliwa i CO2, dzięki nowemu palnikowi z odzyskiem ciepła, w którym gorące powietrze jest ponownie wtryskiwane na wlocie palnika. To imponujące, prawda?
Podsumowując, uwzględnienie zrównoważonego rozwoju w rozwoju produktów i produkcji wymaga strategicznego podejścia, rozważenia na wczesnym etapie i zaawansowanych narzędzi, takich jak cyfrowe bliźniaki oparte na fizyce, aby poradzić sobie ze złożonością i wykorzystać zrównoważony rozwój jako przewagę konkurencyjną.
Idealnie byłoby, gdyby rzeczywiste przypadki użycia aplikacji omówione na blogu dały dobry przegląd tego, jak rozwiązania systemowe Simcenter mogą pomóc w odniesieniu sukcesu w realizacji celów w zakresie zrównoważonego rozwoju. Przeczytajmy teraz część 2 tej serii blogów, aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat innych zastosowań, od komponentów zrównoważonych/zelektryfikowanych po symulację w działaniu. Otwiera to nowe możliwości dla innowacji w dziedzinie zrównoważonego rozwoju.
I pamiętajcie proszę o tej podstawowej definicji: „Zrównoważony rozwój to rozwój, który zaspokaja potrzeby teraźniejszości, nie umniejszając możliwości przyszłych pokoleń do zaspokojenia ich własnych potrzeb”, co za wielka ambicja!