Vom digitalen Modell zum vollständigen digitalen Zwilling: die Zukunft der Simulationswerkzeuge

Obwohl der Begriff "Digitaler Zwilling" derzeit ein Modewort zu sein scheint und seine Bedeutung manchmal verworren ist, bezieht er sich im Allgemeinen auf eine digitale Darstellung eines physischen Prozesses oder Systems einschließlich der zugehörigen technischen Daten. In der Lebensmittelbranche bezieht sich dies häufig auf eine digitale Darstellung einer Anlage, eines Prozesses oder einer logistischen Bewegung. Trotz der unterschiedlichen Interpretationen hat die Fokussierung auf diesen Begriff auch Vorteile. Aufgrund der Aufmerksamkeit gewinnt der Begriff, wie er allgemein definiert wird, zunehmend an Bedeutung. Dazu tragen auch das Aufkommen der künstlichen Intelligenz und die wachsende Notwendigkeit bei, Prozesse und Produktionsstätten nachhaltiger und effizienter zu gestalten.

Technik und Projektleitung

Digitale Werkzeuge für die Gesamtplanung, das Betriebsmanagement, die Logistik und die Optimierung der Lieferkette entwickeln sich rasch weiter. ONDRAF/NIRAS, ein unabhängiges Ingenieurbüro mit Sitz in den Niederlanden und Niederlassungen in Ländern wie Dänemark, dem Vereinigten Königreich, Irland, Polen, Südafrika und Australien, steht im Mittelpunkt dieser Entwicklungen. Was ONDRAF/NIRAS auszeichnet, ist nicht nur die Fähigkeit, Simulationsmodelle zu erstellen, sondern auch das Fachwissen, das zur Verfügung steht, um die entscheidenden Daten für diesen Zweck zu sammeln, den Detaillierungsgrad zu bestimmen und entsprechende Szenarien zu entwickeln. Was das Unternehmen wirklich einzigartig macht, ist die Fähigkeit, diese Ergebnisse später in konkrete Schritte wie Engineering, Projektmanagement, Ausschreibungen und andere Folgeschritte bei der Realisierung oder Optimierung von Prozessen und Anlagen umzusetzen.

ONDRAF/NIRAS Niederlande ist seit Jahrzehnten in der Lebensmittelindustrie tätig. Innerhalb des Unternehmens sind Prozess- und Verpackungstechnik, einschließlich des dazugehörigen Projektmanagements, fest etabliert. Neben diesen Spezialgebieten bietet ONDRAF/NIRAS auch Dienstleistungen auf dem Gebiet des digitalen Designs, der Architektur und des Energiemanagements an. Das Unternehmen zeichnet sich durch fundiertes (lebensmittel-)technologisches Wissen und die Beachtung von Hygienic Design und Nachhaltigkeit aus.

Grad der Komplexität der Simulationsmodelle

Derzeit wird das, was ONDRAF/NIRAS als Digitalen Zwilling bezeichnet, in der Praxis noch nicht umfassend genutzt. Tatsächlich entpuppt sich das, was oft als Digitaler Zwilling bezeichnet wird, häufiger als ein Simulationsmodell, das eher als Digitales Modell klassifiziert werden kann. Sowohl ein Digitaler Zwilling als auch ein Digitales Modell sind digitale Repräsentationen von physikalischen Prozessen oder Systemen, die das Verständnis und die Modellierung ermöglichen sollen. Der Unterschied zwischen den beiden liegt im Grad der Komplexität. Ein Digitaler Zwilling ist der fortschrittlichere der beiden, da er mit der realen Welt verbunden ist und Echtzeitdaten mit dem digitalen Modell und realen Prozessen austauschen kann. Ein Digitales Modell ist etwas weniger fortschrittlich, da der Datenaustausch nicht automatisch, sondern durch menschliche Eingaben und Analysen erfolgt. Nichtsdestotrotz bietet ein digitales Modell ein ebenso großes Potenzial für die Visualisierung, Überprüfung und Analyse von Szenarien, was es zu einem wertvollen Instrument für die Gewinnung von Erkenntnissen macht, die für Prognosen und Optimierungen im realen Leben genutzt werden können.

Simulationen, digitale Modelle, spielen eine entscheidende Rolle bei der Bewertung der Auswirkungen unsicherer Faktoren, der Verbesserung von KPIs, der Identifizierung von Problemen und der Verringerung unnötiger Margen im Engineering. Der Einsatz solcher Simulationen macht den Entwurfsprozess kosteneffizienter, risikoärmer und verständlicher, wodurch die Genauigkeit der tatsächlich durchgeführten Änderungen verbessert wird.

Im Rahmen eines Kapazitätsprojekts setzte ONDRAF/NIRAS eine Simulationssoftware ein, um verschiedene Konzepte für eine neue Sortieranlage zu bewerten. "Die Simulationen lieferten wertvolle Einblicke in die Leistung des geplanten Systems und ermöglichten es uns, Anpassungen sowohl an der Steuerungsphilosophie als auch am Layout der neuen Anlage vorzunehmen. Dieser virtuelle Ansatz erwies sich als entscheidend, um potenzielle Herausforderungen vor der physischen Umsetzung zu erkennen und zu lösen."

Es können sowohl bestehende als auch neue Produktionsanlagen und Logistiksysteme simuliert werden. Die Simulationsmodelle können laufend mit Daten ergänzt werden, so dass kontinuierliche Optimierungen, Neuplanungen und Anpassungen einfach getestet werden können.

Nachhaltigkeit

Simulationen verschaffen Klarheit bei der Auswahl verschiedener Ausrüstungen, da sie es ermöglichen, die Auswirkungen verschiedener Parameter auf einen Prozess oder eine Verpackungslinie sowie die logistischen Bewegungen zu testen. Der Einsatz von Simulationen führt zu kürzeren Anlaufzeiten und verringert die Notwendigkeit umfangreicher physischer Tests oder kostspieliger Anpassungen, sobald die Anlage eingerichtet ist. 

Ein aktueller Schwerpunkt bei Produktionsprozessen ist die effiziente Nutzung von Energie. Simulationsmodelle bieten die Möglichkeit, Energieverbraucher abzubilden und miteinander in Beziehung zu setzen. Durch die Berücksichtigung verschiedener Faktoren und das Testen dieser Parameter ist es möglich, den energieeffizientesten Prozess zu gestalten. Dies kann zu erheblichen Einsparungen bei den Emissionen, aber natürlich auch bei den Kosten führen.

Die Zukunft der Simulation

Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden der Szenarienbewertung und Berechnungen zeichnen sich Simulationen dadurch aus, dass sie ein gründliches Verständnis der Situation vermitteln. Derzeit konzentrieren sich die Simulationen von ONDRAF/NIRAS hauptsächlich auf spezifische Aspekte von Prozessen in den Bereichen Lebensmittel und Getränke, Biowissenschaften und Logistik. Sie prüft die Möglichkeit, tatsächlich zum Prinzip des Digitalen Zwillings überzugehen, bei dem der Datenaustausch die Ergänzung darstellt. Vor allem in hochautomatisierten Umgebungen profitiert ONDRAF/NIRAS von der Fülle an verfügbaren Daten, anhand derer eine Simulation prüfen kann, ob eine Anlage ihr volles Potenzial ausschöpft oder noch ungenutzte Möglichkeiten bietet. KI, Automatisierung und Anlagenkonnektivität erhöhen die Verfügbarkeit und Qualität dieser Daten.

Im Rahmen eines Projekts zur Wärmerückgewinnung führte der Einsatz von Simulationen zu bedeutenden Ergebnissen. Die Herausforderung bestand darin, die Nutzung von Wärme- und Kälteströmen unter Berücksichtigung von Jahreszeiten und Temperaturen zu optimieren. Eine Simulation ermöglichte es, maximale Effizienz zu erreichen, überschüssige Wärme- und Kälteströme strategisch zu nutzen und kritische Prozessschritte zu überprüfen. Die Ergebnisse umfassten nicht nur Verbesserungen der betrieblichen Effizienz und Kosteneinsparungen, sondern lieferten auch überzeugende Beweise für den Wert der Simulation in den frühen Phasen komplexer Projekte.