Röhm, Benjamin (2024)
Modellbasiertes Simulationsdatenmanagement für den Digitalen Zwilling.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Dissertation wurde ein modellbasiertes Simulationsdatenmanagement für den Digitalen Zwilling (SDM-DZ) entwickelt, das die Interaktion zwischen Physischem- und Digitalem Zwilling durch die Abbildung von Sensorwerten und Simulationsdaten und die Verknüpfung mit Simulationsmodellen ermöglicht. Mit dem Konzept des Digitalen Zwillings werden vielversprechende Anwendungsfelder der Beschreibung, Diagnose, Prädiktion und Präskription verfolgt. Cyber-physische Systeme (CPS) stehen dazu mit ihrem virtuellen Gegenstück, dem Digitalen Zwilling, in einem kontinuierlichen Datenaustausch. Damit wer-den die Ziele der virtuellen Visualisierung, Absicherung und Optimierung des physischen Systemverhaltens verfolgt. Ausgehend von sensorbasierten Messwerten am CPS, die an den Digitalen Zwilling übertragen und dort in Simulations-modellen verarbeitet und ausgewertet werden, soll das aktuelle Systemverhalten analysiert und das zukünftige Systemverhalten beeinflusst werden. Die Funktionalität hängt von einer effizienten Verknüpfung von Simulationsmodellen und Sensormesswerten ab. Die vorliegende Dissertation integriert das Simulationsdatenmanagement für den Digitalen Zwilling (SDM-DZ) in das Referenzmodell Digitaler Zwilling. Die Kernaufgabe eines SDM-DZ liegt in der effizienten und flexiblen Verknüpfung von Sensormesswerten mit vorhandenen Simulationsmodellen. Eine direkte und bedingungslose Verknüpfung von Daten würde zu einer Überfrachtung an Be-rechnungsverfahren führen, deren Mehrwert im Verhältnis zum Rechenaufwand gering ist. Einfache Bedingungen für den Abgleich von Eingangsgrößen mit Schwellenwerten können auch über klassische Kontrollstrukturen realisieren werden, verfügen aber nicht über die notwendige Flexibilität. Das in dieser Dissertation entwickelte SDM-DZ basiert auf der zentralen Verwaltung von Simulationsbedingungen und der Verwendung von modellbasierten Prüfverfahren. Dafür wurden zwei Partialdatenmodelle und ein Kernmodell entwickelt. Zusätzlich wurden Methoden entwickelt, um aus vorliegenden CAE-Simulationsmodellen die Simulationsmodellparameter auszulesen. Darauf auf-bauend wurde die sogenannte Simulationswürdigkeit eingeführt. Sie berücksichtigt sowohl die Berechnungen der Produktentwicklung als auch individuelle Ein-gaben von Nutzenden. Basierend auf den Simulationsmodellparametern und der definierten Simulationswürdigkeit wurde eine Methode zur Prüfung der eingehenden Sensormesswerte entwickelt. Diese Methode stellt das Kernelement der modellbasierten Auswahl von Sensormesswerten als Simulationsdaten dar. Sie bildet die Grundlage für die modellbasierte Überprüfung der Simulationswürdigkeit. Dabei werden die eingehenden Sensormesswerte anhand der Simulationswürdigkeit geprüft und als Simulationsdaten weiterverarbeitet. Die entwickelten Methoden und das Datenmodell wurden im Rahmen eines Demonstratoraufbaus prototypisch implementiert. Dies umfasst die softwaretechnische Implementierung, die modellbasierte Validierung von Sensormesswerten und den Aufbau einer grafischen Benutzungsoberfläche. Aufbauend auf der prototypischen Implementierung wurde das entwickelte System anhand eines konkreten Anwendungsfalls aus dem Bereich der additiven Fertigung erfolgreich validiert und verifiziert. Aus den Erkenntnissen dieser Dissertation ergeben sich potenzielle Forschungsfelder in den Bereichen der Datenrepräsentation und -auswertung unter Berücksichtigung von Unsicherheiten, der Entwicklung neuer Simulationsmodelle und der Rückführung von Anforderungen an die Produktentwicklung.

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