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Extension of the system boundary of the Digital Twin onto the sensors of the Physical Twin through the introduction of redundant soft sensors

Fett, Michel ; Turner, Eleanor ; Breimann, Richard ; Kirchner, Eckhard (2025)
Extension of the system boundary of the Digital Twin onto the sensors of the Physical Twin through the introduction of redundant soft sensors.
In: Forschung im Ingenieurwesen = Engineering Research, 2023, 87 (1)
doi: 10.26083/tuprints-00028432
Artikel, Zweitveröffentlichung, Verlagsversion

Es ist eine neuere Version dieses Eintrags verfügbar.

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/28432

Kurzbeschreibung (Abstract)

The benefit of Digital Twins depends to a large extent on the quality of the sensor data provided. In many cases, sensor failures are only detected late in operation which can lead to serious consequences. For this reason, one approach to reduce the resulting safety issues is to use redundant sensor systems that monitor the same measureand. However, due to the additional sensors required, this is associated with additional financial and design effort.

In this publication an alternative strategy is presented, which provides a redundant sensor system with the help of soft sensors. Soft sensors use already installed physical sensors to anticipate a new measured variable via algorithms. They are often used to avoid placing sensors in inaccessible locations, but are used here to perform redundant computation of already existing metrics. The sensor data of physical and soft sensors are used as input variables for a Digital Twin. Here, these are compared with each other and can be critically questioned by the twin itself. This makes it possible to extend the system boundary of the Digital Twin to the sensors themselves and provided input variables can be checked for their validity. This allows sensor failures to be detected at an early stage and consequential damage to be averted.

Typ des Eintrags:

Artikel

Erschienen:

2025

Autor(en):

Fett, Michel ; Turner, Eleanor ; Breimann, Richard ; Kirchner, Eckhard

Art des Eintrags:

Zweitveröffentlichung

Titel:

Extension of the system boundary of the Digital Twin onto the sensors of the Physical Twin through the introduction of redundant soft sensors

Sprache:

Englisch

Publikationsjahr:

17 Januar 2025

Ort:

Darmstadt

Publikationsdatum der Erstveröffentlichung:

März 2023

Ort der Erstveröffentlichung:

Berlin ; Heidelberg

Verlag:

Springer

Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe:

Forschung im Ingenieurwesen = Engineering Research

Jahrgang/Volume einer Zeitschrift:

(Heft-)Nummer:

DOI:

10.26083/tuprints-00028432

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/28432

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Verlags-DOI

Herkunft:

Zweitveröffentlichung DeepGreen

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Der Nutzen von Digitalen Zwillingen hängt in hohem Maße von der Qualität der bereitgestellten Sensordaten ab. Dabei werden in vielen Fällen Sensorausfälle erst spät im Betrieb erkannt, was zu schwerwiegenden Folgen führen kann. Ein möglicher Ansatz, um die daraus resultierenden Sicherheitsrisiken zu reduzieren, ist daher die Verwendung redundanter Sensorsysteme, welche die gleiche Messgröße erfassen. Aufgrund der größeren Anzahl benötigter physischer Sensoren ist dies allerdings mit zusätzlichen finanziellen und konstruktiven Herausforderungen verbunden.

In dieser Publikation wird ein alternativer Ansatz vorgestellt, welcher Softsensoren nutzt um das redundante Sensorsystem zu erstellen. Softsensoren verwenden bereits integrierte physischen Sensoren, um über Algorithmen eine neue Messgröße zu antizipieren. Sie werden häufig eingesetzt, wenn aufgrund der Unzugänglichkeit von Messstellen keine physischen Sensoren verbaut werden können. Im Rahmen dieser Publikation werden sie jedoch verwendet, um eine redundante Berechnung bereits vorhandener Messgrößen durchzuführen. Die Sensordaten von physischen Sensoren und Softsensoren dienen als Eingangsgrößen für einen Digitalen Zwilling. Dieser vergleicht die Werte miteinander und ist so imstande diese kritisch zu hinterfragen. Damit ist es möglich, die Systemgrenze des Digitalen Zwillings auf die Sensoren selbst zu erweitern, Sensorausfälle frühzeitig zu erkennen und Folgeschäden abzuwenden.

Deutsch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-284325

Zusätzliche Informationen:

Part of a collection: CWD 2023 and DSEC 2023

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente (pmd)

Hinterlegungsdatum: