Effiziente und parametrische Digitale Zwillinge.

Konsistente Modellierungsstrategie von der Konzept- bis zur Testphase mit dem LBF-Softwaretool AdaptroSim.

Numerische Werkzeuge sind für die virtuelle Entwicklung und Optimierung von Leichtbaustrukturen unverzichtbar. Durch parametrische Modelle kann die Entwicklung leichter, kostengünstiger Strukturen beschleunigt und vereinfacht werden. Effiziente Modelle können zudem für Simulationen auf Systemebene und gemeinsam mit schwingungstechnischen Maßnahmen zur Optimierung des Gewichts und des NVH-Verhaltens genutzt werden.

Unsere Motivation

Digitale Zwillinge sind numerische Modelle der physikalischen Welt, die reale und virtuelle Informationen gemeinsam verarbeiten. Die Verknüpfung von berechneten und gemessenen Signalen ermöglicht eine detailliertere und erweiterte Analyse technischer Systeme. Durch parametrische und echtzeitfähige digitale Zwillinge ergeben sich zudem weitere interessante Anwendungsszenarien. Die Modelle können schnell und effizient validiert sowie für die Zustandsüberwachung oder als virtuelle Sensorik verwendet werden.

Parametrische Modelle

Wissenschaftler forschen im Fraunhofer LBF an der Modellbildung parametrischer und echtzeitfähiger digitaler Zwillinge. Mechanische Strukturen werden mittels Finite-Elemente-Modellen detailliert beschrieben und durch Verfahren der parametrischen Modellordnungsreduktion soweit vereinfacht, dass diese im Zeitbereich oder in Echtzeit gelöst werden können. Somit können die Auswirkungen von Modifikationen, z.B. die Variation des Gewichts oder der Materialkennwerte, auf das Gesamtsystem bei verschiedenen Betriebsmanövern berechnet werden. Die Optimierung der Materialeigenschaften von Bauteilen kann gemeinsam mit schwingungstechnischen Maßnahmen (z.B. Tilger, Isolation, aktive Motorlager) im Hinblick auf Leichtbau, NVH und Kosten durchgeführt werden. Darüber hinaus ist die Definition von nichtlinearen Materialeigenschaften durch die parametrische Beschreibung der ordnungsreduzierten Modelle möglich.

Im Kontext der Digitalisierung ergeben sich für diese Art der Modelle zusätzlich weitere Anwendungsszenarien. Beispielsweise kann die Analyse von Komponenten und Systemen in Auslegungs- und Optimierungsprozessen effizienter durchgeführt werden. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf Machbarkeits- und Sensitivitätsanalysen, Entwurfsraumbewertungen und Parameterstudien im Hardware-in-the-Loop-Versuch (z.B. Variation des virtuellen Teilsystems). Die in den Entwicklungsphasen erzeugten numerischen Modelle können zudem im operativen Betrieb zur Zustandsüberwachung und Zustandskontrolle verwendet werden. Bei der Überwachung werden die im Modell berechneten Werte als virtuelle Sensorik  oder für einen automatisierten Online-Modellabgleich eingesetzt.

Ihre effiziente Produktentwicklung

Durch die Expertise des Fraunhofer LBF in der Entwicklung und Anwendung moderner Methoden der numerischen Systemsimulation und der schwingungstechnischen Systemoptimierung lassen sich Komponenten und Systeme von der Konzept- bis zur Testphase der Produktentwicklung analysieren und optimieren. Herausfordernde Aufgaben entlang des Produktentstehungsprozesses können ganzheitlich und zielgerichtet untersucht und Lösungen für Produkte mit maßgeschneiderten dynamischen Eigenschaften angeboten werden.

Förderer und Partner

Die Arbeiten wurden innerhalb des EU Horizont 2020-Projekts ALLIANCE (#723893) durchgeführt.

Ihr Ansprechpartner zu dieser Perspektive