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Zuverlässiger Betrieb von Bandanlagen durch Einsatz eines Digital Twins

Bandförderer sind komplexe Maschinen, bei denen alle Komponenten und Teile in einer rauen und anspruchsvollen Betriebsumgebung zusammenarbeiten müssen. Eine große Herausforderung beim Entwerfen, Bauen und Betreiben von Förderbändern ist, dass durch unvorhersehbare Einflüsse der tatsächliche Betrieb und die Leistung eines Förderers von den Erwartungen der Auslegung abweichen können. Selbst identische Förderer können, wenn sie nebeneinander installiert und betrieben werden, unterschiedliche Leistungsparameter aufweisen. Die Erfüllung der Erwartungen eines Kunden ist für Konstrukteure von Förderbändern dementsprechend immer eine Herausforderung, und die vielen Konstruktionsvariablen und komplexen Betriebsbedingungen können schnell Anpassungen erfordern und dem Ziel im Wege stehen, dass der Förderer entsprechend der ursprünglichen Annahmen die erforderliche Materialmenge von Punkt „A“ zuverlässig zu Punkt „B“ transportiert ”.

Das Konzept der herkömmlichen Zuverlässigkeitsvorhersage erfordert Informationen aus dem realen Betrieb; und die höchste Qualität dieser Daten erzeugt das reale System. Fehlerdaten, Leistungsverlauf und andere Wartungs- / Betriebsprobleme sind für die Zuverlässigkeit von größter Bedeutung. Die tatsächliche Systemzuverlässigkeit beruht auf der Qualität in der Auslegung sowie den Betriebs- und Wartungsbedingungen. Wenn ein Fördersystem eine nicht die erforderliche Leistung erbringt, ist es für den Ingenieur allzu leicht, dies unvorhergesehenen äußeren Einflüsse zuzuschreiben, während der Betreiber eine mangelhafte Auslegung als Grund ausfindig macht. Es gibt somit eine klare Lücke zwischen Konstruktion und dem Betrieb und der Wartung. Je bekannter die Betriebsbedingungen sind, desto besser können Entscheidungen für die Auslegung der Bandanlage getroffen werden und damit die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Wenn Sie genau wissen, wie jede Komponente auf jeden Betriebszustand reagiert und welche Auswirkungen jede Konstruktionsentscheidung auf den Betrieb hat, können Sie die nächste Stufe im Betrieb und der Wartung des Förderbandes erreichen. Die Wahrheit ist, dass, wenn Hersteller und Betreiber zusammenarbeiten, vieles verbessert werden kann. Hier spielt der digitale Zwilling eine wichtige und entscheidende Rolle.

thyssenkrupp’s Belt Conveyor Digital Twin

thyssenkrupp hat in Zusammenarbeit mit der in Denver, Colorado, ansässigen Overland Conveyor Company (OCC) einen Digital Twin für Bandförderer entwickelt, der die leistungsstarke und bekannte Belt Analyst ™ -Software als Basis verwendet. Das Ziel des Conveyor Digital Twin ist es, eine aktive Betriebsrückmeldung zu ermöglichen, damit die Betriebsdaten kontinuierlich ausgewertet werden können, um sicherzustellen, dass das Fördersystem wie vorgesehen funktioniert. Die Kombination aus renommierter Bandberechnungssoftware mit dem Know-how aus jahrzehntelanger Erfahrung schließt die Lücke zwischen Auslegung und Betrieb von Förderbändern perfekt. Dieses kontinuierliche Lernen über die Besonderheiten der Anlage führt zu besseren operativen Entscheidungen sowie Integration von Innovationen auf präzise und schnelle Art und Weise, wie es die Branche erfordert.

Wie funktioniert thyssenkrupp’s Digital Twin?

Der Digital Twin von thyssenkrupp schließt die Lücke zwischen Betrieb, Wartung und Design. Er ermöglicht so ein umfassendes Verständnis des Verhaltens jeder Hauptkomponente gegenüber den Änderungen der realen Betriebsvariablen und wechselnden äußeren Einflüsse. Die Echtzeitanalysen liefern sofortige Ergebnisse und ermöglichen einen schnellen und genauen Entscheidungsprozess zur Integration von Verbesserungen. Ein klassisches Beispiel hierfür ist die Diskussion, ob das Design geändert oder die Betriebsparameter angepasst werden müssen und welche Auswirkungen dies auf das Gesamtsystem hätte.

In der Literatur wird ein digitaler Zwilling als „dynamisches virtuelles Abbild eines physischen Objekts oder Systems über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg definiert, wobei Daten verwendet werden, um Verständnis, Lernen und Denken zu ermöglichen“. Genau so funktioniert die Digital Twin-Lösung von thyssenkrupp.

1. Data Model: Ein dynamisch-virtuelles Abbild des Förderbandes wird im Belt Analyst - Digital Twin modelliert. Alle wichtigen Komponenten- und Systemdatenmodelle sind bereits entwickelt und integriert.

2. Analytics: Durch den Import von realen Betriebsdaten und Simulation von verschiedenen Betriebsbedingungen wird das Modell in einer virtuellen Umgebung kalibriert. Der Digital Twin von thyssenkrupp kann aufgrund seiner physikbasierten Engine, die ein umfassendes Verständnis des Verhaltens der Bandanlage ermöglicht, verschiedene dynamische Simulationen wie Starten/Stoppen und konstantes Betrieb unter verschiedenen Lastbedingungen ausführen. Diese Lastanalysen werden auf dieser Basis für jede einzelne Hauptkomponente der Bandanlage durchgeführt.

3. Knowledge Base: In den automatisierten Bewertungsprozess ist jahrelanges Wissen über die Auslegung von Bandanlagen integriert, um zu erfassen, wann ein Förderer an die Grenzen der ursprünglichen Auslegung stößt. Darüber hinaus überprüfen und bewerten die Ingenieure von thyssenkrupp regelmäßig, ob die Empfehlungen der künstlichen Intelligenz für Betriebs- und Konstruktionsänderungen auch nach der menschlichen Logik von Bandanlagen-Experten entsprechen. Die Entscheidungen werden somit letztendlich von Menschen getroffen. Die Analyse aller möglichen Verbesserungslösungen wird von Experten durchgeführt und anschließend Empfehlungen und wirtschaftliche Einordnungen zur Implementierung gegeben.ere exing the commissioning of a new conveyor as to whether the design is compatible with the operating requirements. 

Anwendungsfälle für den Digital Twin von thyssenkrupp

  • Erhöhung der Förderkapazität: Der erste Schritt bei einer Aufrüstung besteht darin, ein qualitatives Verständnis für die Grenzen des vorhandenen Systems zu erlangen. Der Digital Twin erstellt einen perfekten Benchmark, der auf den vorhandenen Förderer abgestimmt ist, sodass inkrementelle Bewertungen der Kapazitätserhöhung vertrauenswürdig sind und ein klares Feedback darüber gegeben werden kann, welche Komponenten genau geändert werden müssen, um die Zielsetzung für die Produktionssteigerung zu erreichen.
  • Steigerung der Zuverlässigkeit: Bandförderer, mit chronischen Problemen und hohen Ausfallhäufigkeiten, können vom Digital Twin dahingehend profitieren, um die Hauptursachen für die Ausfälle zu finden.
  • Zuverlässige und zügige Inbetriebnahme neuer Systeme: Durch den Digital Twin erhält man bei der Inbetriebnahme eines neuen Förderers sofortiges Feedback, wie das Design mit den nun realen Betriebsanforderungen kompatibel ist und kann dementsprechend zielgerichtet entsprechende Einstellungen an der Anlage vornehmen.
  • Optimierung der Betriebskosten: Durch eine ganzheitliche Analyse der Bandanlagenkomponenten und des Stromverbrauchs kann auf Basis der Datenauswertung des Digital Twins eine Empfehlung zur Optimierung der Betriebskosten vorgenommen werden.

Fazit: Fazit: Ein aktiver digitaler Zwilling ermöglicht das vollständige Verständnis der einzelnen Komponenten, sodass das Betriebs- und Wartungspersonal informierte Entscheidungen treffen können. Die Ausnutzung jeder einzelnen Komponente im gesamten System wird dementsprechend bewertet. Dies umfasst Auslastungen des gesamten Antriebsstrangs, die Reibung an den Laufrollen, den Widerstand an deren Dichtungen, die Vorhersage einer Fehlausrichtung, die Geometrie des gesamten Systems (vertikale Kurven, horizontale Kurven), die Gurtspannung oder der Trommeln. Diese Werte werden mit den Auslegungskriterien verglichen und bieten vollständige Antworten auf Fragen wie „Funktioniert mein Förderband so, wie es für den Betrieb ausgelegt ist?“, „Sind die tatsächlichen Belastungen der Komponenten mit den Auslegungskriterien kompatibel?“, „Überlade ich eine Komponente? ”, „Wie wahrscheinlich ist es, dass meine Anlage einen Totalausfall offenbart?“ Der Conveyor Digital Twin von thyssenkrupp ist ein Produkt mit bewährter Technik, das eine zuverlässige Simulation der Anlage ermöglicht und bereits mit Erfolgsgeschichten auf dem Markt vertreten ist.