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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Simulation und virtuelle Welten

Virtueller Röntgenblick in Gasturbinen

Das 3-D-Modell vor Augen: CT-Forscher Jan-Philipp Fahlbusch mit einer VR-Brille. Mit dieser können die Siemens-Experten den digitalen Zwilling einer Gasturbine bis ins kleinste Detail auf mögliche Unregelmäßigkeiten hin überprüfen.

Forscher von Siemens arbeiten an einem digitalen Zwilling für Gasturbinen, mit dem diese zukünftig optimiert werden sollen. Möglich ist dies dank eines realistischen 3-D-Modells der Gasturbine, aktueller Sensordaten, einer Virtual-Reality-Brille und Künstlicher Intelligenz.

Mehr als 500 Sensoren finden sich in neuen Siemens-Gasturbinen. Sie registrieren unablässig die jeweiligen Druckverhältnisse, Temperaturen oder Belastungen der Bauteile. Der entstehende Datenberg ist kein Selbstzweck – eine intelligente Software wertet die Daten aus und hilft Turbinenbetreibern,  betriebswichtige Parameter mit einem Blick abzulesen.

Aber das ist nicht der einzige Vorteil. Die Daten können helfen, einen digitalen Zwilling der Turbine zu schaffen, und ermöglichen Ingenieuren damit, sie aus der Ferne zu überwachen und Wartungsprobleme frühzeitig zu lösen.

Genau das haben Experten von Siemens Corporate Technology (CT) nun verwirklicht – und zwar auf Basis von Sensor- und Betriebsdatensätzen einer modernen Siemens-Gasturbine, welche die Siemens-Division Power Generation Services den CT-Forschern zur Verfügung stellte.

Abbild der Realität: Temperaturmessung einer Gasturbine im virtuellen Raum.

Zukunft der Fernwartung

Ein Glücksfall. „Viele zögern, ihre Daten herauszugeben“, sagt der Leiter des Forschungsteams Ulli Waltinger von der CT. „Aber die Sorge ist unbegründet. Denn wir behandeln alle Daten vertraulich und anonymisieren sie, bevor wir mit unserer Forschung beginnen.“ Ohne diese Datensätze ließen sich Algorithmen, etwa für eine vorbeugende Wartung, Bilderkennung oder Optimierungen, nicht programmieren. „Wir brauchen sie, um neue Applikationen zu entwickeln“, sagt auch Felix Buggenthin, Experte für Maschinen-Intelligenz im selben Team.

Mit den Sensordaten und einem 3-D-Modell der Gasturbine können die Forscher nun demonstrieren, wie die Zukunft der Fernwartung aussieht.

Mit den Sensordaten, einem 3-D-Modell der Gasturbine – bereitgestellt von der Division Power and Gas – sowie detaillierter Kenntnis der Wartungspraxis und des Leitstands konnten die Forscher jetzt demonstrieren, wie die Zukunft der Fernwartung komplexer Maschinen aussehen kann.

Gestalten die Zukunft der Fernwartung: Ulli Waltinger (Mitte) und seine Mitarbeiter Felix Buggenthin (links) und Jan-Philipp Fahlbusch in ihrem Labor in München-Neuperlach.

Die Farbe des Verschleißes

Mit einer Virtual-Reality-Brille betreten Ingenieure eine virtuelle Halle mit der Zwillingsturbine. Dort bilden die aus einer Cloud gelieferten Sensordaten den Betriebszustand der Turbine ab, beispielsweise die Verbrennungstemperatur oder die Drehzahl.

Dabei stehen alle Daten miteinander in Beziehung und ergeben zusammen einen „hochdimensionalen“ Datenkomplex, der für sich allein schwer verständlich ist. „Zunächst haben wir angefangen, mit den Daten herumzuprobieren. Die Herausforderung dabei war, alle Sensorwerte leicht erfassbar darzustellen.“, erklärt Jan-Philipp Fahlbusch, zuständig für die Entwicklung der VR-Umgebung.

Dabei kam den Forschern eine Eigenschaft digitaler Räume entgegen. Anders als die Realität lassen sie sich in fast beliebiger Weise manipulieren. Die Virtualität erlaubt beispielsweise, mit Röntgenblick ins Maschineninnere einzudringen oder die Farben der Bauteile changieren zu lassen, um wechselnde Temperaturen oder Geschwindigkeiten darzustellen.

Das wiederum ermöglicht, nicht nur den aktuellen Betrieb zu simulieren, sondern dank Künstlicher-Intelligenz-Programme weitere Daten darzustellen, die nicht ohne weiteres greifbar sind. Etwa den voraussichtlichen Verschleiß eines Bauteils farblich anzuzeigen, um durch rechtzeitige Wartung unnötige Ausfälle zu vermeiden.

Ist die mit den Echtzeitdaten einer Turbine gestaltete Simulation erst einmal in der Cloud angesiedelt, können die Wartungsingenieure den digitalen Raum von jedem Ort der Welt aus betreten, um gemeinsam Problemsituationen zu meistern. Das eröffnet ganz neue Perspektiven im Siemens-Portfolio.

Susanne Gold