Von der digitalen Produktentwicklung zum erweiterten Geschäftsmodell

Die digitale Produktentwicklung hinkt in vielen KMU´s noch hinterher. Dabei kann die Digitalisierung der Produktentwicklung in vielen Unternehmen die Effizienz um ca. 30 Prozent steigern und die Kosten nicht unerheblich verringern.

Im Ventilatorenbau wird heute zwar üblicherweise Strömungssimulationssoftware zur Optimierung und Gestaltung des Schaufelkanals an den Laufrädern eingesetzt, die rechnerkapazitätsintensiven Berechnungen werden aber zum Teil über Nacht bzw. über mehrere Tage durchgeführt, da die meist Klein- oder Mittelständler im Ventilatorenbau nicht über ausreichend  Rechner Power verfügen.

Bei Flugantrieben und Gasturbinen ist 3D-CFD heute Standard. Hier verkaufen beispielsweise die Gasturbinenhersteller ihre Produkte noch bevor der erste Prototyp existiert und dies mit Wirkungsgradzusagen, deren Abweichung von der Vorberechnung im Bereich weit unter 1% liegt. Dies wäre ohne die digitalisierte Produktentwicklung unterstützt durch 3D-CFD-Simualtionsrechnungen noch während der Produktentwicklung nicht denkbar.

Will nun der Ventilatorenbauer auch auf Kundenwünsche und prozessorientierte Auslegung seiner Produkte eingehen, ist es ratsam sich der Plattformdienste großer Anbieter zu bedienen. Hier sind 3D-Konstruktions- und Simulationsprogramme als SaaS-Dienste verfügbar. So bietet beispielsweise das Simcenter Lösungen zur Kombination von Systemsimulation, 3D-CAE und Tests und unterstützt den Anwender somit, die Leistung über sämtliche kritische Attribute hinweg früher und während des gesamten Produktlebenszyklus zu prognostizieren. D.h. von der Produkterstellung, dem parallel erstellten Digital Twin des Produktes  bis hin zur integrierten Lösung für CFD-fokussierte Multiphysik-Simulation stehen Lösungen bereit. Außerdem bekommt man heute auch für wenig Geld nahezu unbegrenzte Rechenleistung, u.a. auch zum Mieten in der Cloud. Bei Verwendung der  attraktiven PowerSession-Lizenzfunktion beispielsweise lässt sich ein Simulations-Auftrag auf einer unbegrenzten Anzahl von Hochleistungscomputern ausführen um tiefere Einblicke in die 3D Strömung an jedem Ort des Ventilators (Laufradschaufelkanal und Spiralgehäuse) sowie in jedem Lastfall zu gewinnen und das daraus resultierende Verständnis plus die im Vergleich zur Messung frühere Verfügbarkeit der Daten schon in der Entwurfsphase zu erhalten. 

Mit derart durchgängigen Lösungen an PLM-Software läßt sich so, nicht nur ein Digitaler Zwilling eines Ventilators, sondern auch z.B. ein Digitaler Leistungsprüfstand erstellen. Während bei der herkömmlichen Erstellung eines Prototyps und Messungen an einem herkömmlich realem Leistungsprüfstand die Entwicklung aus Zeit- und Kostengründen auf wenige Designvarianten beschränkt ist, ließe sich an einem Digital Twin eines Leistungsprüfstands das gesamte Spektrum der Möglichkeiten und kreativen Ideen mit hunderten virtuellen Varianten ausprobieren und damit eine enorme Flexibilität und Reaktion auf individuellen Kundenanforderungen erreichen. Das Verständnis, was bei welchen Änderungen von Parametern in der Abhängigkeit von anderen Parametern passiert, kann man mittels Simulation so viel besser erreichen. Außerdem lassen sich auf einem Digitalen Prüfstand einige Erkenntnisse viel genauer darstellen. Skalare Werte wie z.B. die Wellenleistung können natürlich auf einem realen Prüfstand gut gemessen werden. Aber bereits bei der Austrittstemperatur der Luft fängt es schon an; Reicht eine Sonde oder ist die Temperatur an der Austrittsebene stark ungleichförmig?

Bleibt die Frage, warum sollte ein Ventilatorhersteller einen Digitalen-Leistungsprüfstand erstellen, wenn er einen realen Leistungsprüfstand gemäß den Anforderungen der DIN EN ISO 5801 unterhält? 

Abgesehen von dem eigenen Nutzen bei der schnellen Anpassungsfähigkeit auf Kundenanforderungen, den wesentlich weitreichenderen Erkenntnissen bei der Produktentwicklung und den damit erzielten Wettbewerbsvorsprung, sind auch die realen Betriebskosten gegenüber einem realen Leistungsprüfstand geringer. Die Kosten zur Leistungsvorhaltung den EVU´s gegenüber sind hier nur ein Beispiel. Was aber meiner Meinung nach viel interessanter ist, ein derart skalierbarer Digitaler Leistungsprüfstand könnte als App auf einer Plattform angeboten werden und damit als ein weiterer Baustein der Dienstleistung im Bereich erweitertes Geschäftsmodell fungieren. Bedenken mit diesem Angebot den Wettbewerb schlau zu machen, lassen sich schnell ausräumen. Schließlich muss dieser selbst seine digitale Produktentwicklung betreiben um einen Digitalen Twin seines Produktes an dem Angebot eines Digitalen Leistungsprüfstands zu testen. Die eigenen Produkt- und Ergebnisdaten liegen jeweils strikt gesichert in einem eigenen Bereich. Es würde also der Wettbewerb nicht auf die Daten der eigenen Produktentwicklung zugreifen können, sondern lediglich das Angebot eines digitalen Ventilatorenprüfstands und der Anmietung der Rechnerleistung zugreifen können.

Ein skalierbarer Digitaler Ventilatorenprüfstand könnte also nicht nur der eigenen Produktentwicklung und Anpassungsfähigkeit an Kundenbedürfnisse zugute kommen, sondern als erweitertes Geschäftsmodell auch monetäre Ziele verfolgen.

Nennen Sie das strömungsgerechte Ausführung?

Haben wir wirklich nichts dazugelernt?
Trotz der Möglichkeiten mittels CFD-Analysen strömungsgerechte Zu- und Abluftleitungen zu gestalten, sehen Leitungsführungen der Luft- bzw. Rauchgaskanäle heute nicht besser als früher aus.

Bei einer derartig schlechten Kanalführung,  wie diese CFD-Analyse der Firma NECON InnoSys GmbH bei der Untersuchung eines Ansaugkanals des Primärlüfters in einem Kraftwerk zeigt, kann weder der Ansaugschalldämpfer seine bestimmungsgemäße Wirkung entfalten, noch die nach dem Schalldämpfer sich ergebende Zuströmung zu dem Prozeß-Ventilator als optimal bezeichnet werden. Ganz im Gegenteil. Durch die Verwirbelung und ungleiche Anströmung des Schalldämpfers sorgen diese instationären Zustände für unterschiedliche Beaufschlagung der einzelnen Kulissenspalten. Diese zeitlich wechselnden Strömungsprobleme sorgen für Teilströmungen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und damit unterschiedlichen Druckverhältnissen zwischen den Kulissen. Diese Druckpulsationen führen auf Dauer zu Beschädigungen der Schalldämpfer-Kulissen.  Ganz abgesehen davon, daß die eigentliche Dämpfungswirkung des Schalls, für die der Schalldämpfer eigentlich ausgelegt ist, damit nicht erreicht werden kann.

Das selbst bei gleicher Kanalführung mit richtiger Anordnung von Leitblechen eine wesentliche Verbesserung erreicht werden kann, bewies dieser Verbesserungsvorschlag der Firma NECON InnoSys GmbH. Über die Folgen ihres Tuns machen sich Anlagenplaner meistens keine Gedanken. Im Gegenteil der Komponentenlieferant wird bei auftretenden Problemen zur Beseitigung der Mängel aufgefordert. Was Ursache und was Wirkung ist, läßt sich in einem Kunden- Lieferanten Verhältnis meist schwer klären. Deshalb möchte ich in dem HDT Seminar „VENTILATOREN – Systembetrachtung, Anlagenintegration und Akustik“ u.a. in einem Referat darauf hinweisen, welch enormer Einfluss und Einbußen der Energie-Effizienz derartig unüberlegtes Handeln bedeutet.
Schicken Sie mir Beispiele aus Ihren Anlagen und noch besser schicken Sie Ihre Anlagenplaner zum Seminar – wir möchten mit Ihnen über die Auswirkungen solchen Tuns diskutieren.

Nähere Informationen finden Sie unter;