Site Rengi

Bir Pompa İçin Dijital İkiz Yaratmak

24.08.2020
113

Chris MacDonald, Kıdemli Müdür, Analitik GTM Stratejisi ve İş Geliştirme, ThingWorx Analytics, PTC; Bernard Dion, Baş Teknik Görevli, Sistemler İş Birimi, Ansys; ve Mohammad Davoudabadi, Baş Mühendis, Ansys. Ansys hakkında bilgi için ‘Ansys Nedir?‘ makalemizi okuyabilirsiniz. Makale çalışmasında bir pompa için dijital ikiz yaratmak üzerine bir yazı hazırlanmıştır. Dijital ikiz hakkında merak ettiklerinizi ise ‘Dijital İkiz Teknolojisi‘ makalemizden bulabilirsiniz.

Simülasyon, uzun süredir ürün geliştirme sürecinin ayrılmaz bir parçası olmuştur; ürün performansını büyük ölçüde iyileştirir, geliştirme maliyetlerini düşürür ve ürünün çok daha hızlı bir şekilde pazara sunulmasını sağlar. Nesnelerin İnterneti’nin temelini oluşturan teknolojiler, simülasyonu gerçek dünyada var olan ve çalışan ürünlerle entegre ederek bir adım daha ileri gitmeyi mümkün kılıyor.

Bu, şirketlerin operasyonları ve bakımı optimize etmelerinin yanı sıra yeni ürün geliştirme sürecini daha da hızlandırmaları için değer yaratmada yepyeni bir çağ açıyor. Ansys bunu göstermek için PTC, Flowserve, National Instruments ve HPE ile birlikte çalışarak, çalışan bir pompanın simülasyon modelinin çalışma sorunlarını daha önce hiç olmadığı kadar hızlı teşhis edip çözebileceğini gösterdi.

“Şirketler, hataları tespit etmek ve izole etmek, teşhis ve sorun giderme gerçekleştirmek, düzeltici eylem önermek, ideal bakım programını belirlemek, varlık operasyonunu optimize etmek ve ürünün yeni neslini iyileştirmek için iç görüler oluşturmak için dijital ikizleri kullanabilir.”

Ürün geliştirme sürecinde simülasyondan yararlanan şirketler, ürün performansını önemli ölçüde artırdı, mühendislik ve üretim maliyetlerini düşürdü ve ürünlerini daha hızlı pazara sundu. Nesnelerin İnterneti (IoT) artık operasyonel bir ürün hakkında gerçek zamanlı verileri yakalamayı ve ürünün veya varlığın mevcut durumunu optimize etmek için simülasyon modelleri dahil olmak üzere kuruluşun ürün hakkındaki dijital bilgileriyle entegre etmeyi mümkün kılıyor.

Buna ürünün dijital ikizi denir. Proses tesislerinde tipik olarak kullanılan bir pompa örneği, dijital bir ikizin enstrümantasyonlu bir varlıktan üretilen sensör verilerini nasıl işlediğini ve arızaları tahmin etmek ve verimsizlikleri teşhis etmek için simülasyonu nasıl kullandığını gösterir. Bu, bir kuruluşun sorunları anında düzeltmek ve varlığın performansını optimize etmek için harekete geçmesini sağlar.

OPERASYONEL VERİLER VE ARAYÜZ

Pompa girişinde ve çıkışında basınç sensörleri, titreşimi ölçmek için pompa ve yatak yuvalarında ivmeölçerler ve boşaltma tarafında debimetreler ile donatılmıştır. Emme tarafındaki vana manuel olarak kontrol edilirken bir aktüatör tahliye vanasını kontrol etti. Sensörler ve aktüatörler, verileri 20 KHz’de örnekleyen ve bir Hewlett-Packard Enterprise (HPE) IoT EL20 uç bilgi işlem sistemine besleyen bir veri toplama cihazına bağlandı. PTC ThingWorx® platformu, cihazları ve sensörleri IoT’ye bağlamak, IoT verilerinin değerini ortaya çıkarmak, kurumsal düzeyde IoT uygulamaları geliştirmek ve artırılmış gerçeklik yoluyla son kullanıcıları güçlendirmek için bir ekosistem oluşturdu.

ThingWorx, pompanın simülasyon modeli de dahil olmak üzere sensörler ve dijital veriler arasında ağ geçidi olarak kullanıldı. EL20’de çalışan ThingWorx’taki bir makine öğrenme katmanı, sensörleri ve diğer cihazları izledi, çalışan pompanın normal durum modelini otomatik olarak öğrendi, operasyonel anormallikleri belirledi ve içgörüler ve tahminler üretti.

ThingWorx platformu ayrıca sensör ve kontrol verilerini ve analitiği görüntüleyen bir web uygulaması oluşturmak için kullanıldı. Örneğin, uygulama giriş ve çıkış basıncını ve tahmini yatak ömrünü gösterdi. Kullanıcının akıllı telefonu, tableti veya akıllı gözlükleri aracılığıyla görülen pompa görüntüsüne ilişkin artırılmış gerçeklik ön uç üst üste yerleştirilmiş sensör verileri ve analizlerinin yanı sıra parça listeleri, onarım talimatları ve diğer kişisel bilgiler.

dijital ikiz ekosistemi
Gerçek pompa, ThingWorx kullanarak dijital ikizine bağlanır.

SİMÜLASYON: DİJİTAL İKİZİN “GİZLİ SOSU”

Ansys ekibi, HPE edge bilgisayarında çalışan Ansys Simplorer tasarım yazılımını kullanarak pompanın azaltılmış sipariş, sistem düzeyinde bir modelini oluşturdu. Sistem modeli, PTC ThingWorx aracılığıyla sensör verilerine bağlanır ve hidrolik sistemin çalışmasını taklit eder. Sistem modeli ayrıca, fiziksel pompa ile aynı göstergeler ve kadranlar ile Ansys SCADE yazılımı kullanılarak geliştirilen bir insan-makine arayüzüne (HMI) bağlanır. Bu konfigürasyonla, sistem modeli fiziksel pompadan ayrılabilir ve önerilen işletim senaryolarını keşfetmek için çevrimdışı çalıştırılabilir.

Sistem modeli ayrıca, örneğin vanaların aşağı ve yukarı basınçlarını ölçmek için sanal sensörler kullanılarak da enstrümantasyona alınabilir. Ansys, bulutta çalışan ve varlıktan (çevrimiçiyse) veya sistem modelinden (çevrimdışıysa) gelen verilere bağlanan ayrıntılı bir 3-D hesaplamalı akışkan dinamiği (CFD) modeli geliştirdi. Hızlı sistem düzeyinde simülasyonlar için kullanılan pompa performans eğrilerinin kaynağı olmanın yanı sıra, bu 3 boyutlu model, tasarım dışı işlemlerin daha ayrıntılı sorgulama ve teşhisi ve anormal koşullarda performans değerlendirmesinin temelidir.

pompa dijital ikizi
Flowserve pompası, dijital ikizin avantajlarını vurgular.

“IoT’nin temelini oluşturan teknolojiler, simülasyonu gerçek dünyada var oldukları ve çalıştıkları haliyle ürünlerle entegre etmeyi mümkün kılıyor.”

GÖRÜŞ VERMEK

Dijital ikizin değerini göstermek için, pompa başlangıçta normal şekilde çalıştırıldı. Emme valfinin yüzde 50’ye kapatılmasıyla bir anormallik manuel olarak ortaya çıktı. Sensör okumaları, emme basıncının, tahliye basıncının ve akış hızının önemli ölçüde azaldığını, ivmeölçerlerin ise yüksek düzeyde titreşim gösterdiğini gösterdi. Kırmızı uyarılar verildi ve tahmine dayalı analitik, bu durum devam ederse pompa yatağının öngörülen ömrünün yalnızca birkaç güne düştüğünü gösterdi. Ancak sensör okumaları ve analitik, anormal akış koşullarının pompanın çalışması üzerindeki etkisini, pompanın neden titreştiğini veya hangi olası çözümlerin düşünülebileceğini açıklamadı.

Bağlı sistem modeli, azaltılmış giriş basıncı, çıkış basıncı ve akış hızı ile fiziksel pompa ile aynı HMI okumalarını gösterdi. Temel nedeni anlamak ve titreşimlerin tam olarak neden oluştuğuna ve akış durumundaki değişikliğin pompa çalışması üzerindeki etkisinin ne olduğuna dair fikir vermek için, fiziksel pompaya bağlı buluttaki bir 3-D simülasyon modeli bir “3” etkinleştirilerek tetiklendi HMI sistem modeli üzerinde -D simüle “düğmesi. 3 boyutlu simülasyon, pompa içindeki basınç düşüşünün kavitasyona neden olarak buhar kabarcıkları oluşturduğunu gösterdi. Pompanın daha yüksek basınç bölgelerinde kabarcıklar patladı ve titreşim oluşturdu.

dijital ikiz simülasyonu
3 boyutlu bir simülasyon modeli, mor buhar kabarcıkları ile görselleştirilen kavitasyonun, hatalı bir vananın etkisi ve bir titreşim sorununun nedeni olduğunu göstermektedir.

Sistem modelini fiziksel pompadan ayırarak, sistem modelinin HMI’si çeşitli olası düzeltmeleri denemek için kullanılabilir. Örneğin, sistem modeli giriş valfini açmanın sorunu çözeceğini öngördü. Bu potansiyel düzeltmeyi doğrulamak için, açık valf ile çevrimdışı sistem modelinde ikinci bir 3-D simülasyon gerçekleştirildi. 3 boyutlu sonuçlar buhar kabarcığı göstermedi. Düzeltme, fiziksel pompa üzerindeki giriş vanası açılarak uygulandı ve performans normale döndü. Bir pompa için dijital ikiz yaratmak adlı makalemize devam edelim. Pompa ürünlerinin CFD analizi için ise ‘Pompa CFD Analizi‘ makalemizi okuyabilirsiniz.

IoT, simülasyon modellerinin ThingWorx gibi bir platform kullanarak işletim ürünlerine bağlanmasına olanak tanır, böylece endüstri ürün performansını daha iyi anlayabilir ve optimize edebilir. Şirketler bu dijital ikizleri hataları tespit etmek ve izole etmek, teşhis ve sorun giderme gerçekleştirmek, düzeltici eylem önermek, münferit varlığın özelliklerine göre ideal bakım programını belirlemek, varlık operasyonunu optimize etmek ve ürünün gelecek neslini iyileştirebilecek içgörüler oluşturmak için kullanabilir.

Dijital ikizlerin potansiyel faydaları önemlidir. Düşük asılı meyve, bakım ve operasyonel sorun gidermeyi optimize etmektir. Ancak müşteriler yalnızca ürün değil, sonuç talep etmeye başladıkça, dijital ikiz hem ürün üreticileri hem de müşterileri için bu ek değeri ortaya çıkarmanın anahtarı olma potansiyeline sahip.

dijital ikiz avantajları
Dijital ikiz avantajları

Makalenin orijinal halini okumak için tıklayınız.

Ziyaretçi Yorumları

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu aşağıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.