Anwenderzentrum

»MSO-basierte Verfahrenstechnik«

In vielen wichtigen Industriebranchen nehmen die Ansprüche an verfahrenstechnische Forschung und Entwicklung stetig zu. Um immer höhere Produktionsgeschwindigkeiten, Verfügbarkeiten, Flexibilität und Produktqualität bei minimalen Kosten zu erreichen, bedarf es spezialisierter Software.

Seit über 10 Jahren verbinden sich in der virtuellen Verfahrenstechnik Know-how und mathematische Methoden am Standort Kaiserslautern: Auf Grundlage physikalischer bzw. datenbasierter Modellierung findet die Simulation verfahrenstechnischer Prozesse und Produkte in Kombination mit mathematischen Optimierungsverfahren statt.

 

Fokus des Anwenderzentrums:

Das Leistungsangebot des Zentrums steht für Modellierung, Simulation und Optimierung in der Verfahrenstechnik. Die Arbeiten decken gleichermaßen verfahrenstechnische Prozesse wie deren Produkte und ihre Anwendungseigenschaften ab.

Das beinhaltet u.a.

  • Machbarkeitsstudien
  • Bereitstellung maßgeschneiderter Simulationstools
  • vollständige Etablierung neuer Industrieprozesse
  • konzeptionelles Design
  • detaillierte Betrachtung von Apparaten und Prozessen

Das Zentrum »MSO-basierte Verfahrenstechnik« gliedert sich in vier Projekte mit verschiedenen Schwerpunkten:

  • Projekt 1: »Prozessoptimierung und Entscheidungsunterstützung in der chemischen Industrie«
  • Projekt 2: »Simulation von Filtrations- und Separationsprozessen«
  • Projekt 3: »Virtuelle Produktion von Vliesstoffen«
  • Projekt 4: »Qualitätsprüfung von Filtern«

Projekt »Prozessoptimierung und Entscheidungsunterstützung in der chemischen Industrie«

Neuentwicklungen und Verbesserungen von technischen Prozessen in verfahrenstechnischen oder chemischen Anlagen fußen heute in der Regel auf Simulationen. Fast immer gilt es, den Ertrag sowie die Qualität der Produkte zu verbessern und gleichzeitig Kosten einzusparen.

In der gängigen Praxis werden Prozessparameter oft auf Basis von Erfahrungswissen festgelegt. Neue entscheidungsunterstützende Systeme hingegen tragen dazu bei, dass die für Entscheidungsträger relevanten Informationen anhand objektiver Kriterien ermittelt, aufbereitet sowie übersichtlich zusammengestellt werden und damit bei der Bewertung helfen.

Die Herausforderungen sind

  • auf der verfahrenstechnischen Seite die Nutzung angemessener Simulationsmodelle, die sich mit mehrkriteriellen Optimierungsroutinen hybridisieren lassen
  • auf der mathematischen Seite eine möglichst effiziente Approximation von Pareto-Flächen in Verbindung mit Inter- und Extrapolationstechniken.

Ziel:

Dieser Ansatz wurde bereits in einem Projekt sehr erfolgreich realisiert, indem interaktive Entscheidungsunterstützungskomponenten in den Workflow zur Planung und Simulation von chemischen Produktionsanlagen integriert wurden, und soll in diesem Projekt weiterentwickelt werden.

Projekt »Simulation von Filtrations- und Separationsprozessen«

Die Auslegung von Medien und Elementen für verschiedenste Filtrationsprozesse kann mit neuen erweiterten strömungsdynamischen Simulationsmodellen gezielt unterstützt werden. Aufwändige Prüfstandtests werden dadurch deutlich reduziert.

In direkten Industriekooperationen werden Simulationswerkzeuge zur Auslegung und funktionalen Eigenschaftsbewertung von Filtermedien und Filterelementen zur Luft-, Feststoff- und Partikelfiltration entwickelt.

 

Ziel:

Von besonderer Bedeutung für die industrielle Praxis ist dabei die adäquate Berücksichtigung der realen Betriebsbedingungen, unter denen eine Kompression des Filterkuchens und eine Deformation des Filtermediums stattfinden. Im Projekt werden dazu die Simulationstechniken granularer Materialien mit denen der Filtration zu neuartigen Softwaretools verbunden.

Projekt »Virtuelle Produktion von Vliesstoffen«

Das Einsatzspektrum von Vliesstoffen ist extrem breit und reicht von Alltagsprodukten wie Babywindeln und Staubsaugerbeuteln bis hin zu Hightech-Produkten wie Batterieseparatoren oder Medizinprodukten.

In der Herstellung von Fasern (Filamenten) und Vliesstoffen sind die einzelnen Prozessschritte Schmelzen und Spinnen sowie Verwirbeln und Ablegen stark aufeinander abgestimmt und in eine Kette integriert. Hohe Produktionsgeschwindigkeiten und oft turbulenzbedingte Einflüsse im Produktionsprozess führen in der Praxis häufig zu Qualitätsschwankungen des Produkts.

 

Ziel:

In diesem Projekt des Anwenderzentrums werden industriell relevante Prozesse wie Spunbond (Spinnvliese) und Meltblown (Schmelzblasverfahren) eines Industriepartners simuliert, um die Ergebnisse der – mathematisch gesehen stochastischen – Teilschritte darin möglichst gut zu steuern.

Projekt »Qualitätsprüfung von Filtern«

Das Anwendungsspektrum der relevanten Bildverarbeitungsalgorithmen zur Fehlerdetektion von Materialien wird in den Projekten kontinuierlich ausgedehnt.

 

Ziel:

Gemeinsam mit einem industriellen Projektpartner werden Inspektionssysteme für die automatisierte Qualitätssicherung von Kfz-Innenraumfiltern entwickelt. Diese Systeme werden direkt in die Produktion integriert und detektieren verschiedenste Oberflächenfehler auf dem Vliesmaterial der Filter wie z.B. Verbrennungen, Risse oder übereinander liegende Vliesstoffe. Mit einem weiteren Industriepartner wird im Bereich der Materialcharakterisierung die Mikrostrukturanalyse verfeinert.