Web-basierte Simulation für Engineering, Sales und Marketing

Wie werden individuelle Apps für die Simulation technischer Prozesse entwickelt? Welchen Mehrwert im Bereich Engineering, Sales und technischem Marketing kann die Simulation mit einem Onlinetool bieten? Wir zeigen euch welche Schritte nötig sind, um komplexe Modelle in eine intuitive App zu überführen.

Pascal Padberg

|

November 25, 2020

© ra2studio / 123RF.com

Modellentwicklung mit Expertensoftware

Mit unseren Kunden entwickeln wir bei TLK Energy mit Hilfe von Expertensoftware Modelle von komplexen thermodynamischen und energietechnischen Systemen. Diese Modelle werden erstellt, um das dynamische Verhalten dieser Systeme besser zu verstehen, deren Effizienz zu verbessern oder sogar, um ganz neue Systemtopologien zu entwickeln.

Für die Entwicklung solcher Modelle ist ein ständiger Austausch zwischen uns und unseren Kunden über den Stand des Modells und bisher erzielte Simulationsergebnisse sehr wichtig. Wir lernen von den praktischen Erfahrungen im Unternehmen und definieren so die Anforderungen an das Simulationsmodell.

In diesem Austausch fehlte uns früher eine wichtige Komponente: Unsere Kunden konnten nicht einfach selbst Simulationen mit dem aktuellen Stand des Modells durchführen! Doch gerade das ist für ein Feedback zur Modellentwicklung und die interne Diskussion sinnvoll! Die Entwicklung und Pflege von Simulationsmodellen nehmen viel Zeit und Expertenwissen in Anspruch, da in der Regel mit komplexer Software gearbeitet wird. Die komplizierte Bedienung führt dazu, dass die Nutzung sich auf einen kleinen Expertenkreis beschränkt. Auch nach Fertigstellung eines Modells ist die Bereitstellung von Modellen an andere Entwicklerteams, dem Vertrieb oder sogar eigene Kunden nicht so einfach möglich. Doch gerade für den Austausch mit unseren Kunden und im Unternehmen selbst ist eine schnelle und einfache Bereitstellung des Modells in einer bedienerfreundlichen Umgebung von großem Nutzen und in manchen Fällen sogar erforderlich.

Von der Expertensoftware zur Simulation im Browser – Bring Simulation into Web!

Mit sim.TLK haben wir genau so eine bedienerfreundliche Umgebung entwickelt! Modelle basierend auf dem FMI Standard können schnell in angepassten Webtools für alle Beteiligten zugänglich gemacht werden. Ein Austausch ist jetzt kinderleicht. Einfach einloggen und simulieren! Ob Tablet oder Laptop spielt hierbei keine Rolle. Keine Installation von Software und keine Probleme mit Updates!

Auf Grund unserer Erfahrungen sind wir vom Potential von dynamischen Web-Apps für Simulationsanwendungen überzeugt! Die Apps können von uns in jedem Kundenprojekt erstellt und im Anschluss selbst vom Kunden verwaltet und angepasst werden. Sie sind so konzipiert, dass sie ein aussagekräftiges, visuelles Feedback während der Parametereingabe geben, damit auch komplizierte und nicht intuitive physikalische Parameter verständlich sind. Im Anschluss an eine erfolgreiche Simulation werden die Daten in interaktiven Grafiken anschaulich aufbereitet und so die Ergebnisse leicht interpretierbar. So kann die App auch für erklärungsbedürftige Produkte im technischen Vertrieb genutzt werden.

Vom komplexen Modell über FMI zu graphischen Auswertung

Mit sim.TLK kommt man in 3 Schritten vom komplexen Modell zu einer bedienerfreundlichen Simulations-App:

  1. Erstellen und Hochladen einer FMU des Modells
  2. Konfiguration einer Benutzeroberfläche für die Parametrierung der Simulation
  3. Konfiguration einer Benutzeroberfläche für die Ergebnisauswertung

1.) Erstellen und Hochladen einer FMU des Modells:

Ausgang für die App ist ein simulationsfähiges Modell. Das Modell wird als FMU (Functional Mock-Up Unit) exportiert bei sim.TLK hochgeladen. Die FMU basiert auf dem FMI Standard und besteht aus einer XML-Datei, die u.a. die Modellstruktur beschreibt, sowie den Modellgleichungen als C-Code. Der Export als FMU ermöglicht es einmal erstellte Simulationsmodelle in anderen Programmen weiter zu verwenden. Durch die Bereitstellung der Modellstruktur inklusive aller Informationen über verfügbare Parameter, Inputs und Outputs, kann per Drag and Drop direkt eine intuitive Benutzeroberfläche erstellt werden.

2.) Konfiguration einer Benutzeroberfläche für die Parametrierung der Simulation:

Zunächst werden die relevanten Parameter festgelegt mit denen Einstellungen am Modell vorgenommen werden können. Darüber hinaus wird die Darstellungsart der Parameter in der App implementiert, damit auch schwer verständliche physikalische Parameter anschaulich dargestellt und deren gültiger Wertebereich eingeschränkt wird. Es können z.B. interaktive Grafiken eingebunden werden. Hier am Beispiel von Jahreswetterdaten verschiedener Städte und Jahre.

3.) Konfiguration einer Benutzeroberfläche für die Ergebnisauswertung:

Im dritten Schritt kann auch die Visualisierung der Simulationsergebnisse auf die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden. Dazu steht eine Auswahl von interaktiven Grafiken zur Verfügung, die zeitlich aufgelöst oder kategorisiert die Simulationsergebnisse darstellen. Es stehen außerdem Phasendiagramme zur Verfügung in denen thermodynamische Kreisläufe dynamisch visualisiert werden können. Einer ersten Simulation steht jetzt nichts mehr im Wege! Die Daten werden anschließend aufbereitet und anschaulich zur Verfügung gestellt. Simulationsergebnisse könne sogar direkt verglichen und vollständig exportiert werden. Hier ist sind die Ergebnisse der Jahressimulation einer Wärmepumpe dargestellt. Über den zeitlich aufgelösten COP, können alle Zeitpunkte angesteuert werden und Phasendiagramme oder Temperaturverläufe in Wärmeübertragern analysiert werden.

Interaktive Grafiken - Apps als Alternative zu Excel

Alle Programme haben ihre Stärken und Schwächen. Bei der Bereitstellung von Modellen über klar definierte Apps sind im Gegensatz zu komplexer Desktop Simulationssoftware nicht alle Einstellungsmöglichkeiten vorhanden und der direkte Einblick in die Modellstruktur geht verloren. Analysewerkzeuge, wie sie z.B. Excel bietet, sind in unseren Apps nicht direkt verfügbar. Mit dem Export von Ergebnissen in pdf-Reports oder als Excel-Datei ermöglichen wir daher eine individuelle Weiterverarbeitung der Daten. Für viele ist jedoch eine schnelle Einordnung der Simulationsergebnisse in vordefinierten interaktiven Grafiken von zentraler Bedeutung. Hier bieten wir eine Alternative zu Excel. Auch die Verarbeitung größerer Datenmengen im Hintergrund kann mit einem Webtool erfolgen.

Simulations-Apps Beispiele: Wärmepumpensimulation und Luftqualität

Was so eine Simulations-App alles kann, zeigen unsere Demonstratoren zur Auslegung einer Wärmepumpe. Dazu gehört auch das Modell zur Vereisung von Verdampfern in Wärmepumpen, dass wir in unserem ersten Blogpost vorgestellt haben! Jeder kann diese Anwendungen einfach kostenlos testen unter: https://sim.tlk-energy.de/

Weitere Infos zu unseren spezialisierten Webtools finden Sie auch unter: https://apps.tlk-energy.de/
Mit dem Onlinetool Aerosim lässt sich beispielsweise Luftqualität simulieren.

Simulation für Alle!

Web-Tools können in unterschiedlichen Bereichen Anwendung finden. Nicht nur zur Veranschaulichung und Berechnung von Systemverhalten im Bereich der Thermodynamik, Energie- und Prozesstechnik, sondern auch als Lernmaterial oder als Marketinginstrument. Sie können die Kommunikation eines technischen Nutzens im Bereich komplexer Systeme deutlich vereinfachen. Darüber hinaus ermöglichen sie einen einfachen Zugang zu komplexen Modellen für alle Projektbeteiligten. Mit sim.TLK wird die Simulation allen zugänglich, sozusagen eine Demokratisierung der Simulation.😉

Wenn Sie ihr eigenes Modell über sim.TLK bereitstellen wollen, kontaktieren Sie uns gerne.

Wollen Sie mehr?

Folgen Sie uns, um in Verbindung zu bleiben:

M.Sc.

Pascal Padberg

Frontend Development & Process Engineering

TLK Energy

Pascal Padberg hat an der RWTH Aachen Verfahrenstechnik studiert. Er arbeitet seit 2017 bei der TLK Energy und hat die Modellbibliothek PSL zur Simulation verfahrenstechnischer Prozesse aufgebaut. Außerdem wirkt er mit bei der Entwicklung und Realisierung von Webtools für die einfache Simulation technischer Systeme via Web-Browser.

Keep on reading: