Cyberphysische Lösung 20.08.2019, 07:01 Uhr

In Echtzeit miteinander vernetzt

Mithilfe eines cyberphysischen Ansatzes verbinden Forscher Komponenten und Prüfstände in ganz Deutschland. Damit gelingt erstmals ein realitätsnahes, vernetztes Prüfen. Gleichzeitig können Entwicklungskosten und -zeit um bis zu 15 % reduziert werden.

Digitaler Zwilling

Auch mithilfe eines digitalen Zwillings gelang die Vernetzung standort- und partnerübergreifend.

Foto: panthermedia.net/WrightStudio

Ein Elektroauto besteht aus zahlreichen einzelnen Teilen und Komponenten. Sie werden in ganz Deutschland sowie im Ausland gefertigt. Ihren Status sowie die dazugehörigen Prüfergebnisse benötigt man an vielen Orten – und zumeist auch zeitgleich. Es entstand die Idee, Komponenten und Prüfstände standortübergreifend in Echtzeit miteinander zu vernetzen. Damit sollen am Ende zeitliche, finanzielle und logistische Aufwände reduziert werden. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) arbeiteten gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft drei Jahre lang an diesem Projekt namens „TechReaL“, das auch vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde – konkret für einen elektrischen Pkw-Antriebsstrang inklusive Traktionsbatterie .

Lösung aus real existierendem System und virtueller Umgebung

Die Wissenschaftler bedienten sich bei der Lösung zwei verschiedener technischer Grundlagen: eines standortübergreifenden VPN-Netzwerks und der Hardware-in-the-Loop-Technologie (HiL). Mit dem Netzwerk gelang es, zwei Anforderungen zugleich zu erfüllen: Einerseits sollte es die multilaterale Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Punkten sicherstellen, andererseits musste das firmeneigene Hauptnetzwerk vor einem ungewollten Zugriff von außen geschützt sein. Die HiL-Technologie half dabei, ein real existierendes Teilsystem und dessen Prüfstand in eine virtuelle Umgebung einzubinden. „Eine realitätsnahe Prüfung kann auf diese Weise erfolgen, da das zu testende Teilsystem unter denselben Bedingungen wie im Gesamtsystem eingebunden ist. Die virtuelle Umgebung simuliert hierbei die restlichen fehlenden Teilsysteme des Gesamtsystems“, sagt Eva Stelter, die das Verbundprojekt „TechReaL“ am Fraunhofer LBF federführend betreut.

Mithilfe der klassischen HiL-Technologie wären die Forscher allerdings nicht weiter gekommen, da mehrere reale Komponenten geprüft werden, nicht nur eine einzige. Sie erarbeiteten deshalb eine innovative Erweiterung dieser Technologie, die genau das abbilden konnte. Der geschlossene Signalaustausch dazu findet über das Internet statt. Somit gelang es, die Prüfung der realen Komponenten virtuell zu ergänzen, so dass ein Gesamtsystem entstand. Es läuft in Echtzeit gleichzeitig an mehreren Standorten. Diese Lösung bezeichnet man als cyberphysisches System. Es verbindet elektromechanische Komponenten mit Software und dem Internet.

Mit digitalem Zwilling Fehlerquoten reduzieren

Bei einer Kommunikation über das Internet muss man mit schwankender Übertragungsqualität rechnen. Das kann in diesem konkreten Fall Signalverzögerungen verursachen. Innerhalb des Projektes zeigte sich, dass solche Latenzen deutlich länger sind, als die Datenaustauschrate, welche die Dynamik des gesamten HiL-Systems benötigt. „Latenzen beeinträchtigen die Ergebnisgüte und können bis zu einem Ausfall der Simulation und Prüfung führen. Zur Lösung dieser Herausforderung haben wir am Fraunhofer LBF eine Methodik entwickelt, die auf digitalen Zwillingen aufsetzt“, erklärt Eva Stelter.

Lesen Sie auch:

Ein digitaler Zwilling enthält alle Informationen eines realen Gegenstandes – vereinfacht ausgedrückt. Dieser entsteht hier aus einem Simulationsmodell des Prüflings und einer Identifikationsstrategie der zugehörigen Modellparameter. Die Wissenschaftler ließen die Prüfung des Originalteils parallel zur Simulation des digitalen Zwillings ablaufen. Auf diese Art und Weise lassen sich Austauschsignale zwischen den Komponenten prognostizieren und einen kontinuierlichen Datenaustausch und Prüfablauf sicherstellen. Damit man die Qualität der Schätzung wieder herstellen kann, wird anschließend der digitale Zwilling mithilfe aktuell gemessener Signale an der realen Komponenten aktualisiert.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
AVISTA OIL Deutschland GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) im Anlagenbau AVISTA OIL Deutschland GmbH
Hannover Zum Job 
JUMO GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Strategischer Einkäufer im Bereich Mechanik (m/w/d) JUMO GmbH & Co. KG
GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH Niederlassung SLV München-Firmenlogo
Diplom-Ingenieur / Master / Bachelor (m/w/divers) GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH Niederlassung SLV München
Würzburg (Home-Office) Zum Job 
Wacker Chemie AG-Firmenlogo
Betreuungsingenieur OT-Sicherheit (w/m/d) Wacker Chemie AG
Burghausen Zum Job 
PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH-Firmenlogo
HSE-Manager (m/w/d) am Standort Mülheim, Division Ropes & Services PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH
Mülheim an der Ruhr Zum Job 
BORSIG ZM Compression GmbH-Firmenlogo
Mechatroniker (m/w/d) Prüffeld und Montage BORSIG ZM Compression GmbH
Meerane Zum Job 
PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH-Firmenlogo
Produktionsleiter (m/w/d) am Standort Mülheim, Division Ropes & Services PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH
Mülheim an der Ruhr Zum Job 
thyssenkrupp nucera-Firmenlogo
Verfahrensingenieur/Process Engineer Elektrolysetechnologien (m/w/divers) thyssenkrupp nucera
Dortmund Zum Job 
thyssenkrupp Bilstein GmbH-Firmenlogo
Software Engineer - Automotive (m/w/divers) thyssenkrupp Bilstein GmbH
Ennepetal Zum Job 
thyssenkrupp Steel Europe AG-Firmenlogo
Werkstudent:in im Bereich "Grüne Transformation" (m/w/d) thyssenkrupp Steel Europe AG
Duisburg Zum Job 
SRAM Deutschland GmbH-Firmenlogo
Design Engineer (m/f/d) SRAM Deutschland GmbH
Schweinfurt Zum Job 
Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim-Firmenlogo
Bauteilverantwortlicher - Lichtelektronik im Sportwagen (m/w/d) Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim
Mönsheim Zum Job 
Evangelische Kliniken Rheinland gGmbH-Firmenlogo
Bauleiter:in (m/w/d) im Gesundheitswesen Evangelische Kliniken Rheinland gGmbH
Bergisch Gladbach Zum Job 
Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim-Firmenlogo
Ingenieur - Lichtelektronik im Sportwagen (m/w/d) Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim
Mönsheim Zum Job 
Energie-Wende-Garching GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technischer Leiter (m/w/d) Energie-Wende-Garching GmbH & Co. KG
Garching Zum Job 
RATISBONA Handelsimmobilien-Firmenlogo
Bauleiter für Handelsimmobilien (m/w/d) RATISBONA Handelsimmobilien
RATISBONA Handelsimmobilien-Firmenlogo
Bauzeichner im Hochbau (m/w/d) RATISBONA Handelsimmobilien
Regensburg Zum Job 
RATISBONA Handelsimmobilien-Firmenlogo
Bauingenieur für unsere Tiefbauplanung (LPH 1-5) (m/w/d) RATISBONA Handelsimmobilien
Regensburg Zum Job 
HBC Hochschule Biberach-Firmenlogo
W2-Vertretungsprofessur (m/w/d) HBC Hochschule Biberach
Biberach an der Riß Zum Job 
NORD-MICRO GmbH & Co. OHG-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik (m/w/d) Leiterplattenlayout / Baugruppenkonstruktion NORD-MICRO GmbH & Co. OHG
Frankfurt am Main Zum Job 

Vernetzte Prüfung der Hochvolt-Batterie war erfolgreich

Die Kombination, welche die Wissenschaftler in diesem konkreten Fall erarbeiteten, erprobten sie erfolgreich in vernetzten Prüfungen bei der Hochvolt-Batterie im Zusammenhang mit den Tests anderer Antriebsstrangkomponenten und der Gesamtfahrzeugsimulation. Als messbare Größe diente dabei das Spannungssignal aus der Batterie, das zuerst ausgewertet und dann an anderen Standorten als Eingangsgröße verwendet wurde. Bei der Messung der Latenzzeit in der Kommunikation stellten die Wissenschaftler vorher Fehler in Höhe von 15 Prozent fest. Mit der neu entwickelten Methode ließ er sich auf 0,1 Prozent reduzieren. Im Rahmen des Projektes „TechReaL“ gelange es, weitere echtzeitfähige partnerübergreifende Simulationsmodelle für das cyberphysische Prüfen zu entwickeln. Darüber hinaus arbeiten die Forscher in diesem Rahmen an weiteren zukunftsträchtigen Ideen.

Weitere Artikel zu diesem Thema:

Ein Beitrag von:

  • Nina Draese

    Nina Draese hat Geschichte und Kunstgeschichte (M.A.) studiert. Unter anderem hat sie für die dpa gearbeitet, die Presseabteilung von BMW, für die Autozeitung und den MAV-Verlag. Sie ist selbstständige Journalistin und gehört zum Team von Content Qualitäten. Ihre Themen: Automobil, Energie, Klima, KI, Technik, Umwelt.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.