FOREST-Projekttreffen präsentiert Live-Einblicke in den Demonstrator

Wie tragen virtuelle Abbilder von Papiermaschinen am besten dazu bei, den Energieverbrauch zu optimieren und CO₂-Emissionen zu senken? Antworten entstehen im Forschungsprojekt FOREST. Beim dritten Treffen der Forschungs- und Industriepartner mit Gesellschaftern der Modellfabrik Papier standen Live-Einblicke in einen ersten Demonstrator im Mittelpunkt.

Das Software-Framework für die Entwicklung eines digitalen Zwillings einer Papiermaschine ermöglicht es erstmals, das Gesamtsystem des Papierfertigungsprozesses abzubilden: angefangen von den Papiereigenschaften in der Stoffaufbereitung über die thermischen und mechanischen Prozesse bis hin zur Energiebereitstellung. „Mithilfe einer solchen Systemsimulation lässt sich das Prozessverhalten und das Zusammenspiel einzelner Verfahrensstufen vorhersagen, ohne in die reale Papiermaschine selbst eingreifen zu müssen“, erklärt Philip Kayser, Projektleiter bei der Modellfabrik Papier, die Vorteile der Technologieentwicklung.

Konkrete Einblicke in die Möglichkeiten und Besonderheiten der Innovation bot das dritte FOREST-Projekttreffen der Forschungs- und Industriepartner mit Gesellschaftern der Modellfabrik Papier. Vorgestellt wurde, in welcher Detailtiefe der Fertigungsprozess in den einzelnen Prozessstufen modelliert wird. Bei einer Live-Vorführung des ersten Demonstrators und der Vorstellung verschiedener Anwendungsfälle wurden unterschiedliche Funktionalitäten gezeigt. Darunter die stündliche Erfassung und Analyse von CO₂-Emissionen sowie die Möglichkeiten zur Bilanzierung tatsächlich entstandener CO₂-Emissionen je vollaufgewickelter Mutterrolle erzeugtem Papier. Gezeigt wurde auch, wie sich unterschiedliche Anlagenkonfigurationen im Vergleich in der Simulation auf die CO₂-Emissionen auswirken.

Wie sich zum Beispiel die Anwendung zur Optimierung der Wärmebereitstellung nutzen lässt, stieß auf besonderes Interesse der Gesellschafter. „Wir haben unterschiedliche Beheizungsmethoden in der Trockenpartie simuliert und konnten zeigen, wie sich ein jeweiliger Strommix auf die CO₂-Emissionen und auf die Kosten niederschlägt. So kann mithilfe der Simulation berechnet werden, wie CO₂-arm und kostenoptimal die Trockenzylinder gefahren werden können“, so Kayser.

Die anschließende Diskussion zeigte weitere mögliche Anwendungsfälle seitens der Industrie auf: Gefragt sind demnach Möglichkeiten, mithilfe eines digitalen Zwillings Änderungen im Produktionsprozess, in der Fahrweise der Anlage oder im Rezept schneller und detailgenauer bewerten zu können. Interesse bekundeten die Teilnehmenden auch an tiefergehenden Analysen zur CO₂-Bilanz je nach Anlagensektion oder je produzierter Mutterrolle Papier.

Entscheidend für eine erfolgreiche Anwendung der Technologie in der Industrie ist die effiziente Skalierbarkeit und modulare Bauweise des Frameworks, betonten die Teilnehmenden. Zum einen sei das Einbinden von neuen Systemen und das Datenmanagement nach wie vor sehr aufwändig. Daher sollten die erforderlichen Modelle von Herstellern und Dienstleistern kommen und möglichst geringe Anpassungen erfordern. Zum anderen fehlen einheitliche Standards.

„Herausforderung ist jedoch nicht nur die Menge an Datenpunkten bei der Papierproduktion, sondern auch die meist sehr heterogene Semantik, die die automatische Adressierung und Verwendung von Dateninhalten erschwert“, erklärt Kayser. Erleichterungen erhofften sich die Papierhersteller durch Standardisierung. „Daher arbeiten wir mit Kerntechnologien wie der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, AAS), die es ermöglichen, standardisierte Datenmodelle zu erschaffen.“ Auf diese Weise werde der künftige Einsatz digitaler Zwillinge in der Papierindustrie beschleunigt.

Das Projekttreffen ging mit positivem Feedback zu Ende. „Die Rückmeldungen der Gesellschafter haben gezeigt: Wir sind auf Kurs!“, freut sich Kayser. Der Austausch und die Diskussion der Zwischenstände im Projekt bestätigen, dass digitale Zwillinge einen großen Mehrwert für die Industrie liefern können und einen wesentlichen Beitrag leisten können, um aktuellen Herausforderungen zu bewältigen. „Mit diesem Input können wir die Use Cases und die Entwicklungen im Projekt weiter schärfen.“ Als nächste Schritte gehen die Projektpartner die Kalibrierung der Modelle für eine echte Tissue-Maschine und Validierung der Modelle und des Frameworks mit echten Prozessdaten an.