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Die Industrie als Vorbild

Von der Smart Factory in das Krankenhaus der Zukunft

16. April 2018, 10:30 Uhr | Melanie Ehrhardt

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Forschung 4.0: Volldigitales Experiment

Virtual Reality (VR) ist einer der Schlüssel für die Smart Factory, aber auch für das intelligente Forschungslabor der Zukunft. Das KIT – Karlsruher Institut für Technologie (Halle 2, Stand B16) zeigt auf der Hannover Messe einen virtuellen Zerstäuberprüfstand, dessen Simulationsergebnisse sich mittels VR aus allen möglichen Perspektiven betrachten und manipulieren lassen (Bild 1). Der Prüfstand dient jedoch nicht nur für die Analyse von Zerstäubungssystemen, sondern auch zur Strömungssimulation. Gegenwärtig werden dazu vorwiegend gitterbasierte Simulationsverfahren eingesetzt, bei denen die Phasen – flüssige oder gasförmige Materialien – als Volumenanteile in Gitter-strukturen abgebildet werden. Bei komplexen Problemstellungen, wie beispielsweise der Kraftstoffeinspritzung, muss das Gitter mit Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Gas mitbewegt werden, wodurch eine enorme Rechenleistung nötig ist. Bei Mehrphasenströmungen stößt diese Technologie an ihre Grenzen.

Einen neuen Ansatz wählen Wissenschaftler des Instituts für Thermische Strömungsmaschinen (ITS) am KIT. Sie haben eine Simulation entwickelt, die auf dem numerischen Verfahren »Smoothed Particle Hydrodynamics« basiert, zu Deutsch geglättete Teilchen-Hydrodynamik. Hierbei werden Fluide und Gase in Massepakete – genannt Partikel – aufgeteilt, die sich gemäß den Gesetzen der Strömungsmechanik bewegen. Durch Bewegung und Interaktion einzelner Partikel können Strömungsfelder realitätsgetreu simuliert werden. Aufgrund der Gitterfreiheit lassen sich komplizierte Berandungen und Grenzflächen, die einer starken Deformation ausgesetzt sind, einfach realisieren.

Kommunikation in Echtzeit: Auch im Krankenhaus gefragt

Eine wichtige Voraussetzung für Industrie 4.0 ist, dass verschiedene Maschinen, Objekte und Services nahtlos miteinander kommunizieren können –in Echtzeit. RTI Connext DDS 5.3 von Real-Time Innovations (Halle 8, Stand C24) ist speziell auf die hohen Anforderungen des Industrial Internet of Things (IIoT) ausgelegt. Aber gilt das nur für raue Industrieumgebungen? Nein, in einem vernetzten Krankenhaus beispielsweise müssen die Geräte in einem Patientenzimmer oder OP-Saal mit der Station und entlegenen Monitoren kommunizieren, mit Echtzeit-Analyse-Applikationen für intelligente Alarme ebenso wie mit der elektronischen Krankenakte. Dies stellt eine enorme Herausforderung angesichts der Anforderungen an die technische Bandbreite, Sicherheit und Interoperabilität dar.

Damit IIoT-Systemarchitekten diese Herausforderungen bewältigen können, hat RTI eine Konnektivitätssoftware entwickelt, die eine geschichtete Datenbus-Struktur implementiert und zugleich Interoperabilität sowie eine offene Architektur unterstützt. Das Programm basiert auf dem DDS-Standard der OMG und ermöglicht, Daten über mehrere Netzwerke zu teilen. Die aktuelle Version 5.3 bietet neue Security-Plug-Ins, interoperable Sicherheit auch mit künftigen Connext DDS-Versionen sowie Plug-and-Play-Systeme aus Komponenten verschiedener Anbieter. Zudem lassen sich Datenhistorien bedarfsgerecht abfragen, ohne die Netzwerk-Bandbreite zu überlasten. Diese Daten werden oftmals benötigt, um Analysen zu verfeinern oder Dashboards zu aktualisieren. Auch eine nahtlose Gerätemobilität ohne Verbindungs- und Datenverluste bietet die Software, z. B. während des Wechsels von Geräten von einem Netzwerk ins andere. Dabei lokalisieren und authentifizieren sich die Geräte automatisch und sicher neu. Der neue Web Integration Service vereinfacht laut eigener Aussage außerdem das Erstellen von User-orientierten Web-Applikationen.