Entwicklung von Windenergieanlagen
Virtuelle Hagelstürme testen WEA
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Wenn Schnee und Hagel zuschlagen
Über 250.000 Euro können die Gewährleistungskosten betragen, wenn ein Rotorblatt innerhalb der Gewährleistungsfrist von zwei bis fünf Jahren ausfällt. Dabei sind die Betriebsbedingungen anspruchsvoll: Extremen Temperaturschwankungen müssen die Rotorblätter ebenso standhalten wie Schnee, Hagel oder gar Wirbelstürmen. Sehr bedeutend für die effiziente Entwicklung zuverlässiger und leistungsfähiger Rotorblätter, aber auch der gesamten WEA, sind daher Simulationen. Sie ermöglichen es den Herstellern, die Rotorblätter unter verschiedenen Bedingungen virtuell zu testen und die Auswirkungen des Wetters zu prognostizieren, etwa den Schaden, den unterschiedlich große Hagelkörner an den Verbundwerkstoffen hinterlassen. Zu den Analysen gehört unter anderem die Simulation von Vibrationen, nichtlinearem Verformungs- und Spannungsverhalten, Materialbruch und -versagen sowie Fluid-Struktur-Interaktionen, d.h. Wechselwirkungen zwischen der WEA-Struktur und den die WEA umgebenden Luftströmungen. Abhängig vom Ergebnis können die Ingenieure dann die optimalen Design-Parameter bestimmen und die Konstruktion entsprechend anpassen, etwa das Material verstärken. Dank der virtuellen Analysen lässt sich eine Vielzahl von Varianten innerhalb einer überschaubaren Zeit simulieren. Zudem fällt der Bau von Prototypen weitgehend weg, der Unternehmen nicht nur viel Geld, sondern auch mehrere Monate Zeit kosten kann.
In der virtuellen Fabrik
Ähnlich wie sich der Betrieb einer WEA vorab simulieren lässt, können Hersteller auch den Produktionsprozess am Computer mit Hilfe spezialisierter Software durchspielen – von der Planung mehrerer Fabriken bis zur Optimierung der Fertigungslinien. Das ermöglicht Unternehmen, Produktionskosten zu reduzieren, Material-, Energieverbrauch und Ausschuss zu senken sowie zu beurteilen, inwieweit sich Investitionen rentieren.
Mit Hilfe der Branchenlösung »Nachhaltige Windkraftanlagen« zum Beispiel lassen sich Fertigungsanlagen und -abläufe sowie ganze Fabriken so planen, dass die Durchlaufzeiten schrumpfen, der Durchsatz steigt und Ressourcen wie Energie und Material optimal eingesetzt werden. Selbst Roboter und NC-Maschinen lassen sich mit Hilfe ein und derselben Lösung programmieren und simulieren. 3D-Darstellungen erleichtern den Mitarbeitern, sich das Ganze vorzustellen und mit Kollegen aus fachfremden Abteilungen zu kommunizieren.
Um ihre Prozesse zu beschleunigen und wirtschaftlicher zu machen, automatisieren Hersteller von WEA ihre Herstellungsprozesse mehr und mehr. Damit sind häufig hohe Investitionen verbunden. Wenn solche Produktionssysteme zunächst am Computer simuliert werden, können Unternehmen besser einschätzen, wann sich die Investitionen in Einsparungen niederschlagen werden. Eine Automatisierung der Produktion bedeutet auch, dass Unternehmen ihre Best Practices auf andere Standorte übertragen und weltweit standardisieren. Branchenlösungen unterstützen sie dabei, solche Standard-Prozesse einmal einheitlich zu definieren und auf mehrere Standorte auszudehnen.
Eine ausgereifte Planungslösung, die auf eine zentrale Datenplattform zurückgreift, bietet einen weiteren Vorteil: Konstruktion und Fertigungsplanung können parallel stattfinden. Das führt dazu, dass die Konstruktionsabteilung früher Feedback bekommt, inwieweit sich eine Neuentwicklung auch praktikabel und wirtschaftlich herstellen lässt. Eine frühzeitige Anpassung der Konstruktion reduziert damit Verzögerungen beim Produktionsanlauf und verkürzt so die Produkteinführungszeit weiter. Branchenlösungen können aber noch mehr: Funktionen zur Anlagenüberwachung ermöglichen es beispielsweise, schneller die Ursachen für Fehler zu finden und Prozesse in Echtzeit anzupassen. Die Lösung »Nachhaltige Windkraftanlagen« analysiert bereits Prozesse auf Basis weniger Daten, während herkömmliche Methoden wie SPC (Statistische Prozesskontrolle) große Datenmengen benötigen, die beim Anlauf der Produktion noch nicht verfügbar sind. Durchgängige Branchen-Software-Lösungen, die Produktentwicklung und Produktionsplanung vereinen, können WEA-Herstellern somit helfen, Produkte und Prozesse ganzheitlich zu beurteilen und zu planen, verschiedene Alternativen bis ins Detail virtuell durchzuspielen, die Folgen einer Entscheidung früh abzuschätzen und die Zusammenarbeit über Abteilungsgrenzen hinweg zu verbessern. Damit tragen sie dazu bei, Produktions- und Betriebskosten sowie Ressourcenverbrauch und Ausschuss zu senken, WEA schneller auf den Markt zu bringen und deren Leistung und Zuverlässigkeit zu steigern.
Zur Autorin
Carola von Wendland ist PR Manager EuroCentral bei Dassault Systèmes.
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