Framework für verteilte Co-Simulationen: Ein Ansatz für Simulationen cross-industrieller Netzwerke

Im Zuge der zunehmenden interdisziplinären Zusammenarbeit im Bereich der Simulation steigt der Bedarf nach Lösungen für die simulationstechnische Integration von Modellen verschiedener physikalischer Domänen und Systemklassen. Dem hiermit einhergehenden Trend hin zu standortübergreifend kooperierenden Entwicklerteams entwächst zudem eine Nachfrage nach dezentral nutzbaren Simulations-Tools.

Das Kooperationsprojekt Carbon2Chem^® hat die Entwicklung von Carbon Capture and Utilization (CCU) Konzepten zum Ziel, welche auf der cross-industriellen Kopplung von Produktionsanlagen basieren. Der hier vor dem Hintergrund genannter Anforderungen gewählte Lösungsansatz für die simulationstechnischen Analysen von Anlagenverbünden gründet auf einem web-basierten Co-Simulations-Framework.

Die Vielfalt der in den Anlagenverbünden betrachteten Systeme umfasst verfahrenstechnische Produktionsprozesse, logistische Materialflussprozesse und Steuerungs-/ und Regelungsprozesse zu deren simulationstechnischer Abbildung unterschiedliche Modellierungsmethoden und Spezialsoftware benötigt werden. Das Framework ermöglicht die Integration von Modellen unterschiedlicher Simulationstools und bietet Verfahren für die Lösung mehrerer gekoppelter Modelle als Gesamtsystem. Ein wesentlicher Bestandteil der simulationstechnischen Analysen stellen die Prozessmodelle in MATLAB^®/Simulink^® dar, deren Schnittstellen und Integrationsprozess vorgestellt werden.

Das Framework ist als Server-Client-System konzipiert; der Austausch der Simulationsdaten zwischen den einzelnen Modellen erfolgt über definierte Interfaces und basiert auf sicherer SSL WebSocket-Kommunikation. Zur Definition der Anlagenverbünde werden Templates verwendet, welche Topologie und Schnittstellen festlegen. Jeder Anlage wird im Framework ein Simulationsmodell als Client zugeordnet. Die Ansteuerung der Simulations-Clients und die Überwachung der Gesamtsimulation erfolgt über einen Scheduler-Client mittels eines Waveform-Relaxations-Verfahrens.