Inaventa Solar utvikler digital tvilling sammen med IFE for å optimalisere produksjonen av solfangere

Inaventa Solar har etablert egen solfangerproduksjon på Jevnaker, 70 km utenfor Oslo. I disse dager er vi i ferd med å ferdigstille en ny produksjonslinje for høytemperaturbestandige polymersolfangere. Solfangerne er spesialdesignet for estetisk bygningsintegrasjon og har lav vekt og fleksible dimensjoner. Å lage solfangere i slike materialer stiller imidlertid store krav til både produksjonsutstyr og styringssystemer, og vi er avhengige av kontinuerlig prosessoptimalisering og høy digitaliseringsgrad. Å introdusere en digital tvilling (DT), det vil si en virtuell kopi av hele produksjonslinjen, er derfor neste skritt i digitaliseringsprosessen vår. Den digitale tvillingen kobles opp mot styringssystemet i produksjonslinjen, og vil bidra til en enda mer kostnadseffektiv og bærekraftig solfangerproduksjon.

Vi har fått støtte fra Norges Forskningsråd til å utvikle en slik digital tvilling sammen med IFE (Institutt for Energiteknikk). IFE er eksperter på modellering av industrielle prosesser og har stor erfaring med design av digitale tvillinger. 

Cutting-edge produksjonsteknikker og bruk av moderne sensorteknologi 

I februar i år etablerte Inaventa Solar utviklingsprosjektet SUCCEED, der formålet er å utvikle metoder som kan gjøre volumproduksjon av høyteknologiske solfangere i såkalte high performing polymers (HPP) mer bærekraftig og kostnadseffektiv. Prosesseringen skal løftes opp på et industrielt nivå.

Vi har valgt ekstrudering som produksjonsmetode, fordi dette tilrettelegger for effektiv masseproduskjon, men ekstrudering av HPP-materialer krever sofistikerte styrings- og prosesseringsbetingelser. Selv bittesmå avvik i temperatur og trykk fører til konsekvenser som slaggavsetning og ufullstendig krystallisering, noe som igjen gir høy vrakprosent.

Fokus i SUCCEED er derfor rettet mot å forstå, modellere og verifisere kritiske parametre i alle produksjonstrinn og å gjøre bruk av optimaliseringsmulighetene som digitalisering og moderne sensorteknologi gir. Det er IFE som er partner i prosjektet og som skal hjelpe oss med å strømlinjeforme styringen og overvåkingen av solfangerproduksjonen, slik at produktene til enhver tid oppfyller høye kvalitetskrav.  For å få til dette utvikler de en Digital Tvilling til hele produksjonsprosessen og integrerer denne i styringssystemet for produksjonslinjen.

Selv om den digitale tvillingen vil være bygget på kjent teknologi helt i forskningsfronten, representerer det å bruke den til å kontrollere en slik ekstruderingsprosess noe helt nytt. Tvillingen skal først og fremst bidra til å minimere de to største utfordringene, som er slaggdeponering og ufullstendig krystallisering. For å unngå slaggavsetning er det nødvendig med helt nøyaktig kontroll av prosesseringstemperatur og ekstruderingshastighet. For å oppnå optimal krystallisering må dimensjonene, innstillingene og temperaturkontrollen i kalibratoren og avstressingsenheten være absolutt finjustert.

Dypere innsikt i produksjonsprosessen

Den digitale tvillingen utvikles gjennom å kombinere sensorer, databehandlingsalgoritmer og fysikkbaserte simuleringer, og den skal gi oss dypere innsikt i produksjonsprosessen. Det vil dermed være mulig å få informasjon om prosessen også på steder der det ikke er mulig å gjøre målinger. Dette tilrettelegger igjen for sofistikerte kontrollstrategier.  Hovedutfordringen til den digitale tvillingen er å gi tilstrekkelig digital støtte til en ekstruder som er spesialkonstruert for prosessering av høytemperaturbestandige polymermaterialer, og risikoen er knyttet til nødvendigheten av å oppnå den påkrevde nøyaktigheten innenfor tidsintervallet gitt av produksjonsprosessen. Nøkkelindikatorer for hvor bra den digitale tvillingen gjør det er reduksjonen i vrakprosent, optimalisert produksjonstid, mindre behov for manuell inngripen og et generelt lavere energiforbruk i produksjonen.  

Bedre produkter, redusert materialforbruk og lavere sluttbrukerpris

Potensialet for forbedringer ved å integrere en digital tvilling i produksjonslinjen er betydelig. Beregninger viser at dersom vi lykkes med å redusere vrakprosenten til bortimot 0, vil dette bety en kostnadsreduksjon på over 30 % relatert til prosesseffektivisering og redusert materialforbruk. Dette betyr igjen et mindre fotavtrykk fra produktet og ikke minst en lavere sluttbrukerpris.

Les mer:

• Forskningsrådet:
  https://www.forskningsradet.no/nyheter/2021/411-millioner-kroner-til-innovasjon-i-bedrifter/
• IFE:
  https://ife.no

07 21