Artikel

Die Technische Universität Dresden (Institut für Naturstofftechnik) hat genau diesen Vergleich durchgeführt. Das Ergebnis ist nicht nur überraschend, sondern richtungsweisend für die moderne CIP-Anlagenplanung.

DIE STUDIE: MATHEMATISCHE THEORIE TRIFFT AUF PHYSIKALISCH GEMESSENE REALITÄT

Challenge der wissenschaftlichen Untersuchung: die Validierung der Reinigbarkeit eines Behälters, der durch einen rotierenden Schwallreiniger gesäubert wird. Welche Simulation liegt näher am Realergebnis:

1. Der hochkomplexe CFD-Ansatz (Computational Fluid Dynamics)

• Grundlage: Mathematische Theorie zur Berechnung von Tropfenflug, Zerstäubung und Volumenstrom.
• Zeitaufwand: Etwa ein Monat Rechenzeit für die Simulation von 1,25 Sekunden physikalischer Reinigungszeit.

2. Der spezialisierte ADVISIM3D-Ansatz

• Grundlage: Physikalische Projektion auf Basis real vermessener Sprühbilder (empirische Daten).
• Zeitaufwand: Die vollständige Simulation ist inkl. Ergebnisausgabe eine Sache von wenigen Sekunden.

DAS ERGEBNIS

Präzision ist keine Frage der Rechenpower

Vermutet wurde, dass der massive Einsatz von Supercomputing-Ressourcen zu deutlich genaueren Ergebnissen führen würde. Die Wissenschaftler ermitteln jedoch ein anderes Bild: Die Abweichung der von den beiden Simulationen als benetzt erkannten Flächen beträgt lediglich 0,6 %.

Bei der Identifikation kritischer „Schattenzonen“ (Sprühschatten) liefern beide Verfahren quasi identische Ergebnisse. Damit ist bewiesen: 

Für die Validierung von Reinigbarkeit und damit das softwarebasierte Auslegen von CIP-Systemen ist maximale Rechenleistung nicht gleichbedeutend mit maximalem Erkenntnisgewinn.

DIE WICHTIGSTEN TAKEAWAYS FÜR REINIGUNGSINGENIEURE

Für die tägliche Ingenieurspraxis bedeutet das:

• Enorme Zeitersparnis: Planungszyklen verkürzen sich von Wochen auf Sekunden.
• Minimale Infrastruktur: Validierung direkt auf dem PC statt auf externen Supercomputern oder teuren Server-Clustern.
• Echtzeit-Fähigkeit: Optimierungen am Anlagendesign können sofort simuliert und angepasst werden.
• Geprüfte Sicherheit: Die minimale Abweichung von 0,6 % garantiert eine verlässliche Identifikation von Sprühschatten.
• Effizienz im Fokus: Vermeidung von Ressourcenverschwendung bei gleicher Aussagekraft der Ergebnisse.

IST CFD DAMIT GESCHICHTE? 

Keineswegs! Part 3 des Simulationsduells beantwortet folgende Fragen:  

• Warum konnte ADVISIM^3D in der wissenschaftlich fundierten TU-Dresden Vergleichsstudie so gut abschneiden?
• Wie können ADVISIM^3D und CFD im Anlagen- und Behälterbau effizient zusammenarbeiten?

Coming soon …

Möchten Sie ADVISIM^3D im Major Release 2.3 testen? Dann freuen wir uns auf Ihre persönliche Kontaktaufnahme.

ADVISIM^3D heißt Aufwand digitalisieren für ein Maximum an analogem Nutzen.

twitter.com/ADVITEC
twitter.com/advisim3
ADVITEC bei Linkedin
ADVITEC bei XING

Denn auch die Simulationsansätze von Computational Fluid Dynamics (CFD) und ADVISIM^3D könnten unterschiedlicher kaum sein. Dabei verfolgen sie bei der Auslegung von Anlagen dasselbe Ziel: Cleaning-in-Place-Reinigung (CIP) wird virtualisiert, um analoge Prozesse in die digitale Welt zu verlagern. Das schafft Transparenz und spart neben Ingenieursstunden wertvolle Ressourcen.

DER GEIST von LEIBNIZ: CFD

Team Leibniz schwört auf den mathematisch-theoretischen Ansatz. Mansucht die universelle mathematisch beschreibbare Wahrheit und findet sie in der hochkomplexen CFD-Simulation. Ihr Anspruch ist faszinierend: Sie berechnet jeden Wassertropfen und jede Grenzschicht. Sie löst Navier-Stokes-Gleichungen und zerlegt die Welt in ein perfektes mathematisches Gitter. CFD ist der Versuch, die Realität am Computer mathematisch von Grund auf neu zu erschaffen. Es ist wie bei Leibniz‘ Herleitung des Kalküls der Weg höchster theoretischer Eleganz. CFD-Simulationen stellen aber auch entsprechende Anforderungen an IT-Infrastruktur und Rechenzeit.

DER GEIST VON NEWTON: ADVISIM3D

Team Newton schwört auf den physikalisch-empirischen Ansatz. Newton dachte vom beobachtbaren Ergebnis her. Sein moderner Vertreter ist ADVISIM^3D. Die Frage lautet nicht: "Wie müsste der Tropfen laut Formel fliegen?", sondern: "Was tut die Düse in der Realität?" ADVISIM^3D nutzt physikalisch gemessene Sprühbilder und projiziert sie virtuell in die Geometrie. Es ist wie bei Newtons Herleitung der Integrale der Weg radikalen praktischen Nutzens. Denn ADVISIM^3D-Simulationen nutzen die vertraute Standard-PC-Umgebung und liefern Ergebnisse sekundenschnell.

UND WIE VALIDE SIND DIE ERGEBNISSE BEIDER SIMULATIONSVERFAHREN?

Der Showdown: Was passiert, wenn man beide Methoden gegeneinander antreten lässt? Dieselbe Aufgabe, derselbe Tank, dieselbe Düse. High-Performance-Computing gegen Standard-PC. Mathematische Theorie gegen physikalische Empirie.

Die Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden hat genau das getan. Und das Ergebnis ist Sprengstoff für alle, die ihre Anlagen noch analog auf Basis von Erfahrungswissen im Experimentalverfahren auslegen, aber auch für Ingenieure im Glaubenskrieg zwischen CFD und ADVISIM^3D.

Teil 2 von „LEIBNIZ VS. NEWTON – CFD VS. ADVISIM^3D“ am 7.1.26: DAS ERGEBNIS DES ULTIMATIVEN VERGLEICHSTESTS

Möchten Sie ADVISIM^3D im Major Release 2.3 testen? Dann freuen wir uns auf Ihre persönliche Kontaktaufnahme.

ADVISIM^3D heißt Aufwand digitalisieren für ein Maximum an analogem Nutzen.

twitter.com/ADVITEC
twitter.com/advisim3
ADVITEC bei Linkedin
ADVITEC bei XING

ADVISIM^3D 2.0 bringt Erweiterung von Herstellerdüsen zu frei gestaltbaren Sprühkugeln

Drei Jahre nach der Produkteinführung hebt ADVITEC seine virtuelle Reinigungssimulation ADVISIM^3D auf das Major Release 2.0. Im nächsten Digitalisierungsschritt in der industriellen Spritzreinigung von Behältern und Bauteilen können Ingenieure nun erstmals vorhandene Sprühkugeln anpassen und komplett eigene Sprühkugeln erstellen. Ob Größe, Anzahl und Position der Bohrungen - alles ist frei definierbar. Anschließend platzieren Sie Ihre Sprühkugeln beliebig im Modell und erhalten eine Sprühschattensofortanalyse.

Wann ist eine Produktinnovation wie die virtuelle Reinigungssimulation ADVISIM^3D für die Pharma-, Lebensmittel- und Fertigungsindustrie erfolgreich? Unsere Antwort gibt das Major Release 2.0. Ganze sechs Jahre haben wir ADVISIM^3D aus dem 2015 gestarteten Forschungsprojekt SIMKOR zur virtuellen Reinigbarkeitssimulation komplexer Spritzreinigungssysteme zu einer Industriestandardsoftware entwickelt.

Doch der Innovationsgeist hört mit der Produkteinführung nicht auf. Seit 2021 gab es neun Zwischenversionen mit hunderten von Verbesserungen, Fehlerbehebungen und Erweiterungen der Leistungsmerkmale und des Düsenkatalogs. Dutzende von Kundengespräche und drei Jahre später hat es ADVISIM^3D in das erste Major Release 2.0 geschafft. Hartnäckigkeit, Ausdauer und Geduld gehören also auch zu einem nachhaltig erfolgreichen Innovationsprojekt – und wir und unsere Kunden sind noch lange nicht am Ende. Ab der Version 2.0 profitieren Sie auch von der sichtbezogenen Schnittebene, die sich immer automatisch parallel zur aktuellen Perspektive in einem bestimmten Abstand zum Modell ausrichtet.

Außerdem wurde der Düsenkatalog um viele Herstellerdüsen erweitert, die sie in den Release Notes 2.0 finden. Die ideale Düsenkonfiguration kann nun aus ca. 150 Herstellerdüsen sowie individuell konfigurierbaren Sprühkugeln ausgewählt werden.

Lassen Sie sich vom Mehrwert der neuen Funktionen und Verbesserungen, insbesondere von der Möglichkeit, eigene Sprühkugeln zu entwerfen und bestehende zu modifizieren, überzeugen. Haben Sie Fragen, Anregungen oder möchten Sie ADVISIM^3D im Major Release 2.0 testen? Dann freuen wir uns auf Ihre persönliche Kontaktaufnahme.

ADVISIM^3D heißt Aufwand digitalisieren für ein Maximum an analogem Nutzen.

twitter.com/ADVITEC
twitter.com/advisim3
ADVITEC bei Linkedin
ADVITEC bei XING

Während CFD-Simulationen jedoch enorm ressourcenhungrig in puncto Einarbeitung, Simulationsdauer und Rechenleistung sind, liefert ADVISIM^3D in einer normalen PC-Umgebung binnen Minuten valide Reinigbarkeitsergebnisse. Wie kann das sein? Und vor allem: Ist damit die Entscheidung über die bessere Vorgehensweise nicht schon gefallen?

Keineswegs! Wer beispielsweise eine Düse konstruieren will, kommt an CFD nicht vorbei, denn mithilfe von CFD können komplexe Probleme wie turbulente Strömungen, Flugeigenschaften von Tröpfchen oder Effekte in den Grenzschichten simuliert werden. Dazu kommen Effektinterdependenzen zwischen Tröpfchen oder zwischen Tröpfchen und Umgebung wie der Tankwand und vieles andere mehr. All das muss mathematisch beschrieben und im Ergebnis in Form hochkomplexer nichtlinearer Differenzialgleichungen näherungsweise berechnet werden. Ausreichende Rechenkapazitäten und Zeit vorausgesetzt, kann so eine Vielzahl an Effekten wie Auftreffwinkel, Wandschubspannung, Tröpfchengrößen oder komplexe Strömungen erfasst und isoliert untersucht werden. CFD ist ein mächtiges Werkzeug für Spezialisten, die möglichst viele Antworten auf möglichst viele Fragen finden wollen.

ADVISIM^3D macht es sich einfach und stellt nur eine Frage: Wird jeder Punkt des Behälters vom Reinigungsmedium hinreichend benetzt? Die Antwort liefert eine Simulation, die den Hauptaufwand an die Erhebung der zugrundeliegenden Daten delegiert. Denn die werden nicht mathematisch berechnet, sondern physikalisch auf analogen Düsenmessständen des Fraunhofer IVV in Dresden in Form realer Sprühbilder gewonnen. Diese vergleichsweise wenigen Parameter können in einer einfachen PC-Umgebung binnen weniger Minuten als Sprühschattenanalyse mit Volumenstromverteilung synthetisiert werden und simulieren damit die Reinigbarkeit eines Behälters.

Ob es ein Vor- oder Nachteil ist, dass ADVISIM^3D nicht weniger, aber auch nicht mehr als genau das liefert, hängt vom Einsatzszenario des Anwenders ab. Der Tankwand ist es egal, warum und unter Berücksichtigung welcher Effekte das Reinigungsmedium wo auftrifft. Dem Designer einer Düse dagegen ist es alles andere als egal, warum unter Berücksichtigung möglichst vieler Effekte ein bestimmtes Sprühbild zustande kommt. Er muss möglichst genau alle Stellschrauben kennen, die ihn zum gewünschten Ergebnis führen. Da ist Komplexität nicht nur akzeptabel, sondern erwünscht. Und es stellt auch kein Hindernis dar, dass umfangreiche Berechnungen sehr lange dauern und es nicht eben trivial ist, eine CFD richtig aufzusetzen, um zu einem vernünftigen Ergebnis zu kommen. Nicht umsonst hat sich eine hochspezialisierte Dienstleistungsbranche etabliert, die CFD-Simulationen für Kunden aufsetzt, durchführt und ergebnisorientiert interpretiert. Bei ADVISIM^3D mit seinem Ansatz, Komplexität maximal zu reduzieren, ist das nicht nötig. Hier interessieren nur Sprühschatten, Volumenstrom und die dadurch bei einer Standardverschmutzung erzielbare Reinigungswirkung – keine Einzel- und Zwischeneffekte, keine Verwirbelungen oder Turbulenzen.

Unsere und die Praxisempfehlung vieler unserer Kunden lautet daher: sowohl als auch, statt entweder oder. Machen Sie mit ADVISIM^3D dank schneller, einfacher sowie zeit- und kostenschonender Analyse von Volumenstromverteilung und Reinigungswirkung die perfekte Düsenkonfiguration zum Ausgangspunkt der umfangreichen CFD-Simulation für jede anschließende gewünschte Detailuntersuchung. Sofern Ihnen die dank ADVISIM^3D-Simulation attestierte Reinigbarkeit Ihres Behälters nicht bereits ausreicht.

ADVISIM^3D heißt Aufwand digitalisieren für ein Maximum an analogem Nutzen.

twitter.com/ADVITEC
twitter.com/advisim3
ADVITEC bei Linkedin
ADVITEC bei XING

Natürlich war uns bewusst, dass unsere Kunden ihre in der Reinigungsumgebung fest installierten Düsen vor ADVISIM^3D aufwendig und ressourcenintensiv analog testen mussten. Genau deshalb haben wir mit ADVISIM^3D ja über viele Jahre die Möglichkeit entwickelt, Art, Anzahl und Position linearer und rotierender Düsen aller renommierten Hersteller in einer nach wissenschaftlich ermittelten Realdaten kreierten, rein virtuellen Umgebung zu testen, die sich zudem schnell und komfortabel an jede spezifische Anforderung adaptieren lässt. Für Systemhersteller verkürzt das die Versuchsreihen bis zur optimalen Konstruktion und Auslegung eines Reinigungssystems und – wie wir gerade gelernt haben – unterstützt auch deren Kunden bei der Prozessvirtualisierung, ‑optimierung und ‑automation.

Alle, die selbst erleben wollen, was die technischen Leistungsmerkmale von ADVISIM^3D wie die Sprühschatten-Sofortanalyse sowie die Visualisierung der punktgenauen Volumenstromverteilung und der Reinigungswirkung im Zeitverlauf für ihre Ressourceneffizienz und Arbeitsabläufe bedeuten, laden wir ein: Testen Sie die Software jetzt unverbindlich und kostenlos in der Vollversion 30 Tage lang in Ihrem spezifischen Anwendungsszenario inklusive Produkteinführung durch unsere Spezialisten.

Sprechen Sie uns an unter +49 351 65262-22 oder nutzen Sie unser Kontaktformular, um Ihre persönliche Testlizenz zu erhalten.

Wir freuen uns auf Ihr Anwendungsszenario.

ADVISIM^3D heißt Aufwand digitalisieren für ein Maximum an analogem Nutzen.

twitter.com/ADVITEC
twitter.com/advisim3
ADVITEC bei Linkedin
ADVITEC bei XING

Per Digitalisierung und Virtualisierung zum Hygienic Design

Konkret simuliert die Reinigungssimulation ADVISIM^3D Sprühschatten, Volumenstromverteilung und die zu erwartende Reinigungswirkung im Zeitverlauf. Sie ermöglicht damit die Virtualisierung zeit-, personal- und materialintensiver Versuchsreihen, um Umwelt- und viele andere Ressourcen in der analogen Welt zu schonen. Die Anwendung kann damit einerseits einen wesentlichen Beitrag zum digitalgestützten Auslegen eines Hygienic Design für Maschinen- und Anlagenbauer leisten. Andererseits hilft der konstruktionsoptimierende Einsatz von ADVISIM^3D auch, der weitverbreiteten Überdimensionierung von Reinigungssystemen zwecks großzügiger Sicherheitspufferung vorzubeugen. Und sogar Bestandssysteme lassen sich dank ADVISIM^3D virtuell auf Optimierungspotenziale überprüfen und mit überschaubarem Investitionsrisiko optimieren.

Von ADVISIM^3D als digitalem Werkzeug für die Konstruktion und das Assessment von Spritzreinigungssystemen profitieren damit Ingenieure rund um die Tankreinigung mit statischen und rotierenden Systemen, über die Reinigung komplexer Verarbeitungsanlagen bis hin zur industriellen Bauteilereinigung.

Wirklichkeitsnähe dank physikalisch ermittelter Realdaten

Grundlage der ADVISIM^3D-Reinigungssimulation sind Realdaten, die vom Fraunhofer IVV Dresden über Jahre mittels eines sehr aufwendigen physikalischen Mess- und Auswertungsverfahren ermittelt wurden. Dabei wird der technische Messstand individuell an jede einzelne Düse angepasst. Diese real ermittelten Messdaten werden aufbereitet in ADVISIM^3D integriert, um die Realitätsnähe der virtuellen Simulationsergebnisse zu gewährleisten.

ADVISIM^3D als Ergebnis einer ADVITEC-Forschungspartnerschaft

ADVISIM^3D ist aus der vom BMBF geförderten Forschungskooperation SIMKOR hervorgegangen und wird in puncto UX sowie Funktionsumfang kontinuierlich weiterentwickelt. Interessenten können sich für kostenlose Testlizenzen ohne Funktionseinschränkung bewerben und die 3D-Reinigungssimulation in ihrem spezifischen Anlagenszenario testen. Mehr auf www.advisim3d.de.

Persönlich treffen können Sie die ADVISIM^3D-Spezialisten für die virtuelle Reinigungssimulation auf der Leitmesse IFFA 2022, „Technology for Meat and Alternative Proteins“ in Frankfurt a. M. vom 14. bis 19. Mai 2022.

ADVISIM^3D heißt Aufwand digitalisieren für ein Maximum an analogem Nutzen.

twitter.com/ADVITEC
twitter.com/advisim3
ADVITEC bei Linkedin
ADVITEC bei XING