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Computergraphik

Großer Beleg

Simulation der Auslegung eines Sprühreinigungssystems (CIP) mit Lösungsmethoden aus der Computergraphik

Lehrstuhl für Computergraphik und Visualisierung


Student: Katrin Braunschweig
Betreuer: Sören König
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Stefan Gumhold

Motivation

In der Produktion von Milchprodukten und anderen Lebensmitteln, sowie in der biopharmazeutischen Produktion werden sogenannte Cleaning in Place-Systeme (CIP) zur Reinigung der Produktionsanlagen und Lagerbehälter verwendet. Cleaning in Place-Systeme sind Sprühreinigungssysteme, die eine effiziente, hygienische Reinigung der Anlagen durch eingebaute Sprühdüsen ermöglichen, ohne dass dabei eine teilweise oder vollständige Demontage notwendig ist. Allerdings ist die optimale Anordnung und Ausrichtung der Sprühdüsen schwierig und muss meist manuell durchgeführt und anhand aufwändiger Testdurchläufe validiert werden. Die Automatisierung der Auslegung des Reinigungssystems, z.B. mit Hilfe einer Computersimulation, würde nicht nur den Aufwand, sondern auch die Kosten reduzieren.

Beschreibung

Die Arbeit stellt einen möglichen Ansatz zur Simulation eines CIP-Systems vor. Der Ansatz basiert auf der Ähnlichkeit, die zwischen dem Besprühen eines Objektes mit Wasserstrahlen und der Beleuchtung eines Objektes mit Lichtstrahlen besteht. Ähnlich der Repräsentation von Lichtstrahlen in Raytracing-Anwendungen werden dabei die von den Sprühdüsen erzeugten Wasserstrahlen durch gerade Linien bzw. Parabeln angenähert. Zur Berechnung des Sprühergebnisses können dann Schnittberechnungen und Beschleunigungsmethoden verwendet werden, die von Raytracing-Anwendungen bekannt sind. Anschließend wird das Sprühergebnis in einer Textur gespeichert und kann auf der Oberfläche des Objektes angezeigt werden.

Ergebnisse

Die Simulation ermöglicht die Berechnung des Sprühergebnisses eines CIP-Systems. Objekte können aus .obj-Dateien geladen werden. Zusätzlich können verschiedene Düsentypen, die entweder Wasserstrahlen in Form von Parabeln oder geraden Linien erzeugen, zum System hinzugefügt werden. Nach der Berechnung des Schnittpunktes der Wasserstrahlen mit dem Objekt können verschiedene Parameter (z.B. Auftreffgeschwindigkeit, Auftreffwinkel, Anzahl Treffer/Texel) als Textur angezeigt werden.

Sprühdüse Auftreffwinkel Auftreffgeschwindigkeit Treffer/Texel








Ungenauigkeiten


Ausblick

Die vorliegende Implementierung bietet verschiedene Möglichkeiten zur Optimierung. Vor allem die Speicherung und Visualisierung des Sprühergebnisses mit Hilfe einer Textur ist noch nicht optimal. Ein effektiverer Ansatz zur Texturatlasgenerierung könnte das Ergebnis verbessern. Jedoch besteht weiterhin das Problem, dass die Auflösung durch die Größe der Textur begrenzt ist und den Übergängen zwischen Charts Ungenauigkeiten auftreten. Neben der Optimierung der Simulation wäre außerdem ein Abgleich mit realen Daten notwendig, um die Genauigkeit der Umsetzung zu validieren.

Download

Stand: 1.2.2010, 14:40 Uhr
Autor: Corina Weissbach