Digital-Twin-Simulatorübung in den Rohstoffwissenschaften

Angehende Rohstoffingenieurinnen und -ingenieure an der RWTH Aachen University haben die Möglichkeit, Kompetenzen im Bereich der Rohstoffwissenschaften anhand einer Digital-Twin-Simulatorübung zu erwerben. Dabei entwicklen sie auch ein Verständnis für Datensammlung, -aufbereitung und -interpretation.
Erstellt am 18.08.2022

Eckdaten

Kann Lösungsansätze für folgende Problemstellungen der Lehre bieten:

  • Geringe Lernmotivation
  • Passivität der Studierenden
  • Heterogenes Vorwissen
  • Geringer Transfer in die Praxis

Nutzt folgende Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses:

Interaktivität: 5 (trifft vollkommen zu)
Adaptivität: 4 (trifft eher zu)
Synchronizität: 1 (trifft überhaupt nicht zu)
Selbststeuerung: 4 (trifft eher zu)

Eignet sich für folgende Virtualisierungsgrade:

  • Anreicherung

Durch die Verlagerung der Anforderungen an junge Rohstoffingenieurinnen und Rohstoffingenieuren auf die Schwerpunkte Digitalisierung und Automatisierung wird durch die Digital-Twin-Übung das strukturierte Lösen von Problemstellungen an simulierten Maschinen mit Daten gefördert. Neben dem Erwerb digitaler Kompetenzen entwickeln die Studierenden auch ein tiefgreifendes Verständnis für Prozessketten in der Rohstoffindustrie.

Mithilfe eines simulierten Muldenkipper-Simulators sammeln die Studierenden bergbaubezogene Betriebsparameter in verschiedenen Szenarien. Diese eigenständig am Simulator generierten Betriebsparameter bilden die Grundlage für eine zu erarbeitende Optimierungsstrategie. Die Optimierungsstrategie wird mit den gelehrten Rechnungen sowie den theoretischen Grundlagen aus der Vorlesung entwickelt. Durch das Erarbeiten der Aufgabenstellung wird der Umgang mit Problemstellungen aus selbst erhobenen, realitätsnahen Daten erlernt. Die Studierenden treffen auf Grundlage von selbst angestellten, objektiven Betrachtungen begründete Aussagen über die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Maßnahmen.

Zudem werden die Studierenden an die Analyse der Nutzbarkeit der Digital-Twin-Technologie herangeführt und erfahren, welche Vorteile, aber auch Herausforderungen durch die Nutzung einer solchen Hightech-Technologie im Bereich Bergbau entstehen können. Sie lernen dabei u. a. die korrekte Einschätzung der Geschwindigkeit, etwa bei der Beschleunigung und beim Bremsen, ein Verständnis über die sich verändernde Fahrweise im beladenen Zustand und die sich daraus entwickelnde Änderung des Kraftstoffverbrauchs, das Einschätzen und Erfahren von Taktzeiten eines Muldenkippers, Hydraulikbaggers bzw. Planierraupe, den Einfluss der Simulator-Fahrt auf die Psyche des Fahrers/der Fahrerin und somit der Vergleichbarkeit von Simulation und Realität. Den Studierenden wird neben dem Umgang mit selbst generierten, realitätsnahen Daten und den daraus zu formulierenden Handlungsempfehlungen auch ein dezidiertes Verständnis über den Einsatz von Großgeräten in der Bergbauindustrie vermittelt.

Medieneigenschaften zur Unterstützung des Lernprozesses

Interaktivität: 5 (trifft vollkommen zu)

Der Simulator ermöglicht es den Studierenden, die virtuelle simulierte Umgebung zu erkunden und die Wechselwirkungen zwischen Muldenkipper und Bergbauumgebung zu erfahren. Sie interagieren mit dem System, in dem sie z. B. die Geschwindigkeit kontrollieren (beschleunigen, bremsen, etc.). Diese Interaktion führt zu einem tiefgreifenden Verständnis des Arbeitens in einer bergbaulichen Umgebung.

Adaptivität: 4 (trifft eher zu)

Die Aufgabenstellung erfordert es, die Fahrweise in Bezug auf das Kraftstoffeinsparpotenzial sowie die Nutzung von „Kraftstoffeinspar-Fahrtrainings“ zu optimieren. Die Simulatorübung passt sich an die vorherigen Interaktionen der Studierenden (in diesem Fall an deren Fahrweise) an. Die Fahrweise entscheidet letztendlich über die Qualität des Datensatzes.

Synchronizität: 1 (trifft überhaupt nicht zu)

Selbststeuerung: 4 (trifft eher zu)

Der Simulator ist standortgebunden, daher ist eine alleinige Nutzung nur bedingt realisierbar. Allerdings stellt jeder Studierende seine eigenen Überlegungen an und sammelt so eigene Datensätze. Diese Erfahrungen fließen in das Verständnis bei der Bearbeitung der Aufgaben mit ein.

Lösungsansätze für Problemstellungen der Lehre

Für die folgenden Problemstellungen kann das Praxisbeispiel Lösungsansätze bieten:

  • Geringe Lernmotivation:
    Eine praktische Übung am Simulator ist eine interessante Abwechselung für Studierende des Rohstoffingenieurwesens.
  • Passivität der Studierenden:
    Durch die Integration der Simulator-Übung als Klausurzulassung ist eine Teilnahme unabdingbar. Durch die Erstellung des eigenen Datensatzes wird eine aktive Teilnahme der Studierenden demnach maßgeblich gefordert.
  • Heterogenes Vorwissen:
    Die Übung basiert auf den Vorlesungs- und regulären Übungsinhalten. Die Teilnahme an der regulären Übung kompensiert die Heterogenität des Wissens der Studierenden.
  • Geringer Transfer in die Praxis:
    Das Arbeiten mit digitalen Großgeräte-Zwillingen der Rohstoffindustrie befähigt Studierende, den Transfer des theoretischen, in der Vorlesung erworbenen Wissens in eine realitätsnahe Umgebung durchzuführen. Die Simulation und Nutzung einer Vielzahl von Großgeräten erweitert spezifisches Wissen und bereitet Studierende unmittelbar auf Arbeitsplätze in der primären Rohstoffindustrie vor.

Virtualisierungsgrad

Der Virtualisierungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen Präsenz- und virtuellen Phasen. Das Praxisbeispiel unterstützt die folgenden Virtualisierungsgrade:

  • Anreicherung

Kontakt

Sie möchten mehr über das Praxisbeispiel erfahren? Hier können Sie Kontakt zu den Autorinnen und Autoren aufnehmen:

Johannes Emontsbotz
RWTH Aachen University
Institute of Mineral Resources Engineering
Wüllnerstraße 2
52062 Aachen
Mail: emontsbotz@mre.rwth-aachen.de

Mauritz Oehmen
RWTH Aachen University
Institute of Mineral Resources Engineering
Wüllnerstraße 2
52062 Aachen
Mail: oehmen@mre.rwth-aachen.de

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