Inovativní přístupy k projektování rozváděčů se zaměřením na digitalizaci a tvorbu digitálních dvojčat

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá problematikou projektování rozváděčů se zaměřením na digitalizaci a tvorbu digitálních dvojčat, jenž v současnosti reflektují trendy v oblasti projektování v elektrotechnice. Cílem této práce je analyzovat a využít inovativní metody k návrhu přístupu pro tvorbu projektové dokumentace s důrazem na využití digitálních modelu v kombinaci s technologiemi. První část práce popisuje současný stav standardizace v oblasti digitalizace v projektování a analyzuje klíčové trendy, které tvoří budoucnost elektrotechnických systémů. Dále jsou navrženy a vytvořeny digitální dvojčata dvou rozváděčů, které budou následně sloužit nejen pro výukové účely, ale také pro propagační akce. Tyto rozváděče se týkají zapojení inteligentního domu s využitím decentralizovaného systému KNX a druhý rozváděč se týká tří možností ovládání motorů pro průmyslové aplikace. Modely jsou následně exportovány pomocí software EPLAN ProPanel do software Unity, jenž slouží pro následnou vizualizaci. Další část práce je zaměřena na vývoj rozhraní pro přenos reálných měřených dat z rozváděčů do vizualizační platformy. Na základě tohoto rozhraní je vytvořená aplikace, která umožňuje virtualizaci digitálních modelů s podporou interakce virtuální reality. Tato aplikace poskytuje uživatelům možnost simulovat a testovat funkce rozváděčů v bezpečném a efektivním prostředí. Samostatně je v práci diskutována také problematika využití metod strojového učení v kontextu digitalizace a vizuální inspekce rozváděčů. Teoretická část je podložena funkčním modelovým řešením založeným na neuronových sítích, které umožňují automatickou detekci a klasifikaci vybraných prvků a anomálií v obrazových datech. Tato koncepce představuje potencionální rozšíření digitálních dvojčat o schopnosti inteligentní analýzy a prediktivní údržby, což otevírá cestu k dalšímu zvyšování spolehlivosti a efektivity v provozu elektrických rozváděčů.

Závěrem práce jsou shrnuty přínosy implementace digitálních dvojčat v oblasti elektrotechnického projektování. Na tuto problematiku navážu hlubší analýzou a výzkumem v rámci mé disertační práce, kterou budu zpracovávat na této univerzitě.

This thesis deals with the design of switchgear with a focus on digitalization and the creation of digital twins, which currently reflect trends in the field of electrical engineering design. The aim of this thesis is to analyse and use innovative methods to design an approach for the creation of design documents with an emphasis on the use of digital models in combination with technology. The first part of the thesis describes the current state of standardization in digital design and analyzes the key trends that are shaping the future of electrical engineering systems. Furthermore, digital twins of two switchboards are designed and created, which will subsequently be used not only for teaching purposes but also for promotional events. These switchboards concern the wiring of a smart home using a decentralised KNX system and the second switchboard concerns three motor control options for industrial applications. The models are then exported using EPLAN ProPanel software to Unity software for subsequent visualisation. The next part of the work is focused on the development of an interface for transferring real measured data from the switchboards to the visualization platform. Based on this interface, an application is developed that enables the virtualization of digital models with support for virtual reality interaction. This application provides users with the ability to simulate and test switchgear functions in a safe and efficient environment. The use of machine learning methods in the context of digitalisation and visual inspection of switchboards is also discussed separately in this thesis. The theoretical part is supported by a functional model based on neural networks, which enables automatic detection and classification of selected features and anomalies in image data. This concept represents a potential extension of digital twins with intelligent analysis and predictive maintenance capabilities, opening the way to further increase reliability and efficiency in the operation of electrical switchgear. The paper concludes with a summary of the benefits of implementing digital twins in electrical engineering design. I will follow this up with more in-depth analysis and research as part of my dissertation, which will be carried out at this university.