Výrobce používá Simcenter Amesim k vývoji „energeticky nejefektivnějších tkacích strojů“

Průkopnické tkací stroje

Ve výrobním průmyslu na rychlosti záleží. Ať už vyrábíte recyklovaný papír nebo nejnovější látky, je rychlost výroby naprosto zásadní, ale ne za každou cenu. V 21. století se výrobci musí potýkat nejen s ekologickými aspekty, ale také s nejvýraznější ekonomickou krizí moderní historie. Ať už vyrábíte cokoliv, je hospodaření s energií naprosto zásadní.

Konsorcium ESTOMAD (Energy Software Tools for Sustainable Machine Design) bylo založeno v roce 2009 velkými průmyslovými hráči a výzkumnými institucemi, například společnostmi LMS International (nyní Siemens Digital Industries Software), Flanders’ Mechatronics Technology Centre, JOBS, EC Engineering, Institute of Industrial Technologies and Automation, FIDIA a univerzitou Catholic University of Leuven (Belgie). Tento výzkumný evropský projekt je zaměřen na tvorbu strojů, kdy je během jejich návrhu za nejdůležitější parametr považována energetická efektivita.

Společnost Picanol je jedním z hlavních účastníků projektu ESTOMAD. Společnost Picanol vyvíjí a vyrábí nejmodernější tkací stroje založené na technologii vzduchových trysek a bodel. Společnost Picanol hraje již 75 let roli průkopníka v odvětví tkacích strojů a je vedoucím globálním hráčem. Kromě sídla v Ypres v Belgii má společnost Picanol Group továrny v Asii, Evropě a Spojených státech. V současnosti využívá stroje společnosti Picanol zhruba 2 600 společností, přičemž celkem se jedná o přibližně 130 000 stavů.

Hledání energetické efektivity

Přísná omezení a silně konkurenční prostředí vytváří v odvětví průmyslových strojů tlak na zlepšení procesů návrhu strojů. Výrobci musí dodávat co nejlepší stroje, které splňují přísné zdravotní a bezpečnostní požadavky. Inovace se zavádí čím dál rychleji. Tyto aspekty činí z včasné simulace nezbytný nástroj nutný k rychlejšímu vydávání inovací. V tomto odvětví aktuálně dochází také k posunu zákaznických očekávání.

„Už nejde jen o cenu a výkon,“ říká Kristof Roelstraete, manažer výzkumu a vývoje ve společnosti Picanol. „Stále více zákazníků si vybírá stroje, které nabízí co nejlepší náklady na provoz. Nezajímá je jen počáteční investice, ale také provozní náklady během celého životního cyklu stroje.

„Kvůli zvyšujícím se cenám energií je pro správu provozních nákladů nízká spotřeba energie naprosto zásadní. Naše výrobky musí vyrábět nejkvalitnější látky s co nejnižšími náklady na vlastnictví tkacího stroje. Abychom si udrželi konkurenční výhodu, zaměřili jsme se na energetickou efektivitu.“

Podpora škálovatelné optimalizace

V rámci projektu ESTOMAD zlepšuje společnost Picanol energetickou efektivitu tkacích strojů, aniž by byla ovlivněna výkonnost. Ve spolupráci s katolickou univerzitou začali inženýři výzkumu a vývoje společnosti Picanol vytvářet energetický analytický model hlavní pohonné jednotky tkacího stroje. Tvorba takového modelu je velmi složitá: musí přesně předpovídat veškeré přenosy energie a odhalovat lokální úniky energie. Musí nabízet podrobné znázornění energetického chování všech komponent při integraci s globálním prostředím stroje. Konsorcium ESTOMAD si vybralo jako aplikaci pro simulaci mechatronických systémů k provádění studií řízení energie u průmyslových strojů software Simcenter Amesim™ od společnosti Siemens Digital Industries Software. Simcenter Amesim umožňuje inženýrům soustavně analyzovat energetické toky v různých podsystémech tkacího stroje od vkládacího systému přes motor a převodovku až po hlavní hřídel.

V rámci podpory škálovatelné optimalizace energetických toků byly grafické uživatelské rozhraní (GUI) Simcenteru Amesim a knihovny pro komponenty strojů aktualizovány tak, aby inženýrům pomohly při návrhu ekologických strojů. Inženýři společnosti Picanol optimalizují návrh strojů již od raných fází, přičemž energetická efektivita je stejně důležitá jaké výkonnost.

O krok později se v procesu vývoje Simcenter Amesim spojuje s 3D softwarem Simcenter od společnosti Siemens Digital Industries Software v jednom simulačním prostředí. Následně se simulují a optimalizují i složité 3D mechanismy tkacího stroje (které vyžadují podrobné modelování dynamiky a kinematiky), přičemž se k vývoji ekologičtějšího návrhu využívají nové funkce Simcenteru Amesim.

Nástroj pro editaci podřízených modelů v Simcenteru Amesim, nástroj pro přizpůsobení aplikace, lze použít k nativní integraci všech vyžadovaných výkonových a energetických proměnných, což znamená, že lze snadno vytvářet konkrétní komponenty a rychle hodnotit jejich vliv na spotřebu energie. V rámci studie ESTOMAD a ve spolupráci s univerzitou Catholic University of Leuven se inženýrům společnosti Picanol podařilo bezproblémově integrovat Simcenter Amesim s prostředím MATLAB® a provést identifikaci parametrů. Projekt Picanol-ESTOMAD odhaluje přesnou korelaci mezi modely Simcenteru a měřeními provedenými na tkacích strojích, přičemž tento výsledek studie pomůže v dalším vývoji tkacích strojů.

Využití systémového inženýringu podle modelů

Rozsáhlé portfolio produktů společnosti Siemens Digital Industries Software umožňuje společnosti Picanol provádět optimalizace tkacích strojů již v raných fázích a vyvážit tak klíčové parametry výkonnosti, pevnosti, hluku a vibrací při současné minimalizaci spotřeby energie.

„Velmi oceňujeme produkty a podporu od Siemens Digital Industries Software,“ říká Roelstraete. „Pomáhají nám navrhovat energeticky nejefektivnější tkací stroje. Simcenter Amesim nabízí širokou škálu knihoven komponent, které lze propojovat v rámci popisu celých víceoborových systémů, což je předpokladem pro pokročilé systémové inženýrství podle modelů. Dosáhnout toho pomocí skriptovacích programů, například programů MATLAB nebo Python, je nepřestavitelné.“

V budoucnu bude pravděpodobně zahájeno více projektů zaměřených na úspory a správu energie, nejen kvůli očekávanému zisku, ale také v rámci nadcházejících ekologických cílů. Společnost Picanol má dobrou startovní pozici, aby dokázala vyrábět nejekologičtější tkací stroje na trhu. Roelstraete také předpovídá, že systémový inženýring podle modelů se v následujících letech stane v odvětví výrobních strojů standardním konstrukčním postupem.