Hersteller nutzt Simcenter Amesim für die Entwicklung des „effizientesten Webstuhls auf dem Markt“

Innovative Webmaschinen

In der Werkzeugmaschinenindustrie kommt es auf Schnelligkeit an. Unabhängig davon, ob Sie Recyclingpapier oder Hightech-Stoffe herstellen, eine hohe Produktionsgeschwindigkeit ist zu jeder Zeit erforderlich, aber nicht um jeden Preis. Im 21. Jahrhundert sehen sich Hersteller mit neuen Umweltproblemen und mit einer der schwersten Wirtschaftskrisen der jüngsten Geschichte konfrontiert. Unabhängig von dem Produkt, das Sie herstellen, ist Energiesparen das zentrale Anliegen geworden.

Das Konsortium ESTOMAD (Energy Software Tools for Sustainable Machine Design) wurde 2009 von Akteuren aus der Industrie und aus Forschungsinstituten wie LMS International (jetzt Siemens Digital Industries Software), Flanders’ Mechatronics Technology Centre, JOBS, EC Engineering, dem Institut für Automatisierung und Industrietechnologie, FIDIA und der Katholischen Universität Löwen (Belgien) gegründet. Das europäische Forschungsprojekt strebt danach, einen Maschinenkonstruktionsprozess zu entwickeln, der Energieeffizienz als entscheidenden Parameter bei der Maschinenkonstruktion berücksichtigt.

Picanol ist einer der industriellen Akteure, die in das ESTOMAD-Projekt involviert sind. Picanol entwickelt und fertigt Hightech-Webmaschinen, deren Technologie auf Luftdüsen oder Greifern beruht. Seit 75 Jahren nimmt Picanol eine Vorreiterrolle in der Webmaschinenindustrie ein und ist zu einem der weltweit führenden Webmaschinenhersteller geworden. Neben seinem Hauptsitz in Ypern (Belgien) hat der Picanol Konzern Produktionsstätten in Asien, Europa und den USA. Heute verwenden mehr als 2.600 Webereien auf der ganzen Welt die Maschinen von Picanol; das sind insgesamt ungefähr 130.000 Webmaschinen.

Streben nach einer höheren Energieeffizienz

Strenge Marktregulierungen und ein sehr wettbewerbsintensives Umfeld haben die Fertigungsmaschinenbranche überzeugt, ihre Maschinenkonstruktionsprozesse zu verbessern. Hersteller müssen leistungsstarke Maschinen liefern, die strengen Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen entsprechen. Innovationen werden immer schneller eingeführt. Dadurch wird eine frühzeitige Simulation praktisch obligatorisch, um innovative Produkte immer schneller auf den Markt zu bringen. Seit kurzem erlebt die Branche auch einen Wandel bei den Erwartungen der Kunden.

„Es geht nicht mehr allein um den Preis oder die Leistung“, so Kristof Roelstraete, Manager für Forschung und Entwicklung (F&E) bei Picanol. „Immer mehr Kunden entscheiden sich für Maschinen, die hinsichtlich der Gesamtbetriebskosten das beste Angebot bieten. Sie berücksichtigen nicht nur den Anschaffungspreis, sondern auch die Instandhaltungs- und Betriebskosten während des gesamten Maschinenlebenszyklus.

„Aufgrund steigender Energiepreise ist ein niedriger Energieverbrauch wesentlich für die Steuerung der Betriebsausgaben. Unsere Produkte müssen die höchste Stoffqualität bei den niedrigsten Gesamtbetriebskosten für den Weber bieten. Um einen deutlichen Wettbewerbsvorteil zu erzielen, haben wir unsere Anstrengungen auf die Energieeffizienz konzentriert.“

Unterstützung für skalierbare Optimierung

Picanol verbessert die Energieeffizienz seiner Webmaschinen innerhalb des Frameworks des ESTOMAD-Projekts ohne Leistungseinbußen zu machen. In enger Zusammenarbeit mit der Katholischen Universität beginnen die F&E-Ingenieure von Picanol mit der Modellerstellung der Energieflüsse innerhalb des Hauptantriebs der Webmaschine. Die Erstellung dieses Modells ist sehr komplex: es soll alle internen Energieübertragungen genau vorhersagen und lokale Energielecks aufdecken. Es muss eine detaillierte Darstellung des Energieverhaltens für jede Komponente bereitstellen und sich gleichzeitig in die gesamte Multiphysik-Umgebung der Maschine einfügen. Das Konsortium ESTOMAD hat die Software Simcenter Amesim™ von Siemens Digital Industries Software als Simulationsplattform des mechatronischen Systems ausgewählt, um Untersuchungen des Energiemanagements an Industriemaschinen vorzunehmen. Mit Simcenter Amesim können die Ingenieure alle Energieflüsse in den zahlreichen Untersystemen einer Webmaschine zusammenhängend analysieren, vom Einführsystem über den Antrieb und die Hauptwelle bis hin zum Motor.

Die grafische Benutzeroberfläche (GUI) von Simcenter Amesim und die Komponentenbibliothek der Maschine wurden speziell aktualisiert, sodass die Ingenieure beim Entwickeln umweltfreundlicher Maschinen unterstützt werden. Die Ingenieure von Picanol optimieren die Maschinenkonstruktion bereits in den Frühphasen, wobei Energieeffizienz zu einer wesentlichen Leistungsanforderung wird.

In einem nächsten Schritt ist Simcenter Amesim im Entwicklungsprozess mit Simcenter 3D von Siemens Digital Industries Software in einer Co-Simulation gekoppelt. Folglich werden sogar die komplexen 3D-Mechanismen der Webmaschine (die eine detaillierte dynamische und kinematische Modellierung erfordern) simuliert und optimiert. Hierfür werden die neuen Funktionen von Simcenter Amesim genutzt, um eine umweltfreundlichere Konstruktion zu liefern.

Das Werkzeug zum Bearbeiten des Untermodells von Simcenter Amesim, das Anpassungstool der Plattform, kann verwendet werden, um alle erforderlichen Energie- und Leistungsvariablen standardmäßig zu integrieren. Das bedeutet, dass spezifische Komponenten einfach und schnell erstellt und hinsichtlich der Energieverbrauchsziele bewertet werden können. Im Rahmen der Studie von ESTOMAD und unter besonderer Mitwirkung der Katholischen Universität Löwen, war es den Ingenieuren von Picanol möglich, Simcenter Amesim nahtlos über eine Schnittstelle mit der MATLAB®-Umgebung zu verbinden, um die Identifizierung von Parametern durchzuführen. Das Projekt von Picanol-ESTOMAD zeigt einen genauen Zusammenhang zwischen den Modellen von Simcenter und den Messungen, die an den Webmaschinen vorgenommen werden. Es handelt sich um eine Studie, an der eine Reihe von Ergebnissen abgelesen werden können, die zur Verbesserung der Entwicklungsprozesse zukünftiger Maschinen beitragen.

Von der modellbasierten Systemkonstruktion profitieren

Das umfangreiche Portfolio von Siemens Digital Industries Software unterstützt Picanol bei der frühzeitigen Optimierung der Webmaschinen, indem alle wesentlichen Leistungs-, Haltbarkeits-, Rausch- und Schwingungsparameter bei Minimierung des Energieverbrauchs ins Gleichgewicht gebracht werden.

„Wir schätzen die Produkte und die Unterstützung von Siemens Digital Industries Software sehr“, so Roelstraete. „Sie helfen uns beim Entwickeln des energieeffizientesten Webstuhls auf dem Markt. Eine Plattform wie Simcenter Amesim bietet umfangreiche Komponentenbibliotheken, die sich auch verbinden lassen, um vollständige Multiphysik-Systeme zu beschreiben, was eine Voraussetzung für die erweiterte modellbasierte Systementwicklung ist.Mit Skriptprogrammen wie MATLAB oder Python ist dies nicht zu erreichen.“

Voraussichtlich werden in Zukunft weitere Programme mit Schwerpunkt auf Energieeinsparung und Energiemanagement gestartet werden, und zwar nicht nur aufgrund des zu erwartenden Gewinns, sondern auch als Antwort auf die kommenden umweltpolitischen Herausforderungen. Picanol ist gut aufgestellt, um bei der Entwicklung der umweltfreundlichsten Webmaschinen marktführend zu werden. Roelstraete sagt ebenfalls voraus, dass die modellbasierte Systementwicklung in der Branche der Produktionsmaschinen in den kommenden Jahren eine Standardvorgehensweise in der Konstruktion werden wird.