Un produttore utilizza Simcenter Amesim per sviluppare il “telaio a basso consumo più efficiente sul mercato”

Macchinari tessili all'avanguardia

Nel settore dei macchinari di produzione la velocità è importante. Dalla produzione di carta riciclata a quella dei tessuti high-tech, è sempre necessario massimizzare la velocità di produzione, ma non a qualsiasi costo. I produttori del XXI secolo devono gestire nuovi problemi ambientali e affrontare una delle crisi economiche più gravi della storia moderna. Qualsiasi cosa produciate, risparmiare energia è fondamentale.

L'ESTOMAD (Energy Software Tools for Sustainable Machine Design) Consortium, fondato nel 2009, è formato dalle aziende più importanti del settore e da istituti di ricerca come LMS International (ora Siemens Digital Industries Software), Flanders' Mechatronics Technology Centre, JOBS, EC Engineering, Institute of Industrial Technologies and Automation, FIDIA e Università Cattolica di Leuven (Belgio). Questo progetto di ricerca europeo ha lo scopo di definire un processo di sviluppo dei macchinari in cui l'efficienza energetica costituisce un parametro cruciale nella progettazione dei macchinari.

Picanol è uno dei protagonisti del settore che partecipa al progetto ESTOMAD. Picanol sviluppa e produce macchinari tessili high-tech basati su una tecnologia a getto d'aria e a pinza. Picanol è stata un pioniere nel settore dei macchinari tessili per 75 anni, fino a diventare un leader mondiale. Oltre alla sede centrale di Ypres, in Belgio, Picanol Group possiede stabilimenti in Asia, Europa e Stati Uniti. Oggi, i macchinari Picanol vengono utilizzati da circa 2.600 impianti tessili di tutto il mondo, per un totale di circa 130.000 unità.

Alla ricerca dell'efficienza energetica

Normative di mercato sempre più severe e una concorrenza sempre più agguerrita stanno spingendo il settore dei macchinari di produzione a migliorare i processi di progettazione dei macchinari. I produttori devono fornire macchinari ad altissime prestazioni, che soddisfino i rigorosi requisiti in materia di sicurezza e salute. Le innovazioni sono introdotte a un ritmo senza precedenti. In questa situazione, la simulazione nelle fasi iniziali del processo è indispensabile per accelerare il più possibile il rilascio di prodotti innovativi. Il settore sta anche assistendo a un cambiamento nelle aspettative dei clienti.

“Ora, i clienti non si limitano più a considerare il prezzo di acquisto e le prestazioni", spiega Kristof Roelstraete, Research & Development Manager di Picanol, "ma tendono sempre più a scegliere macchinari che offrono costi totali di gestione ottimali. Oltre a considerare l'investimento iniziale, tengono conto anche dei costi operativi e di manutenzione per l'intero ciclo di vita del macchinario.

"A causa del continuo aumento dei prezzi dell'energia, per gestire le spese operative è essenziale ridurre i consumi. I nostri prodotti devono garantire la massima qualità dei tessuti al minimo costo totale di gestione per il tessitore. Abbiamo concentrato i nostri sforzi sull'efficienza energetica, per ottenere un vantaggio competitivo sostenibile.”

Supportare l'ottimizzazione scalabile

Nel quadro del progetto ESTOMAD, Picanol migliora l'efficienza energetica dei propri macchinari tessili, senza rinunciare alle prestazioni. Collaborando a stretto contatto con l'Università Cattolica, gli ingegneri del reparto ricerca e sviluppo di Picanol hanno iniziato a creare il modello del flusso di energia all'interno della trasmissione principale dei macchinari tessili. La creazione di questo modello è molto complessa, perché deve prevedere con precisione tutto il trasferimento di energia interno e le perdite di energia locali. Deve fornire una rappresentazione dettagliata del comportamento energetico di ogni singolo componente, integrandosi con l'ambiente multifisico globale del macchinario. ESTOMAD Consortium ha scelto il software Simcenter Amesim™ di Siemens Digital Industries Software come piattaforma di simulazione dei sistemi meccatronici, per eseguire gli studi di gestione dell'energia sui macchinari industriali. Simcenter Amesim permette agli ingegneri di analizzare in modo coerente tutti i flussi energetici nei vari sottosistemi dei macchinari tessili, dal sistema di inserimento, al motore, agli ingranaggi e all'albero principale.

Al fine di supportare l'ottimizzazione scalabile dei flussi di energia, l'interfaccia utente (GUI) di Simcenter Amesim e le librerie di componenti dei macchinari sono state espressamente aggiornate per consentire agli ingegneri di progettare macchinari ecosostenibili. Gli ingegneri di Picanol ottimizzano la progettazione dei macchinari fin dalle fasi iniziali, considerando l'efficienza energetica come un requisito cruciale per le prestazioni.

Nel passaggio successivo del processo di sviluppo, Simcenter Amesim viene combinato con il software Simcenter 3D di Siemens Digital Industries Software per formare una soluzione di co-simulazione. Questo permette di simulare e ottimizzare anche i complessi meccanismi 3D dei macchinari tessili (che richiedono una dettagliata modellazione dinamica e cinematica), sfruttando le nuove funzionalità di Simcenter Amesim per ottenere un design più ecologico.

Lo strumento di modifica dei sottomodelli di Simcenter Amesim e lo strumento di personalizzazione della piattaforma possono essere utilizzati per integrare in modo nativo tutte le variabili di alimentazione ed energia necessarie, permettendo di creare componenti specifici in modo semplice e veloce e di valutarli in relazione agli obiettivi di consumo energetico. Nel contesto dello studio ESTOMAD e con il coinvolgimento dell'Università Cattolica di Leuven, gli ingegneri di Picanol sono riusciti a integrare completamente Simcenter Amesim con l'ambiente MATLAB® per eseguire l'identificazione dei parametri. Il progetto Picanol-ESTOMAD dimostra una precisa correlazione fra i modelli Simcenter e le misurazione eseguite sui macchinari tessili. Si tratta di un risultato importante per lo studio, che consentirà di migliorare ulteriormente i processi di sviluppo dei macchinari.

Vantaggi della MBSE (Model-Based System Engineering)

L'esaustivo portfolio Siemens Digital Industries Software supporta Picanol nell'ottimizzazione iniziale dei macchinari tessili, consentendo di bilanciare tutti i parametri di prestazioni, durabilità, rumore e vibrazione, minimizzando al tempo stesso il consumo di energia.

"Siamo molto soddisfatti dei prodotti e del supporto di Siemens Digital Industries Software", dichiara Roelstraete. "Ci consentono di progettare i telai a basso consumo più efficienti sul mercato. Una piattaforma come Simcenter Amesim offre librerie di componenti esaustive, che si connettono anche per descrivere i sistemi multifisici completi, cosa che costituisce un prerequisito della MBSE.Ciò sarebbe impossibile utilizzando un linguaggio di script come MATLAB o Python.”

A breve, saranno probabilmente avviati ulteriori progetti incentrati sul risparmio energetico e la gestione dell'energia, non solo a causa dei profitti previsti, ma anche per rispondere ai pressanti problemi ambientali. Progettando i macchinari tessili più ecologici sul mercato, Picanol si trova nella posizione ottimale per affermarsi come leader. Roelstraete prevede inoltre che, nei prossimi anni, la MBSE diventerà una procedura di progettazione standard nel settore dei macchinari di produzione.