Simcenter Amesimを使用して「市場で最もエネルギー効率のよい織機」を開発したメーカー

織機のパイオニアとして

生産機械業界ではスピードが肝心です。製造する品がリサイクル紙であってもハイテク生地であっても、常に最高の生産速度が求められますが、コストをいくらかけてもいいわけではありません。21世紀の製造企業は、新たな環境問題だけでなく、現代の歴史の中で最も厳しい経済危機にも対応する必要があります。何を製造するにしても、省エネルギーが欠かせません。

ESTOMAD (Energy Software Tools for Sustainable Machine Design) は2009年に設立されたコンソーシアムであり、LMS International (現シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェア) や、Flanders Mechatronics Technology Centre、JOBS、EC Engineering、Institute of Industrial Technologies and Automation、FIDIA、ルーヴェン・カトリック大学 (ベルギー) などの企業や研究機関が参加しています。ヨーロッパを拠点としたこの研究プロジェクトは、エネルギー効率を重要な指標として考慮する機械開発プロセスの実現を目指しています。

PicanolはESTOMADプロジェクトに産業界の1代表として参画しています。エアジェットおよびレピアのテクノロジーを使ったハイテク織機の開発と製造を手掛けるPicanolは、75年間にわたって織機業界のパイオニアであり、世界をリードする企業に成長しました。ベルギーのイーペルを本拠地とするPicanol Groupは、アジア、ヨーロッパ、および米国に工場があります。今日では、世界各地に存在する約2,600の織布工場で、約13万台に上るPicanol製の織機が使用されています。

エネルギー効率の追求

厳しい市場の規制と激しい競争にさらされている生産機械業界は、機械設計プロセスの改善を迫られています。メーカー各社は、健康や安全性に関する厳しい要件に適合した、高性能の機械を製造する必要があります。革新のペースは加速の一途をたどっています。このような点を踏まえ、革新的な製品をより短期間で市場に出すためには、開発初期段階のシミュレーションが不可欠です。また最近では、生産機械業界の顧客が求めるものも変わりつつあります。

Picanolの研究開発 (R&D) マネージャーを務めるKristof Roelstraete氏は、次のように述べています。「購入価格や性能がすべてではなくなりました。より多くのお客様が総所有コストの観点から、最も条件のよい機械を選ぶ傾向にあります。初期投資額だけでなく、機械のライフサイクル全体の保守や運用のコストを考慮するようになりました。」

「エネルギー価格が上昇する中、消費エネルギーの多寡は運用経費に直結します。当社の製品はテキスタイル・メーカーにとって、最も安い総所有コストで、最高品質の生地を提供するものでなくてはなりません。大きな競争優位性を得るために、私たちはエネルギー効率に集中して取り組むことにしました。」

スケーラブルな最適化に対応

ESTOMADプロジェクトの一環として、Picanolは自社の織機の性能を損なうことなく、エネルギー効率を向上させました。PicanolのR&Dエンジニアはルーヴェン・カトリック大学と緊密に連携し、織機の主な駆動系統内部でエネルギーがどのように流れるかをモデリングしました。このモデル作成は複雑な作業でした。すべての内部のエネルギー伝達を正確に予測するとともに、局部的な漏電箇所を特定する必要があるからです。各コンポーネントのエネルギー挙動を詳細に表現する一方で、機械全体のマルチフィジックス環境とも統合する必要がありました。ESTOMADコンソーシアムは、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのSimcenter Amesim™ソフトウェアをメカトロニクス・システムのシミュレーション・プラットフォームとして選び、生産・工作機械のエネルギー管理状況を調査しました。Simcenter Amesimであれば、挿入システムから、モーター、ギアボックス、そしてメインシャフトまで、織機のさまざまなサブシステム内のすべてのエネルギー・フローをエンジニアが一貫して解析できます。

エネルギー・フローのスケーラブルな最適化を可能にするため、Simcenter Amesimのグラフィカル・ユーザー・インターフェース (GUI) および機械コンポーネントのライブラリが、環境にやさしい機械の設計に対応してアップデートされました。Picanolのエンジニアはエネルギー効率を重要な性能要件の1つとして、最初の段階から機械の設計を最適化します。

開発の次の段階では、Simcenter AmesimをシーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのSimcenter 3Dソフトウェアと組み合わせて、協調シミュレーションを実行します。その結果、詳細な動的モデルや運動モデルの作成が必要な織機の複雑な3Dメカニズムに対しても、Simcenter Amesimの新機能を活用したシミュレーションと最適化を実行し、環境にやさしい設計を実現することができます。

Simcenter Amesimのカスタマイズ・ツールであるサブモデル編集ツールを使用すると、必要なあらゆる電力およびエネルギー変数をツール内で統合することができます。つまり、個々のコンポーネントを素早く簡単に作成し、エネルギー消費の目標値に照らして評価することができます。ESTOMADの研究において、Picanolのエンジニアは特にルーヴェン・カトリック大学と連携しながら、Simcenter AmesimをシームレスにMATLAB®環境に接続し、パラメーターを特定しました。Picanol-ESTOMADプロジェクトでは、Simcenterモデルのシミュレーション結果と織機で実際に測定した結果との間の正確な相関関係が明らかになりました。この大きな研究成果は、将来の織機の開発プロセス改善に役立つでしょう。

モデルベースのシステム・エンジニアリングの活用

シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアの幅広いポートフォリオによって、Picanol製織機の開発初期段階での最適化が可能になり、エネルギー消費を最小限に抑えながら、パフォーマンス、耐久性、騒音と振動といった、すべての重要なパラメーターのバランスをとることができました。

Roelstraete氏は、次のように語りました。「シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアの製品とサポートに大変感謝しています。そのおかげで、市場で最もエネルギー効率が高い織機を設計できました。Simcenter Amesimのようなプラットフォームは、膨大なコンポーネントのライブラリを提供しており、これらを組み合わせることで、完全なマルチフィジックス・システムを記述できます。高度なモデルベースのシステム・エンジニアリングには不可欠な要素です。これをMATLABやPythonなどのプログラミング言語で行うのは、現実的ではありません。」

おそらく近い将来、利益を期待し、今後の環境課題に対応するためにも、省エネやエネルギー管理に焦点を当てたプロジェクトがほかにも立ち上がるでしょう。Picanolは、市場で最もエコロジカルな織機を設計することにより、トップに立てる位置につけています。Roelstraete氏は、今後数年間でモデルベースのシステム・エンジニアリングが生産機械業界の標準的な設計手法になると予測しています。