Лидирующая компания по автоматизации заводов и производственных процессов использует Mechatronics Concept Designer для разработки упаковочных установок для косметической отрасли c возможностью адаптации под разные задачи

Разработка гибких транспортных решений

Когда производителю косметических средств Dr. Kurt Wolff нужно будет выпустить праздничную версию шампуня Alpecin в увеличенных на 20% флаконах, останавливать производственную линию, чтобы переоборудовать ее, не потребуется. Благодаря системе Multi-Carrier-System (MCS®), разработанной совместными усилиями Festo и Siemens Digital Industries Software, это можно будет сделать легко и быстро. Festo проектирует адаптируемые транспортные системы по требованиям заказчика за считанные минуты с помощью Mechatronics Concept Designer™.

Разработанный компанией Siemens Digital Industries Software на основе CAD-системы NX™, модуль Mechatronics Concept Designer представляет собой решение для проектирования и симуляции кинематики и последовательностей физических перемещений, а также виртуального ввода в эксплуатацию установок и оборудования, включая двигатели, приводы и датчики. Это междисциплинарное решение для системного проектирования: инженеры-механики, инженеры-электрики, разработчики программного обеспечения, а также специалисты по автоматизации могут использовать его на протяжении всего проекта для разработки и валидации концепций, а также быстрого изучения альтернативных вариантов в общей системной среде, опираясь при этом на требования заказчика. Инженеры, специализирующиеся на разных предметных областях, смогут работать над проектом одновременно, что сократит общее время разработки на 30 процентов.

Mechatronics Concept Designer позволяет быстро спроектировать мехатронные системы и детали, а также провести их валидацию благодаря использованию моделей изделия из CAD-системы. В решении 3D моделирование сочетается с надежной автоматизацией и инженерным анализом концепций, включающих поведение множества тел. Вместо того, чтобы создавать дорогостоящие прототипы, можно провести инженерный анализ станков и систем с помощью реального программного обеспечения для управления и запускать их виртуально.

Это ПО позволяет Festo создавать цифровой двойник станка или системы и виртуально вводить его в эксплуатацию. Модель станка подключена к системе управления реальным станком, чтобы протестировать работу всей системы. Эти возможности позволяют инженерам по мехатронным системам ускорить ввод в эксплуатацию реального станка.

Mechatronics Concept Designer расширяет обычный функционал проектирования в NX, дополняя его реалистичной средой для инженерного анализа, в которой можно отобразить физические силы и подвижные объекты, а также провести их инженерный анализ. В Mechatronics Concept Designer используется физический движок Bullet — программное обеспечение с открытым исходным кодом для инженерного анализа физических свойств жестких и неупругих тел. Последовательности перемещений определяются с помощью виртуального профиля кулачка, который можно визуализировать и оптимизировать в диаграмме Гантта.

«Мы берем компоненты из NX и вдыхаем в них жизнь», — говорит Штефан Блашке (Stefan Blaschke), менеджер проекта Multi-Carrier-System, который помогает компании Festo и ее заказчикам по всему миру внедрять транспортные системы. В Mechatronics Concept Designer можно проводить инженерный анализ перемещений каждой транспортной тележки на протяжении всего производственного процесса.

Совместная разработка силами Festo и Siemens

Система MCS® была разработана совместными усилиями Festo и Siemens, чтобы создавать адаптируемые под разные задачи упаковочные установки для косметической отрасли. Главное требование заказчика компании Festo из этой отрасли состояло в том, чтобы система позволяла расфасовывать и упаковать продукцию разного вида и формата на одной производственной линии. Использование MCS помогает производителям достигать такой гибкости благодаря маленьким, приводимым в движение линейными двигателями транспортным тележкам, которые перемещают емкости к индивидуальным установкам для заполнения, маркировки или упаковки.

Такая транспортная система используется в производственном процессе только тогда, когда нужны гибкость и интеллектуальное управление. Секции MCS, включая обратные пути тележек, соединяются с помощью обычной, недорогой транспортной системы.

С появлением таких концепций, как Индустрия 4.0 и цифровое производство, гибкие транспортные системы начинают использоваться и для выполнения других задач, например, на линиях сборки. Поэтому Festo и Siemens предлагают MCS самым разным заказчикам. Эта система позволяет проектировать транспортную систему более эффективно, но при этом не нужно постоянно придумывать что-то новое.

«Мы хотели решить две основные задачи с помощью Mechatronics Concept Designer, — говорит Блашке. — С одной стороны, проанализировать, будет ли наше решение соответствовать требованиям заказчика по скорости выполнения цикла и объему производства, а затем показать результаты заказчику. Mechatronics Concept Designer позволяет представить последовательности перемещений индивидуальных транспортных тележек или групп тележек в удобной для понимания форме. С другой стороны, нам нужно было надежное решение для инженерного анализа, чтобы тщательно спроектировать систему Multi-Carrier-System. Это решение должно было учитывать задействованные физические силы.

Библиотека готовых кинематических CAD-моделей

Mechatronics Concept Designer позволяет импортировать компоненты и сборки из NX или других CAD-систем, задавать их физические и кинематические свойства и ограничения. Затем эти модели можно сохранять в библиотеке и повторно использовать в будущем вместе с заданными свойствами. Например, компания Festo создала все важные компоненты MCS в Mechatronics Concept Designer, что существенно ускорило проектирование новой системы.

MCS® обеспечивает максимальную гибкость производства, беспрепятственно и синхронно перемещая различные элементы к индивидуальным установкам на производственной линии. Festo разрабатывает мехатронные компоненты MCS, такие как линейные двигатели, тележки, сенсоры, соединения, а также сборочные компоненты, тогда как Siemens Digital Industries Software отвечает за электронику и программное обеспечение для управления транспортной системой и ее эксплуатации. Адаптируемая под различные задачи транспортная система продвигается на рынке совместными усилиями Festo и Siemens. Ее можно легко конфигурировать, а также интегрировать в существующую логистическую схему предприятия. Кроме того, ее можно объединять с транспортной системой, которая уже используется на предприятии.

«После внесения требований заказчика мы можем получить первые результаты в течение нескольких минут. Затем их, конечно же, нужно оптимизировать, — говорит Блашке. — Так как мы добавили кинематические свойства в модели NX, время проектирования существенно сократилось».

Предоставленные клиентом параметры (время выполнения цикла, ускорение и т.д.) передаются в шаблон Mechatronics Concept Designer через индивидуально настроенный интерфейс приложения. Эти параметры позволяют описывать физические свойства системы транспортировки. По сути это общая кинематическая модель, обладающая динамическими свойствами, которые контролируются заданными параметрами. То, какой будет конфигурация системы, решают инженеры, работающие над проектом, исходя из области применения, схемы производственной линии и т.д.

Также есть возможность создания видео анимации, что дает дополнительные преимущества.

Поведение транспортных систем, созданных специально для заказчика, моделируется в 3D в соответствии с заданными параметрами. Затем можно создать видео анимацию и показать ее клиенту.

«Это уникальное предложение на рынке. Уже на стадии расчета стоимости мы можем доказать заказчику, что его система будет отлично работать, — говорит Блашке. —

Но в Mechatronics Concept Designer есть не только анимированные изображения; можно также моментально экспортировать данные инженерного анализа, чтобы проанализировать, например, нагрузку отдельных сегментов двигателя.

«Mechatronics Concept Designer позволяет сэкономить очень много времени при проектировании станков и систем», — говорит Блашке.

Тем не менее, пользователь должен потратить некоторое количество времени на подготовку, чтобы воспользоваться всеми преимуществами решения. Блашке объясняет, что отдельные компоненты можно подготовить достаточно быстро. Но нужно потратить гораздо больше времени, чтобы смоделировать систему целиком со всеми ее физическими свойствами и сохранить ее в библиотеке.

В будущем пользователям решений для инженерного анализа Siemens Digital Industries Software будет еще легче проектировать элементы привода от Festo. Благодаря сотрудничеству с CADENAS и каталогам 3D-деталей компания планирует дать клиентам возможность загружать готовые линейные двигатели и другие компоненты. Это еще одна причина, чтобы выбрать компоненты Festo. Заказчик может протестировать компоненты, чтобы понять, будут ли они выполнять требуемые функции, еще до размещения заказа.