Производственная компания использует Simcenter Amesim для разработки «самых энергоэффективных ткацких станков на рынке»

Передовые ткацкие станки

При производстве очень важна скорость. Вне зависимости от того, что вы производите, переработанную бумагу или высокотехнологичную ткань, высокая скорость производства должна поддерживаться постоянно, но не любой ценой. В 21 веке производители сталкиваются с новыми экологическими проблемами, а также с одним из самых серьезных экономических кризисов в современной истории. Все зависимости от того, что вы производите, снижение потребления энергии просто необходимо.

В 2009 году совместными усилиями таких компаний и исследовательских институтов, как LMS International (сейчас Siemens Digital Industries Software), Технологический центр мехатроники Фландрии, JOBS, EC Engineering, Институт промышленных технологий и автоматизации, FIDIA и Лёвенский католический университет (Бельгия) был создан консорциум ESTOMAD (Energy Software Tools for Sustainable Machine Design). Цель этого европейского исследовательского проекта — создать процесс разработки станков, в котором оценка энергоэффективности станет одним из ключевых аспектов.

Компания Picanol входит в проект ESTOMAD. Picanol разрабатывает и производит высокотехнологичные рапирные и пневматические ткацкие станки. Picanol 75 лет предлагала клиентам инновационные изделия и в итоге стала лидером мировой текстильной отрасли. Помимо штаб-квартиры в бельгийском городе Ипр Picanol Group имеет представительства в Азии, Европе и США. Сегодня изделия Picanol используются на более чем 2600 ткацких фабриках по всему миру, что составляет примерно 130 000 ткацких станков.

Стремление к энергоэффективности

Строгие нормативные требования на рынке и жесткая конкуренция вынуждают компании сферы производства промышленного оборудования улучшать процессы проектирования, ведь современные станки должны быть высокопроизводительными и при этом соответствовать строгим требованиям по охране труда и безопасности. Инновации нужно внедрять все быстрее и быстрее. Численное моделирование на ранних этапах проектирования становится обязательным условием ускорения выпуска инновационных изделий. Недавно отрасль также столкнулась со сдвигом ожиданий клиентов.

«Дело уже не только в закупочной цене или производительности, — говорит Кристоф Рёльстрате, руководитель отдела исследований и разработки компании Picanol. — Все больше и больше клиентов выбирают станки с наиболее низкой стоимостью владения. Они учитывают не только стоимость самого станка, но и затраты на техническое обслуживание и эксплуатационные расходы в течение всего жизненного цикла.

Цены на электроэнергию растут. Чтобы эффективно управлять эксплуатационными расходами, нужно обеспечить низкий уровень энергопотребления. Ткацкие станки должны изготавливать высококачественную ткань, а стоимость владения при этом должна оставаться низкой. Мы сосредоточились на повышении энергоэффективности, чтобы получить существенное конкурентное преимущество».

Масштабируемая оптимизация

В рамках проекта ESTOMAD Picanol снижает энергопотребление в своих ткацких станках Совместно с Лёвенским католическим университетом инженеры отдела исследований и разработки Picanol начали оптимизацию с создания модели потоков энергии внутри основного приводного устройства ткацкого станка. Создать эту модель было очень сложно: она должна была точно прогнозировать все внутренние переносы энергии, а также выявлять локальные потери энергии. Она должна была детально показывать поведение каждого компонента с точки зрения энергетических процессов. При этом нужно было обеспечить ее интеграцию с общей мультифизической средой станка. Консорциум ESTOMAD использует программное обеспечение Simcenter Amesim от Siemens Digital Industries Software в качестве платформы для численного моделирования мехатронных систем. С его помощью исследуется управление энергопотреблением в промышленном оборудовании. Simcenter Amesim позволяет последовательно анализировать все потоки энергии в различных подсистемах ткацкого станка, от системы подачи до мотора, редуктора и главного вала.

Чтобы масштабировать оптимизацию потоков энергии, было решено обновить графический интерфейс пользователя в Simcenter Amesim и библиотеках компонентов. Инженеры Picanol оптимизируют конструкцию станка с самых ранних этапов проекта. При этом они уделяют много времени анализу энергоэффективности.

Следующим шагом в оптимизации процесса разработки стали совместные расчеты с помощью программного обеспечения Simcenter Amesim и Simcenter 3D от Siemens Digital Industries Software. В результате даже сложные 3D-механизмы ткацкого станка (которые требуют детального динамического и кинематического моделирования) стали моделироваться и оптимизироваться при помощи новых функциональных возможностей Simcenter Amesim. Это позволяет создавать более экологичные изделия.

Инструменты для редактирования подмоделей и индивидуальной настройки платформы можно использовать для интеграции всех необходимых переменных энергии и мощности, в результате можно быстро и легко создавать компоненты и оценивать их энергопотребление. В рамках исследования, которое консорциум ESTOMAD провел совместно с Лёвенским католическим университетом, инженеры Picanol могли использовать Simcenter Amesim со средой MATLAB®, чтобы проводить идентификацию параметров. Проект Picanol-ESTOMAD позволил выяснить, что результаты измерений с помощью моделей Simcenter и физических измерений, которые проводились на ткацких станках, идентичны. Это и есть основной результат исследования, который поможет усовершенствовать процесс разработки станков в будущем.

Использование модельно-ориентированной системной инженерии

Picanol использует программное обеспечение Siemens Digital Industries для оптимизации конструкции ткацких станков на ранних этапах проектирования. Это ПО помогает достичь баланса между всеми критически важными параметрами, такими как производительность, долговечность, шум и вибрации, а также минимизировать энергопотребление.

«Мы очень ценим решения Siemens Digital Industries Software и поддержку, которую нам оказала компания, — говорит Рёльстрате. — Она помогает нам создавать самые энергоэффективные ткацкие станки на рынке». В Simcenter Amesim предлагаются обширные библиотеки компонентов, которые также соединяются друг с другом для описания полных мультифизических систем, что является обязательным условием для модельно-ориентированной системной инженерии. Достичь этого с помощью MATLAB или Python невозможно».

Скорее всего, в ближайшем будущем запустится большое число проектов, направленных на управление энергопотреблением и его снижение. Это продиктовано не только ожидаемым ростом прибыли, но и необходимостью решать экологические проблемы. Picanol собирается стать лидером в создании самых экологичных станков на рынке. Рёльстрате также предполагает, что в течение нескольких лет модельно-ориентированная системная инженерия станет широко использоваться при разработке промышленного оборудования.