借助 Siemens Digital Industries Software 解决方案和服务将纺织生产率提高 15%。

提高生产率

必佳乐作为业界领先的织机制造商，与 Siemens Digital Industries Software 携手实现更高的生产率并改进下一代剑杆织机的噪音和振动标准。Simcenter 工程设计服务和 Simcenter 产品组合还用于优化必佳乐未来剑杆织机的新型驱动机构。

Simcenter 工程设计使用 Simcenter 产品组合运动仿真解算方案中的动态评估帮助必佳乐降低内部峰值推力、避免磨损轴承、减轻振动零件的重量并延长关键零件的疲劳寿命。这样，织机在纱线间来回移动时可以大幅提高织机运动速度，必佳乐因而得以将纺织生产率提高 15%。

打造高品质设备

成百上千台必佳乐织机日夜不停地在工业织造厂运转，为全世界每天的织物生产做出巨大贡献。必佳乐是织机制造的领头企业，目前全世界范围有超过 110,000 台织机在大约 2,600 家客户现场运作。无论大型还是小型织物制造厂商，都可以使用必佳乐纺织设备高效生产高质量织物，而很少发生停工并且配件更换容易，因而可以维持较高生产率。

时尚品味和喜好千变万化，制造商也需要极高的灵活应变能力。为有效响应高速变化的纺织需求，必佳乐剑杆织机应运而生；它可以灵活处理短纱、不同样式、彩色设计和多种织物，包括棉花、巴里纱、绉绸、毛线、玻璃布和 DuPont™ Kevlar® 芳族聚酰胺纤维。

“最终起决定作用的是金钱成本，”必佳乐剑杆织机开发主管克里斯托夫·劳斯特瑞特说。“一位纺织工能够操控的机器越多，织物制造商的总拥有成本就越低。我们的策略是要开发高品质的设备，此类设备应具备高纺织质量和操控可靠性，从而生产出优质织物且很少发生停机现象”。

“此外，剑杆织机的模块化设计和电气控制可在安装织机用于新物品时提供简单明了的更换流程。为维持剑杆织机在高端市场的生产率和灵活性，我们开发并引入了大量突破性技术。其中一个示例就是我们的专利 Sumo 直接驱动马达，它是电子控制的，能在需要时立即停机或减速，总体能耗可以降低 10%。”

利用战略合作伙伴关系

必佳乐与 Siemens Digital Industries Software 合作，研究剑杆织机的噪声辐射性能。必佳乐和 Simcenter 工程团队可以通过工作模态分析、工作运动和挠度分析以及声音强度和噪声辐射测量，深入研究各个工作噪声源。

测量结果确定最大噪声辐射发生在 1,200 赫兹左右，此频率会影响织机周围人的谈话。显而易见，太多此频率的声音本质上就相当于纯粹的运动源，而且它碰巧与齿轮接触的噪音相同。这些试验还表明，在工作过程中，轴承调整和预张力往往出现不利变化。

“随着 GamMax 研发的成功，必佳乐决定与 Siemens Digital Industries Software 合作，”劳斯特瑞特说道。“开发早期的联合工程设计让我们的织机生产率得以提高，同时噪音和振动仍能保持在可接受水平内。此方面的关键装配就是先进的剑杆织机驱动机构，它可以大幅提高运行速度，因而也产生了一定程度的噪音辐射。此机构的圆周运动驱动剑杆织机的双向线性运动，专用元件将正在纺织的织物经线传送通过拉伸的纬线。”

“Simcenter 工程设计对剑杆织机驱动机构进行了微调，并大幅减少了噪音辐射。如今的工业用剑杆织机每小时前后移动次数可以达到 25,000 次，因此这确实是一项重大工程设计挑战。纺织过程中剑杆织机产生的摆动加速度甚至超过一级方程式赛车！”

通过仿真改进性能

高速运动产生的极端力对整个剑杆织机驱动机构造成很大压力。Simcenter 工程设计对剑杆织机装配建模，同时优化子系统性能，力争减轻装配重量、防止元件磨损、消除疲劳寿命效应并减少声音辐射。

在必佳乐的新型剑杆织机紧凑装配设计中，主动轮将圆周运动施加到相连的织叉组件上。织叉组件固定横梁件，因为横梁件在固定平面上旋转受限。通过织叉组件的摆动，横梁件（和传剑轮）按顺时针和逆时针方向旋转，最终在纬线之间高速推拉剑杆。

为减少移动装配件的强劲动力，工程师采用刚性建模重新定位质心。这些操作包括修改零件的位置、尺寸、形状和重量。

剑杆织机驱动装配件在运行过程中稍有变形，因此工程师创建了整个剑杆织机驱动机构的动态多体模型。通过有限元分析 (FEA) 将重要元件作为柔体建模，在对动态装配载荷工况进行仿真时，会自动考虑挠曲和共振效应。

零件运行过程中，其挠曲效应会稍微改变轴承的位置和方位，这样会产生轻微的偏移和轴向承载力。使用 Simcenter 产品组合中的运动解算方案进行仿真，必佳乐确定了最佳轴承性能。

Simcenter 产品组合中的运动仿真解算方案为耐久性、噪声和振动方面的显著进步奠定了基础。这一切是通过提高轴承和支架刚度、改进方位对准和施加适当的轴承预张力实现的。动态运动仿真还帮助必佳乐通过进一步减轻移动和振动零件重量，减少径向轴承力。

Simcenter 产品组合中的运动仿真解算方案还通过进一步减轻移动和振动零件重量，减少径向轴承力。

延长疲劳寿命

必佳乐使用 Simcenter 产品组合中运动解算方案生成的仿真来评估剑杆织机驱动件的疲劳寿命。通过仿真动态内部载荷，工程师可以为每个 FEA 模型分量调用最大局部应力值。对于应力变化范围接近或超过材料特定疲劳极限的位置，系统会标识耐久性热点。要延长关键元件的寿命，这些元件的作用孔必须重新定位并重新确定大小。保持高标准的耐久性至关重要，这样织机才能真正无停车地运行 7 到 10 年，而不会有零件由于疲劳寿命不足出现故障。

另一个重要性能特性就是织机的噪音辐射。其中一个主要噪音源就是用作剑杆织机驱动装配件的齿条齿轮传动装置。传剑轮上的齿轨驱动剑杆织机的线性运动。剑杆织机每次反转方向时，齿轨和轮齿之间的公差造成冲击激励，尤其表现在高频带宽上。这种激励有秩序地作用于轴承并造成支架结构的振动，因而产生噪音辐射。

为解决这一问题，必佳乐使用 Simcenter 产品组合中的仿真运动解算方案创建了专用多体模型，并将齿轮和齿条公差以及轮齿动态相互咬合时接触刚度的变化考虑在内。这样，必佳乐就能够通过多体仿真派生动态轴承载荷并将其施加于支架的有限元模型。随后，产生的表面振动平均值用作噪音辐射的衡量方式。仿真结果表明，必佳乐通过提高支架结构的阻尼、使用更高质量齿形修整技术生产的公差更小但更贵的齿轮，降低了噪音辐射。

对于应力变化范围达到或超过材料特定疲劳极限的位置，系统会标识耐久性热点。

助推重要改进

“虚拟现实仿真和深层测试技术组合，显著提高了织机设计的质量，”劳斯特瑞特说道。“采用新型开发流程的卓越技术，我们下一代剑杆织机的生产率得以提高 15%。帮助实现这一性能改进的因素包括：织机速度提高、停机时间缩短、能够纺织的品种增加、织物变换更加灵活以及纺织成本降低。”

“我们衷心感谢 Siemens Digital Industries Software 为此做出的贡献。先进的测试功能准确显示如何能够进一步提高织机性能，早期仿真过程优化了我们新式剑杆驱动机构的真实运行。

“Simcenter 产品组合中的运动仿真解算方案为耐久性、噪声和振动方面的显著进步奠定了基础。因此，我们消除了至少一个完整原型迭代步骤，从而减少了开发持续时间和开支。”