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

Передовые ткацкие станки

При производстве любой продукции очень важна высокая скорость. Независимо от того, что выпускает ваше предприятие — переработанную бумагу или высокотехнологичную ткань, высокая скорость производства должна поддерживаться постоянно, но не любой ценой. В 21­м веке производители сталкиваются с новыми экологическими проблемами, а также с одним из самых серьезных экономических кризисов в современной истории, а значит, снижение потребления энергии должно стать необходимым условием функционирования любого предприятия.

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.

Движение зажима и толкателя

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

Стремление к энергоэффективности

Строгие нормативные требования на рынке и жесткая конкуренция вынуждают компании, относящиеся к отрасли 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. Кроме того, недавно отрасль столкнулась с изменением ожиданий клиентов.

Рапирный ткацкий станок Picanol (Optimax)

«Дело уже не только в закупочной цене или производительности, — отмечает Кристоф Рёльстрате (Kristof Roelstraete), руководитель отдела исследований и разработки компании Picanol. — Все 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, при этом стоимость владения должна оставаться низкой. Мы сосредоточились на повышении энергоэффективности, чтобы получить существенное конкурентное преимущество».

Масштабируемая оптимизация

В рамках проекта ESTOMAD компания Picanol снижает энергопотребление в своих ткацких станках без ущерба для качества. 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 и выявлять локальные потери энергии, а кроме того — 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.

Все это позволило создать более экологичные станки. Инженеры Picanol оптимизируют конструкцию станка с самых ранних этапов проекта. При этом они уделяют много времени анализу энергоэффективности.

Совместный расчет с помощью модели ткацкого станка Simcenter Amesim и решения для симуляции кинематики из портфеля Simcenter

Следующим шагом в оптимизации процесса разработки стали совместные расчеты с помощью модели Simcenter Amesim и решения для симуляции кинематики из портфолио Simcenter от Siemens Digital Industries Software. В результате даже сложные 3D­механизмы ткацкого станка, которые требуют детального динамического и кинематического моделирования, стали моделироваться и оптимизироваться при помощи новых функциональных возможностей Simcenter Amesim. Это обеспечивает создание более экологичных изделий.

Сравнение результатов физических измерений на станках и совместного расчета с помощью Simcenter Amesim и решения для симуляции кинематики из портфеля Simcenter при 500 об./мин

Инструменты для редактирования субмоделей и индивидуальной настройки платформы можно применять для интеграции всех необходимых переменных энергии и мощности, что дает возможность быстро и легко создавать компоненты и оценивать их на предмет энергопотребления. 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 Picanol­ESTOMAD позволил выяснить, что результаты измерений с помощью моделей Simcenter и физических измерений, которые проводились на ткацких станках, идентичны. Это и стало основным результатом исследования, который поможет усовершенствовать процесс разработки станков в будущем.

Схема мгновенных энергетических потерь

Использование модельно­ориентированной 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, — отмечает г­н 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 необходимым условием для модельно­ориентированной системной инженерии. Достичь этого с помощью MATLAB или Python невозможно».

Скорее всего, в ближайшем будущем запустится большое число проектов, направленных на управление энергопотреблением. Это продиктовано не только ожидаемым ростом прибыли, но и необходимостью решать экологические проблемы. Picanol имеет все шансы стать лидером по созданию самых экологичных станков на рынке. Кристоф Рёльстрате также предполагает, что в течение нескольких лет модельно­ориентированная системная инженерия станет широко использоваться при разработке промышленного оборудования.