Zmodernizować sprzęt czy zwiększyć wydajność?

Gdy zmieniają się wymagania produkcyjne, pierwszym pomysłem jest często zwiększenie osiągów poprzez przezbrojenie maszyn z wykorzystaniem nowego sprzętu. Takie podejście jest kosztowne, czasochłonne, a także – w dobie cyfrowych bliźniaków i wirtualnego uruchamiania – prawdopodobnie zupełnie niepotrzebne. Firma Niigon wykazała niedawno, że właściwe połączenie technologii automatyzacji projektowania opartego na symulacji może zwiększyć osiągi istniejących maszyn bez konieczności stosowania nowego sprzętu.

Nowa wtryskarka Niigon właśnie weszła do produkcji, gdy użytkownik końcowy kompletnie zaskoczył producenta informacją, że jej wydajność będzie musiała być znacznie wyższa niż pierwotnie ustalono. Problem w tym, że w obecnej konfiguracji praca maszyny przy wyższych prędkościach powodowałaby niepożądane drgania podczas zamykania formy. Inżynierowie firmy Niigon doszli do wniosku, że rozwiązanie sprzętowe wymagałoby wymiany komponentów hydraulicznych na ich elektryczne odpowiedniki – co wiązałoby się z kosztem nowych części i setek godzin pracy inżynierów oraz znacznymi stratami wynikającymi z przestoju maszyny. Pracownicy Niigon, od lat korzystający z technologii B&R, przypuszczali, że rozwiązaniem problemu może być wirtualne uruchomienie maszyny.

W nadziei znalezienia lepszego sposobu na osiągnięcie wymaganej wydajności maszyny, firma Niigon zwróciła się do Maplesoftu, czołowego dostawcy rozwiązań w zakresie symulacji i wirtualnego uruchomienia. Narzędzie do modelowania i symulacji MapleSim firmy Maplesoft działa bez problemów w środowisku inżynierskim Automation Studio firmy B&R, co jest efektem wieloletniej współpracy pomiędzy obiema firmami.

Pracując w znanym sobie środowisku programistycznym, inżynierowie firmy Niigon mogliby testować różne strategie optymalizacji na wirtualnym modelu swojej maszyny i wypróbowywać nawet ekstremalne rozwiązania bez ryzyka jej uszkodzenia. Po opracowaniu odpowiedniej strategii, fizyczna maszyna mogłaby być po prostu zaktualizowana o nowe oprogramowanie poprzez zdalny dostęp. Aby uzyskać możliwie szybko wyniki, firma Niigon skorzystała z usług Maplesoft Engineering Solutions. Opracowanie i wdrożenie opartej na symulacji modernizacji maszyny okazało się w rezultacie banalnie proste.

Aby móc niezwykle wiernie symulować działanie fizycznej maszyny, zbudowano model jej kluczowych elementów, w tym układów hydraulicznych i mechanicznych, w wielodomenowym środowisku MapleSim. Wykorzystując dane operacyjne z maszyny fizycznej, firma Maplesoft była w stanie stworzyć model dynamiczny, który dokładnie odwzorowywał zachowanie maszyny fizycznej, w tym kłopotliwe drgania. Jej pracownicy mogli teraz wykorzystać ten model – znany jako cyfrowy bliźniak – do zbadania przyczyny drgań i symulowania różnych strategii ich eliminacji.

Firma Niigon mogła wykorzystać model symulacyjny do opracowania nowego, zoptymalizowanego kodu sterującego dla maszyny. Niigon korzysta z Automation Studio firmy B&R do projektowania sterowania, dlatego łatwo było zaimportować modele MapleSim do wirtualnego uruchomienia. Dzięki modułowi B&R MapleSim Connector łączącemu model MapleSim z Automation Studio, firma Niigon była w stanie symulować wpływ swojego kodu sterowania na cyfrowego bliźniaka w czasie rzeczywistym.

Po wdrożeniu dwóch głównych strategii optymalizacji firma Niigon z powodzeniem skróciła czas cyklu swojej maszyny o ponad 25% i skutecznie wyeliminowała problemy z drganiami podczas produkcji. „Początkowo sądziliśmy, że nie da się tego zrobić za pomocą samego oprogramowania” – wspomina Yongchuan Fan, główny starszy projektant sterowania na potrzeby projektu. „Kiedy zobaczyliśmy wyniki, wprost nie mogliśmy uwierzyć.”

W ciągu kilku miesięcy symulacja maszyn przeszła drogę od ledwie rozważanej opcji do ważnego narzędzia dla przyszłego rozwoju inżynierii w Niigon. Marc Ricke, manager ds. inżynierii sterowania i informatyki w firmie Niigon, nie ma wątpliwości w kwestii korzyści, jakie symulacja może wnieść do linii produkcyjnej: „Skróciliśmy czas cyklu maszyny o 25% przy koszcie mniejszym niż jedna czwarta kosztu rozwiązania sprzętowego. Dla mnie to zupełnie oczywiste: bez symulacji nie da się zoptymalizować systemu mechanicznego."

W przyszłych projektach wirtualnego uruchomienia, Niigon będzie nadal polegać na Maplesoft Engineering Solutions w zakresie doradztwa, szkoleń i oprogramowania, a B&R będzie nadal odgrywać główną rolę w automatyzacji następnej generacji wtryskarek. „Doskonała jakość usług świadczonych przez inżynierów Maplesoft oraz bezproblemowa współpraca pomiędzy MapleSim i Automation Studio pozwolą nam zaoferować klientom maszyny osiągające większe prędkości przy użyciu tańszego sprzętu” – zapewnia Ricke.

Co dalej z Niigon? Choć o projektach będących w fazie opracowywania można mówić jedynie w sposób ogólny, to symulacja i rozwój cyfrowych bliźniaków z pewnością będą miały w przyszłości swoje miejsce w zestawie narzędzi inżynierskich firmy Niigon. „W początkowym okresie modelowania CAD niektórzy uważali, że poradzą sobie bez niego, a dziś nikt nie ma już wątpliwości, że jest ono niezbędne” – zauważa Ricke. „Spodziewam się, że za dwa lata wszyscy tutaj będą patrzeć na symulację w ten sam sposób.”