Architektur- & Design-Phasen Simulation

Smartes Design statt Re-design

In der Architektur- und Design-Phase können mittels Simulation beispielsweise verschiedene Konstruktionsansätze verglichen und für den besten Ansatz eine detaillierte Auslegung der Mechanik durchgeführt werden. Durch den Einsatz von Software-Modellen können dynamische Eigenschaften abgebildet, tatsächliche Belastungen treffend vorausgesagt und die Dimensionierung der mechanischen Tragstrukturen optimal festgelegt werden. Auch sind Durchsatzvorhersagen möglich.

Konstruktion einer Robotermechanik mit Hilfe von Simulation

Praxisbeispiel aus dem Bereich Verpackung

Ausgangssituation:
Entwicklung eines applikationsspezifischen Roboters für Palettieraufgaben integriert in Palettierzellen. Suche nach offener Robotersteuerung, die diese aufgabenspezifische Herausforderung lösen kann. Der Standardroboter war ungeeignet auf Grund des knappen Einbauraumes und gute Erreichbarkeit der Palettierpositionen.

Die Lösung:
Mittels Simulation wurden verschiedene Konstruktionsansätze verglichen und für den besten Ansatz eine detaillierte Auslegung der Robotermechanik durchgeführt.

Details zur Lösung:
In der Simulation wurden alle für die mechanische Konstruktion relevanten Kräfte und Momente bestimmt sowie das dynamische Verhalten in Betrieb und Ausnahmesituationen (wie Not-Halt) ermittelt.

Ergebnis/Einsparung:
Der Roboter wurde entsprechend der Simulation realisiert und sein Verhalten stimmte exakt mit den Vorhersagen überein. Aufwändige Iterationen bei der Entwicklung der Mechanik wurden vermieden – Time-to-market und Entwicklungskosten lagen weit unter den Erwartungen.

Dauer der Umsetzung:
Die vorbereitende Projektarbeit dauerte 3 Monate, die Umsetzung der Umgebungssimulation 2 Wochen.

Firmware-Simulationsmodell für Pitch-Antriebe

Praxisbeispiel aus dem Windturbinenbau

Ausgangssituation:
Die dynamischen Eigenschaften des elektromechanischen Antriebsstrangs für die Pitch-Winkelverstellung von Windenergieanlagen muss bei der Dimensionierung der mechanischen Tragstrukturen der Anlage berücksichtigt werden. Aufgrund von diversen nichtlinearen Begrenzungsfunktionen in den inneren Regelkreisen des Antriebs reicht ein einfaches Ersatzmodell (z. B. ein einfaches Verzögerungsglied) zur Abbildung der Dynamik nicht aus.

Die Lösung:
Aus der Firmware des Pitch-Antriebs wurde ein Software-Modell abgeleitet, das alle wesentlichen dynamischen Eigenschaften abbildet und das in die Simulationstools der Anlagenhersteller eingebunden werden kann.

Details zur Lösung:
Das Modell bildet den ruckbegrenzten Lageprofilgenerator, die Regelkreise des Antriebs sowie die Getriebeübersetzung ab. Die Umsetzung des Lagesollwertprofils zur IST-Position wird dadurch sehr genau abgebildet. Die Parametrierung des Modells kann aus den Parameterdatensätzen der realen Applikation übernommen werden.

Ergebnis:
Die tatsächlichen Belastungen können genauer vorhergesagt, auf unnötig hohe Auslegungsreserven verzichtet und damit Kosten gespart werden.