Probleem op deze pagina?

Project: Aandrijfselectie voor motion applicaties met behulp van CAD tools AMoCAD

TETRA: Technologie-transfer gerichte projecten door instellingen van hoger onderwijs
01/10/2015
30/09/2017

De kostprijs, de nauwkeurigheid, het energieverbruik en de productiviteit van een machine staat of valt veelal met een optimaal ontwerp en afregeling van de aandrijving. Op verschillende deelaspecten zoals controller tuning, motor– en reductorkeuze en optimaal bewegingstraject is reeds heel wat onderzoek verricht. Recente ontwikkelingen in de CAD wereld maken het nu mogelijk om via motion simulaties deze optimalisatiestappen virtueel en dus in ontwerpfase door te voeren. Daardoor kan de ontwerptijd en kost sterk gereduceerd worden. Concreet willen we in dit project een methodiek uitwerken voor het ontwerpen van een aandrijflijn voor motion applicaties waarbij optimaal gebruik gemaakt wordt van de recente innovaties op het vlak van CAD software. Om deze methodiek te ontwikkelen en de toepassing ervan bij de doelgroepen te realiseren worden vier doelen beoogd:
• De mogelijkheden die op vandaag geboden worden onder de vorm van motion simulatietools in commerciële CAD pakketten worden aan de hand van concrete industriële cases gedemonstreerd. De klemtoon ligt hier op de generatie van realistische koppel- en snelheidseisen die via de tools kunnen gegenereerd worden zonder verder nood aan complexe berekeningen.
• De CAD Motion Simulatie resultaten zullen aangewend worden om een optimaal motiontraject te selecteren voor punt tot punt bewegingen. Een dergelijk optimaal traject kan zich vertalen in een hogere dynamiek, een lagere kostprijs en/of een lager verbruik van de motor.
• Omdat veel motion toepassingen een beperkt vermogenbereik (< 1,5 kW) hebben en de technologische evolutie bij de motoren binnen dit bereik de laatste jaren groot was, heeft dit project als concrete ambitie om de keuze voor een DC motoren met borstels, stappenmotoren, Brushless DC motoren (BLDC) of permanent magneet synchrone motoren (PMSM) te objectiveren aan de hand van concrete cijfers en selectieregels.
• Het finale gedrag van een aandrijving wordt ook in sterke mate door de instelling van de aanstuurelektronica bepaald. De verhoogde kennis van de aan te drijven last die met CAD Motion Simulatie wordt bekomen zal gebruikt worden om deze instellingen efficiënter door te voeren.

De doelgroep bestaat uit machinebouwers, aanbieders van aandrijfcomponenten, integratoren die engineering en consultancy aanbieden omtrent aandrijvingen en aanbieders van de voorgenoemde CAD softwarepakketten.

De kostprijs, de nauwkeurigheid, het energieverbruik en de productiviteit van een machine staat of valt veelal met een optimaal ontwerp en afregeling van de aandrijving. Op verschillende deelaspecten zoals controller tuning, motor– en reductorkeuze en optimaal bewegingstraject is reeds heel wat onderzoek verricht. Recente ontwikkelingen in de CAD wereld maken het nu mogelijk om via motion simulaties deze optimalisatiestappen virtueel en dus in ontwerpfase door te voeren. Daardoor kan de ontwerptijd en kost sterk gereduceerd worden. Concreet willen we in dit project een methodiek uitwerken voor het ontwerpen van een aandrijflijn voor motion applicaties waarbij optimaal gebruik gemaakt wordt van de recente innovaties op het vlak van CAD software. Om deze methodiek te ontwikkelen en de toepassing ervan bij de doelgroepen te realiseren worden vier doelen beoogd:
• De mogelijkheden die op vandaag geboden worden onder de vorm van motion simulatietools in commerciële CAD pakketten worden aan de hand van concrete industriële cases gedemonstreerd. De klemtoon ligt hier op de generatie van realistische koppel- en snelheidseisen die via de tools kunnen gegenereerd worden zonder verder nood aan complexe berekeningen.
• De CAD Motion Simulatie resultaten zullen aangewend worden om een optimaal motiontraject te selecteren voor punt tot punt bewegingen. Een dergelijk optimaal traject kan zich vertalen in een hogere dynamiek, een lagere kostprijs en/of een lager verbruik van de motor.
• Omdat veel motion toepassingen een beperkt vermogenbereik (< 1,5 kW) hebben en de technologische evolutie bij de motoren binnen dit bereik de laatste jaren groot was, heeft dit project als concrete ambitie om de keuze voor een DC motoren met borstels, stappenmotoren, Brushless DC motoren (BLDC) of permanent magneet synchrone motoren (PMSM) te objectiveren aan de hand van concrete cijfers en selectieregels.
• Het finale gedrag van een aandrijving wordt ook in sterke mate door de instelling van de aanstuurelektronica bepaald. De verhoogde kennis van de aan te drijven last die met CAD Motion Simulatie wordt bekomen zal gebruikt worden om deze instellingen efficiënter door te voeren.
Verwachte resultaten en impact:
De doelgroep bestaat uit machinebouwers, aanbieders van aandrijfcomponenten, integratoren die engineering en consultancy aanbieden omtrent aandrijvingen en aanbieders van de voorgenoemde CAD softwarepakketten. Binnen de eerste drie groepen zijn zowel KMO’s als grotere bedrijven vaak niet vertrouwd met de opgesomde mogelijkheden van CAD tools, drives en trajectoptimalisatie. Dit project wil na afloop 45 bedrijven geactiveerd hebben om met deze tools hun aandrijvingen efficiënter te ontwikkelen.
Om de bedrijven te overtuigen zullen tijdens het project daarom 5 industriële cases uitgewerkt worden.
Aan de hand van de projectresultaten zullen machinebouwers op een snellere en minder dure manier machines ontwikkelen met een lagere Total Cost of Ownership en betere prestaties. Ze zullen dankzij dit project bovendien meer gerichte informatie omtrent de aan te drijven last kunnen geven aan een motor/drive leverancier en engineering minder moeten uitbesteden.
Aanbieders van aandrijfcomponenten en bedrijven die consultancy bieden op het vlak van aandrijvingen zullen sneller en beter kunnen antwoorden op vragen van klanten: de verfijnde ontwerpmethodiek laat immers toe reeds in de ontwerpfase accurate koppel- en toerentaltrends van een machinecyclus te simuleren. De motordimensionering kan daardoor veel accurater gebeuren.
Aanbieders van CAD software zullen na afloop van dit project een duidelijk zicht hebben op de drempels die mogelijke klanten vandaag ondervinden voor het optimaal gebruik van deze tools. Daardoor kunnen ze meer klanten overtuigen gebruik te maken van hun softwaretools en bestaande klanten beter bijstaan bij vragen.

Concrete resultaten werden bereikt in verband met de selectie van elektrische motoren voor motion toepassingen, praktische regels voor het instellen van de motion controllers en een methodiek die toelaat om stap voor stap een motion applicatie te realiseren. Ook voor bedrijven die de eerste stappen willen zetten in het gebruik van motion simulaties is de nodige documentatie opgesteld. Figuur 2 toont schematisch de workflow die is opgesteld. De workflow wordt als een digitale tool ter beschikking gesteld aan de gebruiker. De gebruiker wordt hierbij door een interactieve helpfunctie stap voor stap vooruit geholpen. Er worden daarbij video’s, presentaties, Excel templates en scripts gedeeld die stap voor stap aangeven hoe de verschillende fases dienen uitgevoerd te worden. Daardoor is de drempel om de projectresultaten toe te passen zeer laag. Om de bedrijven verder te helpen worden zowel tijdens als na het project hands-on workshops ingericht.
Centraal in het project staat de uitwerking van doelgericht gekozen case studies. Deze cases zijn aangereikt vanuit de gebruikersgroep (17 actieve bedrijven) en hebben allen geleid tot een fysische opstelling in het labo mechatronica van de Universiteit Gent. Dit heeft toegelaten om enerzijds de voorgestelde methodiek op een praktische manier te valideren maar heeft anderzijds meteen geresulteerd in een kennisoverdracht naar de betrokken projectteams binnen de bedrijven die de cases hebben aangebracht. Na het project blijven de fysische opstellingen verder in het labo aanwezig zodat vanaf academiejaar 2017-2018 ook de masterstudenten industriële wetenschappen, mechatronica vertrouwd geraken met de projectresultaten.

Sirris
Universiteit Gent campus Kortrijk
Molecubes, Actemium, LVD, Meditech, Maxon motor, Vansichen, PsiControl, Lenze, Nedschroef, CDL, Faulhaber, RDL, Savaco, Beckhoff, Octinion, Siemens, Rotero
Kurt Stockman
Mechanical Engineering, Hydraulica, Vibratie en Akoestiek gerelateerd aan bouwtechnologie, Micro-Mechanica, Simulatie, Simulatie Engineering, Tractie/Aandrijfsystemen
Luc Larmuseau (iLLumoo)
Share this on