Tirer le maximum de votre machine : Utiliser la mise en service virtuelle pour réduire la durée du cycle sans mise à niveau du matériel

Cas d'étude utilisateur:
Tirer le maximum de votre machine : Utiliser la mise en service virtuelle pour réduire la durée du cycle sans mise à niveau du matériel

Défi
Pour répondre aux exigences de performance d'une nouvelle machine de moulage par injection, les ingénieurs de Niigon Machines Ltd ont été confrontés à des options de mise à niveau dont le coût était prohibitif. La machine, qui fonctionnait déjà sur le site du client final, devait atteindre un temps de cycle inférieur. Les approches traditionnelles de Niigon nécessitaient une mise à niveau majeure et coûteuse du système mécanique, ainsi qu'un temps d'arrêt important de la machine pour l'installation.

Solution
Pour éviter les coûts excessifs de matériel et les temps d'arrêt de la machine, Niigon s'est associé à Maplesoft pour adopter une approche de mise en service virtuelle. Pour réduire le temps de cycle de la machine, les ingénieurs de Maplesoft ont créé un modèle dynamique de la machine qui pouvait servir de plateforme de test puissante pour optimiser le code de commande de la machine. En utilisant un jumeau numérique de la machine, l'équipe de contrôle a pu développer, affiner et tester une solution optimisée. Elle a pu respecter les conditions existantes sans engager des coûts supplémentaires ni arrêter la machine.

Résultat
La machine de moulage par injection répond désormais à toutes les exigences et spécifications du client, avec une augmentation du rendement de plus de 25 % sur le même matériel. La mise en service virtuelle a fourni à Niigon un nouveau moyen d'obtenir les meilleures performances sur son matériel existant, pour une fraction du coût d'une nouvelle conception mécanique. Les ingénieurs de Niigon mettent actuellement en œuvre les techniques de mise en service virtuelle pour créer une nouvelle génération de machines offrant des performances plus rapides et plus prévisibles avec un temps de mise en service nettement plus court.


Dans le secteur de l'automatisation, la vitesse et l'efficacité sont primordiales. Les ingénieurs sont constamment à la recherche de nouvelles techniques pour augmenter la vitesse de production, sans sacrifier la sécurité ou la qualité. Pour améliorer les performances des machines, de nombreux ingénieurs se tournent vers de nouveaux moteurs, des systèmes hydrauliques et d'autres composants capables de répondre à des exigences plus élevées. Avec l'avènement de la mise en service virtuelle, les ingénieurs de Niigon Machines Ltd rendent leurs machines actuelles plus rapides, plus sûres et plus efficaces, en utilisant des principes de conception basés sur la simulation pour optimiser leurs produits.

En tant que fournisseur de machines modernes de moulage par injection, Niigon livre des machines modulaires et personnalisables pour répondre aux exigences d'un marché extrêmement compétitif. Niigon a récemment livré une nouvelle machine qui faisait fonctionner deux unités d'injection en parallèle, en tirant parti de l'actionnement hydraulique et électrique pour presser les moules ensemble (Figure 1). Une fois la machine livrée, le client final a demandé une cadence plus rapide que celle que la machine pouvait atteindre actuellement.


Figure 1: Un modèle simplifié de la nouvelle machine de moulage par injection de Niigon, qui utilise deux unités de moulage par injection fonctionnant en parallèle.


Dans sa configuration actuelle, la vitesse de la machine était limitée par des oscillations indésirables qui apparaissaient à des vitesses de production plus élevées, ce qui obligeait à faire fonctionner la machine plus lentement que la spécification du client. Ces oscillations, agissant sur le plateau central, apparaissaient pendant la partie du cycle de la machine où ces plateaux se rapprochaient. Les ingénieurs de Niigon ont exploré différentes options pour améliorer la configuration de leur machine. Avec les techniques d'ingénierie actuelles, une solution nécessitait le remplacement des composants hydrauliques par des composants électriques, ce qui entraînait un coût en matériel, des centaines d'heures d'ingénierie et des pertes importantes dues à l'arrêt de la machine.

Une nouvelle approche: La mise en service virtuelle

Confrontée à des coûts élevés et à des délais serrés, Niigon a décidé d'envisager une nouvelle approche pour l'optimisation des machines. Elle s'est associée à Maplesoft, un fournisseur de premier plan de solutions de simulation et de mise en service virtuelle, pour explorer une optimisation de ses stratégies de contrôle à l'aide de techniques basées sur la simulation. En cas de succès, Niigon pourrait résoudre son problème en optimisant précisément ses contrôleurs afin de minimiser les oscillations indésirables - aucun nouveau matériel n'est nécessaire.

 Pour obtenir des résultats aussi rapidement que possible, Niigon a fait appel aux services de Maplesoft Engineering Solutions pour l'aider à développer et à mettre en œuvre une mise à niveau de sa machine basée sur la simulation. Les experts de Maplesoft ont d'abord développé un modèle de machine validé, ont étudié les causes sous-jacentes des oscillations, puis ont utilisé le modèle de simulation comme plateforme d'essai virtuelle pour optimiser les contrôleurs de la machine. En optimisant les commandes de manière virtuelle, Niigon a pu développer, tester et optimiser plusieurs stratégies sans avoir à mettre la machine physique hors ligne ou à risquer de l'endommager pendant les essais. Une fois qu'une stratégie appropriée a été développée, la machine physique a été mise à jour à distance avec le nouveau logiciel.

Développer le modèle

Pour créer le modèle de simulation - également connu sous le nom de jumeau numérique - Niigon a fourni à Maplesoft une variété de données opérationnelles de sa machine, notamment des données de vitesse, de position et de couple provenant de différents composants. À l'aide de MapleSim (Figure 2), l'outil de modélisation et de simulation de Maplesoft, un modèle dynamique a été créé pour reproduire le fonctionnement de la machine physique. Pour atteindre la fidélité requise, le modèle comprenait des composants clés de la machine physique, y compris des systèmes hydrauliques et mécaniques, modélisés dans le même environnement multidomaine de MapleSim.


Figure 2: Un exemple de l'espace de travail de MapleSim, montrant la topologie du modèle pour une partie de la machine de moulage par injection.


En comparant les données de la machine physique avec les résultats du modèle, les ingénieurs de Maplesoft ont créé un modèle de simulation qui reproduisait fidèlement les oscillations observées sur la machine physique. Ils peuvent maintenant utiliser ce modèle pour rechercher la cause des oscillations et simuler diverses stratégies susceptibles de les éliminer.

Optimisation du code de contrôle

Niigon était maintenant prêt à utiliser son modèle de simulation pour développer un nouveau code de commande optimisé pour la machine. En tant que client de B&R Industrial Automation, Niigon a utilisé Automation Studio pour la conception des commandes, qui peut facilement importer des modèles MapleSim pour une mise en service virtuelle. Le modèle MapleSim a été connecté à Automation Studio à l'aide du connecteur MapleSim de B&R, ce qui a permis à Niigon de simuler les impacts de son code de commande en temps réel sur un modèle basé sur la simulation (Figure 3).


Figure 3: Exemple de connexion entre MapleSim (à droite) et le logiciel de développement de systèmes de contrôle (à gauche), composé de B&R Automation Studio et du logiciel d'interface homme-machine (IHM). Les ingénieurs de Niigon ont utilisé le modèle de simulation de MapleSim comme plate-forme de test virtuelle pour les tests en temps réel dans Automation Studio, et ont utilisé le code de contrôle résultant pour le déploiement de leur système IHM.


By En effectuant des tests sur une machine virtuelle, Niigon a pu exécuter d'innombrables itérations de stratégies de contrôle hors site, sans la machine physique. D'un simple clic de souris, ils pouvaient visualiser la réponse de leur machine à différentes stratégies de contrôle, à la fois sous la forme de données de capteurs spécifiques et de visualisations 3D en temps réel de leur machine. Après avoir optimisé leurs stratégies de contrôle virtuellement, ils étaient prêts à les déployer sur la machine physique.

Réunir tout cela : Mise à jour de la machine


Figure 4: La machine de moulage par injection physique, développée par Niigon.


Forts des résultats prometteurs de leurs optimisations basées sur des modèles, les ingénieurs de Niigon et de Maplesoft étaient prêts à mettre en œuvre leur solution sur la machine physique (Figure 4). Dans une situation typique de mise en service, les ingénieurs peuvent prendre des semaines ou des mois pour trouver une configuration de contrôleur appropriée. Cependant, comme Niigon a effectué ses tests sur la machine virtuelle, il leur a fallu moins de deux jours d'arrêt de la machine pour mettre en place les optimisations de son fonctionnement.

Après avoir mis en œuvre deux stratégies d'optimisation majeures, les machines Niigon ont réussi à réduire le temps de cycle de la machine de plus de 25 % (Figure 5), et à éliminer efficacement les problèmes d'oscillation pendant la production.  “Au départ, nous pensions que c'était impossible à réaliser avec un logiciel” a noté Billy Jiang, un concepteur de commandes pour ce projet. “C'était incroyable lorsque nous avons obtenu ces résultats pour la première fois”.


Figure 5: En optimisant le code de commande de la machine, les ingénieurs ont remarqué une réduction significative des oscillations en comparant le système hydraulique sans contrôleur optimisé (vert) et avec la nouvelle stratégie de contrôle (rouge).


En utilisant la mise en service virtuelle comme technologie d'automatisation, Niigon a pu livrer une machine qui dépassait les exigences de performance de son client, avec moins de temps d'arrêt de la machine et moins de 25 % du coût des solutions matérielles. Depuis l'optimisation de la machine de moulage par injection, le client final a ajouté un deuxième employé sur sa ligne pour suivre l'augmentation de la production.

L'avenir de la mise en service virtuelle chez Niigon

“Pour moi, c'est une évidence. Vous ne tirerez jamais le meilleur parti de votre système mécanique sans simulation.“

Marc Ricke

Controls Engineering & IT Manager, Niigon Machines Ltd.

En l'espace de quelques mois, la simulation des machines est passée d'une option à peine envisagée à un outil important pour les futurs développements techniques chez Niigon. Marc Ricke, ingénieur en contrôle chez Niigon, est convaincu par les performances supplémentaires que la simulation peut apporter à l'ensemble de leur gamme de produits. “Pour moi, c'est une évidence. Vous ne tirerez jamais le meilleur parti de votre système mécanique sans la simulation.”

Alors qu'ils continuent à mettre en œuvre des processus de mise en service virtuelle à Niigon, Marc continuera à faire appel à Maplesoft Engineering Solutions pour le conseil, la formation et le logiciel. “La qualité du service que nous avons obtenu ne peut être sous-estimée. D'abord et avant tout, ils étaient toujours soucieux de nous aider à aborder et à résoudre nos problèmes le plus rapidement possible.”

Quelles sont les prochaines étapes pour Niigon ? Bien qu'ils ne puissent pas dire exactement ce qui est en cours de développement, Marc est convaincu que la simulation leur fournira un avantage concurrentiel puissant pour leurs futurs produits. À l'avenir, il pense que les clients commenceront à exiger les avantages offerts par le développement de machines basé sur la simulation.

“Au début, la modélisation CAO était considérée comme inutile, et certaines personnes pensaient qu'elles pouvaient très bien s'en passer. De nos jours, il n'y aurait même pas lieu de débattre de la nécessité de la modélisation CAO. Dans deux ans, nous espérons que les gens d'ici verront la simulation de la même façon.”

Contactez Maplesoft pour savoir comment MapleSim peut être utilise pour vas projets.