Herausforderung
Stoppil Industrie produziert Abfüllmaschinen für verschiedene Märkte wie Lebensmittel, Chemikalien, Kosmetika usw. Bei der Entwicklung ihrer neuen Verschluss-Aufschraubmaschine EB7000 gab es Bedenken, dass die ausgewählten Motoren nicht leistungsstark genug sein könnten. Daher suchte man bei Stoppil nach einer Möglichkeit, die Erfüllung der Anforderungen an den Motor schneller und mit geringeren Kosten zu überprüfen, als mit dem Bau eines kompletten realen Prototyps.
Lösung
Die Ingenieure bei Stoppil wandten sich an Maplesoft, um einen digitalen Zwilling ihrer neuen Maschine zu erstellen, und so ihre Dynamik mit Hilfe eines genauen virtuellen Modells zu überprüfen. Der von den Maplesoft-Ingenieuren erstellte digitale Zwilling enthielt von Stoppil bereitgestellte technische Details und CAD-Informationen, um die spezifischen Leistungsanforderungen an den neuen Motor an jedem Punkt des vorgeschlagenen Arbeitszyklus und bei der geforderten Durchsatzrate zu modellieren.
Ergebnis
Die Ergebnisse der Tests mit dem digitalen Zwilling zeigten, dass der ursprünglich gewählte Motor um den Faktor 10 unterdimensioniert war. Das hätte im Betrieb zu Ausfällen der Maschine geführt. Durch den Einsatz eines digitalen Zwillings von Maplesoft konnte Stoppil die erheblichen Kosten für einen realen Prototyp, der nicht einmal funktioniert hätte, einsparen, die erforderliche Motorleistung zuverlässig bestimmen und die gewünschte Durchsatzrate von 40 Einheiten pro Minute bei der Verschluss-Aufschraubmaschine EB7000 erreichen.
Stoppil Industrie (mit Sitz in Chanteloup-en-Brie, Frankreich) baut seit über 40 Jahren Maschinen zum Umgang mit Flüssigkeiten bei der Produktion. Stoppil war ursprünglich als ein kleines Unternehmen gegründet worden, das Wasserdurchflussmesser herstellte. Heute bieten sie ein umfassendes Sortiment an Abfüll-, Dosier- und Verschlussmaschinen zur Verpackung von Flüssigkeiten an. Diese Maschinen werden in unterschiedlichen Ausführungen für große und kleine Unternehmen in den Bereichen Chemikalien, Lebensmittel, Kosmetika und Reinigungsmittel produziert.
Unlängst arbeiteten die Entwickler bei Stoppil an einem neuen Schraubmechanismus für eine ihrer automatischen Verschluss-Aufschraubmaschinen, die EB7000. Angetrieben wird dieser Mechanismus von einem kollektorlosen Gleichstrommotor, der während des Aufschraubvorgangs von Sprühköpfen, Pumpen und Verschlüssen die verschiedensten Lastbedingungen abdecken muss. Die neue Konstruktion dieses Mechanismus hat dazu geführt, dass an einem Punkt im Arbeitszyklus der Maschine eine große Masse bewegt werden muss, was zu einer entsprechend hohen Belastung des Motors führt. Diese konstruktive Anforderung war für Stoppil neu, und das Unternehmen musste eine korrekte Auswahl des Motors gewährleisten, um Ausfälle der Maschine zu vermeiden.
Stoppil produziert eine Reihe von Maschinen zum Abfüllen, Dosieren, Aufschrauben von Verschlüssen und zum Etikettieren für die Bereiche Lebensmittel, Chemikalien, Kosmetika und Reinigungsmittel.
Die Ingenieure bei Stoppil wählen ihre Motoren gewöhnlich auf der Grundlage früherer Erfahrungen und der Empfehlungen ihrer Lieferanten aus. In diesem Fall hatte man bei Stoppil die Befürchtung, dass der ausgewählte Motor zu klein sei, verfügte jedoch nicht über die internen Prozesse, um die Motorleistung ohne den Bau eines Prototyps zu überprüfen. Um Zeit und Kosten für den Bau eines Prototyps allein zum Testen des Motors zu sparen, wandten sie sich an Maplesoft, um einen digitalen Zwilling ihrer neuen Entwicklung zu erstellen. Mit einem auf der Physik basierenden digitalen Zwilling kann man die Dynamik von Maschinen auch ohne ein reales Exemplar präzise simulieren, und so z.B. die korrekte Auswahl des Motors gewährleisten.
Der mit Hilfe von MapleSim entwickelte Schraubmechanismus der Stoppil EB7000.
Mit MapleSim, der Software von Maplesoft zur Modellierung auf Systemebene, wurde ein digitaler Zwilling erstellt. Die Maplesoft-Ingenieure erhielten hierfür die CAD-Informationen von Stoppil und importierten die CAD-Dateien in MapleSim, um ein physikbasiertes Multibody-Modell der Maschine zu erstellen. In MapleSim wurde anschließend die Dynamik der Maschine mit einer Reihe von Drag-and-Drop-Komponenten aus verschiedenen Bereichen nachgebildet, um die gesamte Physik im Lastzyklus des Motors zu modellieren. Der fertige digitale Zwilling durchlief anschließend eine Reihe von Simulationen unter verschiedenen Bedingungen. Die so ermittelten Motordaten wurden an Stoppil übergeben.
Die Ergebnisse aus MapleSim zeigten, dass der ursprünglich gewählte Motor um den Faktor 10 unterdimensioniert war, was im Betrieb zu Ausfällen der Maschine geführt hätte. Stoppil besprach die Ergebnisse der Simulation mit ihrem Lieferanten, und die beiden Unternehmen stimmten darin überein, die von Maplesoft gelieferten Ergebnisse zu nutzen. Mit diesen Simulationsergebnissen konnte Stoppil sicherstellen, dass der neue Motor die gewünschte Durchsatzrate von 40 Einheiten pro Minute liefern würde.
Der ursprünglich vorgesehene und völlig unterdimensionierte Motor hätte es niemals bis in die Produktion geschafft. Mit der Simulation konnte Stoppil die erheblichen Kosten für den Bau eines Prototyps, der ohnehin niemals funktioniert hätte, einsparen.
„Ohne den digitalen Zwilling wäre unser erster Prototyp eine reine Verschwendung von Zeit und Geld gewesen“, bemerkte hierzu Stéphane Chiry, kaufmännischer Leiter bei Stoppil. Die neue Verschluss-Aufschraubmaschine ist unterdessen in der Produktion, und der Motor arbeitet ohne Probleme.
Kontaktieren Sie Maplesoft, um zu erfahren, wie Maple bei Ihren Projekten angewandt werden kann.
