Portál FlowBot pro hydrodynamický výzkum

TU Delft vyvinula průkopnický a celosvětově jedinečný systém: FlowBot. Díky technologii Siemens nabízí tento portálový systém veškerou flexibilitu a přesnost potřebnou k provádění základního výzkumu proudění tekutin kolem nepravidelně se pohybujících objektů.

Výsledky tohoto výzkumu jsou mimo jiné využívány k optimalizaci designu automobilů, lodí a letadel. Až dosud byly větrné tunely často používány v dynamice tekutin k určení sil působících na pohybující se objekty. Nevýhodou této metody je, že měření se provádějí při konstantních rychlostech průtoku. V praxi se však auta, letadla a lodě vždy pohybují různou rychlostí a zrychlením. Abychom pokročili v našem chápání hydrodynamiky, je proto žádoucí provést základní výzkum objektů pohybujících se nekonstantními rychlostmi a se samostatně určeným pohybem. To je přesně to, co FlowBot umožňuje. Je navržen tak, aby pohyboval objekty vysokou průhlednou vodní nádrží o rozměrech 5 x 2 x 2 metry při přesném shromažďování dat a měření průtoku a sil.

Impulzivní toky

„Výzkum impulzivních toků je relativně nový,“ říká Gertjan Mulder, vedoucí projektu FlowBot v sekci Mechanika tekutin. „Už jsme na to měli malé, jednoduché nastavení, ale chtěli jsme být schopni udělat více, pokud jde o rychlost, zrychlení a trhání. Pro tento výzkum je důležité umět sledovat přesné cesty. To je možné s novým FlowBot ovládaným SINUMERIK. Přesnost CNC řízení je obzvláště důležitá, protože víceosé systémy se musí navzájem přesně sledovat.“

Dělá přesně to, co chceme. Můžeme se pohybovat různými směry a snadno naprogramovat rychlost a zrychlení s přesností.

Jesse Reijtenbagh, Ph.D. kandidát, Technická univerzita v Delftu

Přesné ovládání

Gertjan kontaktoval systémového integrátora Batenburg JB Systems, který mimo jiné automatizoval portál v SAM|XL v Delftu pomocí SINUMERIK. S řídicím systémem SINUMERIK CNC je možné naprogramovat dráhy pohybu s vysokou přesností, což umožňuje přesně specifikovat rychlost a zrychlení pro každou polohu. Tento řídicí systém, který byl původně určen především pro soustruhy a frézky, je nyní používán ve stále širší škále aplikací. „V podstatě kdekoli, kde jsou vyžadovány přesně koordinované pohyby os, například u tohoto FlowBotu,“ říká Frank de Korte, produktový manažer SINUMERIK ve společnosti Siemens Netherlands. „Náš řídicí systém dokáže řídit až 31 os. To, v kombinaci s otevřeností systému, je jeho silou.“ Gertjan: „Přesnost cesty byla pro nás nejdůležitějším faktorem. Proto jsme se rozhodli pro portálové řešení. Portál v kombinaci s tímto řídicím systémem může provádět mnohem přesnější pohyby než šestiosý robot. To přinese v budoucnu mnohem lepší výsledky výzkumu.“

Article block image - ONE - Groundbreaking FlowBot gantry for hydrodynamic research

Přesné výsledky výzkumu

Ph.D. kandidát Jesse Reijtenbagh provádí první testy s FlowBotem pro svůj výzkum. „Dělá přesně to, co chceme,“ říká nadšeně. „Můžeme se pohybovat různými směry a snadno naprogramovat rychlost a zrychlení s přesností. Protože můžeme pracovat s více osami současně, můžeme nechat kamery a osvětlení sledovat objekt skrz vodní nádrž. Tímto způsobem nám neunikne jediný detail. Informace o silách, pozicích a dalších datech jsou uloženy v jednom souboru. To nám pomáhá navázat spojení mezi silou a rychlostí. Kvalita dat je vynikající, takže při zpracování signálu nemusíme používat filtry. Díky vysoké přesnosti FlowBotu můžeme například studovat dokonalé pohyby křídel motýlů a ptáků. Stále se máme co učit od přírody!“

Industrial Edge

Je nezbytné, aby vědci byli schopni shromáždit velké množství naměřených dat v krátkém časovém období: síly působící na testovaný objekt spolu s rychlostmi, zrychlením a polohami. Přesnost pohybu nesmí být ovlivněna procesem sběru dat. Z tohoto důvodu jsou všechna naměřená data shromažďována na zařízení Industrial Edge. Použitím vyhrazeného zařízení není procesor v řídicím válečku SINUMERIK vystaven dodatečnému zatížení a sběr dat neovlivňuje rychlost řízení. The Industrial Edge pracuje bezproblémově s ovladačem. Data, jak z řídicí jednotky, tak z polních komponent, jsou uložena synchronně a na vysoké frekvenci a lze je načíst prostřednictvím zabezpečeného připojení z libovolného místa. Pro analýzu vědci používají aplikaci Analyze my Workpiece/Capture.

Gertjan: „Můžeme se sami snadno rozhodnout, kdy by data měla a neměla být uložena. S FlowBot provádíme mnoho testů za sebou. Není nutné ukládat data mezi dvěma měřeními. Výsledkem je, že Edge shromažďuje pouze užitečná naměřená data. To nám umožňuje snadno analyzovat data v mnoha různých experimentech, což nám umožňuje rychle stanovit korelace mezi měřenou silou a ujetou cestou.“

Technická realizace

Marcel de Pagter, projektový manažer společnosti Batenburg JB Systems, popisuje zajímavý a náročný proces: „Pro nás to byl první projekt využívající nový SINUMERIK ONE a poprvé byl tento řídicí systém aplikován na tak složitou aplikaci. Abychom dosáhli tohoto konečného výsledku, úzce jsme spolupracovali se zúčastněnými partnery. Během projektu jsme se zaměřili především na software, e-engineering, instalaci a implementaci bezpečnostních komponent.“
S podporou společnosti Siemens společnost Batenburg JB Systems optimálně využila řídicí systém SINUMERIK. Aby byla doba uvedení do provozu co nejkratší, společnost Batenburg JB Systems digitálně připravila, simulovala a testovala mnoho aspektů pomocí softwaru SINUMERIK ONE Digital Twin.

Špičkový výkon

V současné době je FlowBot vybaven 23 synchronně pracujícími osami řízenými jediným regulátorem SINUMERIK. Počet os bude v blízké budoucnosti dále rozšířen přidáním dvou šestiosých robotů. „FlowBot posouvá hranice toho, co je možné s řídicím systémem Sinumerik,“ říká Frank de Korte. „Nebyl to ani standardní projekt pro Siemens, ale od začátku jsme byli přesvědčeni, že to, co TU Delft hledá, je možné s řídicím systémem Sinumerik. To, čeho jsme zde dosáhli, nelze dosáhnout žádným jiným kontrolním systémem, a proto jsme na to velmi hrdí.“ Mulder to také popisuje jako úspěšný projekt: „Zaměřili jsme se na nejvyšší přesnost a dokážeme měřit ještě přesněji, než jsme doufali. Kromě toho, navzdory složitosti FlowBotu, operace je intuitivní a uživatelsky přívětivá. Díky automatickému sledování os je FlowBot také snadno programovatelný.“