Портал FlowBot для гидродинамических исследований

TU Delft разработал новаторскую и уникальную во всем мире систему FlowBot. Благодаря технологии Siemens эта портальная система обеспечивает всю гибкость и точность, необходимые для проведения фундаментальных исследований потоков жидкости вокруг нерегулярно движущихся объектов.

Результаты этого исследования используются, среди прочего, для оптимизации конструкции автомобилей, кораблей и самолетов. До сих пор аэродинамические трубы часто использовались в гидродинамике для определения сил, действующих на движущиеся объекты. Недостаток этого метода заключается в том, что измерения проводятся при постоянных скоростях потока. Однако на практике автомобили, самолеты и лодки всегда движутся с разной скоростью и ускорением. Поэтому для улучшения нашего понимания гидродинамики желательно провести фундаментальные исследования объектов, движущихся с непостоянными скоростями и с самоопределяющимся движением. Это именно то, что делает возможным FlowBot. Он предназначен для перемещения объектов через высокий прозрачный резервуар для воды размером 5 x 2 x 2 метра при точном сборе данных и измерении потока и сил.

Импульсивные потоки

«Исследования импульсных потоков относительно новы», — говорит Гертьян Малдер, руководитель проекта FlowBot в разделе «Механика жидкости». «Для этого у нас уже была небольшая и простая настройка, но мы хотели иметь возможность делать больше с точки зрения скорости, ускорения и рывка. Для этого исследования важно уметь следовать точным путям. Это возможно с помощью нового FlowBot, управляемого SINUMERIK. Точность управления с ЧПУ особенно важна, поскольку многоосевые системы должны точно следовать друг за другом».

Она делает именно то, что нам нужно. Мы можем двигаться в разных направлениях и легко программировать скорость и ускорение с точностью.

Джесси Райтенбаг, Кандидат наук, Технический университет Делфта

Точное управление

Гертьян связался с системным интегратором Batenburg JB Systems, который, помимо других проектов, автоматизировал портал SAM|XL в Делфте с помощью SINUMERIK. Система управления SINUMERIK CNC позволяет с высокой точностью программировать траектории движения, что позволяет точно задавать скорость и ускорение для каждого положения. Первоначально предназначавшаяся в основном для токарных и фрезерных станков, эта система управления теперь используется во все более широком спектре применений. «Практически везде, где требуется точно скоординированное перемещение осей, например, с помощью этого FlowBot», — говорит Франк де Корте, менеджер по продукции SINUMERIK в Siemens Netherlands. «Наша система управления может управлять до 31 осью. В этом, в сочетании с открытостью системы, заключается ее сила». Гертьян: «Для нас точность пути была самым важным фактором. Вот почему мы выбрали портальное решение. Портал в сочетании с этой системой управления может выполнять гораздо более точные движения, чем 6-осевой робот. Это даст гораздо лучшие результаты исследований в будущем».

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

Точные результаты исследований

Кандидат наук Джесси Рейтенбаг проводит первые тесты с помощью FlowBot для своих исследований. «Она делает именно то, что мы хотим», — с энтузиазмом говорит он. «Мы можем двигаться в разных направлениях и легко и точно программировать скорость и ускорение. Поскольку мы можем работать с несколькими осями одновременно, камеры и освещение могут следить за объектом через резервуар для воды. Таким образом, мы не упустим ни одной детали. Информация о силах, позициях и другие данные хранятся в одном файле. Это помогает нам установить связь между силой и скоростью. Качество данных отличное, поэтому нам не нужно использовать фильтры при обработке сигналов. Благодаря высокой точности FlowBot мы можем, например, изучать идеальные движения крыльев бабочек и птиц. Нам еще есть чему поучиться у природы!»

Industrial Edge

Для исследователей важно иметь возможность собрать большое количество данных измерений за короткий промежуток времени: силы, действующие на исследуемый объект, а также скорости, ускорения и положения. Процесс сбора данных не должен влиять на точность движения. По этой причине все данные измерений собираются на устройстве Industrial Edge. При использовании специализированного устройства процессор в ролике SINUMERIK cont не подвергается дополнительной нагрузке, а сбор данных не влияет на скорость управления. The Industrial Edge без проблем работает с контроллером. Данные контроллера и полевых компонентов хранятся синхронно и с высокой частотой и могут быть получены через безопасное соединение из любого места. Для анализа исследователи используют приложение Analyze my Workpiece/Capture.

Гертьян: «Мы сами можем легко решить, когда хранить данные, а когда нет. С помощью FlowBot мы проводим множество тестов подряд. Нет необходимости хранить данные между двумя измерениями. В результате Edge собирает только полезные данные измерений. Это позволяет нам легко анализировать данные различных экспериментов и быстро устанавливать корреляцию между измеренной силой и пройденным путем».

Техническая реализация

Марсель де Пагтер, руководитель проекта в Batenburg JB Systems, описывает интересный и сложный процесс: «Для нас это был первый проект с использованием новой SINUMERIK ONE и первый случай применения этой системы управления в столь сложном приложении. Для достижения этого конечного результата мы тесно сотрудничали с заинтересованными партнерами. В ходе проекта мы сосредоточились в основном на программном обеспечении, электронной инженерии, установке и внедрении компонентов, связанных с безопасностью».
При поддержке Siemens компания Batenburg JB Systems оптимально использовала систему управления SINUMERIK. Чтобы максимально сократить время ввода в эксплуатацию, компания Batenburg JB Systems провела цифровую подготовку, моделирование и тестирование многих аспектов с помощью программного обеспечения SINUMERIK ONE Digital Twin Digital Twin.

Пиковая производительность

В настоящее время FlowBot имеет 23 синхронно работающих оси, управляемых одним контроллером SINUMERIK. Количество осей будет еще больше увеличено в ближайшем будущем за счет добавления двух 6-осевых роботов. «FlowBot расширяет границы возможностей системы управления Sinumerik», — говорит Франк де Корте. «Для Siemens это тоже не было стандартным проектом, но мы с самого начала были уверены, что система управления Sinumerik позволит реализовать то, что искал TU Delft. То, что было достигнуто здесь, невозможно сделать с помощью другой системы управления, и поэтому мы очень гордимся этим». Малдер также описывает этот проект как успешный: «Мы стремились к максимальной точности и можем измерять даже более точно, чем мы надеялись. Кроме того, несмотря на сложность FlowBot, управление интуитивно понятным и удобным для пользователя. Благодаря автоматическому отслеживанию осей FlowBot также легко программировать».