SIMULIA Simpack实时仿真加速多田野产品研发

1年前浏览1338

挑战

臂式起重机是一种长臂式结构产品，用于移动重型或大型的物体。某些时候，当起重机提升特定负载时，臂架可能发生偏转，从而导致“负载摆动”。经验丰富的起重机操作员已学会如何使用感官分析来处理“负载摆动”。然而，感官分析需要一台真正的机器，以及时间和费用来制作样机。在感官分析过程中发现的任何调整都意味着必须从作业过程的开端重新开始。

因此，为了加速研发过程，建立一个新的环境，实现从早期阶段验证开发过程，并开发具有高安全性的实时起重机模拟器（以下简称“模拟器”），用来控制臂架起重机的负载摆动。

解决方案

利用Simpack多体仿真软件对大型三维起重机模型进行实时仿真，成功地开发了一个考虑人体感官分析的模拟器。

结果

通过实时仿真实现感官分析，多田野大大降低了制造样机的成本和返工时间，并加快了研发新功能的时间。此外，他们还将其作为一种交流工具，以便研究部门能够以一种容易理解的方式向开发部门传达新的想法。

研究起重机的感官特性

是必不可少的

多田野有限公司从事工程起重机、车载起重机和高空作业平台等产品的制造和销售。作为世界领先的工程起重机制造商之一，他们在2019年庆祝了成立100周年纪念日。目前，集团的业务领域被定义为反重力和高空作业的机器，称为起重设备（LW），业务遍及全球，包括欧洲、北美、南美、亚洲、中东、大洋洲和俄罗斯。在其工程起重机中，多田野是一家全球领先的越野起重机运输公司，日本对这些起重机的需求量很大，因为这些起重机能够在崎岖的地形上进行机动。多田野通过其丰富的工程起重机产品线，为客户在市场上的需求提供了优化的工作车辆，包括积极利用并购，在市场上推出起重达1200吨的全地形起重机和配备履带式装置行走机构的履带式起重机。履带式起重机的起重量可达3200吨。

多田野利用其先进的技术能力，积极从事工程起重机技术开发，包括开发日本第一台液压起重机OC-2。他们还积极投资于长远的技术创新，以尽快响应市场需求，例如在2017年成立先进技术研究部，作为董事长直接监管下的独立组织，以便能够迅速做出决策。

这个技术研究中心位于香川县高松市，是在研发过程中发挥核心作用的地方。在该中心“精良技能和精良实用性”的愿景下，他们希望在工程行业的安全性和生产力方面实现巨大的提升。他们夜以继日地开发新技术，以解决各种社会问题，包括利用先进技术提供支持，以应对由于产业工人数量减少而缺乏熟练操作人员的问题，以及减少建筑工地的事故。

当起重机尝试吊起货物时，起重臂会造成起重机偏转和货物摆动。为了理解货物摆动的物理特性以及起重机在施工现场的实际使用情况，必须考虑货物摆动的控制方法。然而，由于是危险区域，设计师无法进入起重机正在施工的工地。因此，正如先进技术研究中心总经理Noguchi Shinji工程博士阐述的那样，“我们通过测试和分析来量化经验丰富的起重机操作员在工作中的视线。虽然感觉在人们操作事物时很重要，但到目前为止，它还没有被充分地融入到产品开发中。”先进技术研究中心项目经理Kazuya Tanizumi工程博士在考虑开发时间时表示，“只有当操作起重机的人真正登上起重机并操作它时，才能基于操作起重机的人的敏感性进行评估。因此，仅评估就需要大量时间，包括样机制造和测试环境准备。因此，有必要开发一种能够在产品设计和开发过程的早期阶段进行敏感性评估的模拟器。”

Shinji Noguchi博士

先进技术研究中心总经理

“在开发过程的早期阶段，有必要使用实时模拟器对操作进行感官分析。”

实现感官分析的起重机

实时模拟器的开发

该模拟器要求能准确地建立起重机臂架模型，并能实时地再现臂架的性能。基于此要求，达索系统公司(Dassault Systemes)提供的多体仿真软件Simpack引起了公司的兴趣。

Tanizumi表示，“我们在产品选择过程中考虑了多个软件产品。虽然有产品能够在刚体情况下实现实时仿真，但除了具有先进技术的Simpack之外，没有其他产品能够精确再现起重机臂架挠度，这在模拟工程起重机时是非常重要的。而且只有Simpack才能让实时模拟人类感官分析成为可能。”

能够基于精确的设计信息生成用于仿真的物理模型是选择Simpack的另一个重要因素。Noguchi解释，“我们想要的不是一个简单的模拟器，比如操作员在培训时使用的那种，而是一个具有高再现性的高精度的开发工具。我们的工程师需要能够基于精确的设计信息生成和分析结构的物理模型。”

不仅加快了研发的速度

还可以作为交流的工具

该模拟器在达索系统的支持下建立，用于开发多田野的主要产品越野起重机的模型。实际模拟器以集成的方式开发，包括硬件，例如操作员乘坐的驾驶室、操纵杆、名为AML的过载预防装置，以及实时显示Simpack计算结果的大型显示器。模拟器可以直接编辑Simpack模型并得到结果，包括对起重机工况和负载重量等参数进行修改、执行模拟器、以及显示结果。

因为不需要中间文件，所以即使没有任何模型知识，也可以更改起重机的类型并运行仿真。该模拟器有助于减少人力时间，将产品开发周期从一年缩短到大约六个月，新功能的发布速度也在加快。

该模拟器还被用作开发部门了解研究部门想法的工具。

Tanizumi赞扬Simpack，称：“到目前为止，尽管在新的设计方案中有时候很难传达某个功能，但与以前相比，使用Simpack模拟器的虚拟体验提高了相关人员的理解，并在很多情况下帮助促进了开发。”

Kazuya Tanizumi

先进技术研究中心项目经理

“为了修改并评估起重机的参数，有必要重新建立起重臂模型。这些修改用Simpack很简单，因为其界面和模拟器是直接连接的。”

在开发主要类型起重机模型的同时

扩大使用范围

正如先进技术研究中心主任、高级机械研究所Hiroki Ichikawa科学博士所言，他目前正在为系统开发新的液压阀，“计划建立一个液压阀仿真程序，将其与Simpack连接，并创建实时的联合仿真。我希望包含液压特性在内的机构（用Simpack创建的起重机模型）的运动响应评估能够更容易地发现液压阀需要改进的地方。” Ichikawa继续说，“此外，还计划与广泛用于控制系统设计的MATLAB耦合，我还希望，达索系统提供持续的支持，以扩大应用范围。”