Viilusorvin reaaliaikainen monikappaledynamiikkamalli

Abstract

Koneiden ja mekanismien kasvavan monimutkaisuuden vuoksi, niiden käyttäytymistä tarkastellaan enenevässä määrin monikappaledynamiikan ja simulaatiomallien avulla. Mallit voivat olla joko ei-reaaliaikaisia tai reaaliaikaisia. Ei-reaaliaikaisessa mallinnuksessa mallille annetaan lähtötiedot ja ennalta määritetyt ohjaussignaalit, jonka jälkeen mallin liikeyhtälöt ratkaistaan ja integroidaan ajan suhteen. Reaaliaikainen simulaatio taas mahdollistaa käyttäjän ottamisen mukaan koneen tai mekanismin mallintamiseen ja tarjoaa mahdollisuuden tarkastella koneen käyttäytymistä todellisemmissa olosuhteissa, kuin ei-reaaliaikainen malli. Tämä kandidaatintyö oli osa projektia, jossa luotiin Raute Oyj:n Smart-viilusorvin reaaliaikainen simulaatiomalli käyttäen monikappaledynamiikkamenetelmää. Malli luotiin Mevea Ltd.:n kehittämällä ja ylläpitämällä Modeller-ohjelmistolla, joka on tarkoitettu reaaliaikaisten monikappalejärjestelmien mallintamiseen. Saatu simulaatiomalli voidaan ajaa Mevean Solver-ohjelmistolla, joka pystyy ratkaisemaan ja integroimaan mallin liikeyhtälöt. Kandidaatintyön tavoitteena oli luoda sorvimallin mekaniikka, sekä sen hydrauliset ja sähköiset toimilaitteet. Sorvimalliin yhdistettiin projektin ohessa lisäksi todellisen sorvin ohjauslaitteet. Itse ohjaus toteutettiin todellisen sorvin ohjauskoodilla ja PLC:llä. Malli esiteltiin onnistuneesti keväällä 2017 Saksassa pidetyillä LIGNA2017 puualan messuilla, jossa messuvierailla oli mahdollisuus kokeilla viilusorvin ajamista ja pöllin sorvaamista. Tehty malli toimii hyvänä pohjana mallin jatkokehittämiselle eteenpäin mahdollistaen mallin vastaamaan paremmin todellista sorvia.

As modern machines and mechanism complexity increases, their movements and behavior is modeled increasingly through multibody dynamics simulations and numerical analyses. The models can be made for either real-time or nonreal-time simulations. In nonreal-time simulations, the model’s starting conditions and possible inputs are predetermined before the simulation starts, afterwhich the equations of motion are solved for accelerations and constraint forces, and integrated with respect to time to get the system’s velocities and positions. Real-time models enable a human in the loop (HITL) simulations, where the user can affect the simulations outcome through control devices, which is often very difficult to reproduce using nonreal-time models. This Bachelor’s thesis was part of a joint project between Raute Oyj and Mevea Ltd. to create a real-time multibody dynamics model of Raute’s Smart product line veneer lathe. The model was created using Mevea’s Modeller and Solver softwares, which are designed to build and model real-time multibody system models and simulate them. The aim of the thesis was to create the lathe’s mechanics and hydraulic and electric actuators using the Modeller software. The whole model also consisted of a control system based on a real lathe’s control program and devices. The simulator was unveiled at the LIGNA2017 forestry industry show held in Germany in the spring of 2017. The resulting model serves as a capable base to continue simulation development in Raute, eventually integrating it into product development and personnel training.