18 CAD FEM Die Entwicklung oder Überwachung hochkomplexer Systeme ist ohne digitalisiertes Engineering undenkbar. Die Simulationsmodelle sind riesig, bilden sie doch detailliert viele unterschiedliche Einflüsse und Wechselwirkungen ab. Müssen die Ergebnisse sehr zeitnah vorliegen – man denke an virtuelle Sensoren in einem digitalen Zwilling, deren Aussagen synchron zum realen Effekt gebraucht werden – reicht auch der massive Einsatz von High-Performance-Computing nicht mehr aus. GROSSE VERFAHRWEGE IN DER SYSTEMSIMULATION Pick-and-Place-Maschinen haben die Aufgabe, Bauteile aus einer Zuführung aufzunehmen und an anderer Stelle schnell und exakt zu positionieren. Dazu verfährt eine Greifereinheit relativ zu einem Portal schnell über einen großen Verfahrweg. In der FE-Simulation modelliert man diese wandernde Last über nichtlineare Kontakte entlang der Führungsschiene, die transiente Simulation des gesamten Vorgangs verbietet sich jedoch aufgrund der hohen Anzahl an Zeitschritten. Um die Interaktion von Regler, Antrieb und Mechanik zu beobachten, liegt der Weg über eine Modellordnungsreduktion (MOR) in die Systemsimulation nahe. Die Systemdynamik der Maschine wird über die RelativposiOptimale Positionsregelung einer Pick-and-Place-Maschine für schnelles und exaktes Positionieren tion des Greifers zum Portal bestimmt, womit der übliche Ansatz einer modalen Reduktion mit Remote-Points als Anbindungspunkte hinfällig ist. Ein eingeführter Zwischenschritt trägt dem Rechnung: Die Deformation der Führungsschiene normal zur Bewegungsrichtung wird nicht wie in der FE durch einzelne Knotenverschiebungen abgebildet, sondern auf eine neue Basis, ein Set von Einheitsverschiebungen, projiziert. Gewichtet mit zeitabhängigen Koeffizienten kann damit die Verschiebung jedes Knotens an der Oberfläche jederzeit über eine geringe Anzahl an Freiheitsgraden beschrieben werden. Die Einheitsverschiebungen angewendet als Terminale für das ROM aus Model Reduction inside Ansys (MORiA), erlauben eine Kombination der positionsabhängigen Deformation des Portals und der Führungsschiene mit deren inneren Moden in einem Modell. Für die Anbindung des beweglichen Greifers kommt eine Übersetzung zum Einsatz, welche Kräfte und zugehörige Verschiebungen aus physikalischen Koordinaten des Greifers in das Basissystem der Führungsschiene und zurück beschreibt. Die damit erzielte Beschleunigung in der Systemsimulation gegenüber einer FERechnung beläuft sich ca. auf einen Faktor 1.000 und macht die detaillierte Untersuchung und Optimierung von Positioniervorgängen erst möglich. BLICK IN DIE TECHNIK: SYSTEMSIMULATION ALS INNOVATIONSTREIBER Dann sind Systemsimulationen und Modellreduktionsstrategien das Mittel der Wahl. Dies gelingt durch die geschickte Kombination verschiedener Modelltypen, Reduktionsansätze und CADFEM Knowhow. Drei CADFEM Projekte zeigen, dass diese Herangehensweise vieles nicht nur schneller, sondern einiges erst möglich macht.
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