仿真软件提高机器生产率

Armor通过使用仿真软件进行改进，而不是反复试验，将机器生产率提高了20%，因为反复试验会浪费时间和产品。

2011年销售额为1.37亿欧元，Armor生产用于产品标识和其他应用的热转印油墨色带。色带是在卷筒纸涂布过程中将油墨涂在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上生产的，在卷筒纸涂布过程中，必须严格控制卷筒纸的速度、张力和位置以及其他变量，以确保尽可能高的质量，同时最大限度地提高产量。

Gildas Hubert是Armor公司的项目经理，他使用多体动力学软件和多域建模和仿真软件模拟了该公司的许多涂布机和控制系统。

休伯特说:“模拟帮助我们找出了最佳的涂层条件，并对我们的机器进行了工程改造。”“在一年多的时间里，我们将生产率提高了20%，同时也提高了成品胶片的质量。模拟是一种很好的方法，可以以相对较低的成本改进我们的制造过程，而不会像物理实验那样中断生产。”

Armor总部位于法国南特，是最早生产碳膜的公司之一，在20世纪80年代初推出了打字机带磁带，并引入了热转印技术。该公司在全球拥有760多名员工，在全球五个生产基地每天生产11万卷热转印薄膜。Armor是欧洲领先的生产商，占有53%的市场份额。该公司提供超过12,000种色带配置。

热传导技术

热转印包括使用打印机发出的热源涂抹热熔油墨。热转印色带通过热敏打印头，涂有涂层的一面压在标签表面。每个网点产生的热能使颜料从载体膜上转移到标签表面。到目前为止，热转印最大的应用是在制造过程中标记单个产品，包括型号，序列号，使用日期，成分，价格等信息。其他应用包括软包装、票务、个人身份识别和普通纸张传真机。

在制造过程中，透明PET薄膜被展开，在一面涂上单层或多层油墨，在另一面涂上一层称为背涂的保护层。作为载体的PET膜厚度为3.2 mm ~ 5.0 mm，抗撕裂性高，导热性好，耐热性非常好。背涂层在色带展开时保护打印头，提供高导热性以将热量传递到打印介质，并减少静电的形成。使用不同的油墨，包括蜡、蜡树脂和树脂类型。

涂有橡胶的计量辊将油墨输送到凹印辊，凹印辊再将油墨输送到卷筒纸上的格式转移辊。涂布重量是由辊的速度和计量辊与凹印辊之间的印距控制的。所有的卷都用热油加热。一个20公里长的巨型轧辊被涂覆，然后巨型轧辊被解绕到更小的轧辊上，根据客户的应用需要。

从物理实验到模拟

休伯特说:“我们一直关注消除缺陷，以确保客户获得积极的体验，同时提高我们的卷筒纸涂层工艺的生产率。”“在过去，改进操作的主要方法是物理实验。但这种方法存在几个问题。首先，利用涂布机进行物理实验扰乱了我们的生产操作。物理实验的时间有限，成本高，大大减少了我们可以评估的不同条件的数量。物理实验也只能提供非常有限的诊断信息。在这些实验中可以捕获的物理测量值的数量受到测量涂层机器的难度的限制。”

长期以来，Armor一直对使用模拟来评估更多的工艺条件，同时减少对生产操作的干扰感兴趣。但在过去，该公司发现很难对涉及滚涂的复杂机构和运动控制系统进行建模。仿真软件克服了这一挑战，使控制系统能够集成到机械系统仿真中，以优化系统性能。

所使用的多体动力学仿真软件可自动制定并求解运动学、静态、准静态和动态仿真的运动方程。一个基于图形的软件工具建模多域动力学系统特征的微分，差分和代数方程用于数字和模拟控制系统。集成是通过软件模型中的接口块完成的，该接口块提供软件包之间的输入。

优化辊涂性能

休伯特建立了机器的软件模型。他将辊子定义为圆柱体，并在它们之间添加连接，以表示机器中的齿轮传动装置。他定义了PET卷材的材料特性，并根据物理测量输入了卷材与卷材之间的摩擦。该软件还对比例-积分-导数(PID)闭环运动控制器进行了仿真。

他发现使用该软件“很容易定义物理模型和控制模型”。休伯特在一台机器上开始了他的模拟工作，他觉得这台机器的性能还有很大的改进空间。这台机器需要不断调整以避免出现故障。他首先模拟了机器当前的运行状况。将模拟结果与物理测量结果进行比较，特别是对卷筒纸张力的测量，表明模拟结果准确地反映了机器的性能。

仿真结果表明，操作条件的微小变化都可能导致机器产生缺陷。休伯特评估了改变操作条件，特别是PID控制值。他修改了模型，并多次重新运行模拟，试图将机器移动到一个点，在这个点上，操作条件的微小变化不会影响质量。最后，他发现了更强大的操作条件，通过减少调整操作条件所需的停机时间，大大提高了机器的吞吐量。

在这次成功的基础上，休伯特把注意力转向了其他看起来运行良好的机器，看看是否可以在产量或质量上有所改进。在这个过程中，他发现了准确确定卷筒纸与卷筒纸之间的摩擦对于提供准确的模拟结果的重要性。

他对公司的更多机器进行了评估，以确定最佳操作条件。他在每台机器上用不同的薄膜厚度评估不同的产品。对于每个产品，他评估了不同的PID控制值，以确定提供稳定运行条件而无缺陷的值。在这个过程中，他优化了每个薄膜厚度的控制值。这需要比物理实验多得多的模拟运行。使用该软件运行虚拟实验还消除了生产机器停机的成本。

精确的PID值

通过优化控制值，Armor在一年内将其涂层机器的总产量提高了约20%。主要的改进来自于提高机器的可靠性和稳定性，以便减少维修或调整所需的时间。在许多机器上也实现了Web速度的提高。

休伯特说:“我们现在能够更精确地设置PID值，以优化特定产品的机器性能。”“我们还通过模拟进行了其他改进，例如将切割机的吞吐量提高了8%。我们计划将模拟应用于其他过程，如复卷机。我们希望通过将过程相关的热现象集成到分析循环中来提高模型的精度。最后，我们也看到了模拟提高贴标机质量的潜力。”

休伯特说:“我们的目标是改进涂层工艺，特别是通过控制油墨沉积的薄膜的张力。”将多体仿真软件与多域建模和仿真软件相结合，是对轧辊机及其控制系统进行建模的理想方法。通过模拟我们机器的操作，我们能够确定在广泛的产品范围内操作它们的理想参数。这些计算使每台机器在最佳涂层条件下运行成为可能。最终的结果是，我们在提高质量的同时大幅提高了生产率。”

Chris Baker是Adams和Easy5的产品经理MSC软件公司在加入MSC Software Corp.之前，Chris Baker在英国Romax Technology工作，并在密歇根州特洛伊市开设了该公司在美国的第一家办事处。，并领导其在美洲的业务发展活动。在加入Romax之前，Baker在福特汽车公司工作，并在车辆动力学组织工作了几年。他持有普林斯顿大学机械与航空航天工程学士学位和密歇根大学安娜堡分校机械工程硕士学位，是一名持证专业工程师和六西格玛绿带。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程、mhoske@cfemedia.com．

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