Engee для моделирования складской техники: опыт ПАО «МЗИК»

Модель гидропривода электропогрузчика

Результаты моделирования в Engee и Simulink, совпадают

Тестовый сценарий включал поочередное изменение скорости вращения рулевого колеса и силы, приложенной на золотники гидрораспределителя (всего три режима)

Модель прототипа собрана в Engee из блоков изотермической жидкости и механики (вращательная и поступательная) и базовых блоков

Разработка прототипа математической модели гидропривода электропогрузчика ЭП2020 и сравнение ее с Simulink

Результаты

Задача

ПАО «Машиностроительный завод имени М.И. Калинина» выпускает широкий модельный ряд складской техники и коммунальных машин. Как и большинство предприятий машиностроительной отрасли, ПАО «МЗИК» стремится к полному импортозамещению производства от идеи до реализации. Одним из этапов перехода стала проверка возможности использования российской среды моделирования и инженерных расчетов Engee взамен MATLAB/Simulink.

Важный этап такого перехода — верификация возможности полноценной замены MATLAB/Simulink на платформу Engee и оценка удобства ее использования для специалистов предприятия. В качестве эталонных были выбраны задачи цифровой обработки сигналов и моделирования гидропривода электропогрузчика ЭП2020.

Моделирование гидропривода электропогрузчика ЭП2020

Вилочный погрузчик ЭП2020 выпускается серийно и используется для погрузочно-разгрузочных работ на открытых площадках с твердым, ровным покрытием.

В качестве объекта моделирования выбрали один из ключевых узлов любого погрузчика — гидропривод. Были созданы прототипы математической модели гидропривода в средах Engee и Simulink (рисунок 3), а также проведено их сравнение (рисунок 4−5) в трех различных режимах. Тестирование моделей подтвердило, что результаты симуляций полностью совпадают.

Прототип математической модели гидропривода электропогрузчика ЭП2020

Положение гидроцилиндра первого в Engee и Simulink

Положение гидроцилиндра второго в Engee и Simulink

Цифровая обработка сигналов

Сравнение инструментов ЦОС в средах MATLAB и Engee было проведено на серии тестов. Для каждого метода сгенерированы тестовые сигналы, что позволило провести детальный анализ корректности работы функций и визуализации результатов. В том числе:

• Базовые операции: реализованы алгоритмы чтения и парсинга бинарных и XML-файлов, являющихся стандартными форматами данных для систем сбора информации.
• Спектральный анализ:
• преобразование Фурье: Проверена работа прямого (FFT) и обратного (IFFT) преобразований Фурье.
• частотно-временной анализ (Short-Time Fourier Transform): выполнено сравнение работы функций спектрального оценивания для анализа сигналов.
• Кепстральный анализ: реализованы стандартные операции (cceps, icceps, rceps) для выделения периодических структур в спектре сигнала, что часто применяется для анализа вибраций и речевых сигналов.
• Математическая свёртка и фильтрация: протестирована работа операции свёртки (conv) и инструментов для синтеза КИХ и БИХ-фильтров, подтвердившая корректность построения цифровых фильтров в среде Engee.
• Вейвлет-преобразования: в обеих средах было выполнено построение скалограмм — визуальных представлений спектральной плотности мощности сигнала в частотно-временной области.
• Реализация вейвлет-анализа в Engee (рисунок 1) позволяет четко идентифицировать локальные особенности и процессы в тестовых сигналах, что критически важно для диагностики механических систем. Качество и детализация скалограмм полностью соответствуют результатам, полученным в MATLAB.

Скалограмма, построенных с помощью непрерывного вейвлет-преобразования в среде Engee

Следующим этапом выполнен перенос реального алгоритма анализа сигналов из MATLAB в Engee. Он включал комплекс методов:

• построение классического Фурье-спектра;
• частотно-временной анализ на основе вейвлет-преобразования;
• спектральный анализ методом short-time Fourier transform;
• кепстральный анализ для дополнительной диагностики.

Результаты проекта

Результаты показали полное совпадение данных, полученных в обеих средах, что подтверждает корректность математических вычислений и адекватность реализации алгоритмов ЦОС в платформе Engee.

Преимущества Engee, отмеченные в ходе работ:

• Простой переход: модели Engee и Simulink содержат одинаковые блоки и библиотеки, используемые для решения задач.
• Моделирование сложных систем: применение блоков библиотеки физического моделирования «Изотермическая жидкость» позволило реализовать сложные гидравлические агрегаты.
• Мультидоменность: позволяет использовать в одной модели блоки различных библиотек физического моделирования, в данном случае использовались блоки изотермической жидкости и механики (вращательная и поступательная).
• Функциональность: различные способы визуализации результатов моделирования, возможность работать из командной строки и редактора скриптов, отображение конфликтующих и стартовых начальных значений, широкий выбор решателей позволяют настроить математическую модель до значения целевых характеристик системы.

Тестирование в ПАО «МЗИК» показало: Engee готова к практическому применению в расчётах и моделировании сложных систем. Для предприятия это означает преодоление ещё одного барьера в переходе на отечественное ПО.


«Особенно важно отметить низкий порог входа для инженеров, ранее работавших в MATLAB/Simulink. Идеологическая близость принципов работы обеих сред значительно упрощает переход на новую платформу».

— И.В. Шестаков, заместитель главного конструктора по науке и инновациям

Смотреть все